Модели динамических процессов в прокатных станах

Целью работы являлось совершенствование моделей динамических процессов в прокатных станах с учетом нелинейности упругих связей. Представлены разработанные в Институте черной металлургии несколько базовых моделей переходных процессов в зависимости от решаемой задачи. Приведена систематизация компьюте...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2009
Автори:	Веренев, В.В., Большаков, В.И., Юнаков, А.М.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України 2009
Назва видання:	Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии
Теми:	Металлургическое машиноведение
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/63076
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Модели динамических процессов в прокатных станах / В.В. Веренев, В.И. Большаков, А.М. Юнаков // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2009. — Вип. 19. — С. 346-358. — Бібліогр.: 26 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-63076
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-630762014-05-30T03:01:44Z Модели динамических процессов в прокатных станах Веренев, В.В. Большаков, В.И. Юнаков, А.М. Металлургическое машиноведение Целью работы являлось совершенствование моделей динамических процессов в прокатных станах с учетом нелинейности упругих связей. Представлены разработанные в Институте черной металлургии несколько базовых моделей переходных процессов в зависимости от решаемой задачи. Приведена систематизация компьютерных моделей, применяемых для исследования динамических процессов в главных линиях и клетях прокатных станов. На базе моделей обоснованы, разработаны и успешно реализованы технические предложения по увеличению скорости прокатки и улучшению технических характеристик прокатных станов. Метою роботи є вдосконалення моделей динамічних процесів у прокатних станах з урахуванням нелінійності пружних зв'язків. Представлено розроблені в Інституті чорної металургії декілька базових моделей перехідних процесів залежно від вирішуваної задачі. Приведено систематизацію комп'ютерних моделей, що використовуються для дослідження динамічних процесів у головних лініях і клітях прокатних станів. На базі моделей обгрунтовано, розроблено і успішно реалізовано технічні пропозиції щодо збільшення швидкості прокатування і поліпшенню технічних характеристик прокатних станів. The purpose of the research was the perfection of models of dynamic processes in rolling mills taking into account nonlinearity of elastic linkages. Several developed (in the Institute of iron and steel) base models of transitional processes depending on the solved problem are presented. The systematization of the computer models applied to the research of dynamic processes in the main lines and stands of rolling mills is given. On the basis of models, technical offers about rolling speed increasing and improvement of technical characteristics of rolling mills are proved, developed and successfully realized. 2009 Article Модели динамических процессов в прокатных станах / В.В. Веренев, В.И. Большаков, А.М. Юнаков // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2009. — Вип. 19. — С. 346-358. — Бібліогр.: 26 назв. — рос. XXXX-0070 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/63076 621.771.06:531/534 ru Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Металлургическое машиноведение Металлургическое машиноведение
spellingShingle	Металлургическое машиноведение Металлургическое машиноведение Веренев, В.В. Большаков, В.И. Юнаков, А.М. Модели динамических процессов в прокатных станах Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии
description	Целью работы являлось совершенствование моделей динамических процессов в прокатных станах с учетом нелинейности упругих связей. Представлены разработанные в Институте черной металлургии несколько базовых моделей переходных процессов в зависимости от решаемой задачи. Приведена систематизация компьютерных моделей, применяемых для исследования динамических процессов в главных линиях и клетях прокатных станов. На базе моделей обоснованы, разработаны и успешно реализованы технические предложения по увеличению скорости прокатки и улучшению технических характеристик прокатных станов.
format	Article
author	Веренев, В.В. Большаков, В.И. Юнаков, А.М.
author_facet	Веренев, В.В. Большаков, В.И. Юнаков, А.М.
author_sort	Веренев, В.В.
title	Модели динамических процессов в прокатных станах
title_short	Модели динамических процессов в прокатных станах
title_full	Модели динамических процессов в прокатных станах
title_fullStr	Модели динамических процессов в прокатных станах
title_full_unstemmed	Модели динамических процессов в прокатных станах
title_sort	модели динамических процессов в прокатных станах
publisher	Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України
publishDate	2009
topic_facet	Металлургическое машиноведение
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/63076
citation_txt	Модели динамических процессов в прокатных станах / В.В. Веренев, В.И. Большаков, А.М. Юнаков // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2009. — Вип. 19. — С. 346-358. — Бібліогр.: 26 назв. — рос.
series	Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии
work_keys_str_mv	AT verenevvv modelidinamičeskihprocessovvprokatnyhstanah AT bolʹšakovvi modelidinamičeskihprocessovvprokatnyhstanah AT ûnakovam modelidinamičeskihprocessovvprokatnyhstanah
first_indexed	2025-07-05T13:56:21Z
last_indexed	2025-07-05T13:56:21Z
_version_	1836815516490006528
fulltext	346 УДК 621.771.06:531/534 В.В.Веренев, В.И.Большаков, А.М.Юнаков МОДЕЛИ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ПРОКАТНЫХ СТАНАХ Целью работы являлось совершенствование моделей динамических процессов в прокатных станах с учетом нелинейности упругих связей. Представлены разра- ботанные в Институте черной металлургии несколько базовых моделей переходных процессов в зависимости от решаемой задачи. Приведена систематизация компью- терных моделей, применяемых для исследования динамических процессов в глав- ных линиях и клетях прокатных станов. На базе моделей обоснованы, разработаны и успешно реализованы технические предложения по увеличению скорости про- катки и улучшению технических характеристик прокатных станов. прокатные станы, главные линии, клети, динамические процессы, ком- пьютерные модели, увеличение скорости прокатки Целью работы являлось совершенствование моделей динамических процессов в прокатных станах с учетом нелинейности упругих связей. Постановка задачи. В работах [1,2] представлены методические во- просы, касающиеся исследований динамических нагрузок в металлурги- ческих машинах. Излагается последовательность исследования нелиней- ных электромеханических систем с упругими связями, начиная с общего анализа машины и схемы её привода, составления расчетных схем, мате- матического описания и заканчивая определением максимальных нагру- зок. Основы данной методики заложены чл.–корр. НАНУ С.Н. Кожевни- ковым [3]. За более чем полувековой период методика развивалась учени- ками его школы на базе опытно–промышленных исследований станов различного типа: обжимных, непрерывно–заготовочных, листопрокатных, сортовых, проволочных, трубных, колесопрокатных. Успешное внедрение на разных металлургических предприятиях разработок подтверждает пра- вильность и эффективность разработанной методики, в основе которой лежит математическое описание (модель) переходных процессов. Разработка той или иной модели зависит от постановки конкретной задачи [4...10]. Наибольшие динамические процессы и уровень динамиче- ских нагрузок формируются в главных линиях привода валков клетей в период захвата полосы валками. На начальном этапе исследований (1954– 1964 гг.), когда моделирование велось на аналоговых вычислительных машинах, главная линия представлялась рядной электромеханической многомассовой расчетной схемой с разветвлением после шестеренной клети через шпиндели на верхний и нижний рабочие валки. В первую очередь вычислялись парциальные и собственные частоты, на основе их анализа делались выводы о возможности явления биений момента сил упругости, резонанса, связи с колебаниями в электрической системе глав- ного привода. Определялись динамические нагрузки и пути их уменьше- ния. По мере расширения теоретических и накопления данных экспери- 347 ментальных исследований многомассовые расчетные схемы моделей со- вершенствовались и упрощались. На каждом этапе решался вопрос иден- тификации модели. В частности, проверялось условие совпадения основ- ных собственных частот и форм колебаний исходной и упрощенной схе- мы и их близость к частотам, определенным экспериментальным путем. С развитием цифровой вычислительной техники и программного обеспечения расширилось применение моделей многомассовых расчет- ных схем. С помощью таких моделей, в частности, определяют динамиче- ские нагрузки в тех узлах, которые недоступны для измерений, устанав- ливают взаимосвязь переходных процессов в разных участках системы, определяют информативные и диагностические признаки. Для решения системы дифференциальных уравнений, описывающих движение много- массовых моделей, требуется подготовка большого количества исходных данных. Во многих случаях в близко расположенных упругих связях пе- реходные процессы идентичны. Поэтому большая часть информации яв- ляется как бы избыточной, слабо информативной и не используется для аналитических выводов. В связи с этим в большинстве применяемых мо- делей используются семи – пяти– или трехмассовая крутильные системы главной линии прокатной клети (рис.1) с учетом нелинейности упругих связей. Рис.1. Многомассовая расчетная схема линии главного привода Изложение основных материалов исследования. В Институте черной металлургии разработаны и успешно применяются несколько базовых моделей переходных процессов в зависимости от ре- шаемой задачи. Составление расчетных схем, уравнений движения в пере- ходных процессах линии привода (в форме С.Н. Кожевникова), упругой системы клети и электродвигателя является отработанной процедурой. По- этому отметим особенности основных моделей и дадим примеры решаемых задач. 1. Модель взаимодействия упругих систем линии привода и клети. Практика натурных измерений показала, что коэффициент динамичности на участке между двигателем и редуктором существенно больше, чем на остальных участках, между которыми эта разность незначительная. Это дало основание в качестве базовой модели принять трехмассовую расчет- ную схему линии привода (рис.2). Здесь момент инерции колес редуктора объединен в одну массу Q2, а момент инерции валков шестеренной клети 348 и коренной муфты соответствующим образом разнесен между редуктором и валковой системой прокатной клети Q3. Две низшие собственные часто- ты β1 и β2 этой системы незначительно (до 10 %) отличаются от частот многомассовой системы. Поэтому трехмассовая система с достаточной для практических целей точностью отражает переходные процессы на моторном и шпиндельном участках, в которых учитываются угловые за- зоры. Рис.2. Расчетная схема линии главного привода и упругой системы клети (в), модель люфта и зазора (а), вид момента технологического сопротив- ления на валках в процессе захвата полосы (б) Упругая система клети представлена в виде двухмассовой расчетной схемы (рабочий М1 и опорный М2 валок) с жесткостью клети Ск = С1+С2 и полосы Сп в очаге деформации. По мере заполнения очага металлом жест- кость полосы увеличивается от нуля до постоянного значения Сп ≈ 0,5⋅Р/Δh. Соответственно этому изменяется частотная характеристика уп- ругой системы клети. Перед прокаткой частота собственных колебаний клети равна т кС к =β , после заполнения очага металлом и во время прокатки т пСкС к + =β , где т – приведенная масса клети. Частотные свойства клетей, как видим, зависят не только от конструктивных пара- метров, которые постоянны для всех клетей непрерывной группы, но и от технологических параметров, которые изменяются от клети к клети. Же- сткость клетей кварто непрерывных групп ШПС составляет 4000÷4500 кН/мм. Жесткость полосы в первой чистовой клети стана горячей (холод- ной) прокатки равна (0,1÷0,3)Ск ((0,5 ÷ 1,5)Ск), в последней клети (1,5 ÷ 2)Ск ((2 ÷5)Ск), т.е. влияние Сп на собственные частоты клетей может быть существенным, а в ряде клетей определяющим. Для моделирования вибрационных процессов (учета высокочастотных колебаний) достаточно принять четырехмассовую расчетную схему клети и в модель ввести 349 уравнение для нажимного устройства. Данная модель впервые предло- жена в работах [6,7]. Затем в [11] даны её уточнения, касающиеся частот- ных свойств клетей. Модель оказалась весьма плодотворной и позволила получить ряд новых закономерностей. Клети обжимных станов и непрерывных полосовых холодной про- катки содержат индивидуальный привод валков. Для них расчетная схема составлена также в виде трехмассовой системы: валковая система клети асимметрично расположена между двумя массами, соответствующими моментам инерции привода верхнего и нижнего валка. При этом для об- жимных станов модель упругой системы клети можно не учитывать. 2.Модель технологической нагрузки. Традиционно силу и момент про- катки, действующие на валки во время заполнения очага деформации ме- таллом, задают в виде мгновенного нагружения либо линейной или пара- болической функции угла захвата. Для многих случаев принятие таких законов роста нагрузки оправдано на основе механики процесса. Однако в тонколистовых станах имеется существенная особенность: в фазе запол- нения очага деформации при захвате тонкой полосы формируется специ- фический (горбо– или куполообразный) характер изменения момента со- противления на валках [7,12,13]. Впервые это явление обнаружено во время исследований стана 2800 холодной прокатки карточек. Здесь коэф- фициент динамичности составлял величины 4÷9. Влияние технологических параметров на динамические процессы проявляется через силу Р и момент М прокатки, которые входят в правые части системы дифференциальных уравнений. Во время прокатки партии полос одного сорторазмера технологические параметры (температура, толщина и др.) изменяются в некоторых пределах. Это сказывается на изменении силы и момента на валках. С помощью разработанной модели определены сочетания отклонений параметров, при которых динамиче- ская составляющая существенно увеличивается [14]. Показано, что при этом необходимо учитывать влияние угловых зазоров, которые заметно изменяют характер зависимостей. В частности, увеличение коэффициента динамичности при уменьшении момента в установившемся режиме про- катки. Установлена зависимость максимальных динамических нагрузок от скорости захвата полосы [13]. С помощью модели определены условия, при которых усиливается влияние момента на максимальные динамиче- ские нагрузки. В частности, показано [15], что в полосовых станах холод- ной прокатки, при определенном сочетании скорости захвата и частотных свойств линии привода, в последней формируются максимальные дина- мические нагрузки Мдmax и коэффициент динамичности Кд. Подобные за- кономерности получены для коэффициента динамичности в чистовых клетях ШПС горячей прокатки [16]. 3. Модель зазоров [17,18]. В линии привода рассмотренной модели приняли во внимание угловые зазоры на шпиндельном δш и моторном δм участке. При этом в отличие от известных решений в математическом 350 описании зазоров учли максимальную величину зазора, т.е. люфт δл, обра- зованный суммарным износом контактируемых сочленений, и состав- ляющую люфта, на которую он открывается к моменту захвата полосы. Эта составляющая, т.е. фактически угловой зазор, оказывает непосредст- венное влияние на динамические нагрузки. Таким образом учитывается собственно зазор и его тыльная часть, как это показано на рис. 2,а. Их сумма составляет угловой люфт. На основании измерений установлено, что тыльная сторона люфта на моторном участке замыкается после перво- го пика момента сил упругости и тогда происходит обратный удар (за- крутка участка в обратную сторону), по нагрузке соизмеримый с момен- том прокатки. Определены сочетания положения зазоров и люфтов на обоих участ- ках и их значения, при которых наблюдаются процессы, установленные во время опытно–промышленных измерений: 1) замыкание – размыкание тыльной части люфта на моторном участке после первого, второго, иногда и третьего пиков момента; 2) превышение второго пика момента над пер- вым (рис.3,4). а) б) Рис.3. Переходные процессы (в относительных величинах) на моторном (м) и шпиндельном (ш) участках при разном состоянии зазоров (рад) в черновой клети 4 – 1700М: а) δлм = 0,002; δм = 0,0; δлш = 0,020; δш = 0,01; б) δлм = 0,002; δм = 0,001; δлш = 0,02; δш = 0,01 Рис.4. Переходный процесс в линии глав- ного привода при захвате полосы валками, клеть 4 стана 1700: момент сил упругости на нижнем (1) и верхнем (3) шпинделе и промежуточном валу (2) 351 Учет зазоров на двух участках линии привода позволил смоделировать и установить пило– и скачкообразный характер изменения коэффициента динамичности на шпиндельном и моторном участках во время длительной работы прокатной клети с учетом периодов замен шпинделей [19]. При ре- гулярном построении подобных кривых одновременно для клетей черновой или чистовой группы удается отслеживать связь динамических нагрузок с техническим состоянием главных линий. Это дает основание определять наиболее загруженные в динамическом отношении клети и путем, напри- мер, перераспределения обжатий, добиваться уменьшения ударных нагру- зок. 4. Модель влияния конструктивных (упруго–массовых) параметров линии привода, клети и двигателя, по сути, отражается коэффициентами при неизвестных переменных в системе дифференциальных уравнений. Их влияние на динамику переходного процесса определяется путем чис- ленного решения системы уравнений с вариацией параметров. Оптимиза- ция конструктивных параметров путем численного решения системы дифференциальных уравнений требует много времени для расчетов. По- этому, на основе рядной трехмассовой расчетной схемы, разработан ана- литический метод выбора рациональных конструктивных параметров (включая длину и диаметр основных элементов) и их влияние на макси- мальные динамические нагрузки [20]. 5. Модель динамики продольной разнотолщинности. Модель на рис.2,в отражает силовое взаимодействие через очаг деформации линии привода и упругой системы клети. Вертикальные колебания клети оказы- вают непосредственное влияние на толщину прокатываемой полосы. По- лучено уравнение продольной разнотолщинности в динамике [11]: ( ) mPxmnСкCxkх Δ=Δ⋅++Δ⋅+Δ /2 &&& , из которого, как частный случай, следует известное уравнение разно- толщинности в статике. Поскольку сила прокатки через среднее давление зависит от сопротивления деформации, скорости прокатки, коэффициента трения и др., с помощью модели исследовали влияние их колебаний, про- дольной разнотолщинности подката и эксцентриситета валковой системы на вибродинамические процессы в клети и на разнотолщинность полосы на выходе из клети. Определяли условия усиления динамической состав- ляющей упругого момента при пропуске через клети непрерывного стана сварного соединения. Таким образом, модель по п.1 с включением в нее п.п. 2–5, по сути, является комплексной моделью, в которой учтены конструктивные пара- метры двигателя, линии главного привода и клети, технологические пара- метры и угловые зазоры, обусловленные износом сочленений. С помощью этой модели в Институте при выполнении НИР решались следующие задачи: 1. Оптимизация конструктивных параметров линии привода; 352 2. При заданных конструктивных параметрах определение технологи- ческих параметров и режимов работы (с учетом ограничений на диапазон их изменения), при которых они оказывают наименьшее влияние на мак- симальные динамические нагрузки; 3. Определение оптимального сочетания конструктивных и техноло- гических параметров исходя из условия наименьших динамических на- грузок; 4. Определение конструктивных и технологических параметров, при которых влияние угловых зазоров на динамику существенно уменьшается; 5. Влияние продольной разнотолщинности подката и эксцентриситета валковой системы клетей на динамические процессы в оборудовании и динамику разнотолщинности готовой полосы; 6. Данная модель положена в основу при решении задачи статистиче- ского моделирования влияния случайных факторов и возмущений на ди- намические нагрузки. 6. Модель взаимодействия двух смежных клетей через толстую по- лосу. Отличительная особенность этой модели состоит в учете влияния упругих колебаний в линии привода и системы клети на параметры очага деформации, межклетевое усилие и толщину полосы. В её основу поло- жена базовая модель 1 (рис.5). Рис.5. Модель взаимодействия двух клетей через полосу Для описания модели использованы известные уравнения переходных процессов, к которым добавлено уравнение межклетевого усилия в полосе [21]. С помощью этой модели впервые в условиях стана 1680 исследовано взаимодействие через толстую полосу пар клетей дуо – № 1, № 2 – № 3 и № 3 – № 4 при захвате полосы валками [22]. Путем измерений крутящих моментов в главных линиях установлено, что при захвате сляба валками клети № 1 в линии клети дуо формируется переходный процесс с пиковой нагрузкой, соизмеримой с максимальной нагрузкой при захвате сляба кле- тью дуо. Результаты моделирования показали, что при согласованном ско- ростном режиме клетей из–за нагружения линии клети № 1 в первое время уменьшается частота вращения валков. Это влечет за собой уменьшение 353 скорости входа Vвх1 полосы в клеть № 1, тогда как скорость выхода полосы Vвых0 из клети дуо некоторое время остается постоянной. Межклетевое уси- лие пропорционально интегралу разности скоростей ΔV = Vвых0 – Vвх1 , в ре- зультате в полосе формируется продольное усилие. Это усилие передается валкам клети дуо в виде импульсного воздействия, которое, как и при за- хвате, вызывает в её линии привода крутильные колебания. Впервые с помощью модели установлен характер формирования меж- клетевого усилия Т при захвате толстой полосы. Колебания натяжения совершаются с частотой упругих крутильных колебаний главных линий клетей. Эти же колебания проявляются в опережении. По данным моделирования разработаны рекомендации для скорост- ных режимов клетей дуо – № 1, № 2– № 3 и № 3 – № 4 при которых в межклетевом промежутке формируются наименьшие усилия. В частности, скорость выхода полосы из клети дуо должна быть на 2–3 % меньше ско- рости прокатки в клети № 1 в момент захвата. 7. Модель взаимодействия клетей чистовой группы через тонкую по- лосу. Эта модель, по сути, является расширением предыдущей на 6–7 кле- тей непрерывной группы. Существенное уточнение состоит в учете усло- вия отсутствия межклетевого подпора из–за продольной неустойчивости полосы в промежутках [23]. С помощью этой модели установлен ха- рактер изменения натяжения и толщины полосы на выходе из непрерыв- ной группы при действии в установившемся режиме прокатки таких воз- мущений, как регулирование скоростного режима, воздействие на нажим- ные винты, продольная разнотолщинность подката, биение валковой сис- темы. Определены условия формирования наибольших межклетевых на- тяжений, влияние на динамику заполнения группы полосой отклонений параметров прокатки (температуры, толщины и др.) и динамических про- цессов в оборудовании на продольную разнотолщинность концевых уча- стков полосы. Характер взаимодействия главных линий клетей (моментов сил упругости) соответствует измеренным. В зависимости от настройки скоростного режима клетей в некоторых промежутках возможны случаи кратковременной потери устойчивости полосы (петлеобразование). За- полнение и освобождение группы полос (прокатка участков полосы без натяжения) приводит к их продольной разнотолщинности. Определены условия прокатки и возмущения, при которых пики натяжений достигают существенных величин. 8. Модель блока. Методика исследования поведения электромехани- ческих систем [3] многократно опробована применительно к тяжелым крупным прокатным станам (блюмингам, слябингам, листопрокатным и др.). Являясь универсальной, она применяется также для анализа динами- ки высокоскоростных чистовых прокатных блоков проволочных станов со скоростью прокатки более 100 м/с. 354 Чистовой блок представляет собой кинематически сложный агрегат и состоит из двух (трех) соосно–расположенных электродвигателей главно- го привода, общего распределительного редуктора, пяти вертикальных и пяти горизонтальных прокатных клетей, каждая из которых включает ре- дукторную и валковую кассеты. Крутящий момент электродвигателей передается соответственно вертикальным и горизонтальным кассетам че- рез трансмиссионные валы. Для расчета собственных и вынужденных колебаний и моментов сил упругости в различных участках линия привода блока представлена в ви- де разветвленной системы дискретных масс, связанных упруго– диссипативными элементами (рис.6). Возможное проявление зазоров в зубчатых соединениях и муфтах описывается заданием нелинейных (ку- сочно–линейных) жесткостных характеристик соответствующих связей. а) б) Рис. 6. Варианты расчетных схем линии привода блока: а – полная, б – упрощенная Математическое описание модели представлено уравнениями в форме С.Н. Кожевникова совместно с уравнениями электропривода. Модель бло- ка идентифицирована по закономерности изменения моментов сил упру- гости в линиях реальных блоков, измеренных в промышленных условиях, в частности, по низшей собственной частоте линии, проявляющейся при нестационарных режимах движения (при захвате металла, разгоне, тор- можении привода) и коэффициенту динамичности. Широкие функцио- нальные возможности модели позволили определить: диапазон резонанс- ных скоростей, когда наступает совпадение частот собственных колеба- ний с частотой вращения линии привода; максимальные динамические 355 нагрузки на участках трансмиссионных валов между четными и нечетны- ми клетями; нагрузку редукторных кассет каждой прокатной клети в бло- ке. Зависимость динамических нагрузок в упругих связях от режимов ра- боты (прокатки) блока, в частности, от скорости прокатки и от конструк- тивных параметров (жесткостей, моментов инерции, размеров валов). На базе моделей обоснованы, разработаны и реализованы следующие технические предложения: по увеличению скорости прокатки в чистовых блоках стана 150 БМК (без изменения конструкции и состава оборудова- ния); по уменьшению уровня динамических нагрузок в линии привода и также повышению скорости прокатки в блоках стана 150 ЧерМК (с изме- нением конструкции редуктора и заменой двигателей). Динамическая мо- дель блока передана в рамках контракта машиностроительному комбина- ту СКЭТ, Германия для выбора оптимальных (по критерию «минимиза- ция уровня динамики») параметров оборудования при разработке новых конструкций блоков. 9. Диагностическая модель. Модели для исследования динамических процессов и нагрузок одновременно представляют собой и диагностиче- ские модели, которые привлечены для того, чтобы параметры переходных процессов использовать в целях определения технического состояния оборудования. При этом на первый план выступает потребность опреде- ления угловых зазоров в сочленениях линии привода, которые характери- зуют ТС оборудования. Зазоры в шпиндельном сочленении δш (на участке 23, см. рис.2) и зубчатом зацеплении редуктора δм (на моторном участке) при большом износе вносят наибольший вклад в формирование ударных нагрузок. Исследованиями на модели установлены зависимости информативных признаков – коэффициента динамичности и времени запаздывания реак- ции участков линии от угловых зазоров. На этом основании разработан ряд методов диагностирования [24]. Следует отметить, что в последнее время появились публикации о моделировании динамических процессов, в которых приводятся результа- ты, не подтвержденные опытными данными и не соответствующие обще- известным проверенным экспериментально положениям [25,26)]. Не уде- ляется должного внимания идентификации моделей. Например, в работе [25] авторы, моделируя 17–массовую линию привода, учитывают откры- тое состояние угловых зазоров к моменту захвата полосы одновременно во всех упругих связях, в то же время размыкание зазора возможно только в шпиндельном сочленении ввиду специфики его конструкции и кинема- тики работы. Автор работы ставит [26] задачу оптимизации угловых зазо- ров по участкам линии привода, ошибочно полагая, что величину зазоров можно подобрать (расставить) таким образом, чтобы ударные нагрузки были наименьшими. Подобные публикации приводят к заблуждениям и при всем желании авторов не достигается цель углубленного изучения динамических процессов и установления количественных зависимостей. 356 Заключение. Разработка расчетных схем и исследования с помощью моделей ди- намических процессов в электромеханических системах приводов с нели- нейными упругими связями и комплексов привод – валковая система – подшипники и клеть прокатного стана, выполненных в течение 50 лет, всегда опирались на результаты промышленных натурных экспериментов, включающих измерение нагрузок, частот колебаний, характеристики внешних нагрузок, интенсивность рассеяния энергии колебаний, величи- ну характерных и максимальных зазоров, реакцию электропривода на на- гружение и колебания линии привода. Проведение экспериментальных исследований на промышленных агрегатах весьма трудоемко и не всегда позволяет охватить весь диапазон изменения внешних нагрузок, величин зазоров и их изменение во времени, прокатку различных типоразмеров и других особенностей работы оборудования. В настоящее время приводы и другие детали прокатных станов осна- щаются современными датчиками измерения усилий, деформаций и на- грузок. Эти датчики объединяются в систему диагностики режимов рабо- ты и технического состояния оборудования. Автоматизированная обра- ботка информации системы датчиков позволяет сохранять и анализиро- вать изменения измеряемых параметров, оценивать влияние режимов ра- боты, изменение во времени режимов работы состояния оборудования и величин нагрузок и зазоров в приводе и деталях оборудования прокатных станов. Использование такой информации позволяет организовать прове- дение ремонтов по фактическому изменению состояния оборудования, создавать обоснованные модели для исследования динамики процессов, разрабатывать обоснованные рекомендации по совершенствованию и вы- бору рациональных режимов работы оборудования, сделать новый шаг в исследовании динамики металлургических машин. 1. Большаков В.И. Исследование динамических нагрузок металлургических ма- шин / В.И.Большаков // Защита металлургического оборудования от поломок. – Мариуполь, ПГТУ. 1999. –№ 4. – С.6–14. 2. Большаков В.И. Методика исследования динамики приводов металлургиче- ских машин / В.И.Большаков // Металлургическая и горнорудная промыш- ленность. – 2000.– № 3. –С.72–78. 3. Кожевников С.Н. Динамика машин с упругими звеньями / С.Н. Кожевников – Киев: Изд–во АН УССР, 1961. –160 с. 4. Кожевников С.Н. Исследование работы главной линии пилигримового стана на электронной модели / С.Н.Кожевников, А.В.Праздников, А.Н.Ленский, В.И.Большаков // «Механизация и автоматизация металлургического оборудо- вания». Труды ИЧМ, т.ХVI, Киев: АН УССР, 1962. – С.88–105. 5. Кожевников С.Н. Исследование динамики приводной линии вертикальных валков слябинга / С.Н.Кожевников, В.И.Большаков // «Модернизация и авто- 357 матизация металлургического оборудования». Труды ИЧМ. – Т. ХIХ. – М.: Металлургия, 1965. – С.72–78. 6. Кожевников С.Н. Исследование на электронной модели динамики электроме- ханической системы привода уширительного стана / С.Н.Кожевников, В.И.Большаков // «Теория механизмов и машин». – Межведомственный сбор- ник. – Изд. ХГУ. – Вып. 1. – 1966. –С.10–18. 7. Кожевников С.Н. Взаимодействие упругих механических систем станины и привода машины при нагружении / С.Н.Кожевников, В.И.Большаков // В сб. «Теория механизмов и машин». – Вып. 10. – Харьков: ХГУ, 1970. – С.3–8. 8. Большаков В.И. О математическом описании и некоторых особенностях рабо- ты замкнутых механических систем. // «Динамика металлургических машин». Труды ИЧМ. – Т. ХХХI. – М.: Металлургия, 1969. – С.13–17. 9. Кожевников С.Н. Взаимодействие упругих механических систем станины и привода машины при нагружении / С.Н.Кожевников, В.И.Большаков // Теория механизмов и машин. – 1971. – Вып. 10. – С. 3–8. 10. В.И.Большаков. Влияние подшипников жидкостного трения на момент сопро- тивления при прокатке листа / В.И.Большаков, С.И.Большакова // Тез.докла- дов Второй всесоюзной конференции по прочности металлургических машин. – Жданов, 1969. – С.6–7. 11. Веренев В.В. Исследование динамики главных линий непрерывных широко- полосных станов горячей прокатки и влияния динамических процессов на продольную разнотолщинность полос: автореферат дис. на соискание науч- ной степени канд. техн. наук: спец. 05.04.04 «Машины и агрегаты металлур- гического производства» / В.В. Веренев – Днепропетровск. ИЧМ. 1975. – 20 с. 12. Большаков В.И. Исследование нелинейных электромеханических систем при- водов прокатных станов с упругими связями на электронных моделях. Авто- реферат дис...канд. техн. наук.– Днепропетровск. ИЧМ. – 1966.– 18 с. 13. Большаков В.И. Переходные процессы в электро– гидромеханических систе- мах металлургических машин / В.И.Большаков, В.Е.Злобинский, Б.А.Харлан и др. – Днепропетровск. – 2002. – 324 с. 14. Веренев В.В. Влияние технологических параметров на динамические нагрузки в прокатной клети. // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні. – Краматорськ, ДДМА. – 2003. – С.141–145. 15. Веренев В.В. Влияние скорости захвата полосы на динамические нагрузки в линии привода прокатной клети / В.В.Веренев, В.И.Большаков, Н.И.Подобе- дов // «Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии». Сб.научн.тр.ИЧМ. – 2007. – № 14. – С.260–266. 16. Веренев В.В. Влияние особенностей изменения момента технологического сопротивления на динамику главных приводных линий чистовых клетей / В.В.Веренев, В.И.Большаков, Н.И.Подобедов // «Защита металлургических машин от поломок». ПГТУ. – 1998. – № 3. – С.35–39. 17. Большаков В.И. Применение электронной модели для выбора рациональных режимов работы слябинга. // «Прокатное производство». Труды ИЧМ. – Т. ХХII. – М.: Металлургия, 1967. –С.328–332. 18. Кожевников С.Н. Некоторые вопросы определения динамических нагрузок и выносливости главных линий прокатных станов / С.Н.Кожевников, В.И.Большаков // «Модернизация и автоматизация оборудования прокатных станов». Труды ИЧМ. – Т. ХХVII. – М.: Металлургия, 1967. – С.11–17. 358 19. Веренев В.В. Закономерности изменения коэффициента динамичности в ли- нии привода прокатной клети в процессе её эксплуатации. // «Фундаменталь- ные и прикладные проблемы черной металлургии». Сб.научн.тр.ИЧМ. – 2005. – № 10. – С.292–299. 20. Веренев В.В. Инженерная методика выбора оптимальных конструктивных параметров линии привода прокатного стана. // Сб. научн. тр. Национальной горной академии. Дн–ск. Навчальна книга. – 2002. – № 143. – Том 3. – С.9–12. 21. Путноки А.Ю. Модель динамического взаимодействия смежных клетей ши- рокополосного стана при непрерывной прокатке / А.Ю.Путноки, В.В.Веренев // Металл и литье Украины. – 2002.– № 11. – С. 26–30. 22. Веренев В.В. Моделирование взаимодействия черновых клетей стана 1680 через полосу/ В.В.Веренев, А.Ю.Путноки, Н.И.Подобедов, О.М.Клевцов // Защита металлургического оборудования от поломок. Мариуполь. ПГТУ. – 2003. – № 7. – С.17–21. 23. Веренев В.В. Влияние динамического взаимодействия чистовых клетей ШПС на продольную разнотолщинность / В.В.Веренев, Н.И.Подобедов, А.Ю.Пут- ноки, С.В.Мацко // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургїї і машинобудуванні. Краматорськ. ДДМА. – 2006. –С. 129–132. 24. Веренев В.В.Диагностика и динамика прокатных станов. – Днепропетровск. ИМА–пресс, 2007. – 144 с. 25. Мазур И.П. Влияние зазоров на динамические характеристики главных линий клетей черновой группы НШС ГП / И.П.Мазур, В.В.Барышев, А.В.Бокуров, К.Ю.Ченцов. // Вибрация машин. Измерение, снижение, защита. – 2005. – Вып.1. – С. 69–73. 26. Плахтин В.Д. Оптимизация зазоров в соединениях звеньев трансмиссии при- вода прокатных валков. // Сталь. –1997. – № 8. – С.37–41. Статья рекомендована к печати: заместитель ответственного редактора раздела «Прокатное производство» канд.техн.наук, И.Ю.Приходько В.В.Веренев, В.І.Большаков, О.М.Юнаков Моделі динамічних процесів у прокатних станах Метою роботи є вдосконалення моделей динамічних процесів у прокатних станах з урахуванням нелінійності пружних зв'язків. Представлено розроблені в Інституті чорної металургії декілька базових моделей перехідних процесів залежно від вирішуваної задачі. Приведено систематизацію комп'ютерних моделей, що використовуються для дослідження динамічних процесів у головних лініях і клі- тях прокатних станів. На базі моделей обгрунтовано, розроблено і успішно реалі- зовано технічні пропозиції щодо збільшення швидкості прокатування і поліпшен- ню технічних характеристик прокатних станів.

Модели динамических процессов в прокатных станах

Репозитарії

Схожі ресурси