Вузькі. Дослідження виконані на прикладі електроприводу реверсивної кліті товстолистового стані 5000 ПАТ «Магнітогорський металургійний комбінат» (ПАТ «ММК). Відзначено актуальність вирішення даної проблеми, обумовлена ​​розширенням сортаменту за рахунок виробництва прокату з труднодеформіруемих марок сталі. Розкрито причина неприпустимих динамічних навантажень при захопленні металу валками внаслідок наявності кутових зазорів в механічних передачах. Розглянуто механізм виникнення ударів в шпиндельних з'єднаннях при замиканні кутового зазору. Показано, що основним відомим способом їх обмеження є захоплення металу в режимі прискорення електроприводу. Виконано аналіз осцилограм моментів двигунів і моментів валу шпинделів реверсивної кліті стана 5000 при захопленні металу валками. Зроблено висновок, що, незважаючи на істотне обмеження навантажень, відомий спосіб не забезпечує необхідного зниження динамічного моменту. В якості основної причини названо перерегулирование моменту, обумовлене налаштуванням двухконтурной системи автоматичного регулювання (САР) швидкості електроприводу. З метою обмеження даної складової запропонований спосіб випереджаючого збільшення швидкості на величину динамічної помилки регулювання швидкості при ударному додатку навантаження. Запропоновано емпіричні залежності для обчислення помилки в одной двукратноінтегрірующей САР швидкості. Представлені осцилограми координат електроприводу при захопленні металу валками при реалізації розробленого алгоритму управління на стані 5000. Показано зниження ударної навантаження в 1,45 рази, що підтверджує технічну ефективність розробленого способу. Для подальшого зниження динамічних навантажень рекомендовано формування тахограм електроприводу, передбачають гальмування двигуна із заданим темпом після захоплення.

Анотація наукової статті з механіки і машинобудування, автор наукової роботи - Гасіяров Вадим Рашитович


Compensation of Dynamic Loads of the Rolling Stand Electric Drive by Means of Anticipatory Speed ​​Increase

The aim of the research work is to limit dynamic loads of electro-mechanical systems of rolling mill stand rolls operating with impact application of load. The investigations were carried out using data from the electric drive of a reverse stand of the plate mill 5000 of the PJSC "Magnitogorsk Iron and Steel Works" (PJSC "MMK"). It is noted the problem is really urgent due to the increase of the product range and introduction of new rolled products from difficult-to-form steel grades. The research group found that the cause of the over-tolerance dynamic loads during metal pick up by the rolls was the angular gaps in the power transmission. The paper considers the mechanism of impact origination in spindle junctions at the moment of closing of the angular gap. It was shown that at present the main way to limit them is to pick up metal in the mode of electric drive acceleration. The research group carried out the analysis of oscillograph records of motor torques and drive shaft torques of the reversing stand of the mill 5000 during metal pickup by the rolls. It was concluded that in spite of the significant limitation of loads, this method can not provide the necessary reduction in the dynamic torque. It was stated that the main reason of this was overregulation of the torque caused by the setting of the double-loop automatic control system of the electric drive speed. In order to limit this component, a new method was proposed, which surpasses acceleration by the value of the dynamic deviation of the speed control at the impact application of load. Empirical equations were proposed to calculate deviations in the singleand double-integrating automatic control systems of speed. The paper shows oscillograph records of the electric drive coordinates during metal pickup when the developed algorithm was implemented at the rolling mill 5000. The value of the impact load decreased by 1.45 times confirming the technical efficiency of the developed method. To further reduce the dynamic loads, it was recommended to form speed diagrams of the electric drive providing motor breaking with the preset rate after the metal pickup.


Область наук:
  • Механіка і машинобудування
  • Рік видавництва: 2019
    Журнал: Електротехнічні системи та комплекси
    Наукова стаття на тему 'СПОСІБ КОМПЕНСАЦІЇ ДИНАМІЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ ЕЛЕКТРОПРИВОДА прокатних клітей ЗА РАХУНОК ВИПЕРЕДЖАЮЧОГО ЗБІЛЬШЕННЯ ШВИДКОСТІ'

    Текст наукової роботи на тему «СПОСІБ КОМПЕНСАЦІЇ ДИНАМІЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ ЕЛЕКТРОПРИВОДА прокатних клітей ЗА РАХУНОК ВИПЕРЕДЖАЮЧОГО ЗБІЛЬШЕННЯ ШВИДКОСТІ»

    ?Теорія і практика автоматизованого електроприводу

    УДК 621.311 https://doi.org/10.18503/2311-8318-2019-3(44)-39-46

    Гасіяров В.Р.

    Південно-Уральський державний університет (НДУ)

    Спосіб компенсації динамічних навантажень електропривода прокатної кліті

    за рахунок випереджаючого збільшення швидкості

    Метою дослідження є обмеження динамічних навантажень електромеханічних систем валків клітей прокатних станів, які працюють з ударним додатком навантаження. Дослідження виконані на прикладі електроприводу реверсивної кліті товстолистового стані 5000 ПАТ «Магнітогорський металургійний комбінат» (ПАТ «ММК). Відзначено актуальність вирішення даної проблеми, обумовлена ​​розширенням сортаменту за рахунок виробництва прокату з тру дно деформуються марок сталі. Розкрито причина неприпустимих динамічних навантажень при захопленні металу валками внаслідок наявності кутових зазорів в механічних передачах. Розглянуто механізм виникнення ударів в шпиндельних з'єднаннях при замиканні кутового зазору. Показано, що основним відомим способом їх обмеження є захоплення металу в режимі прискорення електроприводу. Виконано аналіз осцилограм моментів двигунів і моментів валу шпинделів реверсивної кліті стану 5000 при захопленні металу валками. Зроблено висновок, що, незважаючи на істотне обмеження навантажень, відомий спосіб не забезпечує необхідного зниження динамічного моменту. В якості основної причини названо перерегулирование моменту, обумовлене налаштуванням двухконтурной системи автоматичного регулювання (САР) швидкості електроприводу. З метою обмеження даної складової запропонований спосіб випереджаючого збільшення швидкості на величину динамічної помилки регулювання швидкості при ударному додатку навантаження. Запропоновано емпіричні залежності для обчислення помилки в одно- і двукратноінтегрірующей САР швидкості. Представлені осцилограми координат електроприводу при захопленні металу валками при реалізації розробленого алгоритму управління на стані 5000. Показано зниження ударного навантаження в 1,45 рази, що підтверджує технічну ефективність розробленого способу. Для подальшого зниження динамічних навантажень рекомендовано формування тахограм електроприводу, що передбачають гальмування двигуна із заданим темпом після захоплення.

    Ключові слова: товстолистовий прокатний стан, реверсивна кліть, головна лінія, шпиндельні з'єднання, кутовий зазор, навантаження, ударний додаток, момент, перерегулирование, обмеження, електропривод, швидкість, спосіб, система, розробка, експериментальні дослідження, рекомендації.

    Вступ

    Проблема обмеження динамічних навантажень електромеханічних систем клітей актуальна для всіх прокатних станів, які працюють з ударним додатком навантаження, в тому числі для товстолистового стані 5000 ПАТ «ММК» (далі - стан 5000). Реверсивна кліть цього стану є найпотужнішою в Європі, її фотографія представлена ​​на рис. 1. Основною продукцією товстолистових станів є заготівля для труб великого діаметра, необхідних для будівництва газопроводів.

    В останні роки проблема обмеження навантажень набула особливої ​​актуальності у зв'язку розширенням сортаменту за рахунок виробництва прокату з важкодоступних-формованих марок сталі [1].

    Мал. 1. Фотографія реверсивної кліті стані 5000

    © Гасіяров В.Р., 2019

    У цих умовах збільшуються навантаження електромеханічних систем в усталеному і динамічних режимах. Так, на стані 5000 встановилися моменти двигунів верхнього і нижнього валків досягають 150-200% номінального значення. Динамічні кидки моменту, що виникають при вході заготовки в кліть, перевищують номінальний момент в 2-2,5 рази і виходять на рівень обмеження [2].

    Однією з основних причин неприпустимих динамічних навантажень при захопленні металу валками є наявність кутових зазорів в механічних передачах. Основними «зазорообразующімі» вузлами головної лінії реверсивної кліті товстолистового стану є шпиндельні з'єднання, більшою мірою з боку робочого валка. Їх близькість до кліті, похиле положення, висока температура, потрапляння окалини і води викликають підвищений знос валкових муфт і бронзових вкладишів.

    У реверсивної кліті стані 5000 встановлені шпинделі сліпперного типу (slipper type), конструкція яких показана на рис. 2, а. Безпосередньо зчленування валка зі шпинделем здійснюється за допомогою головки спеціальної конструкції, яка кріпиться до робочого валу. Аналогічна головка змонтована з боку двигуна електроприводу. Вал шпинделя має шлицевую конструкцію для компенсації осьового зсуву при зрушенням валків системою CVCplus [3]. Опорний підшипник шпинделя розташований в районі середини вала. Кожен шпиндель врівноважується індивідуально за допомогою гідроциліндра, важелів і штоків в вертикальному і горизонтальному напрямках [4, 5].

    Мал. 2. Конструкція головної лінії кліті стану 5000 (а), зображення деталей шпиндельного з'єднання

    і пояснення до виникнення ударів (б)

    Механізм виникнення ударів при закритті (замиканні) зазору пояснює рис. 2, б [6]. У процесі обертання відбувається періодичне зіткнення головок шпинделя з хвостовиком валка. В результаті виникають коливальні динамічні процеси в передачах. Динамічні удари в момент захоплення заготовки призводять до передчасного зносу і поломок механічного обладнання. Однією з найбільш небезпечних аварій є поломка шпиндельних з'єднань, оскільки вона призводить до тривалих простоїв стану і значних витрат на усунення наслідків. Це підтверджує актуальність вирішення проблеми зниження динамічних навантажень електромеханічних систем кліті за рахунок вдосконалення алгоритмів керування електроприводами. Представлена ​​публікація присвячена розгляду даного питання.

    Постановка задачі

    Авторським колективом від ЮУрГУ і МГТУ протягом декількох років виконуються дослідження щодо вдосконалення алгоритмів керування електроприводами, які забезпечують зниження навантажень в динамічних режимах. Основні результати опубліковані в статтях і доповідях, в тому числі в [7-10].

    З метою замикання кутового зазору рекомендується здійснювати захоплення металу в режимі прискорення валків. Для цього повинен бути забезпечений попередній розгін (предразгон) електроприводу. Перехідні процеси при захопленні металу у цьому режимі досліджені в роботах [11, 12]. Доведено, що в головних лініях, виконаних по безредукторної схемою, при правильному виборі часу предразгона забезпечується гарантоване замикання кутового зазору. У публікаціях [13, 14] підтверджена ефективність застосування даного способу на широкосмугових станах гарячої прокатки.

    На рис. 3 представлені осцилограми моменту Мдв і швидкості п двигуна електроприводу, а також моменту Мв, виміряного на валу шпинделя верхнього валка реверсивної кліті стану 5000. Осцилограми на рис. 3, а отримані в режимі захоплення металу при повністю відкритих кутових зазорах. Це забезпечується шляхом уповільнення електроприводу в інтервалі часу ^ - / 2. Залежності на рис. 3, б отримані при

    попередньо закритих зазорах за рахунок прискорення електроприводу в аналогічному інтервалі часу. Замикання кутового зазору відбувається в момент часу / 3, це підтверджують невеликі збільшення (сплески) на осцилограмах моментів двигуна і шпинделя.

    З осцилограм випливає, що динамічні відхилення моментів Мдв і Мв ідентичні, їх амплітуди відрізняються незначно. Тому нижче аналізується тільки електромагнітний момент двигуна, а отримані результати можуть бути віднесені до динамічними показниками моменту на валу шпинделя.

    Динамічні відхилення моменту і швидкості для порівнюваних випадків наведені в стовпчиках таблиці з посиланням на рис. 3. Тут же показані параметри процесу захоплення, осцилограми якого наведені нижче на рис. 7. Амплітуду ударного моменту характеризує кратність км, яка визначається як відношення максимального значення Мтах до сталого Мст. Для оцінки динамічного зниження швидкості наведена помилка регулювання (просадка Д,%), яка визначається як процентне відношення мінімальної швидкості ПТШ до її значенням перед захопленням П3.

    Аналіз осцилограм і даних таблиці дозволяє зробити наступні висновки:

    - амплітуда ударного моменту при захопленні з розімкненим зазором (рис. 3, а) в 1,9 рази перевищує сталий момент прокатки (максимальне значення Мтах = 3250 кН-м, усталене Мст = 1750 кН-м);

    - динамічне відхилення швидкості електроприводу завдяки замикання зазору зменшується в 1,5 рази від 13,4% на рис. 3, а до 9,2% на рис. 3, б;

    - аналогічно, кратність динамічного моменту Мдв знижується в 1,2 рази (від 1,9 на рис. 3, а до 1,6 на рис. 3, б).

    Динамічні відхилення моментів і швидкостей при захопленні

    Параметр Величина на осцилограмах

    Мал. 3, а рис. 3, б рис. 7

    Момент двигуна МСТ Мтах км МСТ Мтах км МСТ Мтах км

    кН-м од. кН-м од. кН-м од.

    1750 3250 1,9 1750 2850 1,6 1400 1550 1,1

    Швидкість П3 ПТТ Д П3 ПТТ Д П3 ПТТ Д

    об / с% об / с% об / хв%

    0,82 0,71 13,4 0,76 0,69 9,2 43 41 4,6

    Момент, кН-м

    -1000

    1,0 |

    0,8

    0,7

    0,6

    0,5

    Швидкість, об / с

    вікно 2

    9:25:51

    9:25:52

    9:25:57 і з

    Мал. 3. Осцилограми при захопленні металу валками: вікно 1 - моменти двигуна МДВ і на валу шпинделя Мв;

    вікно 2 - швидкість двигуна п

    В цілому, за результатами експериментальних досліджень зроблені два основні висновки:

    1. Відомий спосіб попереднього вибору зазору в механічних передачах забезпечує значне обмеження динамічного моменту двигуна і, відповідно, моменту на передавальному валу в режимі захоплення.

    2. При реалізації відомого способу перерегулирование моменту і просадка швидкості усуваються НЕ

    повністю. Це означає, що одного лише попереднього розгону для повної компенсації динамічного моменту недостатньо.

    Динамічні показники швидкості і моменту при ударному додатку навантаження визначаються швидкодією двоконтурної системи автоматичного регулювання (САР) швидкості. Відомо, що під час налаштування цієї системи на симетричний оптимум перерегулирование моменту двигуна при ударному

    додатку навантаження складає 43% [15]. Це викликає аналогічні динамічні збільшення моменту на передавальному валу шпинделя. У зв'язку з цим ставиться завдання зниження складової динамічного моменту, пов'язаної з налаштуванням САР швидкості електроприводу.

    Основна частина

    Схема системи завдання і регулювання швидкостей електроприводів верхнього і нижнього валків кліті стані 5000 представлена ​​на рис. 4 [11]. Електроприводи виконані на основі синхронних двигунів М1, М2 з частотним регулюванням швидкості. Траєкторія проходу формується моделлю АСУ ТП за критеріями продуктивності стану і отримання заданого температурного режиму прокатки. Завдання на швидкість Ужтф в автоматичному режимі надходить з контролера першого рівня, який формує таблицю з точок бажаної траєкторії руху Sшт (t). Основний темп розгону-гальмування формується інтерполятором. З його виходу сигнал лінійної швидкості у (/) подається на вхід задатчика інтенсивності (ЗІ), який служить для аварійного обмеження темпу завдання. Вихідний сигнал ЗІ перетвориться з урахуванням діаметрів валків в завдання кутових швидкостей і надходить на входи контурів регулювання швидкості.

    У системі реалізований принцип попереднього розгону електроприводів перед захопленням. Він забезпечується за рахунок включення в існуючу схему додаткових блоків, виділених на рис. 4 контуром. Для визначення моменту початку прискорення використовується інформація з системи стеження за металом на рольгангах. Вона надходить з виходу блоку «Контроль положення заготовки». Для формування збільшення швидкості використовується додатковий задатчик інтенсивності ЗІ предразгона, вихідний сигнал якого підсумовується з вихідним сигналом інтерполятора. Максимальна лінійна швидкість прийнята рівною 0,3 м / с, темп додаткового уско-

    таблиці траєкторій

    УактО)

    лінійний інтерполятор

    ЗІ

    Дані системи стеження за

    заготовками

    Контроль положення заготовки щодо кліті

    коефіцієнт жорсткості

    САР швидкості Наявність

    металу в кліті

    Розрахунок і управління компенсацією помилки швидкості

    0.0 -

    ЗІ

    предразгона

    ренію встановлений експериментально і становить 0,22 м / с2 [12]. Зазначені функції реалізовані у вигляді алгоритму в керуючому контролері.

    Вимоги до розроблюваної системі керування електроприводом

    З метою вирішення поставленого завдання виконано аналіз частотних властивостей двухмассовой електромеханічної системи валка реверсивної кліті стану 5000. Дана оцінка впливу пружного зв'язку на показники регулювання моменту двигуна при впливі по каналах управління і обурення. Для цього розроблена модель, що враховує пружну зв'язок в валопро-воді, зазор в шпиндельних з'єднаннях і загасання процесів під дією дисипативних сил. Система автоматичного регулювання швидкості налаштована на симетричний оптимум. Більш детально розроблена модель розглянута в публікаціях [16, 17].

    На рис. 5 наведені графіки перехідних процесів моменту двигуна, отримані за допомогою моделі. Вони розраховані для ударного додатки номінального навантаження при різних постійних часу інтегральної частини регулятора. Перерегулювання момент становить від 44 до 63%, це підтверджує необхідність розробки рішень щодо його обмеження.

    У розроблюваних способі і системі управління необхідно забезпечити виконання наступних вимог:

    - попередній розгін електроприводу (щоб зберегти його переваги);

    - компенсацію динамічної просадки швидкості при захопленні з метою обмеження впливу настройки САР швидкості на динамічний момент (основний відмітний ознака);

    - можливість застосування алгоритму управління як для однократно-інтегрує, так і двократно-інтегрує системи регулювання швидкості.

    -

    -Про-

    Реєстр. струмів і

    Реєстр.

    швидкості силова частина

    Мал. 4. Функціональна схема системи формування тахограм електроприводів кліті

    1.6 -

    про

    \ М, о.е.

    0,0041 с ..... Л. 0.0082 з.........

    І \ 0,012

    3,0 3,4 3,8 4,2 з

    Мал. 5. Перехідні процеси моменту при різних постійних часу регулятора швидкості

    Спосіб компенсації динамічної помилки швидкості за рахунок її випереджаючого збільшення

    Розроблено спосіб керування електроприводом прокатного стану, що є розвитком розробок [18, 19]. Суть методу полягає в обмеженні динамічного моменту електроприводу за допомогою попереджувального збільшення завдання швидкості на величину динамічної помилки регулювання швидкості при ударному додатку навантаження.

    На рис. 6 представлені перехідні процеси швидкості і струму якоря в одноразово-інтегрує (криві 1, 3) і дворазово-інтегрує (криві 2, 4) САР швидкості електроприводу в режимі ударного прикладання навантаження [20].

    В одноразово-інтегрує системі має місце статична помилка регулювання швидкості Дюс. Її величина наближено визначається за формулою

    (

    ДГА =

    2Т_

    \

    У

    V пр У

    дм "

    (1)

    де Впр - момент інерції електроприводу, приведений до валу двигуна; ДМС - прикладається момент статичного навантаження; ТТС - електромеханічна стала часу.

    У дворазово-інтегрує системі статична помилка регулювання швидкості відсутня. Максимальну динамічну помилку швидкості в такій системі можна оцінити за емпіричною формулою:

    (

    Дшд =

    1,9Т

    ? т

    Л.

    \

    ДМ "

    (2)

    пр У

    Таким чином, для компенсації динамічного зниження швидкості згідно з розробленим способом швидкість до моменту додатку навантаження повинна бути збільшена на складові, розраховані за виразами (1) або (2) в залежності від настройки САР швидкості електроприводу.

    Цей висновок справедливий як для синхронних електроприводів з частотним регулюванням швидкості, так і для тиристорних електроприводів постійного струму, які встановлені на діючих прокатних станах.

    Мал. 6. Ідеалізовані перехідні процеси електроприводу при ударному додатку навантаження

    експериментальні дослідження

    На рис. 7 наведені осцилограми завдань швидкостей п0, фактичних (актуальних) швидкостей пВгп, ПНГП і моментів двигунів МВгп, -Мнт головних приводів верхнього і нижнього валків (ВГП і НГП) кліті стану 5000. Вони отримані при випробуваннях алгоритму, що реалізує запропонований спосіб.

    З цією метою до захоплення металу валками до основного завдання швидкості додається величина динамічного збільшення швидкості електроприводу, розрахована за виразом (2). Вона компенсує динамічну просідання швидкості при захопленні. Це забезпечується за рахунок попереднього прискорення електроприводу в інтервалі

    При появі зусилля прокатки в момент / 2 сигнал компенсації осідання з основного завдання швидкості віднімається. Відбувається зниження завдання (і, відповідно, швидкості) в інтервалі / 2- / 3 з заданим уповільненням. Потім регулювання швидкості здійснюється згідно з технологією (відбувається розгін до робочої швидкості і подальше гальмування).

    Динамічні відхилення швидкості і моменту представлені вище в шпальтах таблиці з позначенням «рис. 7 ». Результати їх порівняння з показниками, відповідними режиму предразгона без компенсації динамічної помилки швидкості (див. Рис. 3, б), дозволили зробити наступні висновки:

    1. Кратність ударного моменту в запропонованій системі становить 1,1, в той час як в системі з предразгоном - 1,6. Таким чином, максимальний динамічний момент знижений в 1,45 рази.

    2. Динамічне відхилення швидкості електроприводу знижується в 2 рази, від 9,2 до 4,5%.

    3. На представлених осцилограмах предразгон здійснюється на 4,6% від П3 = 43 об / хв до ПТШ = 41 об / хв. Динамічне зниження швидкості при захопленні ДПД = П3 - ПТШ відбувається практично на ту ж величину, що наочно демонструють осцилограми. Це підтверджує справедливість розрахунку приросту швидкості по залежності (2).

    Представлені результати підтверджують технічну ефективність розробленого способу огра-ніченний динамічного моменту за рахунок компенсації помилки регулювання швидкості при ударному додатку навантаження.

    1405.4

    1405.6

    1405.8

    1406.0

    Мал. 7. Осцилограми швидкостей і моментів при захопленні металу у розробленій системі: вікно 1 - швидкості двигунів ВГП і НГП; вікно 2 - моменти двигунів

    Обговорення результатів

    Розроблений спосіб дозволяє домогтися зниження моменту двигуна і, відповідно, пружного моменту в передавальному механізмі за рахунок попереднього прискорення електроприводу перед захопленням і подальшого зниження швидкості після захоплення.

    Перевагою даного способу є те, що не потрібно формувати окремо сигнал на прискорення для вибору кутових зазорів. Сигнал завдання на предразгон формується таким чином, щоб приріст швидкості в момент захоплення відповідало величині, необхідної для компенсації попередньо розрахованої динамічної просадки швидкості.

    Разом з тим експериментальні дослідження показали, що цей спосіб не є абсолютно ефективним. При його реалізації забезпечується компенсація збільшення моменту, викликаного налаштуванням електроприводу. Разом з тим динамічний момент при захопленні в значній мірі залежить від пружних властивостей валопроводов кліті.

    Домогтися компенсації впливу пружної складової моменту можна за рахунок формування тахо-грам електроприводу, що передбачають гальмування двигуна після захоплення з заданим негативним прискоренням (уповільненням). Цей висновок прийнятий за основу при розробці способу керування електроприводом, який розглядається в публікаціях [12, 21]. Поєднання переваг цих розробок і розглянутого способу компенсації просадки швидкості дозволить отримати максимальне зниження динамічних навантажень при захопленні металу валками.

    список літератури

    1. Gasiyarov V.R., Radionov A.A., Karandaev A.S., Khram-shin V.R. Method of Limiting the Dynamic Loads on Hot Plate Mill's Mechatronics System. IEEE 10th International Conference on Mechanical and Intelligent Manufacturing Technologies (ICMIMT). 2019. P. 43-47. DOI: 10.1109 / ICMIMT.2019.8712076.

    2. Обгрунтування способів обмеження динамічних навантажень електромеханічних систем кліті прокатного стану / AT. Шубін, Б.М. Логінов, В.Р. Еасіяров,

    Е.А. Маклакова // Електротехнічні системи і комплекси. 2018. №1 (38). С. 14-25. DOI: 10.18503 / 2311-8318-2018-1 (38) -14-25.

    3. Karandaev A.S., Loginov B.M., Gasiyarov V.R., Khram-shin V.R. Force limiting at roll axial shifting of plate mill // Procedia Engineering. 2017. Vol. 206. P. 1780-1786. DOI: 10.1016 / j.proeng.2017.10.713 (англ).

    4. Karandaev A.S., Loginov B.M., Radionov A.A., Gasiyarov V.R. Setting Automated Roll Axial Shifting Control System of Plate Mill. Procedia Engineering, 2017. Vol. 206. P. 1753-1750. DOI: 10.1016 / j.proeng.2017.10.709.

    5. Gasyarov V.R., Radionov A.A., Loginov B.M., Voro-nin S.S., Khramshin V.R. Improvement of Work Roll Bending Control System Installed at Plate Mill Stand. Proceedings of the 9th International Conference on Computer and Automation Engineering (ICCAE 2017). Sydney, Australia. 2017. P. 269-273. DOI: 10.1145 / 3057039.3057105.

    6. Чертков F.B. Устаткування прокатних і пресових цехів. Електронний атлас конструкцій і деталей досліджуваного обладнання. Навчальний посібник / F.B. Чертков. Самара: Изд-во Самар, держ. аерокосм, ун-ту, 2012. 100 с.

    7. Khramshin V.R., Karandaev A.S., Evdokimov S.A., An-dryushin I.Yu., Shubin A.G., Gostev A.N. Reduction of the Dynamic Loads in the Universal Stands of a Rolling Mill. Metallurgist. Vol. 59. No 3-4, July 2015. P. 315-323. DOI: 10.1007 / s11015-015-0103-8.

    8. Khramshin V.R. Gasiyarov V.R., Karandaev A.S., Shubin A.G. Method of Reduction of an Edging and Horizontal Rolls Electromechanical Systems Interrelation in Universal Stand of a Rolling Mill. Procedia Engineering 2017, Vol. 206. P. 1761-1767. DOI: 10.1016 / j.proeng.2017.10.710.

    9. Gasiyarov V.R., Radionov A.A., Karandaev A.S., Khram-shin V.R. Method of Load Calculation of Electrical Drives of Rolling mills During Heavy Plate Manufacturing. 9th International Conference on Mechatronics and Manufacturing (ICMM 2018). IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 361 (2018) 012014. DOI: 10.1088 / 1757-899X / 361/1/012014.

    10. Shubin A.G., Loginov B.M., Khramshin V.R., Evdo-kimov S.A., Karandaev A.S. System of Automated Control of Hydraulic Screw-down Mechanisms of Plate Mill Stand. Proceedings of 2015 International Conference on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems (ME-ACS). 2015. 6 p. DOI: 10.1109 / MEACS.2015.7414858.

    11. Karandaev A.S., Gasiyarov V.R., Maklakova E.A., Logi-nov B.M., Khramshina E.A. Method limiting dynamic

    loads of electromechanical systems of plate mill stand, 2018 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus), Moscow and St. Petersburg, Russia, 2018, pp. 651-656. DOI: 10.1109 / EIConRus.2018.8317180.

    12. Radionov A.A., Gasiyarov V.R., Karandaev A.S., Khram-shin V.R., Maklakov A.S. Use of Automated Electric Drives for Limiting Dynamic Loads in Shaft Lines of Roll Mill Stands. The Journal of Engineering. The 9th International Conference on Power Electronics, Machines and Drives (PEMD 2018). 2018. 4 p. DOI: 10.1049 / joe.2018.8135.

    13. Діденко E.E. Способи зниження динамічних навантажень трансмісій робочих валків при вході смуги в кліті чистової групи стану гарячої прокатки // Автоматизовані технології і виробництва. 2017. №1. С. 25-27.

    14. Експериментальні дослідження і промислове випробування способів зниження динамічних навантажень в редукторних лініях приводів чорнових клітей НТЛС 1680 / П.В. Крот, А.Ю. Путноки, О.М. Клевцов, А.А. Єрмоленко // Праці V Конгресу прокатників, Череповець, 21-23 жовтня 2003 р М .: ВАТ «Черметінформа-ція», 2004. С. 523-529.

    15. Бичков В.П. Електропривод і автоматизація металургійного виробництва: навчальний посібник для вузів. 2-е изд., Перераб. і доп. М .: Вища. школа, 1977. 392 с.

    16. Radionov A.A., Gasiyarov V.R., Baskov S.N., Karandaev A.S., Khramshin V.R. Mathematical Modeling of

    Mechatronics System Hydraulic Screwdown Mechanism -Electric Drive of Rolling Mill Stand 9th International Conference on Mechatronics and Manufacturing (ICMM 2018). IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 361 (2018) 012020. D0I: 10.1088 / 1757-899X / 361/1/012020.

    17. Розробка математичної моделі взаємопов'язаних електротехнічних систем кліті товстолистового прокатного стану / С.М. Басков, В.Р. Еасіяров, Б.М. Логінов, В.Р. Храмшін, К.Е. Одинцов // Известия вузів. Електромеханіка. 2017. Т. 60. № 6. С. 55-64.

    18. Karandaev A.S., Khramshin V.R., Andryushin I.Yu., Petrya-kov S.A., Khramshin R.R. Method for correction of gauge interference of the head-strip section in a system for automated controlling of the thickness of a broad-strip hot-rolling mill (2013) Russian Electrical Engineering, 84 (8), pp. 441-445.

    19. Краус Б.А. Регулювання швидкості електроприводу чистової кліті стану гарячої прокатки при заході металу у валки // Известия вузів. Електромеханіка. 1980. №10. С. 1079-1081.

    20. Казанцев, В.П. Системи управління виконавчими механізмами. Перм: РІО ПДТУ, 2010. https: // studopedia. su / 13_38492_ispolnitelnimi-mehanizmami. html

    21. Constraining the Dynamic Torque of a Rolling Mill Stand Drive / V.R. Khramshin, V.R. Gasiyarov, A.S. Karandaev, S.N. Baskov, B.M. Loginov // Вісник ЮУрЕУ. Серія «Енергетика». 2018. Т. 18, №1. С. 101-111. DOI: 10.14529 / power180109

    Надійшла до редакції 23 липня 2019 р.

    Information in English

    Compensation of Dynamic Loads of the Rolling Stand Electric Drive by Means of Anticipatory Speed ​​Increase

    Vadim R. Gasiyarov

    Ph.D. (Engineering), Head of the Department of Mechatronics and Automation, South Ural State University (National Research University), Chelyabinsk, Russia. E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.. ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9635-4716.

    The aim of the research work is to limit dynamic loads of electro-mechanical systems of rolling mill stand rolls operating with impact application of load. The investigations were carried out using data from the electric drive of a reverse stand of the plate mill 5000 of the PJSC "Magnitogorsk Iron and Steel Works" (PJSC "MMK"). It is noted the problem is really urgent due to the increase of the product range and introduction of new rolled products from difficult-to-form steel grades. The research group found that the cause of the over-tolerance dynamic loads during metal pick up by the rolls was the angular gaps in the power transmission. The paper considers the mechanism of impact origination in spindle junctions at the moment of closing of the angular gap. It was shown that at present the main way to limit them is to pick up metal in the mode of electric drive acceleration. The research group carried out the analysis of oscillograph records of motor torques and drive shaft torques of the reversing stand of the mill 5000 during metal pickup by the rolls. It was concluded that in spite of the significant limitation of loads, this method can not provide the necessary reduction in the dynamic torque. It was stated that the main reason of this was overregulation of the torque caused by the setting of the doubleloop automatic control system of the electric drive speed. In order to limit this component, a new method was proposed, which surpasses acceleration by the value of the dynamic deviation of the speed control at the impact application of load. Empirical equations were proposed to calculate deviations in the single- and doubleintegrating automatic control systems of speed. The paper shows oscillograph records of the electric drive coordinates during metal pickup when the developed algorithm was implemented at the rolling mill 5000. The value of the impact load decreased by 1.45

    times confirming the technical efficiency of the developed method. To further reduce the dynamic loads, it was recommended to form speed diagrams of the electric drive providing motor breaking with the preset rate after the metal pickup.

    Keywords: plate rolling mill, reversing stand, the main line, spindle joint, angular play, load, impact application, torque, overregulation, limitation, electric drive, speed, method, system, development, experimental investigations, recommendations.

    References

    1. Gasiyarov V.R., Radionov A.A., Karandaev A.S., Khramshin V.R. Method of Limiting the Dynamic Loads on Hot Plate Mill's Mechatronics System. IEEE 10th International Conference on Mechanical and Intelligent Manufacturing Technologies (ICMIMT). 2019. P. 43-47. DOI: 10.1109 / ICMIMT.2019.8712076.

    2. Shubin A.G., Loginov B.M., Gasiyarov V.R., Maklakova E.A. Justification of methods of dynamic load limitation at electro-mechanical systems of the rolling mill stand // El-ektrotekhnicheskie sistemy i kompleksy [Electrotechnical systems and complexes]. 2018. No. 1 (38). P. 14-25. DOI: 10.18503 / 2311-8318-2018-1 (38) -14-25. (In Russian)

    3. Karandaev A.S., Loginov B.M., Gasiyarov V.R., Khramshin V.R. Force limiting at roll axial shifting of plate mill // Procedia Engineering. 2017. Vol. 206. P. 1780-1786. DOI: 10.1016 / j.proeng.2017.10.713.

    4. Karandaev A.S., Loginov B.M., Radionov A.A., Gasiyarov V.R. Setting Automated Roll Axial Shifting Control System of Plate Mill. Procedia Engineering, 2017. Vol. 206. P. 1753-1750. DOI: 10.1016 / j.proeng.2017.10.709

    5. Gasyarov V.R., Radionov A.A., Loginov B.M., Voro-nin S.S., Khramshin V.R. Improvement of Work Roll Bending Control System Installed at Plate Mill Stand. Proceedings of the 9th International Conference on Computer and Automation Engineering (ICCAE 2017). Sydney, Australia. 2017. P. 269-273. DOI: 10.1145 / 3057039.3057105.

    6. Chertkov G.V. Oborudovanieprokatnukh ipressovykh tsekhov. Elektronnyi atlas konstruktsiy i detaley izuchaemogo oborudo-vaniya [Equipment of rolling and molding shops. Electronic atlas of design and parts of the examined equipment]. Study guide / G.V. Chertkov. Samara: Publishing center of Samar State Airspace University, 2012. 100 p. (In Russian)

    7. Khramshin V.R., Karandaev A.S., Evdokimov S.A., An-dryushin I.Yu., Shubin A.G., Gostev A.N. Reduction of the Dynamic Loads in the Universal Stands of a Rolling Mill. Metallurgist. Vol. 59. No 3-4, July 2015. P. 315-323. DOI: 10.1007 / s11015-015-0103-8.

    8. Khramshin V.R., Gasiyarov V.R., Karandaev A.S., Shubin A.G. Method of Reduction of an Edging and Horizontal Rolls Electromechanical Systems Interrelation in Universal Stand of a Rolling Mill. Procedia Engineering 2017, Vol. 206. P. 1761-1767. DOI: 10.1016 / j.proeng.2017.10.710

    9. Gasiyarov V.R., Radionov A.A., Karandaev A.S., Khram-shin V.R. Method of Load Calculation of Electrical Drives of Rolling mills During Heavy Plate Manufacturing. 9th International Conference on Mechatronics and Manufacturing (ICMM 2018). IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 361 (2018) 012014. DOI: 10.1088 / 1757-899X / 361/1/012014.

    10. Shubin A.G., Loginov B.M., Khramshin V.R., Evdo-kimov S.A., Karandaev A.S. System of Automated Control of Hydraulic Screw-down Mechanisms of Plate Mill Stand. Proceedings of 2015 International Conference on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems (ME-ACS). 2015. 6 p. DOI: 10.1109 / MEACS.2015.7414858.

    11. Karandaev A.S., Gasiyarov V.R., Maklakova E.A., Logi-nov B.M., Khramshina E.A. Method limiting dynamic loads of electromechanical systems of plate mill stand, 2018 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus), Moscow and St. Petersburg, Russia, 2018, pp. 651-656. DOI: 10.1109 / EIConRus.2018.8317180.

    12. Radionov A.A., Gasiyarov V.R., Karandaev A.S., Khram-shin V.R., Maklakov A.S. Use of Automated Electric Drives for Limiting Dynamic Loads in Shaft Lines of Roll Mill Stands. The Journal of Engineering. The 9th International Conference on Power Electronics, Machines and Drives (PEMD 2018). 2018. 4 p. DOI: 10.1049 / joe.2018.8135.

    Гасіяров В.Р. Спосіб компенсації динамічних навантажень електропривода прокатної кліті за рахунок випереджаючого збільшення швидкості // Електротехнічні системи і комплекси. 2019. № 3 (44). С. 39-46. Шр8: /Мого^/10.18503/2311-8318-2019-3 (44) -39-46

    13. Didenko E.E. Ways to decrease dynamic loads of work roll transmissions during feeding the strip into stands of the finishing train of a hot rolling mill / E.E. Didenko // Avtomatiziro-vannye tekhnologii i proizvodstva [Automated technologies and production facilities]. 2017. No. 1. P. 25-27. (In Russian)

    14. Krot P.V., Putnoki A.Yu., Klevtsov O.M., Ermovenko A.A. Experimental investigations and pilot research of the ways to decrease dynamic loads in gear lines of drives of 1680 NTLS roughing stands // Trudy V Kongressa prokatchikov, Cherepovets, 21-23 oktyabrya 2003 g. [In the collection of scientific papers: «Proceedings of V Congress of Rollermen, Cherepovets, October 21-23, 2003»]. Moscow: OJSC «Ferrous metal information», 2004. P. 523-529. (In Russian)

    15. Bychkov V.P. Elektroprivod i avtomatizatsiya metallur-gicheskogo proizvodstva [Electric drive and automation of metallurgical production]: Study guide for universities. 2 revised and enlarged edition Moscow: High school, 1977. 392 p. (In Russian)

    16. Radionov A.A., Gasiyarov V.R., Baskov S.N., Karan-daev A.S., Khramshin V.R. Mathematical Modeling of Mechatronics System «Hydraulic Screwdown Mechanism -Electric Drive of Rolling Mill Stand» 9th International Conference on Mechatronics and Manufacturing (ICMM 2018). IOP Conf Series: Materials Science and Engineering, 361 (2018) 012020. DOI: 10.1088 / 1757-899X / 361/1/012020.

    17. Baskov S.N., Gasiyarov V.R., Loginov B.M., Khram-shin V.R., Odintsov K.E. Development of a mathematical model of the interrelated electro-technical systems of a stand of a plate rolling mill // Izvestiya vuzov. Elektromekhanuka [Proceedings of Universities. Electrical Engineering]. 2017. Vol. 60. No. 6. P. 55-64. (In Russian)

    18. Karandaev A.S., Khramshin V.R., Andryushin I.Yu., Petrya-kov S.A., Khramshin R.R. Method for correction of gauge interference of the head-strip section in a system for automated controlling of the thickness of a broad-strip hot-rolling mill (2013) Russian Electrical Engineering, 84 (8), pp. 441-445.

    19. Kraus B.A. Control of electric drive speed of a finishing train stand of a hot rolling mill during metal pickup by the rolls // Izvestiya vuzov. Elektromekhanuka [Proceedings of Universities. Electrical Engineering]. 1980. no. 10. pp. 1079-1081.

    20. Kazantsev V.P. Sistemy upravleniya ispolnitelnymi mekhan-ismami [Control systems of actuating units] / V.P. Kazantsev - Perm, RIO PGTU - 2010. https://studopedia.su/ 13_38492_ispolnitelnimi-mehanizmami.html (In Russian)

    21. Constraining the Dynamic Torque of a Rolling Mill Stand Drive / V.R. Khramshin, V.R. Gasiyarov, A.S. Karandaev, S.N. Baskov, B.M. Loginov // Vestnik YuUrGU. Seriya "Ener-getika" [Bulletin of SUSU. Series "Power engineering"]. 2018. Vol. 18, no. 1. pp. 101-111. DOI: 10.14529 / power180109

    Gasiyarov V.R. Compensation of Dynamic Loads of the Rolling Stand Electric Drive by Means of Anticipatory Speed ​​Increase. Elektrotekhnicheskie sistemy i kompleksy [Electrotechnical Systems and Complexes], 2019, no. 3 (44), pp. 39-46. (In Russian). https://doi.org/10.18503/2311-8318-2019-3(44)-3 9-46


    Ключові слова: Товстолистові прокатні стани / PLATE ROLLING MILL / реверсивні кліті / REVERSING STAND / ГОЛОВНА ЛІНІЯ / MAIN LINE / шпиндельний З'ЄДНАННЯ / SPINDLE JOINT / КУТОВИЙ зАЗОР / ANGULAR PLAY / НАВАНТАЖЕННЯ / LOAD / ударний додаток / IMPACT APPLICATION / МОМЕНТ / TORQUE / перерегулюванням / OVERREGULATION / ОБМЕЖЕННЯ / LIMITATION / ЕЛЕКТРОПРИВІД / ELECTRIC DRIVE / ШВИДКІСТЬ / SPEED / СПОСІБ / METHOD / СИСТЕМА / SYSTEM / РОЗРОБКА / DEVELOPMENT / ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ / EXPERIMENTAL INVESTIGATIONS / РЕКОМЕНДАЦІЇ / RECOMMENDATIONS

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити