Введение к работе
Актуальность работы. Повышение экономической эффективности работы толстолистовых станов горячей прокатки тесно связано со снижением расхода металла за счет уменьшения потерь на обрезь, вызванной отклонением формы листа в плане от прямоугольной. Актуальная эта проблема и при горячем деформировании в условиях реверсивной прокатки и на одноклетьевом толстолистовом стане 5000, введенном в эксплуатацию в 2009 году на промплощадке ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат". Особенно значимым задача уменьшения потерь на обрезь становится при производстве широких листов ответственного назначения, например под изготовление одношовных труб для газо- и нефтепроводов высокого давления.
Наиболее эффективным методом воздействия на форму листа в плане является изменение продольного профиля листа путем регулирования межвалкового зазора в процессе прокатки автоматизированными электро- и гидроприводами нажимных винтов. Такое регулирование во время процесса пластического деформирования позволяет улучшить параллельность боковых и концевых частей раската, сократить торцевую и боковую обрези и увеличить выход годного. Так по литературным источникам известно, что на современных зарубежных станах при внедрении режима профилированной прокатки экономия металла достигает 10% и более. Экономическая эффективность от внедрения регулирования формы раската в плане (внедрении режима профилированной прокатки) доказана и отечественными учеными -технологами, результаты теоретических и практических исследований которых изложены в соответствующих научных трудах.
Новизна технологического режима профилированной прокатки определяет необходимость разработки методики определения энергосиловых параметров и нагрузок главного электропривода клети, обоснования динамических требований к главному электроприводу и приводу комбинированных электрогидравлических нажимных устройств, а также совершенствования систем автоматического управления этими приводами.
Вышеизложенное позволяет сделать вывод об актуальности исследуемой в рамках диссертационной работы тематики.
Цель работы. Целью настоящей диссертационной работы является совершенствование системы автоматического управления автоматизированными приводами клети толстолистового широкополосного реверсивного стана горячей прокатки для реализации режима профилированной прокатки.
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих основных задач:
1. Разработки технологических требований к главному электроприводу, электро- и гидроприводам нажимных устройств горизонтальной клети и вертикальной клети толстолистового стана в режиме профилированной
прокатки.
Выбора методики определения нагрузочных режимов главного электропривода прокатной клети стана, а также разработки методики расчета требуемого быстродействия нажимных устройств при профилировании в горизонтальной и вертикальной клетях.
Создание математической модели для определения нагрузочных режимов главного электропривода толстолистового стана горячей прокатки.
Разработки системы управления профилированной прокаткой, обеспечивающей согласованное управления всеми приводами прокатной клети и реализующей получение заданного профиля раската с требуемой точностью.
Проведение экспериментальных исследований разработанных приводов и систем автоматического управления в реальных производственных условиях на стане 5000 ОАО "ММК".
Методы исследования. Теоретические исследования проводились с применением аналитических и численных методов решения алгебраических уравнений и систем дифференциального и интегрального исчисления, методов структурного моделирования. Разработанные алгоритмы реализованы на языке программирования Object Pascal в среде визуального объектно-ориентированного программирования и создания приложений для Windows Borland Delphi 7.0. Кроме того, расчеты выполнялись с использованием математического пакета MATLAB 2007. Экспериментальные исследования проводились в промышленных условиях на действующем толстолистовом реверсивном стане горячей прокатки путем прямого осциллографирования основных параметров с последующей их обработкой.
Научная новизна разработок заключается в создании новой системы автоматического регулирования профиля листа, обеспечивающей совместную работу автоматизированных электро- и гидроприводов валков и нажимных винтов толстолистового реверсивного стана горячей прокатки, направленную на повышение прямоугольности формы прокатываемого листа в плане.
Предложено математическое описание, разработан алгоритм и создан программный продукт для моделирования ожидаемого давления металла на валки и момента прокатки на валу электродвигателя главного электропривода клети.
Обоснованы технологические требования к главному электроприводу, электроприводу и гидроприводу нажимных устройств горизонтальной и вертикальной клети толстолистового стана при профилировании, а также требования к автоматической системе управления профилированной прокаткой.
Разработана методика расчета требуемого быстродействия электромеханических и гидравлических нажимных устройств при профилированной прокатке, учитывающая особенности технологического режима.
Предложен принцип управления толщиной и шириной раската и разработана автоматическая система управления профилированной прокаткой, реализующая этот принцип.
Предложена система регулирования положения комбинированного электрогидравлического нажимного устройства в составе следящей системы автоматического регулирования толщины, обеспечивающая получение заданного профиля раската с требуемой точностью.
Практическая ценность и реализация работы состоит в том, что в результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований созданы технические предпосылки для повышения эффективности работы толстолистовых станов горячей прокатки.
Результаты диссертационной работы переданы в ОАО "Магнитогорский ГИПРОМЕЗ", где приняты к использованию при проектировании толстолистовых станов горячей прокатки.
Разработанная система автоматического регулирования формы раската в плане прошла опытно-промышленную апробацию на действующем стане горячей прокатки 5000 ОАО "ММК".
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается правомерностью принятых исходных положений и предпосылок, корректным применением методов математического моделирования, применением классических методов теории электропривода и теории автоматического управления, практической реализацией и экспериментальными исследованиями разработанной системы регулирования в промышленных условиях.
К защите представляются следующие основные положения:
Уточненные технологические требования к приводам электромеханических и гидравлических нажимных устройств толстолистового стана горячей прокатки.
Математическая модель для расчета нагрузочных режимов главного электропривода толстолистового стана горячей прокатки, учитывающая особенности процесса деформации толстых заготовок.
Система автоматического регулирования формы раската в плане, обеспечивающая получение заданного профиля раската с требуемой точностью.
Результаты экспериментальных исследований режимов работы приводов клети и нажимных устройств при профилированной прокатке в реальных производственных условиях на стане 5000 ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат".
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: VI международной (XVII Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу (г. Тула, 2010 г.); IV всероссийской мультиконференции по проблемам управления (г. Таганрог, 2011 г.); 68-й и 69-й межрегиональных научно-техни-
ческих конференциях "Актуальные проблемы современной науки, техники и образования" (г. Магнитогорск, 2010 и 2011 г.г.); межрегиональной научно-технической конференции "Наука и производство Урала" (г. Новотро-ицк, 2010 г.); на научно-технических семинарах кафедры автоматизированного электропривода и мехатроники ФГБОУ ВПО "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" (2010-2012 г.г.).
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 11 печатных трудах, в том числе 2 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Минобр-науки России.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 93 наименований и одного приложения. Работа изложена на 125 страницах машинописного текста, в том числе 37 рисунков и 20 таблиц.
