Файл: Филатов, А. С. Электропривод и автоматизация реверсивных станов холодной прокатки.pdf

Т а б л и ц а 9

СВЕДЕНИЯ О МОМЕНТАХ ИНЕРЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИВОДА НАМОТОЧНЫХ УСТРОЙСТВ ДВАДЦЛТНВАЛКОВЫХ СТАНОВ

П р и м е ч а н и я : I. Цифры в числителе для главного двигателя, в знаме­ нателе — для вспомогательного.

2. Моменты инерции барабана и рулона для электрогидравлпческого приво­ да такие же, как для электромеханического.

случае было бы исключено влияние потерь в редукторе и двигателе на точность работы регулятора, а ошибка от динамической составляющей силы тока существенно уменьшилась бы при значительном повышении быстро­ действия привода. Эту идею удалось реализовать при создании электрогидравлической системы привода, пред-

152

ложеиион Б. Ф. Ромаичнковым и А. С. Филатовым. Принцип ее работы заключается в следующем (рис. 85). Барабан моталки / при помощи муфты 2 жестко сое­ диняется с выходным валом гидромуфты, которая со­ стоит из основания 4, статора 6, установленного в под-

шипниках основания, ротора 5 с выходным валом, несу­ щим шестерню 3. Гидромуфта представляет собой моментный гидроцилиндр с вращающимся корпусом, на внутренней стороне которого размещены два выступа — замыкателя. Ротор гидромуфты снабжен двумя лопа­ стями, которые совместно с замыкателями корпуса де­

ней стороны подходят три трубы: 7 для подвода масла в полость ББ', 8 — для подвода масла в полость ВВ'; 9 — для слива утечек масла. Момент на валу ротора 5 опре­ деляется разностью давлений, действующих на лопасти ротора. Нетрудно заметить, что ротор в пределах задан­ ного угла (это определяется конструкцией гидромуфты) имеет возможность свободно двигаться относительно ста­ тора. На выходном и входном валах гидромуфты уста­ навливают датчики 12 (сельсины) для измерения угла рассогласования валов. Разность напряжений этих дат­ чиков, пропорциональная углу рассогласования, посту­ пает на усилители. На выход их подключают обмотку возбуждения генератора, от которого осуществляется питание приводного двигателя намоточного устройства.

153

Естественно, что вместо генератора могут быть исполь­ зованы управляемые ртутные выпрямители пли тиристо­ ры. Тогда сигнал от датчиков следует направлять в схе­ му управления преобразователями. Полоса из клети по­ ступает на моталку и заправляется. После этого по сигналу от задатчпка натяжения (пли другого сигнала) в гидромуфту подается жидкость под определенным дав­ лением от специального источника в полости Б и В. Это давление обусловливает появление момента на валах ги­ дромуфты. Поскольку на валу двигателя нет момента в первоначальный период, то он будет стремиться повер­ нуться в противоположную сторону. Появится угол рас­ согласования.

Следящая система включается в работу. На обмотке возбуждения генератора появится напряжение, и', сле­ довательно, ток в якорной цепи двигателя и момент на его валу, уравновешивающий действие момента Мг от поступающего в гидромуфту давления. Момент Мг стре­ мится также повернуть корпус муфты и барабан / по часовой стрелке, создавая тем самым необходимый мо­ мент на барабане.

Момент М г (на выходном валу гидромуфты) можно регулировать изменением подаваемого в полости ББ' давления жидкости, создавая, таким образом, необходи­ мый диапазон изменения натяжения. При прокатке диа­ метр рулона увеличивается (уменьшается), а натяже­ ние падает (растет). Чтобы сохранить заданное значение натяжения, необходимо в соответствии с сигналом, полу­ ченным от измерителя натяжения пли другого датчика, изменить величину давления. Таким образом с ростом диаметра наматываемого бунта момент Мг соответст­ венно возрастает, а скорость вращения барабана замед­ ляется. Это приводит к тому, что статор гидромуфты начинает поворачиваться относительно ротора против часовой стрелки, т. е. угол начинает изменяться. Сле­ дящая система по-сигналам датчика рассогласования приведет скорости вращения входного и выходного валов гидромуфты в соответствие. Таким образом, электродви­ гатель при помощи указанной системы «следит» за взаимным положением ротора и статора гидромуфты.

В предложенном приводе осуществляется регулиро­ вание момента на барабане от датчика натяжения или измерителя диаметра бунта и скорости вращения дви­ гателя по углу рассогласования ротора и статора.

154

7. СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СТАБИЛИЗАЦИИ НАТЯЖЕНИЯ ПОЛОСЫ

Проблема создания регулятора натяжения полосы с использованием электрогидравлической системы привода намоточных устройств распадается на две задачи. Пер­ вая задача состоит в создании устройства, способного автоматически регулировать скорость вращения привод­ ного двигателя моталки при ускорении стана и в пе-

Рнс. 86. Структурная схема системы управления приводом:

ТГК — тахогсператор клети; ДОЛГ — источник постоянного тока; Д м _ двигатель

риод намотки бунта. Для этого (рис. 86) с валом дви­ гателя клети жестко соединяют тахогенератор ТГК, об­ мотка возбуждения которого питается напряжением, обратно пропорциональным диаметру бунта, с клемм из­ мерителя диаметра буита.

Таким образом, напряжение на тахогенераторе клети будет пропорционально скорости вращения моталки. От тахогенератора через усилитель питается обмотка воз­ буждения генератора или другого источника постоянного тока ИПТ. По мере роста бунта возбуждение тахогене­ ратора уменьшается и снижается напряжение на выходе

165

[ШТ. Параметры этого контура выбирают таким обра­ зом, чтобы при максимальной скорости прокатки и пу­ стом барабане напряжение генератора моталки было номинальным. Более точная корректировка скорости вращения двигателя моталки осуществляется при помо­ щи следящей системы по углу рассогласования а вход­ ного п выходного валов (ротора и статора) гидромуфты ГМ. Сигнал о наличии угла рассогласования, замеряе­ мого сельсинной парой, поступает в схему управления источником постоянного тока ИПТ.

Возбуждение двигателя в период работы стана со­ храняется неизменным.

Приведенная схема может быть выполнена и иначе, т. е. возбуждение двигателя меняется в соответствии с изменением диаметра бунта. В данном случае регулиро­ вание скорости вращения двигателя осуществляется из­ менением потока возбуждения при постоянном напря­ жении в якорной цепи. Таким образом, применяемые для решения первой части проблемы устройства просты, на­ дежны и не требуют каких-либо дополнительных новых разработок. Вторая часть проблемы сводится к соз­ данию автоматического устройства регулирования дав­ ления в гидромуфте в соответствии с изменением радиу­ са рулона. Это принципиально новая задача. Для ее решения требуются измеритель диаметра бунта, задаю­ щее устройство и измеритель давления в гидромуфте. При помощи задающего устройства (ЗУ) устанавлива­ ют величину давления в гидромуфте или натяжение по­ лосы. Очевидно, что в начальный момент эта величина должна быть равна показаниям манометра или устройст­ ва, при помощи которого осуществляется действительное измерение давления жидкости в гидромуфте.

Равенство сохраняется', если осуществить умножение напряжений, пропорциональных указанным величинам, на напряжение, пропорциональное первоначальному диа­ метру бунта. Для измерения диаметра бунта во ВНИИметмаше разработали дискретное устройство, состоящее из импульсных датчиков клети ИДК и моталки ИДМ. Импульсы с этих датчиков поступают в блок измерения диаметра рулона ВИД. Происходит определение угла поворота барабана моталки при размещении на нем от­ резка полосы постоянной заданной длины.

По результатам этого измерения и определяют диа­ метр рулона. Происходит умножение сигналов, посту-

156

пающих с клемм задающего устройства ЗУ п блока из­ мерителя диаметра. Результат этой операции поступает на вход суммирующего усилителя СУ, в котором проис­ ходит сравнение с" напряжением электроманометра ЭМ, контролирующего действительное давление Р в гидро­ муфте. Очевидно, что по мере роста бунта равенство указанных сигналов будет нарушаться. На выходе СУ появится напряжение, что приведет к работе через нульорган НО приводной двигатель ШД клапана. Таким об­ разом давление в гидромуфте, и, следовательно, момент на валу барабана будут изменяться в соответствии с из­ менением диаметра бунта. Натяжение сохраняется по­ стоянным. Гидромуфта, разработанная под руководст­ вом Б. Ф. Романчикова для двадцативалкового стана 300 имеет следующие технические данные: рабочее дав­ ление 60—70 кгс/см2 ; максимальный рабочий момент 200 кг-м; максимальный угол поворота ротора относи­ тельно статора 90°; скорость вращения до 400 об/мин.

Проведенные стендовые и промышленные испытания гидромуфты указывают на возможность создания новой электрогидравлической системы привода намоточных устройств с диапазоном регулирования натяжения поло­ сы 1—40 при точности стабилизации его 3—4%. Эти-по­ казатели значительно лучше показателей, достигнутых в современных электромеханических системах привода мо­ талок (10—12%)• Применение новой системы привода дает ряд других очень важных преимуществ. Сущест­ венно улучшается быстродействие системы автоматиче­ ского регулирования натяжения полосы, повышается ка­ чество переходных режимов, исключаются вспомогатель­ ный привод моталки и специальные редукторы, что позволяет сократить расстояние между клетью и намоточ­ ными устройствами. А это приводит к сокращению от­ ходов металла и повышению экономических показателей работы стана в целом.

'8. ЭЛЕКТРОПРИВОД МОТАЛКИ С ЭПМ

ВСССР освоено производство наитончайшей ленты на двадцативалковом стане 60. Стан предназначен для холодной прокатки ленты толщиной 1—2 мкм, шириной 20—40 мм, из сплавов с особыми физическими свойства­ ми (с пределом прочности до 200 кгс/мм2 ). Исходная толщина ленты составляет 20—30 мкм; скорость прокат-

157

ки 0,5 м/с; диаметр рабочих валков 3—4 мм. Вследст­ вие жестких допусков по толщине и однородности свойств иаитончайших лент, а также малых абсолютных величин натяжений, необходимых при холодной прокат­ ке ленты толщиной 1—2 мкм предъявляют особо высокие требования к системе привода моталок. При этом сле­ дует также иметь в виду, что на стане прокатывается лента из материалов с различными прочностными харак­ теристиками, что обусловливает необходимость обеспе­ чения изменения уставок натяжения от 1 до 20. За­ данное натяжение ленты должно поддерживаться по­ стоянным с заданной степенью точности, определяемой технологическими особенностями стана. На рис. 51 изоб­ ражены кривые влияния натяжения леиты на ее толщи­ ну для различных сплавов и проходов. С учетом этих за­ висимостей были разработаны и внедрены на станах указанного назначения два варианта электропривод?" моталок. По первому варианту привод выполнен по схе­ ме двигатель — редуктор — барабан моталки (редук­ тор — цилиндрический, одноступенчатый; двигатель — постоянного тока П12; 0,2 кВт; 220 В; 1000 об/мин).

В связи с незначительным изменением диаметра рулона

ибольшим временем его прокатки в каждом пропуске натяжения ленты регулировалось в функции постоянст­ ва силы тока в якорной цепи двигателя. Влияние потерь в системе привода на точность поддержания натяжения полосы оценивали на основании экспериментальных кри­ вых и показаний измерителей натяжения, установлен­ ных на стане.

Для обеспечения требуемого диапазона изменения уставок натяжения на моталках стана были преду­ смотрены сменные барабаны различных диаметров и со­ ответствующее ступенчатое изменение тока возбуждения

что при работе на малых скоростях и при малых натяже­ ниях у двигателей малой мощности (П12), имеющих не­ большое число пазов якоря и коллекторных пластин, становятся заметными зубцовые и'коллекторные колеба­ ния момента двигателя. Отмеченные недостатки обусло­ вили необходимость реализации второго варианта при-

158

Вода моталки с использованием бесконтактных, электромагнитных порошковых муфт "(ЭПМ). Кинематическая схема привода моталки в таком исполнении, разработан­

ным отношением i\ служит для согласования номинального момента ЭПМ с требуемым моментом натяжения ленты, а редуктор с передаточным от­ ношением н предназначен для согласования скоростей вра­ щения двигателя и входного вала ЭПМ. Мощность двигате­ ля рассчитывают из условия обеспечения длительной рабо­ ты привода на максимальной скорости с наибольшим натя­ жением по формуле:

и проверяют по нагреву. Номинальный момент ЭПМ со­ ставляет:

(138)

где / ? т а х — наибольший диаметр рулона, м.

Применение редуктора t'i можно было бы избежать при наличии достаточно широкого сортамента ЭПМ. В серийном производстве в настоящее время не оказалось электромагнитных порошковых муфт, соответствующих параметров. Однако даже при таком исполнении приво­ да моталки его преимущества по сравнению с первым

159