Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65
Telegram: sibac
Прием заявок круглосуточно
График работы офиса: с 9.00 до 18.00 Нск (5.00 - 14.00 Мск)

Статья опубликована в рамках: XXXVI Международной научно-практической конференции «Технические науки - от теории к практике» (Россия, г. Новосибирск, 23 июля 2014 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Информатика, вычислительная техника и управление

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Мещеряков В.Н., Усов С.В. КОСВЕННЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА ДИАМЕТРА РУЛОНА НА ПРОИЗВОДСТВАХ СТАЛЕЙ // Технические науки - от теории к практике: сб. ст. по матер. XXXVI междунар. науч.-практ. конф. № 7(32). – Новосибирск: СибАК, 2014.
Проголосовать за статью
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

КОСВЕННЫЙ  МЕТОД  РАСЧЕТА  ДИАМЕТРА  РУЛОНА  НА  ПРОИЗВОДСТВАХ  СТАЛЕЙ

Мещеряков  Виктор  Николаевич

д-р  техн.  наук,  зав.  кафедрой  электропривода,  профессор  Липецкого  государственного  технического  университета,  РФ,  г.  Липецк

Усов  Сергей  Васильевич

аспирант  кафедры  электропривода  Липецкого  государственного  технического  университета,  РФ,  г.  Липецк

E-mail: 

 

INDIRECT  METHOD  OF  CALCULATION  OF  DIAMETER  OF  THE  ROLL  ON  MANUFACTURES  OF  STEELS

Mesherekov  Viktor

doctor  of  Science,  Head  of  Electrical  Drive  department,  professor  of  Lipetsk  State  Technical  University,  Russia,  Lipetsk

Usov  Sergej

post-graduate  student  of  Electrical  Drive  department  of  Lipetsk  State  Technical  University,  Russia,  Lipetsk

 

АННОТАЦИЯ

Рассматривается  косвенный  метод  расчета  диаметра  по  угловой  скорости  барабана  моталки  и  линейной  скорости  полосы,  проводится  анализ  методами  теории  автоматического  управления  и  предлагается  автоматическая  система,  позволяющая  уточнить  значение  расчетного  диаметра.

ABSTRACT

In  article  the  indirect  method  of  calculation  of  diameter  on  angular  speed  of  cylinder  tension  reel  is  considered  and  linear  speed  of  a  strip,  the  analysis  is  carried  out  by  methods  of  the  theory  of  automatic  control  and  is  offered  the  automatic  system,  allowing  to  specify  value  of  calculation  of  diameter.

 

Ключевые  слова :  наматывающее  устройство  (моталка);  диаметр;  косвенные  методы;  автоматическая  система.

Keywords:  tension  reel;  diameter;  indirect  measurements;  automatic  system.

 

Для  производства  холоднокатаных  полос  сталей  различных  марок  широкое  применение  нашел  рулонный  метод  обработки  с  применением  средств,  для  создания  натяжения  полосы.  Рулонный  метод  производства  имеет  большие  преимущества,  по  сравнению  с  другими  методами  из-за  повышенной  производительности,  повышения  качества  обрабатываемого  металла,  а  также  повышение  механизации  и  автоматизации  технологического  процесса. 

На  любой  технологической  линии  устойчивая  работа  и  высокое  качество  продукции  надежно  обеспечиваются,  если  технологическая  зона  работает  с  постоянной  скоростью  и  при  стабильных  условиях.  Напряженное  состояние  полосы  в  рулоне  по  мере  намотки  необходимо  изменять  по  различным  закономерностям  для  формирования  внутренних  витков  рулона,  плотной  смотки  и  исключения  образования  дефектов  при  смятии  рулона.

Основной  особенностью  электропривода  намоточных  механизмов  является  непрерывное  изменение  параметров  из-за  изменения  диаметра  рулона.  При  работе  моталок  постоянно  изменяются:  скорость  вращения,  вес  рулона,  момент  инерции  и  потери  в  приводе.  Установившихся  режимов  нет  даже  при  движении  полосы  с  постоянной  скоростью. 

Для  регулирования  натяжения  используют  два  способа:  по  регулируемому  параметру,  когда  натяжение  измеряется  с  помощью  измерителя  натяжения;  по  косвенному  определению  значения  натяжения,  согласно  формуле  (1)  [1,  с.  348—349]. 

 

  ,  (1)

 

где:  М  —  момент  на  валу  барабана  наматывающего  устройства,  Н∙м;

r  —  радиус  рулона,  м.

Системы  с  косвенным  измерением  натяжения  широко  распространены  при  обработке  стальных  полос,  вследствие  надежности  и  простоты  реализации. 

Одной  из  главных  составляющих  для  косвенного  регулирования  натяжения  намотки  рулона  является  точное  определение  значение  диаметра  (радиуса)  наматываемого  рулона.  Определение  значение  диаметра  также  производится  двумя  способами:  прямым  измерением  с  помощью  бесконтактных  датчиков  (рис.1а);  косвенным  измерением  по  измеренным  значениям  линейной  и  угловой  скорости  по  формуле  (2)  (рис.  1б).

 

  ,  (2)

 

Рисунок  1.  Способы  измерения  диаметра  рулона  на  моталке:  а)  прямой  способ,  измерением  расстояний;  б)  косвенный  способ,  по  линейной  и  угловой  скоростям

 

Системы  с  прямым  измерением  диаметра  являются  более  точными,  чем  системы  с  косвенным  измерением,  но  менее  надежными.  Не  всегда  представляется  возможным  поместить  бесконтактный  датчик  в  зоне  механизма  моталок. 

Косвенный  расчет  диаметра  также  дает  точные  результаты,  но  связан  с  усложнением  конструкций  моталки  для  измерения  линейной  скорости  рулона.  Поэтому  для  косвенного  расчета  диаметра  принято  использовать  измерение  линейной  скорости  полосы  за  пределами  зоны  наматываемого  рулона,  механическая  схема  для  данного  метода  измерения  приведена  на  рис.  2.

На  рис.  2.  под  действием  момента  (M)  на  валу  барабана  моталки  наматывается  полоса  со  скоростью  (V2).  Полоса  с  жесткостью  (c)  на  участке  длины  (L),  подвергается  растяжению  и  создает  натяжение  (F).  Полоса  наматывается  в  рулон  радиусом  (R)  и  моментом  инерции  (J),  угловая  скорость  вращения  барабана  моталки  (ω2). 

 

Рисунок  2.  Структурная  схема  механической  части  моталки  при  намотке  рулона

 

По  измеренным  значениям  линейной  скорости  полосы  (V1)  и  угловой  скорости  (ω2)  вычисляют  текущий  радиус  (диаметр)  рулона. 

Данный  способ  наиболее  предпочтителен,  так  как  не  требует  установки  датчиков  в  зоне  намотки  рулона.  Угловую  скорость  барабана  моталки  (ω2)  определяют  по  скорости  двигателя  моталки,  линейную  скорость  полосы  (V1)  определяют  по  угловой  скорости  двигателя  приводного  ролика  (прокатной  клети,  натяжной  станции).

Математическое  описание  механических  процессов  при  намотке  рулона  на  моталку  согласно  [3,  с.  162—164],  [1,  с.  344—346]  сводится  к  системе  дифференциальных  уравнений,  представленных  в  операторной  форме  (3)  [2,  с.  44].

 

  ,  (3)

 

где:  p  —  оператор  дифференцирования  по  времени  d/dt, 

ε  —  относительное  удлинение  полосы.  В  связи  с  тем,  что  полоса  обладает  конечной  жесткостью,  мгновенные  значения  скоростей  V1  и  V2  —  не  будут  равны,  следовательно,  расчет  радиуса  рулона  по  формуле  (2)  требует  уточнений.

Для  этого  второе  уравнение  системы  выразим  через  линейную  скорость  (V1),  угловую  скорость  (ω2)  и  радиус  рулона  (R)  (4). 

 

  ,  (4)

 

так  как  входными  переменными  для  измерения  радиуса  приняты  мгновенные  значения  V1,  ω2,  то  остальные  переменные  принимаем  за  неизменные  величины.  При  этом  вторая  составляющая  правой  части  уравнения    равна  нулю.  На  основании  этих  допущений  получим  систему  уравнений  (5)  по  которым  можно  рассчитать  значение  радиуса  по  мгновенным  значениям  V1,  ω2

 

,   (5)

 

 

 

 

где  Т  —  постоянная  времени  консервативного  звена,  характеризующая  частоту  незатухающих  колебаний  значений  радиуса  из-за  колебаний  натяжения  при  движении  полосы.  Так  как  при  расчете  значений  Т  и  ε  необходимы  значения  радиуса  рулона  и  момента  инерции,  который  зависит  от  радиуса  рулона  [1,  с.  351]  ,  то  для  их  расчета  принимаем  значения  радиуса,  полученные  при  предыдущем  расчете. 

Для  получения  значений  радиуса  приемлемых  для  управления  натяжением  необходимо  сгладить  колебания.  Для  этого  значения  радиуса  необходимо  умножить  на  передаточную  функцию  (6)  обратную  к  консервативному  звену.

 

,  (6)

 

где:  Т  —  постоянная  времени  консервативного  звена, 

T1  —  постоянная  времени  фильтра.  Время  Т  —  необходимо  подбирать  при  наладке  системы  управления,  что  бы  не  было  колебаний,  для  стальных  полос  приблизительно  в  пределах  0,01  с,  Т1  —  выбирают  приблизительно  на  два  порядка  больше,  по  сравнению  с  Т,  для  исключений  колебаний  связанных  с  несовпадением  Т  расчетного  и  реального. 

Структурная  схема  автоматической  системы,  которая  реализует  расчет  радиуса  наматываемого  рулона  косвенным  методом  на  основе  мгновенным  измеренных  значений  линейной  скорости  полосы  V1,  и  угловой  скорости  барабана  моталки  ω2,  приведена  на  рис.  3. 

 

Рисунок  3.  Структурная  схема  автоматической  системы  расчета  диаметра  рулона  по  измеренным  значениям  V 1,  ω2

 

При  современном  уровне  развития  средств  промышленной  автоматизации,  используя  математические  модели  технологических  процессов,  возможно  с  высокой  точностью  определять  значения  параметров  косвенными  методами  для  управления  натяжением  при  обработке  полосовой  стали.

 

Список  литературы:

1.Белов  М.П.,  Новиков  В.А.,  Рассудов  Л.Н.  Автоматизированный  электропривод  типовых  производственных  механизмов  и  технологических  комплексов:  учебное  пособие.  M.:  Изд.  центр  «Академия»,  2007.  —  576  с. 

2.Ротач  В.Я.  Теория  автоматического  управления:  Учебник  для  вузов.  М.:  Издательство  МЭИ,  2004.  —  400  с.

3.Филатов  А.С.  Электропривод  и  автоматизация  реверсивных  станов  холодной  прокатки.  М.:  Металлургия,  1973.  —  376  с.

Проголосовать за статью
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом
CAPTCHA
Этот вопрос задается для того, чтобы выяснить, являетесь ли Вы человеком или представляете из себя автоматическую спам-рассылку.