Многодвигательный электропривод стана холодной прокатки труб

4. Ковчин С.А., Сабинин Ю.А. Теория электропривода: учебник для вузов. СПб.: Энергоатомиздат, 1994.

5. Яуре А.Г., Певзнер Е.М. Крановый электропривод : справочник. М.: Энергоатомиздат, 1988.

A. Borisov, G. Drachev, N. Luah, A. Nesterov, A. Shishkov, M. Frik

The asynchronous throttle electric drive with a regulator of speed

Induction electric drive with an inductive rheostat in the rotor chain supplied with SCR speed regulator which provides smooth regulation of the motor speed turning to natural mechanical characteristic is presented. The block diagram of such electric drive is developed and the computer calculation program of static and dynamic characteristics of electric drive in transients of start-up, deceleration and loading is developed.

Keywords: induction electric drive with an throttle, inductive rheostat, static and dynamic characteristics.

Получено 06.07.10

УДК 62-83:621/.69

А. А. Боровик, ведущий инженер-конструктор,

МНОГОДВИГАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД СТАНА ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ ТРУБ

Анализируются требования к электроприводам подачи и поворота заготовки на стане холодной прокатки труб, выбор электроприводов, разработка системы управления и результаты экспериментальных исследований электроприводов на действующем стане.

Ключевые слова: требования к электроприводам, анализ результатов экспериментальных исследований электроприводов на действующем стане.

На рынке потребления трубной продукции особое место занимают трубы специального назначения. К ним относятся трубы из металлов со специальными свойствами (нержавеющие магнитные и немагнитные стали, титановые сплавы, цветные металлы), с повышенными требованиями по точности обработки, в большинстве своем особотонкостенные (с соотношением наружного диаметра D и толщины стенки S 100:1).

Основными потребителями подобных труб являются предприятия авиационно-космической, атомной, химической, энергетической отраслей промышленности.

Одним из основных способов изготовления труб данного класса является прокатка на станах периодической холодной прокатки труб с валковыми клетями (стан ХПТ). Возвратно-поступательное движение рабочей клети на станах отечественного производства осуществляется с помощью

дезаксиального кривошипно-шатунного механизма, приводимого от асинхронного двигателя.

Рассмотрение технологического процесса ведется на примере стана ХПТ 6-20 производства ОАО АХК ВНИИМЕТМАШ, на котором получают готовые трубы длиной от 6 до 32 м., диаметром от 6 до 20 мм. и толщиной стенки от 0,25 до 1,5 мм.

Периодическая прокатка ведется на оправке сложной формы (конической или криволинейной) валками с переменным профилем ручья. Приближенный график статического момента прокатки и изменения сечения трубы в процессе прокатки приведен на рис.1.

Кр вЛн вещи н-пп-.ивешие-клетиЧ

Падз-эЦ ПракзгткэЦ ПэвэратТ ПракэгткэЦ ГЪдэнаЦ

Прчмай-хздЦ ОбрзгтныйхадЦ

СечениЕ-трубь Л

Рис. 1. Статический момент прокатки

Многодвигательный электропривод стана ХПТ включает в себя электропривод клети и электроприводы подачи и поворота трубы, работа которых должна быть синхронизирована. Системы электропривода и автоматики должны обеспечивать работу стана с максимальной производительностью при обеспечении высокой степени надежности работы [1].

Привод клети стана ХПТ, должен отвечать следующим требованиям: бесступенчатое регулирование скорости в диапазоне 15:1, максимальное использование маховых масс для выравнивания нагрузки.

Кинематическая схема главного привода приведена на рис.2. Рабочая клеть стана двухвалковая, валки расположены горизонтально.

Электродвигатель главного привода (22 кВт, 1500 об/мин) 1 стана через клиноременную передачу 2-3 приводит во вращение вал с ведущими шестернями 4 соединенными с кривошипными шестернями 5. Последние связаны с рабочей клетью шатунами и сообщают ей возвратно-поступательное движение по направляющим, в режиме жидкостного тре-

244

О —О О о

ния по опорам скольжения. При этом ведущие шестерни рабочей клети обкатываются по зубчатым рейкам, закрепленным на станине, и сообщают верхнему рабочему валку клети возвратно-поступательное движение. Верхний валок связан с нижним через зубчатую передачу с передаточным числом 1=1. Таким образом, происходит обкатка трубы установленными на рабочих валках калибрами, имеющими переменный радиус ручья по трубе-заготовке, и формирование готовой трубы.

Рис. 2. Кинематическая схема главного привода стана ХПТ 6 - 20

Регулирование частоты вращения двигателя выполнено от управляемого преобразователя частоты. Для рассеивания энергии при торможении двигателя используются блоки тормозных резисторов.

Для выравнивания нагрузки привода используются маховые массы, роль которых выполняет большой шкив клиноременной передачи (соотношение моментов инерции ротора двигателя и приведенного момента

инерции механизма примерно 1:30). Маховые массы позволяют выровнять нагрузку, однако это возможно только при формировании мягкой механической характеристики двигателя.

Простым способом снижения жесткости механической характеристики является снижение напряжения [2].

Целесообразно снижение напряжения производить после трогания приводах, и разгона до скорости около 20 % от номинальной. Таким образом, пуск привода осуществляется при полном напряжении.

При подходе привода к скорости уставки (~20 % от номинальной), происходит снижение напряжения, и далее двигатель разгоняется при со-

U

отношении — = const со сниженным напряжением. В длительном режиме

на рабочих скоростях двигатель работает при сниженном напряжении. Кривые потребляемой двигателем активной мощности при прокатке труб по маршруту 025,4 х 2,0 ^ 014,5 х 1,0 мм с подачей 4 мм приведены на рис. 3. Как говорилось выше, график нагрузки имеет переменный характер, поэтому на рис. 3 приведены максимальные и минимальные значения потребляемой активной мощности для соответствующих частот выходного напряжения преобразователя частоты главного привода.

Г, Гп

' Напряжение снижено на 40% после I 5 Гц » "Напряжение снижено йа 50% после 15Гц"

Номинально е напряжение

Рис.3. График активной мощности, потребляемой двигателем

главного привода

Как можно видеть на рис. 3, снижение напряжения, подаваемого на двигатель, способствует снижению потребляемой двигателем активной мощности и выравниванию нагрузки на валу двигателя.

Одной из основных задач является задача создания позиционных приводов подачи - поворота трубы. Данные приводы должны обладать высоким быстродействием и высокой степенью повторяемости процесса отработки заданного перемещения. На стане ХПТ 6-20 установлены 2 идентичных привода подачи, работающих попеременно, и привод поворота, состоящий из 4 приводов: привод поворота патронов подачи, приводы поворота стержня оправки № 1 и № 2 и привод поворота переднего патрона. Все приводы поворота должны быть синхронизированы между собой, и должны осуществлять поворот на одинаковый угол.

Для решения поставленной задачи используется позиционные электроприводы выполненные на базе вентильных двигателей, в которых в качестве датчика положения ротора используется инкрементный импульсный датчик (ИИД) с разрешением 131070 (17 бит) имп./об.

3-контурная система управления координатами позиционного привода построена по принципу подчиненного регулирования координат. Регуляторы тока, скорости и момента реализованы в цифровом виде в контроллере преобразователя частоты. Все регуляторы описываются системой разностных уравнений, для получения которой уравнения соответствующих аналоговых регуляторов переведены в дискретную форму. Регуляторы построены с помощью алгоритма приращений, т.е алгоритма, при котором вычисляется лишь изменение выходного сигнала регулятора. При таком алгоритме работы, при отсутствии управляющих импульсов на входе регулятора положения вал двигателя остается в заданном положении. При этом заданное значение скорости на выходе регулятора положения равно 0, и при приложении к валу двигателя внешнего возмущающего воздействия привод стремится сохранить неизменное положение вала и создает тормозной момент. При поступлении задания в виде последовательности импульсов регулятор положения отрабатывает рассогласование в соответствии с заданными настройками.

Для удобства настройки привода при наладке задаются коэффициенты регуляторов, характерные для аналоговых схем. В контроллере преобразователя частоты производится пересчет заданных коэффициентов в коэффициенты разностных уравнений. Таким образом, поведение системы определяется настройкой коэффициентов усиления регуляторов и нагрузкой.

К регуляторам предъявляются следующие требования: регулятор положения должен отрабатывать задание без перерегулирования, время отработки заданного перемещения системой не должно превышать

tmax = -60- — = 0,071с (где «max =140 - максимальное число двойных ходов n 6

max

рабочей клети в минуту, 1/6 - время подачи (поворота) по отношению к времени цикла (1 двойного хода рабочей клети)), статическая ошибка отработки заданного углового перемещения не должна превышать 5 угловых минут, а линейного перемещения - 0,01 мм. Кроме того, число включений двигателя может достигать при максимальной скорости прокатки 17000 вкл./час.

Настройка регуляторов скорости и положения производилась в соответствии с этими требованиями.

Осциллограммы заданной и фактической скорости привода, при отработке максимального перемещения (5 мм.) приведены на рис. 4.

Pf АТ1И1Я СХ«р»ГТЬ foí.'Mim]

300

Задшипн гкортгтъ |DG/juui|

40000

80000

130JC0Ü

R|)№lll [мг 1

1S0 00Ü

зооооо Пэнщны Ц|йСЛ

Рис. 4. Осциллограммы изменения скорости при отработке

заданного перемещения

Таким образом, отработка заданного перемещения при измененных настройках происходит примерно за 0,06 с и без перерегулирования, что отвечает предъявляемым требованиям. Кроме того, имеется резерв по быстродействию привода, что позволит в дальнейшем увеличить производительность стана.

Результаты работы, приведенные в статье, использованы на станах холодной прокатки труб, поставленных в РФ, КНР, Республику Корея, Японию, Украину. Применение разработанных решений планируется на станах ХПТ производства ВНИИМЕТМАШ.

Список литературы

1. Устройство управления подачей и поворотом трубы в процессе прокатки стана холодной прокатки труб. Рос. Федерация. пат. №2352415

2.Ключев В.И. Теория электропривода. М.: Энергоатомиздат, 1998.

A. Borovik

The multiimpellent electric drive of a camp cold proskating rinks ofpipes

The requirements to electric drives of giving and preparation turn on a cold pipe rolling mill, a choice of electric drives, system engineering of management and analysis of experimental researches of electric drives on an operating rolling mill are analysed.

Keywords: the requirements to electric drives, analysis of experimental researches of electric drives on an operating rolling mill are analysed.

Получено 06.07.10