Автоматизация стана холодной прокатки аллюминия

SO ГЦ, Ю кВ

48

где = 51,3

где = 51,3

ВВЕДЕНИЕ

Прокатка стальной полосы толщиной менее 1 мм осуществляется только в холодном состоянии, т.к. в горячем состоянии тонкая лента не обладает высокой прочностью, а помимо этого, окалина, возникающая при нагреве металла в печах, имеет толщину, сопоставимую с прокатываемой полосой. В результате чего качество поверхности и структуры металла резко падает.

Непрерывный стан холодной прокатки за счет большого количества клетей дает возможность прокатывать более  тонкую полосу при одной и той  же начальной толщине, использовать более толстый прокат, повышать точность и качество поверхности готового проката за счет уменьшения обжатия  в одной клети. Это позволяет  повысить производительность и качество готовой продукции.

Холодная прокатка должна выполняться  с натяжением полосы между клетями. Отсутствие натяжения может привести к аварии, снижению качества металла  и т. п. Поэтому кроме рабочих  клетей, где происходит основная операция - обжатие металла, стан имеет моталку  и разматыватель. Основное назначение их - стабилизация натяжения полосы при смотке и намотке в рулон.

Интенсивное развитие электроприводов  рабочих клетей объясняется следующими причинами:

• Совершенствованием технологического процесса с целью получения высококачественного проката по толщине и качеству поверхности;
• Совершенствованием тиристорных преобразовательных агрегатов и систем их управления;

•Появлением новой  элементной базы.

Сейчас активными  темпами происходит процесс внедрения

микропроцессорной техники в нашу жизнь - и в быту и на производстве. На

смену традиционным аналоговым системам управления, которые  в

подавляющем большинстве  случаев устарели не только морально, но и

физически, приходят современные цифровые системы  управления, обладающие более высокой  надёжностью, более высокой точностью  по сравнению с аналоговыми системами управления, и кроме того, открывающие очень широкие возможности в плане автоматизации сложных технологических процессов.

Применение программируемых контроллеров позволяет обеспечить высокую точность выполнения всей последовательности технологических  операций, обеспечить надёжную защиту производственного оборудования и  персонала.

Использование ЭВМ позволяет вести  автоматический учёт и контроль большого числа различных параметров производственного  процесса и производственных механизмов одновременно.

Внедрение микропроцессорной техники  в электропривод позволяет создать  преобразователи с цифровой системой управления, которые обладают значительным преимуществом в точности управления и надёжности по сравнению с аналоговыми  системами управления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. АНАЛИЗ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

1. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Расположение основных механизмов непрерывного стана показано на

рис.1.

Рис. 1. Технологическая схема непрерывного 4-х клетьевого стана

 

Прокатка осуществляется между  рабочими валками. Диаметр рабочего валка клети выбирают из соотношения  D_p = (1000 - 2000)h, где h - толщина полосы. Таким образом, для прокатки тонких лент используются валки малого диаметра при большой длине, что снижает их жесткость. Для повышения жесткости системы валков в вертикальной плоскости в направлении действия наибольших сил используют опорные валки.

Технологический режим на непрерывном  стане холодной прокатки состоит  из следующих основных этапов: заправка полосы с разматывателя в рабочие  клети и моталку; установление заданного  натяжения металла; одновременный  разгон двигателя клети, разматывателя  и моталки; прокатка на установившейся скорости; торможение двигателей.

В процессе работы качество прокатываемой  полосы во многом определяется постоянством натяжения в металле, поэтому  в процессе работы целесообразно  снижать время переходных процессов  двигателя рабочей

клети и обеспечивать такой принцип  управления скоростью моталки, чтобы  в период намотки скорость двигателя  изменялась в зависимости от натяжения.

В соответствии с технологическими условиями к  электроприводу рабочих клетей непрерывного стана предъявляются следующие  требования:

• Точное согласование скоростей прокатки между клетями и намоточными устройствами с точностью порядка 1%;
• Обеспечение требуемых величин натяжения полосы во всех режимах работы стана с точностью 3 - 5%;

• Плавное и в широких пределах - от 50:1 до 100:1 регулирование скорости;

• Плавный пуск и малое время протекания переходных процессов;
• Возможность толчковой работы и создания натяжения покоя;

• Возможность окончания ускорения или замедления по желанию оператора (режим «так держать»);
• Возможность изменения жесткости механических характеристик двигателей в зоне низких скоростей и при захвате полосы;

• Аварийное торможение при обрыве полосы.

На высокопроизводительных непрерывных  станах используют многоякорные двигатели  с индивидуальным приводом каждого  рабочего валка. Такой привод позволяет  одновременно снизить приведенный  момент инерции и повысить его  быстродействие.

Электропривод непрерывного стана  работает в нереверсивном режиме, но его выполняют реверсивным  с целью рекуперативного торможения с отдачей энергии в сеть.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Общие сведения

 

Техническая характеристика стана
Толщина полосы, h
до прокатки /после прокатки	1,5 — 5 мм /0,4 - 2 мм
Ширина полосы, В	700 - 1550 мм
Внутренний диаметр рулона, DB	600 мм
Максимальный наружный диаметр рулона, DHmax	2200 мм
Масса рулона, mр	до 30 т
Рабочая скорость номинальная (соответствует номинальной частоте вращения двигателя 4 клети), vp	13,9 м/с
Заправочная скорость, v3an	1 м/с
Максимальная скорость прокатки, vmax	25 м/с
Диаметр рабочих валков клети, Dp	500-470 мм
Диаметр опорных валков клети, Don	1300-1200 мм
Длинна бочки рабочих и опорных валков клети, L	1700 мм
Наибольшее давление металла на валки, Р	1800 т
Темп разгона, замедления, а	2,5 м/с2
Момент инерции рабочих и опорных валков (на оси рабочих валков), JB	2 х 775 кг-м2
Момент инерции шпиндельного соединения (на оси рабочих валков), Jшп	2 х 100 кг-м2
Момент инерции редукторов, приведенный к валу двигателя, JP	2 х 250 кг-м2

Стан предназначен для  холодной прокатки ленты из алюминия. Исходным прокатом для производства готовой продукции являются горячекатаные и холоднокатаные рулоны.

 

 

3. Управление

Привод рабочих  валков клети - индивидуальный. Т.к. привод четырехклетьевого стана холодной прокатки индивидуальный, в данном проекте производится расчет только четвертой клети, вследствие наибольшей загруженности; для остальных клетей расчет производится аналогичным способом.

Схема управления электроприводами рабочих  валков каждой клети должна обеспечивать:

1. Зависимое регулирование частоты вращения электродвигателей. При этом ослабление потока возбуждения должно производиться только после полного открывания якорного преобразователя.
2. Поддержание угловой скорости рабочих валков, заданной системы управления скоростными режимами, во всех режимах работы стана, исключая аварийное (динамическое) торможение.

Точность  поддержания скорости в диапазоне 1:20 от максимальной рабочей скорости должна обеспечиваться:

• в режимах установившейся скорости (в статике) - 0,1%.
• в режимах разгонов и замедлений стана и отдельной клети при отработке сигналов от систем автоматизации (в динамике) - 0,5%.

3. Возможность получения при заправочных режимах, наряду с жесткими механическими характеристиками, смягченных характеристик (компаундирование) до 2,5% от максимальной рабочей скорости. Величина компаундирования выбирается при наладке, и должна плавно сниматься при разгоне стана одновременно для всех клетей после заправки полосы.

4. Динамическое торможение.
5. Блокировки.

 

 

 

 

4. Упрощенная кинематическая схема привода рабочих валков 4-й клети

Кинематическая  схема привода рабочих валков 4-й клети непрерывного стана холодной прокатки изображена на рисунке 2.

 

1.5 Расчет нагрузочной диаграммы и тахограммы

 

Расчет нагрузочной диаграммы  произведен для 4-й клети на основании  данных программы прокатки, представленных в таблице 1.

Таблица 1

hi-1, мм	hi, мм	εi,%	ε∑, %	V, м/с	Тi-1, кН	Тi,кН	n,об/мин
0,7	0,5	28,6	75	23,9	187	38	912

 

hi-1 - толщина полосы перед клетью, мм;

           h; - толщина полосы за клетью, мм;

£i - относительное обжатие в данной клети, %;

s₂ - относительное обжатие суммарное, %;

 v - скорость рабочих валков, м/с;

Tj_i — полное натяжение перед клетью, кН;

Ti - полное натяжение за клетью, кН;

 n - частота вращения рабочих валков, об/мин.

При построении нагрузочной  диаграммы необходимо рассчитать статические, динамические значения моментов на всех участках работы, а также временные  значения этих участков.

Рассчитаем  и построим нагрузочную диаграмму:

Разобьем  диаграмму на 7 участков:

1. Разгон до заправочной скорости;
2. Заправка;
3. Разгон до установившейся скорости;
4. Участок установившейся скорости;
5. Замедление с рабочей скорости до скорости выпуска;
6. Выпуск;
7. Торможение и остановка. 
   
1. Скорость заправки V_3an равна 1 м/с. Ускорение a на всех участках

 

включая и торможение определено заданием и равно 2,5 м/с² , следовательно

 

 

2. По условиям технологии для нашего конкретного варианта заправка идет в течение 15 секунд, причем примерно половину этого времени двигатель  работает на холостом ходу. Таким образом, участок 2 можно разбить на два  равных по длительности

 

 

 

 

3. Время разгона до рабочей скорости определяем по формуле:
4. Время работы на установившейся скорости:

 

где D_B = 0,6 м - внутренний диаметр рулона;