способ управления многократным прямоточным волочильным станом и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ управления многократным прямоточным волочильным станом, включающий определение и запоминание тягового усилия каждого барабана при заправке и установку значений тяговых усилий барабанов, равных определенному процентному отношению от значения, полученного при заправке, отличающийся тем, что значение тягового усилия каждого барабана, равное определенному процентному отношению от значения, полученного при заправке, устанавливают, начиная с третьего барабана, определяют отношение текущих тяговых усилий второго барабана к полученному при заправке, измеряют и сравнивают текущие тяговые усилия первого и второго барабанов со значениями, полученными при заправке, пропорционально вычисленному отношению, увеличивают или уменьшают задания на тяговые усилия каждого барабана, начиная с третьего, если в результате сравнения получены значения разности одного знака.

2. Устройство управления многократным прямоточным волочильным станом, содержащее регуляторы момента, узел задания скорости, блоки измерения и запоминания электромагнитного момента электродвигателя, узел сравнения заданного с блока памяти и текущего значений электромагнитного момента электропривода, выход которого подсоединен к его регулятору момента, к выходам блоков памяти электромагнитного момента соответствующих электродвигателей подсоединен вход программного устройства заданного процентного отношения от значения момента, хранящегося в блоке памяти каждого электродвигателя, а выход последнего подсоединен к узлу сравнения заданного и текущего значений электромагнитного момента, отличающееся тем, что оно снабжено для всех электродвигателей последовательно соединенными датчиками скорости, узлами сравнения заданного и текущего значений скорости и регуляторами скорости, второй вход узла сравнения скоростей первого электродвигателя подсоединен к выходу узла задания скорости, а вторые входы узлов сравнения остальных электродвигателей подсоединены к входу узла задания скорости через узел задания соотношения скоростей, выход датчика момента первого электродвигателя подсоединен к входу блока памяти и к первому входу узла сравнения, на второй вход которого подсоединен выход блока памяти, а выход узла сравнения подсоединен на входы негативной и позитивной схем И, выход датчика момента второго электродвигателя подсоединен к входам блока памяти, блока деления и узла сравнения, на второй вход которого подсоединен выход блока памяти, выход блока сравнения подсоединен на вторые входы негативной и позитивной схем И, выходы которых соединены с реле времени, а на второй вход блока деления подсоединен выход блока памяти второго блока, каждый датчик момента, начиная с третьего блока, через блок памяти, программное устройство, блок умножения и узел сравнения подсоединен к регулятору момента, на второй вход программного устройства подсоединен переключатель, на второй вход узла сравнения подсоединен датчик момента, на второй вход блока умножения через нормально разомкнутые контакты реле времени подсоединен блок деления, а через нормально замкнутые контакты реле времени к тому же входу блока умножения подсоединен формирователь напряжения, равного единице.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству проволоки и предназначено для использования на прямоточных станах.

Известен способ настройки непрерывных станов, включающий определение и запоминание тяговых усилий каждой плети и подачу некоторого напряжения в узел сравнения текущего и заданного значений электромагнитного момента от дополнительного источника питания (Патент ФРГ N 1201466, B 21 B 62/50, 1974 г. ).

Способ позволяет получить некоторое натяжение прокатываемого металла в промежутке между клетями.

Способ осуществляют устройством для настройки стана, содержащим регулятор момента, узел задания скорости, блоки измерения и запоминания момента электродвигателя, узел сравнения заданного с блока памяти и текущего значений электромагнитного момента предыдущего электропривода, выход которого подключен к его регулятору момента и узел задания опорного напряжения, выход которого подключен к узлу сравнения моментов.

Недостатком известного способа является то, что операция выбора величины натяжения осуществляется вручную оператором и устанавливается в соответствии с его опытом и интуицией. Величина противонатяжения в прямоточных волочильных станах регулируется в пределах 5 - 50% от тягового усилия в зависимости от выбранного маршрута волочения и материала проволоки. Ошибки в выборе противонатяжения при ручной настройке сверх предела приводят к увеличению вероятности обрывов проволоки, а ниже предела - к петлеобразованию и последующему обрыву при затяжке проволоки на барабане, что в целом снижает производительносить стана.

Недостатком известного устройства является наличие операции заправки катанки в волоку, для чего устанавливают дополнительно у каждого барабана выключатели для их остановки, из-за этого конструкция устройства усложняется, время технологического процесса увеличивается, а значит снижается производительность стана.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ настройки прямоточного стана, включающий определение и запоминание тягового усилия барабана при заправке, установку значений тягового усилия каждого барабана, за исключением последнего, равным определенному процентному отношению от значения, полученного при заправке. (Авторское свидетельство N 620293, кл. B 21 B 37/00, 1978).

Предлагаемый способ осуществляется устройством для настройки прямоточного стана, содержащим регуляторы момента, узел задания скорости, блоки измерения и запоминания момента электродвигателя, узел сравнения заданного с блока памяти и текущего значений электромагнитного момента предыдущего электродвигателя, вывод которого подключен к его регулятору момента, а к выходам блоков памяти электромагнитного момента соответствующих электродвигателей подключен вход дополнительного программного устройства заданного процентного отношения от значения момента, хранящегося в блоке памяти каждого электродвигателя, а выход последнего подключен к узлу сравнения заданного и текущего значений электромагнитного момента.

Недостатком известного способа настройки прямоточного стана и устройства для его осуществления является отсутствие операции, а в устройстве - схемы учета влияния возмущающих воздействий, возникающих из-за изменений параметров заготовки (отклонения диаметра заготовки могут составлять до 5%, а отклонения временного сопротивления разрыву - до 10%) Эти отклонения заготовки могут иметь место как в пределах одного мотка, так и от мотка к мотку. Процесс волочения ведется непрерывно, т. е. перед окончанием мотка к его свободному концу приваривается начало следующего мотка и волочение продолжается без остановки стана и тем более без новой заправки. Таким образом при изменении параметров заготовки невозможно каким-либо образом перестроить систему управления станом, что может привести к обрыву проволоки.

В табл. 1 приведены результаты расчетов параметров волочения при различных отклонениях механических характеристик.

После проведения анализа результатов расчетов сделаны следующие выводы:

1. Тяговые усилия, развиваемые первыми четырьмя блоками, при существующей системе управления станом остаются неизменными. Все виды возмущений приводят к изменению тягового усилия, развиваемого последним блоком, работающим с регулятором скорости.

2. Все виды возмущающих воздействий приводят к изменению противонапряжений, что нежелательно с точки зрения оптимальности протекания технологического процесса волочения.

3. Наиболее опасные возмущения возникают при изменении временного сопротивления разрыву заготовки. Так увеличение временного сопротивления заготовки с 120 кг/мм² до 130 кг/мм² приводит к увеличению тягового усилия, развиваемого последним блоком, на 33,5%, учитывая, что волочение ведут с коэффициентом запаса 1,4 - 1,6, то такое увеличение натяжения проволоки после последней волоки может привести к частым ее обрывам. Уменьшение временного сопротивления разрыву с 120 кг/мм² до 110 кг/мм² приведет к тому, что противонатяжение между 3 - 4 блоками, а также между 4 и 5 блоками уменьшится до нуля, что также приведет к обрыву проволоки из-за распушения ее на барабанах (3-ем и 4-ом) и ее запутывания.

4. Наибольшие колебания силы волочения, при изменении входного диаметра заготовки, возникают на первом блоке.

Таким образом, как показал анализ расчетов, непрерывное волочение (без перестройки стана на другой моток заготовки) проволоки при существующей системе управления станом невозможно. Практически это привело к тому, что отсутствуют прямоточные станы с предлагаемой системой управления, и волочильщик вручную, в соответствии со своим опытом, каждый раз перестраивает стан в зависимости от параметров заготовки. Все это снижает производительность стана, ухудшает качество готовой продукции, так как происходят отклонения технологического процесса волочения проволоки от оптимального.

Задача и технический результат предлагаемого изобретения заключается в том, чтобы разработать процесс управления многократным прямоточным волочильным станом и конструкцию для его осуществления, обеспечивающие непрерывность проведения технологического процесса волочения и стабилизацию заданных параметров противонапряжения, что позволяет повысить производительность волочильного стана.

Задача и технический результат предлагаемого способа достигаются тем, что в известном способе управления многократным прямоточным волочильным станом, предусматривающем определение, запоминание тягового усилия каждого барабана при заправке и установку значений тяговых усилий барабанов, равным определенному процентному отношению от значения, полученного при заправке, устанавливают значение тягового усилия каждого барабана, начиная с третьего, равным определенному процентному отношению от значения, полученного при заправке, определяют отношение текущих значений тяговых усилий второго барабана к полученному при заправке, измеряют и сравнивают текущие тяговые усилия первого и второго барабанов со значениями, полученными при заправке, пропорционально вычисленному отношению, увеличивают или уменьшают задания на тяговые усилия каждого барабана, начиная с третьего, если в результате сравнения получены значения одного знака.

Кроме того, достигается тем, что в известном устройстве управления многократным прямоточным волочильным станом, содержащим регуляторы момента, узел задания скорости, блоки измерения и запоминания момента электродвигателя, узел сравнения заданного с блока памяти и текущего значений электромагнитного момента электродвигателя, выход которого подключен к его регулятору момента, к выходам блоков памяти электромагнитного момента соответствующих электродвигателей подключен вход программного устройства заданного процентного отношения от значения момента, хранящегося в блоке памяти каждого электродвигателя, а выход последнего подключен к узлу сравнения заданного и текущего значений электромагнитного момента, электродвигатели всех блоков снабжены последовательно соединенными датчиками скорости, узлами сравнения заданного и текущего значения скорости и регуляторами скорости, второй вход узла сравнения скоростей первого электродвигателя подключен к выходу узла задания скорости, а второй вход узла сравнения остальных электродвигателей подключен к входу узла задания скорости через узел задания соотношения скоростей, выход датчика момента первого электродвигателя подключен к выходу блока памяти и к первому входу узла сравнения, на второй вход которого подключен выход блока памяти, а выход узла сравнения подключен на входы негативной и позитивной схемы И, выход датчика момента второго электродвигателя подключен к входам блока памяти, блока деления узла сравнения, на второй вход которого подключен выход блока памяти, выход блока сравнения подключен на вторые выходы негативной и позитивной схем И, а на второй вход блока деления подключен выход блока памяти второго блока, каждый датчик момента, начиная с третьего блока, через блок памяти, программное устройство, блок умножения и узел сравнения подключен к регулятору момента, на второй вход программного устройства подключен переключатель, на второй вход узла сравнения подключен датчик момента, а на второй вход блока умножения через нормально разомкнутые контакты реле времени подключен блок деления, а через нормально замкнутые контакты реле времени к тому же входу блока умножения подключен формирователь напряжения, равного единице.

Наличие в способе операции, а в устройстве схемы для установления назначения и тягового усилия каждого барабана, начиная с третьего, равным определенному процентному отношению от значений, полученных при заправке, определения отношения текущих значений тяговых усилий второго барабана к полученному при заправке, измерения и сравнения текущих тяговых усилий первого и второго барабанов со значениями, полученными при заправке, пропорционально вычисленному отношению, увеличивая или уменьшая задание на тяговое усилия каждого барабана, начиная с третьего, если в результате сравнения получены результаты одного знака, обеспечивает непрерывность проведения технологического процесса волочения и стабилизацию заданных параметров противонатяжения, что позволяет повысить производительность волочильного стана.

На чертеже приведена структурная схема устройства для осуществления способа управления многократным прямоточным волочильным станом.

Прямоточный волочильный стан состоит из тянущих барабанов 1, приводимых электродвигателями 2, создающих тяговое усилие, необходимое для волочения проволоки через волоки 3. Якори электродвигателей 2 получают питание от индивидуальных управляемых источников питания 4 (тиристорный преобразователь).

Устройство для управления многократным прямоточным волочильным станом содержит контуры регулирования скорости всех электродвигателей 2, включающих датчики скорости 5 (тахогенератор) электродвигателя 2, которые через узлы сравнения 6 подключены к регуляторам скорости 7, которые соединены с управляемым источником питания 4, причем регуляторы скорости 7, начиная с 3-го блока, подключены к источнику питания 4 через нормально открытые контакты 8 переключателя режимов работы блоков (на чертеже не показан). Второй вход узла сравнения 6 первого электродвигателя 2 соединен с узлом задания скорости 9, а второй вход узла сравнения 6 второго электродвигателя 2 подключен к узлу задания скорости 9 через узел задания соотношения скорости 10. Кроме того, электродвигатели 2 первых двух блоков, также как и все остальные, содержат датчики момента 11, ( представляющие собой положительные блоки), на входы которых подключены датчики тока якоря 12 электродвигателя 2 и соответствующие датчики тока возбуждения 13, обмоток возбуждения 14 электродвигателей 2, которые соединены с блоком питания 15, а датчик момента 11 соединен с входом блоков памяти 16 и узлом сравнения 17. Второй вход узлов сравнения 17 первого и второго блоков подключен к выходу блока памяти 16, а выходы узлов сравнения 17 этих блоков подключены к входам негативной схемы И 18 и позитивной схемы И 19, выходы негативной схемы И 18 и позитивной схемы И 19 в свою очередь подключены к входу реле времени 20. Второй блок дополнительно снабжен блоком деления 21 текущего значения момента (сигнал поступает с датчика момента 11 на значение момента, запомненного блоком памяти 16 в процессе заправки стана). Все электродвигатели 2, начиная с третьего блока, содержат контуры регулирования момента, состоящие из датчика момента 11, выход которого через узел сравнения 17 подключен к регулятору момента 22 и через нормально закрытые контакты 23 переключателя режимов работы блока (на чертеже не показан) подключен к источнику питания 4. Сигнал задания момента в процессе заправки подают с блока памяти 16 через программное устройство 24, представляющее собой, например, набор масштабных усилителей (на чертеже не показаны) и блока умножения 25 подключен на второй вход узла сравнения 17. Процентное значение, запомненное во время заправки момента блоком памяти 16, задается в программном устройстве 24 с помощью переключателя 26. Второй вход блока умножения 26 через нормально замкнутые контакты 27 реле времени 20 подключен к формирователю сигнала 28, соответствующего умножению на единицу и через нормально открытые контакты 29, реле времени 20 к выходу блока деления 21.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Перед заправкой стана оператор с помощью переключателя 26 и программного устройства 24 выставляет необходимый уровень противонапряжений проволоки на каждом блоке, начиная с третьего блока, в заданном технологом процентном отношении от его тягового усилия без противонатяжения.

Для заправки первого по ходу волочения барабана 1 конец проволоки после заострения пропускают через волоку 3 и захватывают клещами, закрепленными на барабане 1. После натяжения педали заправочной скорости первого барабана 1 (на чертеже не показана) в узел задания скорости 9 подают задающее напряжение, соответствующее заправочной скорости. Первый барабан 1 разгоняют до заправочной скорости. Величина нагрузки на первом блоке пропорциональна электромагнитному моменту приводного электродвигателя 2. Напряжение, пропорциональное электромагнитному моменту, с датчика измерения момента 11 подают на вход блока памяти 16 и хранят в нем до следующей заправки данного барабана 1. После заправки необходимого числа витков оператор отпускает педаль заправочной скорости и электродвигатель 2 останавливают. Для заправки второго барабана 1 с первого барабана 1 снимают два, три верхних витка. Проволоку снова заостряют, пропускают через волоку 3, захватывают клещами и после нажатия педали заправочной скорости второго барабана 1 (на чертеже не показана) убирают петлю на заправочной скорости. Величина нагрузки на второй блоке в этом момент пропорциональна электромагнитному моменту производного электродвигателя 2 напряжение, пропорциональное электромагнитному моменту, с датчика измерения момента 11 подают на вход блока памяти 16 и хранят в нем до следующей заправки данного блока. После того как уберут петли между первым и вторым блоками, электродвигатель 2 второго блока останавливают опусканием педали заправки оператором. Переключатель режимов на втором блоке (на чертеже не показаны) переводят в режим совместной работы первого и второго электродвигателей 2. Вновь нажимают педаль заправки второго блока и после подачи задающего напряжения, соответствующего заправочной скорости, в узел сравнения 6 первого и второго блоков, барабаны 1 первого и второго блоков разгоняются до заправочной скорости. Синхронизацию скоростей первого и второго электродвигателей 2 осуществляют узлом задания соотношения скоростей 10. После набора необходимого числа витков оператор отпускает педаль заправки второго блока, электродвигатели 2 первого и второго блоков останавливаются.

Для обеспечения непрерывности технологического процесса волочения проволоки первый блок выполнен накопительным (магазинного типа). Проволока с первого блока поступает на второй блок через специальные обводные ролики (на чертеже не показаны) и противонатяжение между первым и вторым блоками определяют изгибом проволоки на обводных роликах и не регулируется. При заправке третьего блока снимают несколько витков со второго барабана 1, проволоку заостряют, протягивают через волоку 3, захватывают клещами и нажимают педаль заправки, при этом разрывается нормально замкнутый контакт 23, разрывается связь регулятора момента 22 третьего блока с управляемым источником питания 4. Одновременно нормально открытые контакты 8 замыкаются и подключают регулятор скорости 7 к управляющему источнику питания 4, тем самым электродвигатель 2 третьего блока переходит на работу с регулятором скорости 7. Одновременно на узел сравнения 6 третьего блока с узла задания скорости 9 подают задающее напряжение заправочной скорости, электродвигатель 2 начинает вращаться. Оператор убирает петлю между вторым и третьим блоком и величина нагрузки на третьем блоке в этом момент пропорциональна электромагнитному моменту приводного электродвигателя 2. Напряжение, пропорциональное электромагнитному моменту, с датчика измерения момента 11 подается на вход блока памяти 16 и хранится в нем до следующей заправки. После устранения образовавшейся петли между вторым и третьим блоком, переключатель режимов работы на третьем блоке переводится в положение, соответствующее режиму совместной работы первого, второго и третьего блоков, при этом восстанавливается связь между регулятором момента 22 и источником питания 4, а связь между регулятором скорости 7 и источником питания 4 разрывается. В таком положении переключателя режимов работы при нажатии переключателя режимов работы при нажатии педали заправки электродвигатель 2 третьего блока работает с регулятором переключателя 26 и программного устройства 24, создается избыточный момент третьего электродвигателя 2, что приводит к появлению натяжения проволоки перед входом в волоку 3 третьего блока. Аналогично заправляются остальные блоки. После окончания заправки и закрепления конца проволоки на катушке намоточного аппарата (на чертеже не показана) стан разгоняют до рабочей скорости и происходит волочение проволоки, при этом постоянно замеряют моменты на первом и втором блоках, развиваемых электродвигателями 2 с помощью датчиков момента 11 и их сравнивают с запомненными во время заправки в узлах сравнения 17. При отклонении параметров до первоначальных приводит к изменению текущих значений измеряемых моментов. Анализ результатов экспериментальных исследований показывает:

1. С увеличением временного сопротивления разрыву с 120 кг/м² до 130 кг/мм² приводит к пропорциональному увеличению среды волочения на всех блоках на 7,7%.

2. Снижение временного сопротивления разрыву с 120 кг/мм²до 110 кг/мм² приводит к пропорциональному уменьшению силы волочения на всех блоках на 9,1%.

3. Увеличение диаметра входной заготовки с 8 мм до 8,2 мм приводит к увеличению силы волочения на первом блоке 12,1%, а на последующих блоках на 1,23%.

4. Уменьшение входного диаметра заготовки с 8,0 мм до 7,8 мм приводит к уменьшению силы волочения на первом блоке на 11,6%, а на последующих блоках к пропорциональному снижению силы волочения на 1,29%. Таким образом увеличение временного сопротивления разрыву заготовки приводит к пропорциональному увеличению силы волочения на всех блоках, а его уменьшение к пропорциональному уменьшению силы волочения на всех блоках. Увеличение диаметра заготовки вызывает значительное увеличение силы волочения на первом блоке, а на последующих блоках это увеличение пропорционально возрастает. Это можно объяснить тем, что из-за большего обжатия проволоки на первом проходе временное сопротивление разрыву перед второй волокой увеличивается с 128,6 кг/мм² до 130,2 кг/мм² (см. табл. 1), т.е. возмущающее воздействие на втором блоке привело к увеличению временного сопротивления разрыву. При уменьшении входного диаметра с 8,0 мм до 7,8 мм уменьшение силы волочения на первом блоке вызывает значительное изменение силы волочения на 11,6%, на последующих же блоках это уменьшение пропорционально уменьшению силы волочения на втором блоке (1,23%). Для компенсации возмущающих воздействий, связанных с изменением физико-механических параметров заготовки, достаточно увеличить или уменьшить, соответственно, тяговое усилие на всех блоках, начиная с третьего, пропорционально изменению силы волочения на втором блоке, чтобы противонатяжения остались неизменными. Это видно из следующей зависимости:

T_i = P_i - Q_i + Q_i - 1,

где

T_i -тяговое усилие, разрываемое i -м барабаном (см. чертеж);

P_i - сила волочения через i -ю волоку;

Q_i-1 - противонатяжение перед i -ой волокой;

Q_i - противонатяжения после i -ого барабана (Совершенствование системы регулирования волочильным станов. -М. Сталь, 1982 г).

Результаты расчетов, выполненных по вышеприведенной формуле, влияния возмущающих воздействий, связанных с изменениями параметров заготовки приведены в табл. 2.

Примечание к табл. 2: противонатяжение перед первым блоком создается размоточным устройством и равняется 100 кг; противонатяжение перед вторым блоком создается системой огибающих роликов и составляет 80 кг; намоточный аппарат создает натяжение проволоки (Q_n), равное 50 кг.

Как показывают расчеты, величина отклонения противонатяжения на блоках, начиная с третьего, установленных на стене, не превышает 1-2%.

Таким образом, определяя отношение текущего значения (например, в примере 2), силы волочения 1430,58 кг к запомненному во время заправки 1413,01 кг, получаем коэффициент равный 1,0124 и увеличивая пропорционально задание на тяговое усилие всех последующих барабанов, начиная с третьего, (например, пятого - 866,83 кг до 877,56 кг) получим противонатяжение, близкое к заданному:

Q₅ = 877,56 - 713,54 + 50 = 214,03 (кг)

Величина на первом и втором блоке узлов сравнения текущего и запомненного значений момента 17, а также негативной схемы И 18 и позитивной схемы И 19 необходимо для исключения коррекции при возникновении кратковременного воздействия (например, при прохождении места сварки проволоки через волоку). При прохождении места сварки через первую волоку величина момента, развиваемого первым электродвигателем 2, увеличивается, а величина разницы между текущим значением момента и запомненным будет иметь положительное значение. На втором блоке в этот момент разница между текущим и запомненным значением равно 0. Поэтому схемы И 18 и И 19 не дадут команды на включение реле времени 20. Реле времени 20 обеспечивает задержку подачи корректирующего сигнала с блока деления 21 на вход блока умножения 25 до тех пор, пока со второго блока не будет перемотана проволока с первоначальными значениями параметров. При исчезновении возмущающего воздействия система управления переходит в исходное состояние.

Предлагаемый способ управления и устройство для его осуществления обеспечивает компенсацию возмущающих воздействий, связанных с изменениями параметров заготовки, чем достигается непрерывность технологического процесса волочения проволоки, стабилизация заданных значений противонатяжений проволоки, а значит повышение производительности волочильного стана и качество готовой проволоки, кроме того, уменьшается время простоя стана на 10 - 15%.