Спосіб моніторингу коливань механічних навантажень у лінії головного приводу прокатного стана

Спосіб моніторингу коливань механічних навантажень у лінії головного приводу валків прокатної кліті, який полягає в тому, що використовують сигнали електроприводу постійного струму, який відрізняє ться тим, що вимірюють сигнал струму електроприводу у період наростання моменту механічного навантаження та визначають різницевий сигнал між вихідним сигналом і сигналом після низькочастотного фільтра з частотою зрізу менше половини основної частоти власних механічних коливань у трансмісії, визначають значення максимального моменту механічного навантаження за розмахом амплітуди різницевого сигналу стр уму. (19) (21) a200508872 (22) 19.09.2005 (24) 10.07.2007 (46) 10.07.2007, Бюл. № 10, 2007 р. (72) Большаков Вадим Іванович, Крот Павло Вікторович, Коренной Володимир Віталійович, Соловйов Кирило Володимирович, Далічук Анатолій Пантелійович (73) ІНСТИТУТ ЧОРНОЇ МЕТАЛУРГІЇ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (56) SU 389856, 11.07.1973 SU 942834, 15.07.1982 GB 976156, 25.11.1964 JP 55110931, 27.08.1980 3 79682 гається, є відомий спосіб моніторингу коливань механічних навантажень у лінії головного приводу валків прокатної кліті, який полягає в тім, що використовують різницю сигналів проти-е.p.с. двох послідовно включених електроприводів постійного струму [4]. Відомий спосіб передбачає вимір сигналів проти-е.p.с. суміжних електроприводів трансмісії валків прокатної кліті і визначення різниці їх поточних значень. Недолік відомого способу полягає в тому, що він не дозволяє визначити амплітуду коливань механічних навантажень у трансмісіях з одним електроприводом постійного струму, наприклад в головних лініях приводу безперервних прокатних станів. Значення різниці проти-е.p.с. залежить від розкиду значень електричних параметрів двох електроприводів, кожний з яких може мати розбіжності до 5% за паспортними даними. Тому максимальна погрішність визначення амплітуди механічних коливань складає приблизно 10%. Завдання, розв'язуване передбачуваним винаходом, полягає у визначенні амплітуди коливань механічних навантажень (динамічних обертаючих моментів) у трансмісії машин, наприклад лінії головного приводу валків прокатної кліті, за сигналами струмового навантаження електропривода (постійного струму). Вирішення поставленого завдання досягається тим, що в прокатних станах під час захоплення металу валками вимірюють сигнал струмового навантаження електропривода, визначають у період наростання моменту навантаження різницевий сигнал між вихідним сигналом і сигналом після низькочастотного фільтра з частотою зрізу менше половини основної частоти власних коливань у трансмісії, а також визначають коефіцієнт динамічності амплітуди коливань механічних навантажень за розмахом амплітуди різницевого сигналу струму. Технічний результат, одержуваний при вирішенні поставленого завдання, полягає в можливості здійснити поточний контроль (моніторинг) коливань механічних навантажень у трансмісіях машин і запобігти перевищенню значень динамічного навантаження, що допускаються, при порушенні технології або в результаті підвищеного зносу (кутових зазорів) під час експлуатації устаткування. Порівняння способу, що заявляється, із прототипом показує, що запропонований спосіб відрізняється тим, що в прокатних станах під час захоплення металу валками вимірюють сигнал струмового навантаження електропривода, визначають у період наростання моменту навантаження різницевий сигнал між вихідним сигналом і сигналом після низькочастотного фільтра з частотою зрізу менше половини основної частоти власних коливань у трансмісії, визначають коефіцієнт динамічності амплітуди коливань механічних навантажень за розмахом амплітуди різницевого сигналу стр уму. Таким чином, спосіб, що заявляється, відповідає критерієві "новизна". При вивченні інших відомих технічних рішень у даній галузі і суміжних галузях те хніки ознаки, що відрізняють винахід, що заявляється, від прототи 4 пу не були виявлені. Таким чином, технічне рішення, що заявляється, відповідає критерієві "винахідницький рівень". Сутність запропонованого винаходу пояснюється кресленням, де на Фіг.1 наведена схема лінії головного приводу кліті кварто стана гарячої прокатки. На Фіг.2 наведений приклад одночасних вимірів коливань механічного навантаження і на Фіг.3 - сигнали стр умового навантаження електропривода. На Фіг.4 наведений приклад визначення різницевого сигналу струму, на Фіг.5 - розмах коливань різницевого струмового сигналу. На Фіг.6 наведені графіки коефіцієнтів динамічності Кд(мех.) механічного навантаження, обмірюваної відомим способом, і коефіцієнтів динамічності Кд(стр.), визначених запропонованим способом. Запропонований спосіб здійснюють таким чином. У прокатних станах під час захоплення металу валками вимірюють сигнал струмового навантаження електропривода, визначають у період наростання моменту навантаження різницевий сигнал між вихідним сигналом і сигналом після низькочастотного фільтра з частотою зрізу менше половини основної частоти власних коливань у трансмісії, визначають коефіцієнт динамічності амплітуди коливань механічних навантажень за розмахом амплітуди різницевого сигналу стр уму. Сутність способу, що заявляється, полягає в наступному. У прокатних станах часті перевищення динамічним навантаженням припустимих значень в елементах трансмісії таких, як хвостовики робочих валків, муфти, голівки шпинделів, зубцюваті зачеплення редукторів викликають їхні поломки. У період наростання навантаження на робочому органі машини (моменту прокатки на валках при захопленні металу) зазори в трансмісії швидко замикаються, що приводить до значного збільшення амплітуди коливань механічних навантажень і зменшує ресурс роботи устаткування. У період наростання навантаження на робочому органі (під час захоплення металу валками в прокатних станах) у крутильній системі трансмісії головного приводу формується обертаючий момент, що поширюється від валків до електропривода. Реакція кожного елемента трансмісії на ударний вплив у крутильній системі залежить від статичного навантаження на робочому органі (моменту прокатки), кількості елементів, співвідношення пружньомасних параметрів і зносу (кутових зазорів). При цьому, чим більше знос, тим більше амплітуда механічних коливань на основній власній частоті крутильної системи. За умови високої частоти пропускання регуляторів сучасних систем керування електроприводом, у сигналі якірного струму присутня основна частота власних механічних коливань трансмісії машини (10-20Гц для прокатних станів), що накладається на низькочастотну складову струмового сигналу, що зростає з постійною часу електромеханічної системи приводу. Параметри способу моніторингу коливань механічних навантажень залежать від конструкції кожної конкретної трансмісії, а саме її основної 5 79682 власної частоти. Для виділення інформативної складової з різницевого струмового сигналу необхідно задавати частоту зрізу низькочастотного фільтра менше половини основної власної частоти механічних коливань у трансмісії. Основну частоту механічних коливань визначають відомими розрахунковими методами за кресленнями вузлів трансмісії і уточнюють експериментально. Оскільки основна власна частота коливань крутильної системи не змінюється після заміни переточених робочих або опорних валків (жорсткість і моменти інерції обертових мас практично постійні), тому частоту зрізу низькочастотного фільтра визначають одноразово при настроюванні системи моніторингу навантажень. Запропонований спосіб має спрощену процедур у визначення амплітуд коливань механічних навантажень завдяки застосуванню звичайного низькочастотного фільтра з постійною частотою зрізу і не вимагає установки додаткових датчиків і пристроїв на обертових вала х. Таким чином, амплітуда коливань струмового сигналу електропривода на основній власній частоті трансмісії машини може бути використана для моніторингу амплітуди коливань механічних навантажень (динамічного обертаючого моменту) на проміжному валу лінії приводу прокатного стана. Виконуючи поточні виміри (моніторинг) струмового сигналу електропривода, установлюють тенденцію зміни амплітуди коливань механічних навантажень і по цій тенденції прогнозують перевищення значень навантажень, що допускаються, в елементах трансмісії і приймають рішення про технічне обслуговування машини або зміну те хнологічного процесу (зменшенні обтиснення в кліті, швидкості прокатки або підвищенні температури металу). Приклад реалізації способу, що заявляється. Перевірку способу виконали у виробничих умовах на безперервному стані гарячої прокатки в лінії приводу прокатної кліті, що складається з електропривода постійного струму 1 (з живленням від тиристорного перетворювача), проміжного вала 2, редуктора 3, корінної муфти 4, шестеренної кліті 5, шпинделів 6, робочих 7 і опорних 8 валків. Виконали для 30-ти слябів у період наростання моменту навантаження (при захопленні металу валками) одночасні виміри відомим способом (тензодатчиком з телеметричним зніманням сигналу) коливань механічного навантаження на проміжному валу 2 у лінії приводу і струмового сигналу електропривода 1. Для кожного з 30-ти слябів послідовно визначали: - коефіцієнт динамічності за амплітудою коливань механічного навантаження: Кд(мех.)=(Ммах-Мхх)/(Мст-Мхх), де Мхх - момент холостого ходу, Мст - момент статичного навантаження, Ммах - максимальний момент механічного навантаження; 6 - різницевий сигнал вихідного сигналу стр умового навантаження і після низькочастотного фільтра з частотою зрізу 5Гц, що менше половини основної власної частоти трансмісії (15Гц) у даної кліті; - розмах амплітуди різницевого сигналу стр уму: DА= Амах-Аmіn; - залежність Кд(стр.)=f(DA) відомими методами за даними виміру на етапі навчання; - розрахункові коефіцієнти динамічності Кд(струм) амплітуди механічного навантаження за розмахом амплітуди DΑ різницевого сигналу струмового навантаження електропривода; - значення максимального моменту механічного навантаження: Ммах=(Мст-Мхх)·(Кд(стр.)+Мхх. Використовували залежності Кд(стр.)=f(AA), отримані на етапі навчання, надалі без використання відомого способу вимірів механічного навантаження. При розрахунку Ммах визначали Мст і Мхх за сигналом струмового навантаження. Порівняли значення Кд(мех.), отримані по обмірюваному механічному навантаженню на етапі навчання, і значення Кд(стр.), отримані розрахунковим шляхом. Середня відносна погрішність визначення амплітуди коливань механічного навантаження запропонованим способом склала близько 7%. Як випливає з вищесказаного, спосіб, що заявляється, дозволяє порівняно просто з припустимою точністю, але без використання складних датчиків обертаючого моменту, вирішити поставлене завдання, яке полягає у визначенні амплітуди коливань механічних навантажень (динамічних обертаючих моментів) у трансмісії машин, наприклад лінії головного приводу валків прокатної кліті, за струмовим сигналом електропривода, що дозволяє здійснити поточний контроль (моніторинг) коливань механічних навантажень у трансмісіях і запобігти перевищенню значень навантаження, що допускаються, при порушенні технології або в результаті підвищеного зносу (кутови х зазорів) під час експлуатації устатк ування. Джерела інформації, прийняті до уваги при складанні заявки: 1. Гребенник В.М., Гордиенко А.В. и др. Автоматизированная система контроля силовых параметров прокатки // Известия ВУЗов. Черная металлургия. - 1984. - № 8. - С.161-164. 2. Методы исследования процессов прокатки / Чекмарев А.П., Ольдзиевский С.А. М: Металлургия, 1969. - 295с. 3. Система измерения крутящих моментов. / Проспект фирмы Voith Turbo. 2002. 4. Иванченко Ф.К. Основные результаты исследования динамических явлений и теории расчетов нагрузок металлургических машин. / Труды 1-й Всесоюзной конференции по расчетам на прочность металлургических машин. Сб. ВНИИМЕТМАШ №23,1968. - С.12-27. 7 Комп’ютерна в ерстка О.Гапоненко 79682 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601