Разработка высокоточной системы стабилизации мощности резания вальцетокарного калибровочного станка модели IK 825 Ф2

       Выступательная  речь на защите дипломного проекта  специалиста 

       Тема  дипломного проекта — электропривод  и автоматизация главного привода специального вальцетокарного станка модели IK 825 Ф2.

    В связи с выходом отечественных  производителей металлопродукции на внешний  рынок и производством проката  по стандартам ASTM, DIN и другим, к его качеству и геометрическим размерам предъявляются повышенные требования, зачастую превышающие требования существующих ГОСТов и технических условий.

    Качество  металлопроката  и геометрические размеры профилей, в том числе  и производимых станом 600 Алчевского металлургического комбината, зависят от многих факторов, одним из которых является качество изготовления и точность обработки поверхности валков черновых и чистовых клетей прокатных станов.

    При обработке валков, имеющих неоднородную структуру и различные физико-механические свойства, возникают броски мощности резания, которые отрицательно влияют на качество поверхности валков и точность геометрических размеров готового проката.

    В связи с этим в данном проекте  была предложена система стабилизации мощности резания на заданном уровне, что оказывает положительное влияние на качество поверхности обрабатываемых валков.

    В результате проведенного анализа существующей на данном станке системы электроприводабыло выявлено, что максимальная  мощность резания достигается при черновой обработке валков. При этом величины подачи и глубины резания достигают максимальных значений. Для обесппечения необходимой мощности был выбран двигатель и синтезирована система автоматического управления.

    На  листе 1 приведена функциональная схема главного привода станка. Приводной двигатель питается от тиристорного преобразователя, подключенного к питающей сети 380В через вводной трансформатор, выполняющий одновременно функцию потенциального разделения питающей сети и цепей питания двигателя. Тиристорный преобразователь — серийный, серии ЭПУ1, со встроенными регуляторами тока и скорости, а так же с возможностью использования при необходимости второй зоны регулирования скорости. Основная регулируемая координата — скорость вращения двигателя. Схема выпрямления — встречно-параллельная на базе схемы Ларионова. Управления группами вентилей — совместно-согласованное.

    На  листе 2 приведена математическая модель системы автоматического регулирования мощности главного привода вальцетокарного калибровочного станка модели IK 825 Ф2. Полученная система подчиненного регулирования — трехконтурная, с контурами тока, скорости и мощности резания. Регулятор тока выполнен по ПИ-закону, регулятор скорости – П, регулятор мощности резания — П. Информация, пропорциональная мощности резания получается косвенным образом путем перемножения сигналов датчиков тока и скорости. В качестве возмущений в контуре мощности выступают подача S и глубина резания t. Статический ток — реактивный, пропорциональный уровню мощности резания.

    На  листе 3 приведена структурная схема системы для моделировании на МАССе. При моделировании учитывалась внутренняя обратная связь по противоЭДС двигателя. В процессе моделирования были получены следующие результаты:

• статизм по скорости системы при разомкнутой обратной связи по мощности, то есть пока мощность не выходит за уровень  стабилизации, составляет при номинальной нагрузке 1.7 1/с, что составляет 2.16% от скорости холостого хода, что обеспечивается не только контурами регулирования тока и скорости, но и хорошими статическими свойствами самого двигателя;
• погрешность при стабилизации мощности при самом тяжелом варианте, когда теоретическая мощность резания превышает на 15% уровень стабилизации мощности (то есть при обработке вязкого материала при больших подачах) составляет 1178 Вт или 1,96% от уровня стабилизации, что вполне можно считать удовлетворительной работой системы;
• время переходного процесса пуска ввиду применения ПИ-регулятора тока уменьшилось по сравнению с расчетным с 2.0 с до 0.9 с в моделируемой системе, то есть снизилось на 55%, что позволяет уменьшить время обработки одного валка;
• перерегулирования по току составляют при самом тяжелом режиме 5.1%;
• перерегулирования по скорости составляют при самом тяжелом режиме 4.98%;
• перерегулирования по мощности составляют при самом тяжелом режиме 4.6%.

    На  листе 6 приведены графики переходных процессов пуска двигателя и стабилизации мощности резания при номинальных параметрах.

    Лист 7 отражает переходные процессы при возмущениях в системе, то есть при изменении величины подачи или глубины резания.

    Кинематическая  схема системы приведена на листе 4. Коробка скоростей двигателя — двухступенчатая. На листе приведены шестерни, которые принимают участие в передаче при «тяжелой» обработке — при черновом точении. На статической характеристике системы видно, что статизм системы по скорости при номинальной нагрузке незначителен.

    На  листе 5 представлена принципиальная схема датчика мощности. Его основой служат датчик тока УБСР-ДТ-3АИ, встроенный в преобразователь, и тахогенератор, стоящий на валу двигателя. Сигналы, пропорциональные току якоря двигателя и скорости его вращения перемножаются на микросхеме К525ПС2А, на выходе которой получается сигнал, пропорциональный мощности резания. Параметры микросхемы приведены в записке в разделе 5.5.

    Также была рассчитана экономическая эффективность  предлагаемой системы по сравнению с имеющейся в настоящее время на станке и некоторые экономические параметры, затраты на ремонт, общецеховые расходы и прочее. Лист 8 отражает некоторые экономические показатели разработанной системы, а так же краткий сравнительный анализ разработанной и имеющейся систем автоматического управления.