Điều kiện đặc trưng cho cán liên tục là khối lượng phôi qua các hộp cán trong một đơn vị thời gian là không đổi:
FiVi = const (1-22)
Trong đó: Fi: Là tiết diện phôi trước lúc vào hộp cán thứ i Vi: Tốc độ phôi trước lúc vào hộp cán thứ i. Nếu không đảm bảo điều kiện (1-22) thì xảy ra hiện tượng:
- Cán ép (nén): Khi khối lượng phôi ra của một hộp cán nhỏ hơn khối lượng phôi tới
- Cán kéo (căng): Khi khối lượng phôi ra của một hộp cán lớn hơn khối lượng phôi tới
Hình 1.11. Cán liên tục 3 hợp cán
Do có sự vượt trước nên tốc độ phôi ra khỏi trục là : s D s v v t t 1 2 . 1 Trong đó: vt, t, D: Là tốc độ dài, tốc độ góc, đường kính trục cán. s: là độ vượt trước
18
Hình 1.12. Cán tự do không có độ võng
Và điều kiện đặc trưng 1-22 có thể viết:
FD. t(1+s) = const (1-23) Với hai hộp cán liên tiếp hình 1-8 ta có:
F1.D1. 1(1+s) = F2.D2. 2(1+s) Nếu D1 =D2 = D thì ta có: b s s F F s s 2 1 1 2 1 1 2 1 1 . . 1 1 2 (1-24) Trong đó: 2 1 F F (1-25) : gọi là hệ số kéo. 1.3.3. Các chế độ cán
Hai hộp cán liên tục thỏa mãn điều kiện 1-23 thì phôi không chịu căng hay nén. Đó là trạng thái cán tự do. Trường hợp này : vr1 =vr2 (hình 1.13)
Hình 1.13. Cán tự do có độ võng
Nếu giữa 1 = const mà tăng 2 thì phôi sẽ chịu một lực ép, nén lực này có xu hướng giảm tốc độ ra vr1 ở hộp cán (1) và tăng tốc độ vào vr2ở hộp cán (2)
19
Khi D1 = D2 .Đường kính 2 trục cán của hộp cán giống nhau thì căng hay nén được xác định bởi biều thức:
. 1 1 . 1 1 1 2 1 1 s s s T (1-26)
Trong đó: là hệ số tính đến sự vượt trước do lực T.
là tỷ số thay đổi tốc độ hộp cán (2). 2 , 2 ,
2: Là tốc độ hộp cán (2) sau khi thay đổi
Từ đó ta thấy: tùy tốc độ quay giữa các hộp cán, có thể có các chế độ cán khác nhau: - Cán tự do: =1, T=0 vµ 2 1 1 2 1 1 . s s - Cán kéo ( cán căng): >1, T > 0 vµ 2 1 1 2 1 1 . s s (: Hệ số nén) - Cán nén (ép): <1, T < 0 vµ 2 1 1 2 1 1 . s s (: Hệ số nén ép)
ở chế độ cán kéo, mô men động cơ truyền động hộp cán (2) sẽ tăng: 2 2 02 2 D T M M 2 1 01 1 D T M M
Trong đó: Mo1 , Mo2 là mô men của hai động cơ đó ở chế độ cán tự do.
Nếu đặc tính cơ của hai động cơ mềm thì do M2 tăng, tốc độ nĐ2 sẽ giảm nhanh và do M1 giảm, tốc độ nĐ1 sẽ tăng nhanh. Từ đó có hạn chế được sự tăng
20
lực căng T. Mặt khác, trục cán có biến dạng đàn hồi khi cán nên nếu động cơ Đ1 có đặc tính mềm thì lúc mô men giảm, biến dạng đàn hồi của trục hoặc cán (1) cũng giảm. Điều đó làm tăng lực ép của trục trên phôi, giảm nhỏ tiết diện phôi bị cán, tăng được tốc độ ra Vr1. Kết quả cũng hạn chế thêm lực căng T.
Do vậy, đặc tính mềm của động cơ là một yếu tố để lấy lại cân bằng trong cán kéo, song chưa đáp ứng yêu cầu của máy cán nóng liên tục nên vẫn cần có các sơ đồ điều chỉnh.
Ở chế độ cán nén, phôi giữa hai hộp cán có độ võng . Độ võng này luôn thay đổi trong quá trình cán, song không được quá một giới hạn cho phép. Việc điều chỉnh độ võng này trong máy cán nóng liên tục có thể thực hiện bằng tay (khi tốc độ cán nhỏ) hay tự động (khi tốc độ cán lớn)
Nếu độ dài phôi L được cán với tốc độ v thì thời gian cán 1 phôi là: T = L/v hay v L T L
là chiều dài đoạn võng thêm , v là dao động tốc độ giữa hai hộp cán.
Suy ra: L= L
V v
(1-27)
Nghĩa là, chiều dài võng thêm tỷ lệ với độ dài phôi và độ thay đổi tương đối của tốc độ cán.
1.3.4 Đặc tính tải
21
Hình 1.14. Đặc tính tải ở chế độ tĩnh
Vùng cán thô (1): Tốc độ nhỏ: Mc = const, P = var. Điều chỉnh để giữ mô men không đổi bằng cách thay đổi điện áp phần ứng (đường có điện 1 chiều) . Vùng cán tinh (2): tốc độ lớn Mc = var, P = const. Điều chỉnh để giữ công suất không đổi bằng cách thay đổi từ thông (động cơ điện 1 chiều).
Đối với các dây chuyền cán nóng liên tục, do mối quan hệ chặt chẽ về tốc độ giữa các hộp cán mà khi thay đổi sẽ làm thay đổi chế độ cán, nên phụ tải xung có ý nghĩa quan trọng.
Đối với các dây chuyền cán nóng liên tục có công suất nhỏ dùng bộ nguồn chung thì khi thiết kế hệ thống truyền động phải kết hợp cả hai vùng (1) và (2)
b. Phụ tải xung
Trong máy cán nóng liên tục, do mối quan hệ chặt chẽ về tốc độ giữa các hộ cán mà khi thay đổi sẽ làm thay đổi chế độ cán, nên phụ tải xung có ý nghĩa quan trọng.
22
Hình 1.15. Chế độ cán tải xung
Khi trục cán ngoạm phôi sẽ xuất hiện tải xung làm tốc độ động cơ bị giảm mạnh. Đặc tính quá độ của tốc độ động cơ và dòng điện động cơ biến động. Biến động này phụ thuộc vào tỷ số giữa hằng số thời gian cơ điện Tcđ của truyền động và hằng số thời gian điện từ mạch phần ứng động cơ Tư và
u cd T T
Về lý thuyết (hình 1-15), ta đã biết dao động xảy ra khi :
1 .. 4 u cd T T nghĩa là Tcd < 4T-
Vì mạch điện cảm nên khi có xung phụ tải thì dòng điện thay đổi chậm pha hơn (hình 1-16).
Trong khoảng thời gian từ (t0 ÷ t1) thì dòng động cơ nhỏ hơn dòng tải tĩnh Ic tốc độ động cơ giảm dần .
Trong khoảng thời gian từ (t1 ÷ t2) thì dòng động cơ lớn hơn dòng tải tĩnh Ic tốc độ động cơ tăng dần.
23
Hình 1.16. Sự chậm pha của dòng điện trong trường hợp phụ tải xung
Như hình (1-16), d là độ giảm tốc độ c là độ giảm tốc độ tĩnh,, c là tốc độ ổn định. Khi có tải xung , tốc độ động cơ ở chế độ quá độ được xác định theo đặc tính động cơ có xét đến sụt áp do cảm kháng trên mạch phần ứng nên: k dt dI L R I U u u u u dong . . (1-28) Với k là hệ số. Vì lúc có tải xung dt dT L. u lớn nên d cũng lớn.
Với máy cán nóng liên tục, khi phôi vào máy, lần lượt qua các hộp cán, dao động do tải xung lúc ngoạm phôi của các hộp cán có thể phá vỡ sự cân bằng tốc độ giữa các hộp cán, gây ra sản phẩm kém và thậm chí phá hỏng chế độ cán của máy.
Hậu quả trên có thể thấy rõ khi xem xét quá trình ngoạm phôi của 2 hộp cán liên tiếp ( hình 1-17). Tại thời điểm t1, phôi tới hộp cán (1). Do ngoạm phôi
24
, tốc độ động cơ Đ1 giảm và dao động. Tại thời điểm t2, phôi tới hộp cán (2). Do ngoạm phôi tốc độ động cơ Đ2 giảm và dao động.
Kết quả, trong khoảng thời gian (t2 ÷ t3) tốc độ 2>1, lùc T<0.
Trong khoảng thời gian ( t3 ÷ t4), tốc độ 2<1, lùc T<0. Như vậy, chế độ cán phôi bị thay đổi, lúc thì cán kéo, lúc thì cán nén.
Hình 1.17. Biểu đồ quan hệ tốc độ của 2 hộp cán liên tiếp khi ngoạm phôi
Một vấn đề nữa, đề cập ở đây là với động cơ có đặc tính mềm thì biến động tốc độ càng lớn dẫn đến biến động lực T lớn. Do đó, không nên dùng động cơ có đặc tính cơ quá mềm.
Tóm lại: ở máy cán nóng liên tục cần đáp ứng yêu cầu cơ bản là duy trì một tỷ số tốc độ nhất định giữa các hộp cán và điều chỉnh được tốc độ động cơ theo yêu cầu của chế độ cán.
1.3.5 Điều chỉnh tốc độ động cơ trong máy cán nóng liên tục.
Yêu cầu chung của điều chỉnh tốc độ trong máy cán nóng liên tục là:
- Duy trì được một tốc độ ứng với chế độ cán nhằm đảm bảo quan hệ tốc độ giữa các hộp cán
- Có đặc tính quá độ tốt lúc ngoạm phôi nghĩa là lúc đó có độ sụt tốc độ nhỏ, thời gian phục hồi tốc độ ngắn.
Ở máy cán nóng liên tục có nhiều hộp cán, việc cấp điện cho phần ứng động cơ và cho mạch kích từ động cơ ở các hộp cán có thể từ một nguồn chung
25
hay từ nhiều nguồn riêng cho mỗi hộp cán. Hiện nay, phương pháp cung cấp nguôn riêng rẽ được sử dụng chủ yếu bởi những lý do sau:
* Đảm bảo thời gian phục hồi tốc độ nhanh hơn khi có xung phụ tải. * Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng và cho phép điều chỉnh hai vùng. * Phương pháp này có thể thực hiện nhờ F-Đ, T-Đ.
Tuy nhiên, đối với những dây truyền cán nóng liên tục có công suất nhỏ người ta vẫn dùng phương pháp cung cấp nguồn chung. Việc điều chỉnh tốc độ động cơ được thực hiện tùy theo công nghệ cán. Nếu là cán thô thì điều chỉnh tốc độ bằn cách thay đổi điện áp phần ứng, còn cán tinh thi thay đồi từ thông.
1.3.6. Các phương án xây dựng hệ thống truyền động T-Đ cho dây truyền cán nóng liên tục đang dùng hiện tại.
a. Bộ nguồn chung
Trong dây chuyền cán nóng liên tục có công suất lớn, có yêu cầu chất lượng cao như độ đồng đều của sản phẩm, chủng loại người ta thường dùng bộ nguồn chung. Hệ thống truyền động cho trục cán này được thực hiện theo một quy trình công nghệ hoặc là cán thô, hoặc là cán tính.
* Chế độ cán thô.
Ở chế độ cán thô, hệ thống làm việc với tốc độ nhỏ, mô men cực đại và không đổi, công suất cho phép biến thiên. Nhưng trong thực tế do tính chất của phụ tải thay đổi nên Mc thay đổi. Do vậy, để thực hiện việc đồng tốc giữa các trục cán trong hệ thống truyền động phải đưa mạch vòng lực căng vào để giữ Mc không đổi. Sơ đồ hệ thống như sau:
26
Hình 1.18. Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh đồng bộ tốc độ dùng bộ nguồn chung ở chế độ cán thô
+ Giới thiệu sơ đồ
M1, M2: Hai động cơ kéo trục cán 1 và 2 R: Bộ điều chỉnh tốc độ
Ri : Bộ điều chỉnh dòng điện RT: Bộ điều chỉnh lực căng FT1, FT2: Hai máy phát tốc
Thiết bị của khâu đồng tốc: Dùng một sensor lực căng có hai trục đỡ, một trục căng và một lò xo Lx. Sensor này điều chỉnh chiết áp làm thay đổi giá trị điện áp U đưa tới đầu vào bộ điều chỉnh lực căng RT.
27
Trong quá trình làm việc nếu tốc độ của trục một hoặc trục hai thay đổi thì lực căng cũng thay đổi . Nếu căng lực căng sẽ kéo chiết áp lên, nếu trùng lực căng sẽ kéo chiết áp xuống và điện áp ra khâu đồng tốc là U. Như vậy tín hiệu vào khâu tăng và đưa đến đầu vào bộ bé RT lµ: U + (1 - 2) 0, đầu ra của RT có tín hiệu Uđk đưa tới bộ biến đổi, bộ biến đổi sẽ điều chỉnh điện áp đặt vào động cơ M2 làm thay đổi tốc độ của M2, dẫn đến thay đổi tốc độ quay của trục cán 2 cho tới khi tốc độ của trục cán hai đồng tốc với tốc độ của trục cán 1 thì tín hiệu vào RT bằng không và Uđk = 0.
* Chế độ cán tinh
Ở chế độ cán tinh, hệ thống làm việc với vận tốc độ lớn Pc = const, mô men Mc cho phép biến thiên. Đối với hệ thống này, việc điều chỉnh và ổn định tốc độ được thực hiện ở mạch kích từ bằng cách thay đổi từ thông.Vì vậy, đầu ra của bộ điều chỉnh lực căng RT được đưa tới đầu vào của bộ biến đổi kích từ bằng cách thay đổi từ thông động cơ M2.Sơ đồ hệ thống như sau:
Hình 1.19. Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh đồng bộ tốc độ dùng bộ nguồn chung
28
M1, M2: Hai động cơ kéo trục cán 1 và 2 RT: Bộ điều chỉnh lực căng
FT1, FT2: Hai máy phát tốc
Thiết bị của khâu đồng tốc: cũng tương tự như ở sơ đồ cán thô ta dùng một sensor lực căng có hai trục đỡ, một lực căng và một lò xo Lx. Sensor này điều chỉnh chiết áp làm thay đổi giá trị điện áp U đưa tới đầu vào bộ điều chỉnh lực căng RT.
+ Nguyên lý làm việc của khâu đồng tốc
Trong quá trình làm việc nếu hiện tượng không đồng tốc xảy ra làm căng hoặc chùng dẫn đến U 0, làm xuất hiện tín hiệu vào và bộ điều chỉnh lực căng RT là: U + (1 - 2) 0 và ở đầu ra RT có tín hiệu Uđk đưa đến bộ biến đổi tốc độ động cơ M2 , dẫn đến làm thay đổi tốc độ động cơ M2 , dẫn đến làm thay đổi tốc độ quay của trục cán hai cho tới khi tốc độ của trục hai đồng tốc với tốc độ của trục cán một thì tín hiệu vào RT = 0 và Uđk = 0.
b. Bộ nguồn riêng
Phương pháp dùng nguồn cung cấp chung có ưu điểm đơn giản, nhưng đối với dây chuyền công nghệ có sản phẩm thay đổi như vật liệu hay bề dày, như vậy tốc độ đầu vào dùng nguồn cấp riêng cho từng truyền động là thích hợp hơn.
Phương pháp dùng nguồn cấp riêng thường áp dụng cho các dây truyền cán nóng liên tục có công suất trung bình và nhỏ. Phương pháp này được ứng dụng cho hai trường hợp là cán thô và cán tinh.
* Chế độ cán thô
Ở chế độ cán thô, việc điều chỉnh tốc độ, ổn định tốc độ và điều chỉnh lực căng để đồng tốc được thực hiện ở mạch phần ứng động cơ một chiều. Sơ đồ hệ thống như sau:
29
Hình 1.20. Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh đồng bộ tốc độ dùng bộ nguồn riêng ở chế độ cán thô
+ Giới thiệu sơ đồ
M1, M2: Hai động cơ kéo trục cán 1 và 2 RT: Bộ điều chỉnh lực căng
R: Bộ điều chỉnh tốc độ Ri: Bộ điều chỉnh dòng điện FT1, FT2: Hai máy phát tốc
+ Nguyên lý làm việc của khâu đồng tốc
Khi các trục cán đồng tốc với nhau thì tín hiệu bộ điều chỉnh lực căng bằng 0 và không có tín hiệu ở đầu ra. Trong quá trình làm việc nếu giữ các trục cán xảy ra hiện tượng không đồng tốc thì đầu vào bộ điều chỉnh lực căng RT đưa tới RW làm thay đổi tín hiệu Uđk tới bộ biến đổi , bộ biến đổi sẽ điều chỉnh
30
điện áp phần ứng động cơ M2 dẫn đến thay đổi tốc độ của trục cán hai đồng tốc với tốc độ của trục cán một thì tín hiệu vào RT = 0.
* Chế độ cán tinh
Ở chế độ cán tinh, việc điều chỉnh tốc độ, ổn định tốc độ và đồng tốc được thực hiện bởi mạch kích từ. Sơ đồ hệ thống như sau:
Hình 1.21. Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh đồng bộ tốc độ dùng bộ nguồn riêng ở chế độ cán tinh
+ Giới thiệu sơ đồ
M: Động cơ truyền động RT: Bộ điều chỉnh tốc độ R: Bộ điều chỉnh tốc độ Ri-: Bộ điều chỉnh dòng điện Rikt: Bộ điều chỉnh dòng kích từ FT: Máy phát tốc + Nguyên lý điều chỉnh tốc độ
31
Trong sơ đồ này, bộ điều chỉnh lực căng RT có thể được đưa vào hoặc không cần đưa vào. Khi giữa các trục ít xảy ra hiện tượng đồng tốc thì không