Предисловие
Технический прогресс в прокатном производстве предполагает непрерывное освоение новых видов продукции, а при необходимости и создание новых производственных мощностей. Ведущая роль в этом процессе принадлежит инженерам-проектировщикам прокатных цехов, прокатного оборудования и технологии прокатки. Проектирование – это процесс, заключающийся в многократном преобразовании начального описания объекта, содержащегося в задании на проектирование, в конечное, достаточное для его реализации. Соответственно проект – это комплекс документов, фиксирующий принятые проектные решения на разных стадиях разработки. Только завершающая стадия проекта принимается к исполнению, более ранние стадии содержат идеи, предложения и их обоснование, и в этом от них не должен отличаться учебный проект. Проектирование – высокоинтеллектуальный и дорогостоящий процесс: затраты на проектирование и авторское сопровождение промышленного строительства в передовых индустриальных странах достигают 14-16 % от полных капитальных вложений.
Технологическая часть проекта промышленного объекта определяет состав и параметры обрабатывающего оборудования, а проект технологии производства продукции – параметры режимов её обработки. Если состав оборудования прокатного цеха диктуется, главным образом, сортаментом, то параметры оборудования зависят от режимов обработки проката и поэтому достоверно могут быть определены только совместно с режимами. Выполнение технологической части проектов прокатных цехов, технологических заданий на разработку других частей проекта и прокатного оборудования, а также проектирование режимов прокатки как раз и составляет область собственно инженерной деятельности прокатчиков-технологов.
Книга даёт возможность даже начинающему специалисту рассчитать режимы обработки продукции на станах и агрегатах листопрокатных цехов, а также оценить необходимые параметры оборудования при его проектировании или закупке. Эти режимы и параметры не только приемлемы, но во многих случаях и оптимальны по тем или иным критериям. Однако решение инженерных задач никогда не бывает единственным и, следовательно, с помощью предлагаемых или иных методов могут быть найдены другие режимы и параметры, удовлетворяющие и этим, и не рассмотренным здесь критериям, возможно, более важным в каких-то обстоятельствах.
В книге, в общем, сохранены принципы, впервые сформулированные в учебнике [1], только в отличие от него большая часть результатов здесь достигается последовательными приближениями, что как раз отвечает содержащемуся в определении проектирования положению о многократном улучшении на каждом шаге ранее полученных решений.
Книга содержит большое количество обширных примеров, названных алгоритмами, перечень которых дан после оглавления. В большинстве это алгоритмы проектирования параметров станов, агрегатов, участков прокатных цехов и алгоритмы проектирования режимов обработки металла. Алгоритмы первого вида предусматривают выбор показателей технического уровня объекта проектирования по аналогии с хорошо работающими или перспективными образцами и расчёт их параметров назначения, исходя из заданной производственной программы. Алгоритмы второго вида предполагают все параметры оборудования известными и доказывают возможность обработки на нём расчётных профилей. Все алгоритмы построены с заранее оговоренными допущениями, которые при необходимости могут быть сняты или заменены новыми. Некоторые алгоритмы, к примеру, фабрикации слябов для толстолистового стана или проектирования параметров черновой группы клетей широкополосного стана в значительной мере универсальны и потому достаточно сложны, но отбросив ненужные для решаемой задачи условия, пользователь всегда сможет их упростить. В большинстве алгоритмов для станов и агрегатов с рулонным способом производства в качестве исходных приняты слябы и рулоны относительной массой 20 т/м, но при необходимости не следует упускать из виду, что на самом деле относительная масса рулона убывает от передела к переделу. Все расчёты сделаны для прокатных клетей и другого оборудования с приводом от двигателей постоянного тока с двухзонным регулированием скорости и приемлемы для машин с регулируемыми двигателями переменного тока лишь в меру соответствия условий их службы. В Приложении А дан алгоритм элементарного проектного расчёта и конструирования механического оборудования главной линии листопрокатной клети.
Режимы прокатки на спроектированных станах иногда заметно отличаются от закладываемых в проектные алгоритмы, а иногда после проведения проверочных расчётов нуждаются в корректировке и предсказанные параметры станов. Это значит, что предлагаемые здесь алгоритмы проектирования могут и должны быть улучшены, и пользователь всегда может либо согласиться с ними, либо заменить другими, хотя магистральным путём для профессионалов может быть только полное совмещение проектирования параметров оборудования и режимов обработки. Тем не менее, некоторые совмещённые алгоритмы, опубликованные нами ранее, оказались неоправданно громоздкими и потому здесь не приводятся и не комментируются.
Книга в большей мере претендует на демонстрацию подходов, методов расчёта, а не на их результаты. Точность получаемых результатов не обсуждается, по крайней мере, они достоверны лишь постольку, поскольку достоверны заложенные в расчёт модели. Они не могут быть также точнее использованных исходных данных, в частности, всегда надо считаться с тем, что сопротивление металла деформации или коэффициенты трения при горячей и холодной прокатке, как утверждают авторы [2, с. 159], не только установлены с некоторой погрешностью, но по своей природе являются неопределёнными. Никуда не уйти от тех реальностей, что сопротивление деформации может быть равновероятным [2, с. 153], а условный предел текучести наклёпанной изотропной электротехнической стали разных плавок даже в пределах одной группы легирования может изменяться более чем на 230 МПа [3, с. 62]. На эти обстоятельства первостепенной важности для автоматизированного управления прокатными станами можно просто не обращать внимания при проектировании.
Для стимулирования разработки и отладки пользователями собственных машинных программ все вычисления иллюстрируются подстановкой данных в расчётные формулы, которые, как правило, дублируются вместе с номерами, под которыми они были введены ранее. Результаты расчётов даны по машинным распечаткам и при ручной проверке из-за промежуточных округлений могут не выдерживаться во всех значащих цифрах, большое число которых сохранено для удобства отладки. Представляя расчёты в проектах, следует сохранять лишь такое количество значащих цифр, которое оправдано точностью использованных математических моделей и измерительных приборов. Там, где решения достигаются последовательными приближениями, подстановкой в расчётные формулы иллюстрируется одно из них, первое для одного из профилей или проходов и последнее во внутренних циклах итераций по сплющенной дуге контакта металла с валками. Для всех профилей и проходов результаты как первого, так и последнего приближений приводятся в выводах. Нетрудно убедиться, что удовлетворительные решения можно получать уже в первых приближениях, если в качестве исходных брать данные, близкие к получаемым здесь в последних.
Все физические величины представлены в единицах системы СИ за исключением температуры, измеряемой в (С, и удельного расхода энергии, для которого принят кВт(ч/т. Коэффициент согласования единиц измерения физических величин с иногда включается в формулы явно, и это подчёркивает необходимость использования в расчётах по этим формулам только строго определённых единиц, но чаще его значения, особенно кратные 10, появляются только в подстановках. Целая часть аргумента х везде обозначена как Е(х), от фр. entier – целый.
Основная цель книги – показать взаимосвязанные замкнутые подходы к разработке параметров оборудования и режимов обработки металла в листопрокатных цехах. Демонстрируя вычислительные процедуры, книга предполагает вдумчивое отношение пользователя к её материалам. Все расчётные формулы должны быть подвергнуты тщательному анализу: какие физические величины в них входят? в каких единицах они измеряются? каковы коэффициенты согласования единиц измерения? почему использована именно эта расчётная формула и нет ли ей альтернативных, более адекватно учитывающих взаимосвязь существенных факторов? все ли существенные факторы учтены и нет ли возможности заменить формулу более полной?
В книге мало ссылок на публикации последних лет в общедоступных периодических изданиях. Список цитированных источников в основном состоит из книг, изданных 40 – 60 лет назад, многие из которых давно стали библиографической редкостью, и хотя бы часть этого наследия мы надеемся сохранить и передать новому поколению инженеров-прокатчиков.
(Отрывок из книги
«Алгоритмы проектирования
параметров и режимов работы
оборудования листопрокатных цехов»
Авторы книги:
В.С.Зайцев, В.А.Третьяков)
|
«Отечественные
