Опыт использования тренажера-имитатора
«Прокатка металла в реверсивной клети крупносортного стана»
для подготовки специалистов
по обработке металлов давлением

Данный тренажер разработан компанией SIKE и его подробное описание представлено в одиннадцатом номере журнала «Калибровочное бюро».

При разработке данного тренажера было принято решение максимально упростить концепцию и математическую модель программы, и, как показал опыт использования тренажера, это оказалось весьма плодотворным.

В программе реализован процесс прокатки прямоугольных заготовок из блюмов в реверсивной двухвалковой клети, которые часто используются в качестве обжимных на крупносортных или рельсо-балочных станах. При этом у пользователя есть только один вариант калибровки валков и ограниченный выбор размеров блюма и готовой заготовки, температуры нагрева и марки стали (Рис. 2).

После выбора начальных параметров пользователь может реализовать прокатку выбранного сечения, управляя рольгангами, направляющими линейками с крюковыми кантователями, напралением вращения валков и межвалковым зазором (Рис. 3).

Но при этом на действия пользователя наложены определенные ограничения, например, нельзя задать раскат в валки, если его ширина больше ширины калибра или угол захвата металла больше допустимого, также есть ограничения по прочности оборудования и мощности двигателя и т.д. Реализуемый процесс протекает во времени, скорость течения которого также можно варьировать.

Пользователь самостоятельно выбирает, какие калибры задействовать, зазор между валками, количество проходов и кантовок. При осуществлении одного прохода программа вычисляет геометрические размеры раската, температуру и энергосиловые параметры, которые в дальнейшем используются как исходные данные для следующего прохода. Данный расчет был реализован в программе на основе простейшей концептуальной причинно-следственной модели (Рис. 4).

На рисунке в кружках представлены числовые расчетные или управляемые параметры:

• высота раската на входе в валки;
• угол контакта металла с валком;
• длина раската на выходе из валков;
• длина раската на входе в валки;
• зазор между валками;
• ширина раската на входе в валки;
• температура раската на выходе из валков;
• высота раската на выходе из валков;
• температура раската на входе в валки;
• сопротивление металла пластической деформации;
• ширина раската на выходе из валков;
• усилие прокатки.

Стрелочками на рисунке показана взаимосвязь между параметрами, а знак «+» или «-» на конце стрелочки показывает, увеличивается или уменьшается параметр на конце стрелочки с увеличением параметра в начале стрелочки. Например, увеличение зазора между валками приводит к увеличению высоты раската на выходе из валков, и т.д. Другие взаимосвязи, кроме тех, что указанны на рис. 4 не рассматриваются. При этом данные взаимосвязи реализованы на основе самых простых формул.

Изменение температуры раската за время прокатки в калибре и перемещения его к следующему калибру рассчитывались на основе метода А.И.Целикова, учитывающего понижение температуры вследствие отдачи теплоты излучением и повышение температуры раската вследствие перехода механической энергии деформации в теплоту [2]. Уширение рассчитывалось по формуле Б.П.Бахтинова для ящичных калибров [3].

Несмотря на столь простую математическую модель, и как показало практическое использование данного тренажера-имитатора, все основные закономерности процесса прокатки отражаются вполне адекватно, и по заверениям многих практиков, которые пробовали работать на данном тренажере, он может быть использован для обучения не только специалистов по обработке металлов давлением в учебных заведениях различного уровня, но и как тренажер для действующих операторов постов управления различных прокатных станов.

Простота тренажера позволяет пользователю быстро освоить работу с программой, что не вызывает отторжения у слушателей с начальным уровнем подготовки, и в тоже время программа дает достаточную свободу действий для реализации множества режимов прокатки, что интересно для более продвинутых пользователей. Таким образом, обучающиеся, которые только знакомятся с основами прокатного производства, могут «почувствовать» процесс прокатки, понять основные закономерности и ограничения, увидеть течение процесса во времени, а студенты старших курсов или даже действующие специалисты, могут попробовать осуществить различные режимы прокатки, сравнить их между собой по различным параметрам и осознать цену ошибки. Также программа позволяет работать в режиме «обучения» - когда пользователь может видеть текущие размеры раската, и в режиме «тестирования» - когда пользователь видит только итоговый результат, что приближено к реальной работе оператора реверсивной клети.

Можно заключить, что разработка тренажеров различных процессов прокатного производства вполне может быть основана на самых простых математических моделях, при условии адекватного отражения основных закономерностей. В тоже время стремление учесть максимальное количество параметров и процессов зачастую может приводить к внутренним противоречиям, необоснованному усложнению программного продукта, росту требований к аппаратной части тренажера и, как следствие, к его удорожанию. В итоге подобные дорогие тренажеры оказываются сложными в освоении не только для обучающихся, но и для самого преподавателя, и, как следствие, большая часть заложенного функционала на практике не используется, что нужно помнить как разработчикам, так и заказчикам подобных тренажеров-имитаторов.

1. Чудинова Ю.А., Тихонов А.В. Тренажер «SIKE. Прокатка металла в реверсивной клети крупносортного стана» // Калибровочное бюро. 2017. №11. С. 13-17. URL: http://www.passdesign.ru (дата обращения: 10.11.2018).
2. Методы проектирования температурных режимов горячей сортовой прокатки: учебное пособие / Ф.С.Дубинский, М.А.Соседкова. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2007. 18 с.
3. Калибровка прокатных валков / Б.П.Бахтинов, М.М.Штернов. М.:Металлургиздат, 1953. 785 с.