Способ управления приводом подачи зубопрокатного стана

 

Использование: обработка металлов давлением, в частности управление приводами перемещения инструмента зубопрокатного стана. Сущность изобретения: способ заключается в формировании сигнала регулирования позиции и скорости перемещения суппорта и сигнала компенсации пульсации усилия прокатки и деформации нагруженных этим усилием элементов силовой цепи и передаче этих сигналов через сервоклапаны на исполнительный гидроцилиндр. Сигнал регулирования позиции и скорости перемещения суппорта подают через сервоклапан меньшей пропускной способности, а сигнал компенсации пульсаций усилия прокатки и деформации нагруженных этим усилием элементов силовой цепи - через сервоклапан большей пропускной способности. Способ обеспечивает повышение точности прокатки, снижение отрицательного воздействия шума и вибраций, исключение преждевременного износа. 1 ил.

Способ управления относится к области прокатного производства, в частности к приводам перемещения подачи инструмента зубопрокатного стана.

Известны приводы подачи зубопрокатных станов, у которых типовой рабочий цикл включает в себя быстрый подвод, движение со скоростью подачи (большей и меньшей) по мере внедрения инструмента в заготовку), выдержку в позиции конечного положения инструмента и быстрый отвод.

При этом для получения различных ступеней рабочей подачи используются, как правило, дроссельные регуляторы расхода, а их ввод в действие по ходу инструмента осуществляется с использованием путевых выключателей и гидрораспределителей [1] В известном приводе каких-либо средств контроля за фактическим положением инструмента и его скоростью, а также средств их корректировки в процессе прокатки не предусмотрено, что не позволяет прокатывать шестерни с точностью, отвечающей современным требованиям.

Кроме того, при прокатке специфических изделий шестерен с экстремально малым числом зубьев имеет место циклический выход инструмента из защемления с заготовкой и внедрение в нее при формировании каждой впадины.

Это сопровождается циклическим скачком усилия прокатки от 0 до максимума, что при недостаточной жесткости направляющих суппорта и его привода приводит к колебаниям суппорта и инструмента с высокой частотой (до 8.10 Гц) и амплитудой порядка 0,5.1,5 мм.

Наличие таких колебаний существенно снижает точность прокатки, приводит к ускоренному износу подвижных сопряжений и оказывает вредное воздействие на обслуживающий персонал (шум и вибрации).

Как уже отмечалось, никаких средств компенсации этих колебаний и исключения их вредных последствий при традиционном способе управления приводом подачи не имеется. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ управления гидронажимными устройствами прокатных станов, где для воздействия на величину раствора валков используются электрогидравлические сервоклапаны. В сочетании с исполнительными цилиндрами, системами измерения положения (или давления) и электрическими системами управления они образуют регулируемые по позиции (или усилию) приводы, работающие с высокой точностью и быстродействием (точность позиционирования порядка ± 10 мкм, полоса пропускания частот до 20 Гц), наиболее распространенным решением при этом является управление цилиндром гидронажимного устройства двумя включенными параллельно сервоклапанами [2] Командный сигнал, формируемый электрической системой управления с учетом сигнала задания и сигнала обратной связи по положению, является общим для обоих сервоклапанов. Применяются сервоклапаны одного и того же размера, причем на один из сервоклапанов командный сигнал подают, начиная с нулевого и до номинального уровня, а на второй только после достижения полной величины командного сигнала на первом сервоклапане. В случае необходимости схема управления может работать либо с одним сервоклапаном при понижении быстродействии, либо сервоклапаны меняются ролями.

Применение двух параллельно работающих сервоклапанов повышает надежность и позволяет за счет применения сервоклапанов меньшей пропускной способности, имеющих более высокие частотные характеристики, повысить быстродействие привода в целом.

При прокатке полосы и регулировании ее толщины с помощью быстродействующего гидронажимного устройства появляется возможность компенсации биения валков задача, подобная задаче компенсации пульсаций усилия прокатки на зубопрокатном стане. Однако здесь, в отличие от зубопрокатного стана, пульсации усилия прокатки составляют лишь несколько процентов от полного усилия и их частота существенно ниже порядка 3.5 Гц.

По этой причине для компенсации биения валков достаточно сформировать сигнал управления, отражающий пульсацию усилия прокатки в результате биения валков, и подать его в требуемой фазе на сервоклапаны.

Способы и устройства для выявления биения валков и формирования соответствующего сигнала не относятся к существу описываемого ниже решения, предполагаются известными и подробно не рассматриваются. Достаточно упомянуть, например, применяемые Японской фирмой 1Н1 цифровой детектор биения валков Application of hydraulic Push up System to hot Strip mill, 1976, инф. материал ф-ы 1Н1), специальный компьютер в системах регулирования толщины фирмы Davy MC Kel (Англия), непрерывно анализирующий спектp пульсации усилия прокатки синхронизированно с вращением опорных валков и выдающий сигнал коррекции на сервоклапаны, причем этот сигнал постоянно адаптируется с течением времени в соответствии с изменением формы пульсаций Hydralic Aytomatic Gange Control (информационный материал ф-ы Davy Mc Kel), а также подавитель пульсаций ф-ы W. S. Bliss Co США), использующий принципы подавления шумов в акустической технике (Iron and Steel Engineer N 8, 1984 г.) при выявлении основных гармоник, формировании корректирующих сигналов и непрерывной адаптации их к изменяющейся форму пульсаций.

Корректирующий сигнал компенсации биения валков в известных гидронажимных устройствах суммируется с сигналом, поступающим от системы регулирования толщины, и подается на действующий сервоклапан (сервоклапаны).

В силу того, что на зубопрокатном стане величина пульсации равна полному усилию прокатки, а компенсируемые деформации измеряются не сотыми или десятыми долями миллиметра (как это имеет место при компенсации биения валков), а миллиметрами, требуемая пропускная способность сервоклапана для компенсации этих деформаций, как правило, на порядок выше чем расход, требующийся при поддержании рабочих скоростей подачи.

Основным недостатком известного способа, что делает его практически непригодным, является то, что сигнал компенсации накладывается на сигнал управления рабочей скоростью сервоклапана, становится чрезвычайно затруднительным обеспечение высокого качества регулирования скорости сервоклапаном, имеющим весьма значительную избыточную проводимость. Для качественного регулирования скорости требуется сервоклапан с малой пропускной способностью и высокими частотными характеристиками, а для компенсации упомянутых деформаций суппорта и направляющих сервоклапан с большей (на порядок) пропускной способностью при умеренных требованиях к динамике.

Описываемый способ, заключающийся в формировании сигнала регулирования позиции и скорости перемещения суппорта и сигнала компенсации пульсации усилия прокатки и деформации нагруженных этим усилием элементов силовой цепи и передаче этих сигналов через сервоклапаны на исполнительный гидроцилиндр, обеспечивает эффективную компенсацию пульсации усилия и деформации элементов силовой цепи при прокатке шестерен с малым числом зубьев, повышение точности прокатки, снижение отрицательного воздействия шума и вибраций на обслуживающий персонал, исключение преждевременного износа подвижных сопряжений, подверженных этим вибрациям за счет того, что сигнал регулирования позиции и скорости перемещения суппорта подают через сервоклапан меньшей пропускной способности, а сигнал компенсации пульсации усилия прокатки и деформации нагруженных этим усилием элементов силовой цепи через сервоклапан большей пропускной способности.

Основной сигнал регулирования и поддержания скорости и сигнал компенсации не накладываются друг на друга, а проходят по разным каналам к разным элементам, благодаря чему достигается оптимальное соответствие параметров применяемых сервоклапанов предъявляемым требованиям в контуре регулирования скорости подачи инструмента используется сервоклапан с малой пропускной способностью и высокими динамическими свойствами, обеспечивающий высокое качество регулирования, а для отработки сигнала компенсации циклических пульсаций усилия используется сервоклапан с существенно большей (требуемой) пропускной способностью и умеренными динамическими характеристиками, обеспечивающими отработку этого сигнала.

Осуществление заявляемого способа поясняется с помощью схемы привода подачи, представленной на чертеже.

Привод содержит исполнительный цилиндр 1, перемещающий суппорт 2 с инструментом и оснащенный датчиком 3 системы измерения положения 4 суппорта 2. Поршневая полость цилиндра 1 подключена к выходам сервоклапана 5 рабочей подачи и сервоклапана 6 компенсации деформации элементов силовой цепи. Сервоклапаны 5, 6 питаются от источника постоянного высокого давления Р_пит., причем в непосредственной близости от сервоклапанов 5, 6 на линии питания установлен аккумулятор 7, предназначенный для улучшения динамики привода за счет исключения влияния массы жидкости в соединительном трубопроводе между источником питания и сервоклапанами 5, 6. В частном случае выполнения в приводе может быть предусмотрен распределитель с электроуправлением, соединяющий поршневую полость с источником питания или сливом при совершении ускоренных перемещений (на черт. не показан). На поршневой полости цилиндра 1 установлен датчик давления 8, сигнал которого используется для получения информации о текущем значении усилия прокатки, диагностики и т.п. Штоковая полость цилиндра 1 постоянно подключена к источнику постоянного никого давления Р_возр, обеспечивающего создание возвратного усилия при отсутствии усилия прокатки и отвода суппорта 2 в конце прокатки.

Блок 9 электрической системы управления подключен к системе измерения положения 4, датчику давления 8 и отдельными каналами к электрическим входам сервоклапанов 5, 6. Блок 9 содержит элементы, обеспечивающие работу привода в режиме позиционного регулирования и регулировании скорости цилиндра 1 с использованием сервоклапана 5 и системы измерения положения 3, 4, а также элементы и устройства, позволяющие формировать по амплитуде и фазе сигнал компенсации пульсаций усилия и деформации элементов силовой цепи и подавать его на электрические входы.

Ниже приводится конкретный пример осуществления заявляемого способа.

После ускоренного подвода суппорта 2 с инструментом в режиме позиционного регулирования в исходное положение за несколько миллиметров до касания с заготовкой и нагрева заготовки блок 9 системы управления подает команду на перемещение суппорта 2 и инструмента в направлении внедрения в заготовку с заданной скоростью подачи. При этом цилиндр 1, сервоклапан 5 в совокупности с системой измерения положения 3, 4 и электрической системой управления 9 работают в режиме регулирования и поддержания скорости.

При прокатке изделий с малым числом зубьев, сопровождающейся циклическим выходом из зацепления инструмента и заготовки, пульсациями усилия прокатки от 0 до максимума и соответствующими деформациями нагруженных этим усилием элементов силовой цепи соответствующие элементы и устройства блока 9 формируют по амплитуде и фазе сигнал компенсации этих пульсаций. Этот сигнал по отдельному каналу поступает на электрический вход сервоклапана 6. Компенсирующий сигнал формируется, например, используя анализ спектра пульсации давления в цилиндре 1, т.е. сигнала датчика 8, таким образом, что при нарастании давления в цилиндре 1 и "отдаче" деформирующихся элементов клети, сервоклапан 6 открывает проход от источника давления в цилиндр 1, а при падении давления в нем (выход инструмента из зацепления с заготовкой) и стремлении суппорта 2 двигаться в сторону заготовки за счет накопленной деформации сервоклапан 6 соединяет поршневую полость цилиндра 1 со сливом, тем самым предотвращается возникновение вибраций элементов силовой цепи, шума, исключается их отрицательное влияние на точность прокатки и вредное воздействие на обслуживающий персонал.

При прокатке изделий с нормальным числом зубьев, когда выход из зацепления инструмента и заготовки отсутствует, сервоклапан 6 в работе не участвует, компенсирующий сигнал на него не подают, и он остается в нейтральном положении.

Таким образом, описанный способ управления позволяет обеспечить эффективную компенсацию пульсации усилия и деформации элементов силовой цепи при прокатке шестерен с малым числом зубьев, повысить точность прокатки, снизить отрицательное воздействие шума и вибраций на обслуживающий персонал, исключить преждевременный износ подвижных сопряжений, подверженных этим вибрациям. Одновременно обеспечивается возможность оптимального выбора сервоклапана, регулирующего скорость подачи, с точки зрения соответствия его пропускной способности и частотных характеристик требуемой скорости подачи и качеству регулирования, а также сервоклапана большей пропускной способности для компенсации пульсации усилия и деформации, характеристики которого не влияют на качество регулирования скорости первым сервоклапаном.

Формула изобретения

Способ управления приводом подачи зубопрокатного стана, включающим исполнительный гидроцилиндр, шток которого связан с суппортом перемещения инструмента, заключающийся в формировании сигнала регулирования позиции и скорости перемещения суппорта и сигнала компенсации пульсаций усилия прокатки и деформации нагруженных этим усилием элементов силовой цепи и передаче этих сигналов через сервоклапаны на исполнительный гидроцилиндр, отличающийся тем, что сигнал регулирования позиции и скорости перемещения суппорта подают через сервоклапан меньшей пропускной способности, а сигнал компенсации усилия прокатки и деформации нагруженных этим усилием элементов силовой цепи через сервоклапан большей пропускной способности.

РИСУНКИ

Рисунок 1