Устройство для измерения толщины проката
щ 751460
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04.04,78 (21) 2599434/22-02 (51) M. Кл.
В 21В 37/02 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.07.80. Бюллетень № 28 (45) Дата опубликования описания 30.07.80
Государственный комитет (53) УДК 621.771. .2-522 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения В. В. Данилюк, А. И. Чабанов, П. Ф. Осмоловский, Б. И. Кузнецов, С. Н. Тропин, В. А. Тищенко, Г. А. Браун, Г. И. Широченко и Т. Е. Аренкина (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЪ| ПРОКАТА
Изобретение относится к области прокатного производства и может быть использовано при автоматизации листовых прокатных станов и автомат-станов прокатки горячекатаных бесшовных труб.
Известно устройство для измерения толщины проката, содержащее измерительные валки, между подшипниками которых установлены гидроцилиндры, включенные в замкнутую гидросистему, электромеханический задатчик объема жидкости с датчиком положения регулирующего органа и измеритель давления, устройство сравнения давления в гидросистеме с номинальным и сумматор, в котором для повышения точности измерения выход устройства сравнения подключен одновременно к входу электромеханического задатчика и к входу сумматора, к другому входу которого подключен выход датчика положения (1).
Однако такое устройство не позволяет добиться точного измерения толщины проката из-за реально существующего ограничения по быстродействию электромеханического привода задатчика объема и не адекватностью характеристик датчика давления и датчика пути, отнесенных к толщине проката. Кроме того, погрешность измерения является функцией погрешности позиционирования электромеханического привода, погрешностей многократных преобразований сигналов, нестабильности модуля упругости приведенного столба жидкости в замкнутой гидросистеме, а также погрешности измери5 теля абсолютного давления рабочего тела в замкнутой гидросистеме. Не учитывается также погрешность, вносимая в измерительный канал собственно кннематической схемой устройства, реально существующей
10 эксцентричностью прокатных валков и подшипников их опор.
Наиболее близкой к описываемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является электрогид15 равлическая следящая система автоматического регулирования толщины прокатываемой полосы, включающая гидроцилиндры локального предварительного напряжения рабочих валков, расположенные с обеих
20 сторон прокатной клети и образующие в процессе прокатки замкнутую гидросистему, цилиндр-индикатор давления рабочей жидкости, гидр авлическн соединенный с гидроцилнндрамп локального предварительного напряжения рабочих валков, размещенный вне опор с полостью гидравлического уравновешивания его поршня, датчик положения, кинематически взаимодействующий с поршнем цилиндра-индикатора, 30 подключенный своим выходом к системЕ
751400 ниоматического регулирования толщины прокатываемой полосы, Недостатки такого устройства связаны с тем, что дифференциальный датчик положения рабочих валков измеряет усредненное значение бнешш рабочих валков, порождаемых их эксцсптриситетом и оиепием шпинделей приводов валков, с обратным знаком, т. е. в реальных условиях существуют биения валков в виде коленчатого вала — это биения бочек валков, не параллельные их оси и с разной амплитудой по кромкам валков в любой момент времени. Поскольку при измерении разнотолщинности возникает ошибка (биения рабочих валков учитываются с обратным знаком), то она отражается на точности регулирования автоматической системы и вносимая ошибка может достигать величины, соизмеримой с полем допусков по толщине.
Целью изобретения является повышение точности при измерении разнотолщинности проката по положению опор рабочих валков в диапазоне скоростей прокатки.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее гидроцилиндры локального предварительного напряжения рабочих валков, расположенные с обеих сторон прокатной клети, цилиндр-индикатор давления рабочей жидкости, гидравлически соединенный с гпдроцилиндрами локального предварптельного напряжения рабочих валков, размещенный впе опор валков с полостью гидравлического уравновешивания сго поршня, датчик положения, кппсматически взаимодействующий с IIopIIIнем цплш|дра-индикатора, и систему автоматического регулировапия, выход которой подсоединен к регулятору раствора валков, введены управляемый разделительный клапан, образующий две независимые замкнутые гидросистемы с обеих сторон клети, одна полость которого подсосдинепа к гидроцилиндрам локального предварительного напряжения рабочих валков стороны привода, а другая — к гидроцилиндрам локального предварительного напряжения рабочих валков стороны перевалки, измеритель круговой частоты рабочих валков, вход которого кипематически соединен с рабочим валком, два преобразователя фазы и амплитуды биений противоположных кромок рабочих валков, входы которых подсоединены к соответствующим выходам измерителя круговой частоты рабочих валков, два сумматора, псрвые входы которых подсоединены к соответствующим выходам преобразователей фазы и амплитуды биений рабочих BB;Iков, вторые входы — к соответствующим выходам датчиков положения, а выходы сумматоров подсоединены к соответствующим входам систем автоматического регулирования.
Введение управляемого разделитель»oro клапана позволяет реализовать устройство, 10
5 ))
65 обеспечивающее выделение фазы и амйли туды биений по кромкам рабочих валков в виде коленчатого вала и повысить точность измерения разнотолщинности за счет устранения перстскапия жидкости из гидроцилиндров локального предварительного напряжения рабочих валков, расположенных со стороны привода прокатной клети, в гидроцилиндры локального предварительного напряжения рабочих валков, расположенные со стороны перевалки прокатной клети, и наоборот, в моменты несовпадения фаз, а также амплитуд биений противоположных кромок рабочих валков.
Введение измерителя круговой частоты позволяет синхронизировать биения рабочих валков с погрешностью, накладываемой на измерение разнотолщинности, снимаемой с датчика положения.
Введение преобразователей фазы и биений противоположных кромок рабочих валков позволяет выделить фразу и амплитуду биений кромок рабочих валков, порождаемых эксцептричностью бочек валков и подшипников их опор, биением шпинделей главного привода.
Введение сумматоров позволяет осуществить учет биений рабочих валков с необходимой фазой и удобную настройку устройстваа.
На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для измерения толщины проката; на фиг. 2 — графическая иллюстрация преобразований при его настройке для одной стороны клети (для другой стороны клети функционирование устройства аналогично).
Устройство содержит гидроцилиндры 1, расположенные между опорами рабочих валков 2. Гпдроцилиндры 1 через управляемый запорпый клапан 3 гидравлически подключены к насосному агрегату (на чертеже пе показан), развивающему давление Рр, и соединены с дифференциальным датчиком 4 положсния рабочих валков. Выходное напряжение дифференциального датчика 4 положения рабочих валков пропорционально колебаниям поршня 5 цилиндра-индикатора б и считывателя с преобразователем 7 линейных перемещений. Для поддержания поршня 5 цилиндра-индикатора б в центральной области его внутренней полости используется уравновешивающий цилиндр 8, подключаемый к насосному агрегату через запорный клапан 3. Измеритель 9 круговой частоты, например сельсин, жестко сочленен с рабочим валком, выход которого через преобразователь 10 фазы и амплитуды биений рабочих валков, состоящий, например, из фазовращателя 11 и усилителя 12, коэффициент усиления которого может изменяться за счет регулируемого сопротивления 13 на его входе, подключен к первому входу сумматора 14. На второй вход сумматора 14 подключен выход с диффе751460 ренциального датчика 4 поло>кения рабочих валков. С выхода сумматора 14 считывается сигнал разттотолтцинности, который используется в системах автоматического управления 15 геометрическими параметрами проката (САУ ГП) или регистрируется и дикатором 16. Дист<ретттое измене>??те коэффициента усиления усилителя 12 осуществляется за счет шунтировяьтия части сопротивления в цепи rго обвятттой связи зямьткающим контактом 17. Разделение замкнутой гилросистемьт локялт.ттого предварительного напряжения рабочих валков на две незавттсимьте замкттутьте гтт,чг>осттстемьт, расположенные с обеих сторон клети, осуществляется управляемым разделительным клапаном 18, тем самым обеспечивается
КОНТРОЛЬ РаетвОРа ВаЛКОВ ИЛП, ЧтО ОДНО IT то же, разнотолщт?нности, поро>кчяемой биением рабочих валков в виде коленчатого вала.
Устройство работает следую>цттм образом.
В момент перестройки стана (после перевалки валков) гидросистема рабочих валков няхоЛится в режиме уравновешивания и является мягкой, когда в гиЛроттплттнчры
1 и гтилиндо 8 уравттовсцтивяттия подается опрелеленной вели интт лявaelll?e >т?«через управляемый so?lop?IT?й клапатт 3 от Ilacncного агрегата. Оператором т?ли автомяти теСКтт С ?TOT»TOIT?>,тО Iln>I Поршети, 5 ттттлинлра-т>нликатора 6 лиффег>еттцтталт-?того латчтткя 4 почожения рябо тттх валков устанавливаются в среднее положение, т?япрттмсl>, прелварительтто наппя>кеттTIbTMH пру>кит?ами на небочьтттое устт,ттте (тта чертеже пе ттоказатто). При обкатке валков управляемый зяпорттьтй клапан 3 зат<рттвается. В момент этого пепеключения лавление жидкости в гттлроттт>лттнлрях 1 и в уравновешивающем цилттттлре 8 т>явттьт. Зямт<нстаЯ Гттдт>ОС?тетСМ а ЛОКЯЛ"»OFO ПРЕ:>ВаРИтЕЛЬного напряжения клети посредством >>прявляемого запорного кляг яня 3 приобретает определенную жесткость, опрече.тяемую паряметрямп элсмет?тов гилпосистемы и рабочих валков. При вратцении валков раствор валков (расстояние ме?кдч их осями ттли давление, воспринимаемое месдозами. устяновлеттньтми под на>кимными мехаттизмами) меняется из-зя реально сутт?еств>гющегo эксцентг>ттситетя рабочих T? опорных вялт<ов, HY подтпипттиков и биений птпиплелей привода рабочих валков. Это приводит к тому, что по закону сообщающихся сосулов поршень 5 цилиндра-индикатора 6 смешается от нейтрального положения >? ту или другую сторону. В результате изменения толтциьтьт проката А6 переместится на величину Л), определяемую выражением р> > « (1) ЬИ 1+ М, Ny„ где S„„; 5 — приведенная п,чощадь гидроцплпндров 1 и площадь поршня 5; Лч,; Мт« — привсдс пттые моду.тн упругоЭ сти гпдроснстем уравновешивающего цилиндра и предварительного напряжения рабочих валков. Аналоги нтым выряж< пнем определяется влпяштс эксцснтристтт<тя опорных валков и полцтипт .пков ттх опор ня раствор валков. Ко.чеб,",T?l?sl раствора пябочпх валков в результате эксцсцтрисптста бочек ва,чков и подшипников их опор, биетшя шпт?ттдечей главного привода также определяются по выр",>I IIpOTITT?OTTO;TO>I Поскочьт<у тястотттьш спектр колебянттй раствора рябо Tllx ва,чков значителен (из-за измс I?FIT?I?? скоросттт прокатки, возмутцститй, I??Toe??I;TIx в клеть полосой, и дп.), я амплитуда т<очебагтттй раствора ва.чков. порожлаемая cooctF TITIo узлом т>ябочпх валков, знячттте> п,?ra (ol ВЬ>ДЕЛЯтЬ ?ЯСтОт Il аМПЛИтХ ЛХ ЭТИХ ВОЗМХщеннй и у ??ттрн-.тать в CA V ГП по,чосьт или в сттсте>тс Tlllдпкяцип. Напряжен??с ня выходе измерителя кру>т> говой 1?ястотт;> определяется выражением (J«, — A„з1п «>F„. t, где Л,, — амплтттудя выходного напряжения измерителя круговой часто35 ты; «>,«, — частота вращения рабочих ва.чков. Экспериментальными исследованиями устяттовчстто, что характер биений рабочих валков носит гармонический характер с частотой, равной тястотс нх т»>я?1?сттття и сч чайной фазой, опредсляемой взаимным положением валков прн Ilx зава,чке в клеть. Составляющая напряжения па выходе диф45 ферепцпального датчика положе??ття рабочих валков. I?îpî>êляемая бие?lием рабочих валков, рагня т?,р„—, К., SI TI («>. + 5T? где ᫠— амплитуда бпеппя узла рябо lllx валков, привечспняя к llx раствот> v. На один вход двухлучевого осциллографа (ня чертеже пс показано) подастся сиг55 пал с выхода преобразователя 7 линейных перемещений, я на другой — с усилителя 12, прсдварительно прокалпбровав коэффиIITTeI?xI.T усиления оспиллографя по входам 1:1. Полстраивая ,":зовращатслем 11 фазу вт> выходного напряжения таким образом, чтобы она бь ла смещена отттосптельно фазы, считыгасмой c дят ив<я, I?2 180 . резистором 13 амплитуду U«„рягную AU«F,; (фпг. 2, график б), добиваю-ся практического исключения из сигнала ЛУ*, преобразователя 751460 т7 7 линейных перемещений на выходе сумматора 14 напряжения, обусловленного биением узла рабочих валков. В свою очередь это исключает влияние рассмотренных возмущений на работу системы автоматического управления геометрическими параметрами полосы (исключается процесс абсолютного впечатывания биений узла рабочих валков в полосу). При подаче управляющего сигнала на размыкание контакта 17 (цепь управления на чертеже не показана) сопротивление в цепи обратной связи усилителя 12 возрастает в два раза (фиг. 2, график д), чем определяется соответствующее увеличение амплитуды на его выходе 2U,„и как следствие появление на выходе сумматора 14 составляющей AU,р„определяющей фактические возмущения, узла рабочих валков (фиг. 2 график е). Такое устройство позволяет повысить точность измерения разнотолщинности проката по положению опор рабочих валков в диапазоне скоростей прокатки за счет правильного учета погрешности, порождаемой собственно биением рабочих валков. При практической реализации стабильность соотношения в знаменателе выражения (1) легко обеспечивается, например, реализацией плунжерного привода в гидросистеме предварительного напряжения рабочих валков, позволяющей регулировать раствор прокатных валков нажимным механизмом без изменения объема в названной замкнутой гидросистеме. Приведенный модуль упругости М„для реально существующих условий эксплуатации и периодического контроля — величина постоянная. Совместная реализация плунжерного привода и дифференциального датчика положения рабочих валков позволяет осуществить измерение абсолютной толщины проката, но для САУ ГП полосы и индикации, выведенной для оператора, это несущественно, так как принципиальным являются вопросы регистрации продольной разнотолщинности и ее компенсации. Кроме того, такая инженерная задача не является проблематичной. Моделирование и экспериментальные исследования макетного образца измерителя толщины проката показали: длительность настройки составляет 40 — 60с, что значительно меньше времени обкатки валков; погрешность измерения не превышает 1,5— 2,5 мкм. Данный измеритель вынесен за пределы очага деформации. Формула изобретения Устройство для измерения толщины проката, содержащее гидроцилиндры локаль10 60 ного предварительного напряжения рабочих валков, расположенные с обеих сторон прокатной клети, цилиндр-индикатор давления рабочей жидкости, гидравлически соединенный с гидроцилиндрами локального предварительного напряжения рабочих валков, размещенный вне опор валков с полостью гидравлического уравновешивания его поршня, датчик положения, кинематически взаимодействующий с поршнем цилиндраиндикатора, и систему автоматического регулирования, выход которой подсоединен к регулятору валков, отл ич а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности измерения разнотолщинности проката по положению опор рабочих валков в диапазоне скорости прокатки, в него дополнительно введены управляемый разделительный клапан, образующий две независимые замкнутые гидросистемы с обеих сторон клети, измеритель круговой частоты рабочих валков, два преобразователя фазы и амплитуды биений противоположных кромок рабочих валков, два сумматора, причем одна полость управляемого клапана подсоединена к гидроцилиндрам локального предварительного напряжения рабочих валков стороны привода, а другая — к гидроцилиндрам локального предварительного напряжения рабочих валков стороны перевалки, цилиндр-индикатор давлепия рабочей жидкости с полостью гидравлического уравновешивания его поршня гидравлически соединен с гидроцилиндрами локального предварительного напряжения рабочих валков противоположной стороны прокатной клети, датчик положения, кинематически соединен с поршнем цилиндрапндикатора, выход системы автоматическог.o регулирования подсоединен к регулятору раствора валков противоположной стороны прокатной клети, измеритель круговой частоты рабочих валков кинематически соединен с рабочим валком, входы преобразователей фазы и амплитуды биений противоположных кромок рабочих валков подсоединены к соответствующим выходам измерителя кругoRAH частоты рабочих валков, первые входы сумматоров подсоединены к соответствующим выходам преобразователей фазы и амплитуды биений рабочих валков, вторые входы — к соответствующим выходам датчиков положения, а выходы сумматоров подсоединены к соответствующим входам систем автоматического регулирования. 11сто птттки информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 279966, кл. В 21В 11, 1969. 2. Авторское свидетельство СССР № 470322, кл. В 21В 37!02 1973.
