Устройство для определения среднейтолщины стенки труб

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКЬМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-еу (22) Заявлено 260779 (21) 2836460/22-02

Союз Соеетскик

Социалистических

Реслублик (1)831255 (51)М. Кл.з с присоединением заявки Йо

В 21 В 3,7/08

Госудврственннй комитет

СССР ио демам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 23.05,81. Бюллетень МВ 19

И) ЮК 621.774. .352 (088.8) Дата опубликования описания 2305.81.(72) Авторы изобретения

В.A.Èâoáoòåíêî и A.Н.Плахов (71) Заяв итель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕЙ

ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ ТРУБ

Изобретение относится к продоль ной непрерывной прокатке труб без оправки на трубосварочных агрегатах с редукционными станами и преимущественно, к контролирующим устройствам этих станов.

Известны устройства для косвенного определения средней толщины стенки прокатываеьых труб на основании замеров толщины заготовки и вытяжки трубы в стане (1).

Недостатком известных устройств является то, что они не учитывают динамики распределенного по длине трубы воздействия клетей стана, число кото- 15 рых весьма значительно.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее датчики перемещения заготовки и готовой трубы, 20 блок определения вытяжки трубы в стане, измеритель толщины заготовки, блок запаздывания, задатчики ширины заготовки и среднего диаметра готовой трубы и два вычислительных блока.

Первый вычислительный блок определяет значение толщины. стенки готовой трубы на выходе редукционного стана, так как информация о толщине заготов-, ки на вход этого вычислительного бло- 30 ка поступает с блока запаздывания в момент нахождения измеренного сечения заготовки на выходе редукционного стана. Этот вычислительный блок используется для целей измерения.

Второй вычислительный блок использу-. ется для целей регулирования и определяет ожидаемое значение средней толщины стенки, так как информация о толщине заготовки на вход этого вычислительного блока поступаед. с другого выхода блока запаздывания с упреждением относительно момента выхода эамеренного сечения заготовки из стана.

Регулирование толщины стенки труб в редукционных станах осуществляется одновременным изменением скоростей валков всех рабочих клетей редукционного стана. Качественного регулирования толщины стенки готовой трубы можно добиться подбором для каждого конкретного типоразмера труб величины упреждения при определении известным устройством ожидаемого значения толщины стенки труб (2).

Недостатком известного устройства является то, что значение толщины стенки готовой трубы, вычисленное первым вычислительным блоком во эре

831255 мя переходного процесса в стане, когда регулятором осуцествляется отработка сигналов рассогласования вызванных изменениями толщины штрипсовой заготовки, отличается от фактической толщинй стенки готовых труб.

Это различие между фактическим и вычислительным устройством значениями толцины стенки готовой трубы объясняется следующим. При появлении сигнала рассогласования регулятор осуцествляет согласованное изменение скоростей вращения валков всех рабочих клетей стана. При этом переход-. ные процессы в приводах, каждой клети начинаются одновременно (и одновре. менно заканчиваются),.и измеренная 15 первым вычислительным блоком устройства величина толщины стенки готовой трубы с момента начала переходного процесса начинает изменяться обратно. пропорционально изменению суммарной Щ вытяжки трубы в стане. В связи с тем, что вытяжка распределена по рабочим клетям стана, а сами клети удалены от выхода стана на различные расстоя,ния, суммарный результат изменения вытяжки трубы во всех клетях на готовой трубе скажется только тогда, когда сечение проката, находившееся в момент начала регулирования в валках первой клети, дойдет до выхода редукционного стана. В результате ошибка в определении устройством фактической толщины стенки готовой трубы зависит от компановки конкретного стана (величины межклетевых расстояний и числа клетей), технологии прокатки данного типоразмера труб и выбранных значений упреждения и постоянной времени регулирования. При прочих равных условиях величина этой ошибки тем больше,чем больше темп и 40 величина изменения толщины заготовки, следовательно, ошибка принимает наи- . большие значения при прохождении через стан стыков рулонов штрипсовой заготовки.

Цель изобретения — повышение точности измерения устройством толщины стенки готовых труб в переходных процессах.

Поставленная цель достигается тем, 5п что устройство, содержацее блок запаздывания, измеритель толщины заготовки и датчик перемещения заготовки, подключенные к входам блока запаздывания, датчик перемещения готовой трубы и блок определения вытяжки, подключенный к выходу дат.чика перемецения заготовки и к выходу датчика перемещения готовой трубы, задатчик ширины заготовки и задатчик среднего между наружным и 40 внутренним диаметра готовой трубы, первый вычислительный блок, входы которого подключены к первому выходу блока запаздывания и к выходам упомянутых задатчиков ширины загс- 65 товки и среднего между наружным и внутренним диаметра готовой трубы, второй вычислительный блок, входы . которого подключены ко второму выходу блока запаздывания и к выходам блока .определения вытяжки и зацатчиков ширины заготовки и среднего между наружным и внутренним диаметра готовой трубы, снабжено вторым блоком запаздывания, первый вход которого соединен с выходом блока определения вытяжки и второй вход соединен с выходом датчика перемеценйя готовой трубы, а выход соединен со вторым входом первого вычислительного блока.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства, на фиг.24 — графики, иллюстрирующие работу предлагаемого устройства.

Устройство содержит (фиг.1) измеритель 1 толщины непрерывной штрипсовой заготовки 2, прокатываемой B формовочно-сварочном 3 и редукционном 4 станах,в готовую трубу 5, толщина стенки которой регулируется изменением натяжения трубы в редукционном стане или на межстановом участке б, датчик 7 перемещения заготовки и датчик 8 перемещения готовой трубы, блок 9 определения вытяжки, первый блок 10 запаздывания,второй блок 11 запаздывания, эадатчик

12 ширины заготовки, задатчик 13 среднего между наружным и внутренним диаметра готовой трубы, первый и второй вычислительные блоки 14 и 15.

Выходы вычислительных блоков являются выходами устройства: выход первого вычислительного блока 14 используется для целей измерения, выход вто= рого вычислительного блока 15 — для целей регулирования толщины стенки готовой трубы.

Устройство работает следующим образом.

Информация о толщине заготовки 2 с измерителя 1 вводится в блок 10 запаздывания и продвигается в нем от входа к выходу с помощью сигналов датчика 7 перемещения заготовки=синхронно с .перемещением по агрегату измеренного участка заготовки. На вход первого выходного вычислительного блока 14 эта информация поступает в момент нахождения эамеренного сечения на выходе редукционного стана 4. На вход второго выходного вычислительного блока 15 эта информация поступает с упреждением, т.е. раньше, чем в момент нахождения измеренного сечения заготовки в районе участка регулирования натяжения. С помощью датчиков 7 и 8 перемещения заготовки и готовой трубы и блока 9 определяется суммарная вытяжка трубы в формовочно-сварочном 3 и редукционном 4 станах. Суммарная вытяжка определяется как отношение перемещений

831255 готовой трубы 5 и заготовки 2, измеренных за один и тот же интервал времени.. Информация о текущем значении вытяжки непрерывно вводится в выходной вычислительный блок 15 и во второй блок 11 запаздывания.

Введенное на вход блока 11 запаздывания значения суммарной вытяжки трубы в стане относится к сечению проката, находящийся в данный момент в валках условной "эквивалентной клети".

"Эквивалентной клетью" называется гипотетическая клеть, действие которой эквивалентно действию участка стана, на котором осуществляется регулирования натяжения трубы. Расположение "эквивалентной клети" в линии проката таково, что кривые изменения толщины стенки готовой трубы в процессе регулирования последней только "эквивалентной клетью" или реальным станом - идентичны.

Место нахождения "эквивалентной клети" в линии проката при прокатке данного типоразмера труб в условиях конкретного агрегата может быть найдено расчетным путем или экспериментально.

Синхронно с перемещением по агрегату сечения проката от "эквивалентной клети" до выхода стана информация о величине вытяжки продви- гается в блоке 11 запаздывания от его входа к выходу с помощью сигналов датчика 8 перемещения готовой трубы. На вход вычислительного блока

14, соединенного с выходом блока 11 запаздывания, эта информация поступает в момент нахождения упомянутого сечения проката на выходе редукционного стана 4 .

Кроме информации о толщине эаготов ки и о величине суммарной вытяжки, на выходные вычислительные блоки 14. и 15 через задатчики 12 и 13 поступают постоянные для данных типоразмеров заготовки и трубы значения Ширины штрипса и среднего между наружным и внутренним диаметра готовой трубы.

Выходной вичислительный блок 14 определяет фактическое значение толщины стенки готовой трубы 5, а выходной вычислительный блок 15 -. ожидаемое значение толщины стайки трубы, которая может быть получена при текущем значении вытяжки из заготовки. находящейся в данный момент в районе участка регулирования натяжения.Использование нового элемента — второго блока запаздывания выгодно отличает предлагаемое устройство от известного, так как позволяет существенно уменьшить ошибку определения устройством толщины стенки готовой трубы в процессе ее автоматического регулирования, Преимущества предлагаемого устройства по сравнению с известным . могут быть проиллюстрировалы графиками, приведенными на фиг.2-4. При построении этих графиков .принято,, что в течение переходных процессов регулятор толщины стенки труб обеспечивает линейное во времени изменение скоростей приводов клетей, а, следовательно, и суммарной вытяжки трубы в стане. Если сигнал управления, обуславливающий уменьшение толщины стенки трубы, поступает на вход схемы регулирования в момент t,сум марная вытяжка трубы в стене линейно увеличивается от значения А до значения (график 1 на фиг.2) в течение всего переходного процесса

15 в приводах клетей t t>-t, определяемого установленными параметрами регулятора.

При имеющих место в процессе регулирования относительно небольших величинах изменения вытяжки/й Лl< /kg

- <(+o<5 Л практически линейно измейяется в этом интервале времени (г. -t ф величина, обратная вытяжке, а, следовательно, и толщина стенки готовой трубы (S ) (график 2 на фиг.2), вычисляемая первым выходным вычислительным блоком известного устройства по Формуле

Ь h 1

30 ) (с-В ) где b u h- ширина и толщина штрипсовой заготовки;

d и Б - заданные программой прокатки наружный диаметр

3S и толщина стенки готовой трубы.

В связи с распределением управляющего воздействия на все рабочие клети стана, значение толщины стенки готовой трубы йа выходе редукци- О онного стана изменяется в соответствии с кривой (3) на фиг.2. На этой кривой моменту t соответствует начало переходного процесса, моментам

t< и t4 — поступление на выход ре45 дукционного стана сечений проката в момент t, находившихся соответственно в валках последней и первой для

t прокатки труб данного типоразмера рабочих клетей, а моментам t6 и t@поступление на выход редукционного стана сечений проката, находившихся в момент окончания переходного процесса в приводах в валках соответственно последней H первой рабочих клетей стана.

С достаточной степенью точности кривая (3) может быть апроксимирована ломанной (4), на которой моментам н t 7 соответствует поступление на выход редукционного стана сечения проката, находившегося в валках эквивалентной клети соответственно в моменты начала to и окончания t .переходного процесса в приводах.

График (4) является повторением

á5 графика (2), полученным смещением

831255

Формула изобретения последнего по оси абсцисс на время (t -t. ) транспортировки проката от эквивалентной клети до выхода редукционного стана.

При изменении скорости проката время (t<-to) меняется, но путь, прой-. денный готовой трубой данногс типоразмера за это время, остается неизменным.

Для.контроля (отсчета) этого пути в предлагаемом устройстве используется датчик перемещения готовой трубы, с помощью которого осуществляется передвижение информации о вытяжке во втором блоке запаздывания.

Следовательно, график (4) на фиг.2 является графиком изменения толщины 15 стенки готовой трубы, определенной первым вычислительным блоком предлагаемого устройства, Как видно из приведенных графиков, ошибка изМерения фактического значения толщины стенки 2О готовой трубы предлагаемым устройством существенно меньше, чем в известном, Для случая, приведенного на фиг,2 и соответствующего изменению уставки регулятора, характер изменения фактической (график 3), и вычисленных известным (график 2) и предлагаемым (график 4) устройствами толщин стенок готовой трубы практи" чески одинаков. Иначе обстоив дело при стабилизации толщины стенки,т.е. при автоматическом регулировании с неизменной уставкой. Пусть сигнал рассогласования обусловлен, например, .скачкообразным изменением толщины заготовки на стыке двух соседних

35 рулонов штрипса. На Фиг.3 приведены график (1) изменения толщины заготовки, из которой прокатывается труба, находящаяся на выходе стана,графики (2) и (3 ) - фактической толщи- 40 ны стенки готовых труб на выходе стана, прокатываемых с автоматичес.ким регулированием и графики (4) и (5) — толщины стенки готовых труб на выходе стана, вычисленной иэвест- 45 ным устройством.

Графики (2) и (4) построены для случая, когда ожидаемое значение толщины стенки трубы в известном устройстве вычисляется без упреждения (t p — — 0), т.е. в момент подхода измеренного сечения заготовки к выходу редукционного стана, а графики (3) и (5) — для случая, когда упреждение выбрано равным t p = -tz =t у-t o.

Как видно иэ этих графиков, правильный выбор упреждения позволяет вдвое уменьшить максимальные отклонения фактической толщины стенки трубы от заданного уставкой регулятора бО значения ($.() при прохождении через стан стыка двух соседних рулонов заготовки (s -s )-(s Б, )- — —, (Б -S< )

Однако вычисленное для этого случая известным устройством, максимальное отклонение толщины стенки готовой трубы (график 5 на фиг.3) от заданного уставкой регулятора значения по модулю оказывается вдвое больше фактических (S -S ) =2 (Sg-S ) =2 (Sg-8().

Разность ординат графиков (5) и (3) на фиг.3 представляет собой ошибку измерения известным устройством толщины стенки готовой трубы. Для большей наглядности на фиг.4 приведены графики изменения вычисленной предлагаемым устройством (1), фактической - (2) и вычисленной известным устройством - (3) толщины стенки готовой труби на выходе стана при прохождении через него стыка двух соседних рулонов заготовки.

Приведенные графики показывают, что предлагаемое устройство позволяет существенно уменьшить ошибку измерения фактической толщины готовой трубы в периоды регулирования (практически регулирование происходит непрерывно).

Если информация о толщине стенки готовых труб,.получаемая с выхода первого вычислительного блока иэвестного устройства, будет использоваться для выбора и коррекции уставок регулирования, то отмеченная ошибка измерения при прокатке на минусовых допусках обусловит необходимость завышать уставку регулирования на время переходного процесса при прохождении через стан эоны сварного стыка двух соседних рулонов заготовки (t+=

=18): Предлагаемое устройство позволяет избежать этого, и тем самым снизить среднюю толщину стенки труб относительно уровня, обеспечиваемого известным, ориентировочно на 0,15%.

В условиях современных высокопроизводительных агрегатов это дает технико-экономический эффект порядка

50 тыс,руб, в год на один агрегат.

Кроме того, предлагаемое устройство позволяет получать достоверную информацию о характере изменения фактической толщины стенки готовых труб, и может быть использовано в качестве датчика для учета количества и качества готовой продукции в автоматической системе управления производством (АСУП).

Устройство для определения средней толщины стенки труб, содержащее блок эапаздывания, измеритель толщины заготовки и датчик перемещения эаготовки, подключенные к входам блока запаздывания, датчик перемещения готовой трубы и блок определения вытяжки, подключенный к выходу датчика

831255 10 перемещения заготовки и к выходу датчика перемещения готовой трубы, задатчик ширины заготовки и задатчик среднего между наружным и внутренним диаметра готовой трубы, первый вычислите ный блок вход которого под- 5 ключены к первому выхсщу блока запаздывания и к выходам задатчиков ширины заготовки и среднего между наружным и внутренним диаметра готовой трубы, второй вычислительный блок, входы которого подключены ко второму выходу блока запаздывания и к выходам блока определения вытяжки и задатчиков ширины заготовки и среднего между наружны и внутренним диаметра готовой трубы, о т л.и ч а ю щ е е - 15 с я тем, что, с целью повышения точности измерения толщины; стенки готовых труб в переходных процессах, оно дополнительно содержат второй блок запаздывания, первый вход которого соединен с выходом блока определения вытяжки и второй вход соединен с выходом датчика перемещения готовой трубы, а выход соединен со вторым входом первого вычислительного блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Японии В 48-34875, кл. 12 С 234 I, 1977.

2 ° Авторское свидетельство СССР

Ю 571696, кл. В 21 В 17/00, 1977.

831255 т М

Ct

Фиа4.Заказ 3462/49 Тирам 888 - . Подписное

BHHHHH ГосударственнОго коиитета СССР . по делам изобретений и открытий

113035, Москва, й-35, Раушская наб., д.4/5 ю

Филиал ППП "Патент", г.Уигород, ул.Проектная, 4

Ъ

Составитель А.Абросимов

Редактор Г.Волкова ТехредМ.Койтура Корректор Г. Реме тник