Устройство управления гидравлическим нажимным механизмом в клети трубопрокатного стана

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Со}}}иалистичееки}}

Республик

К. АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 300981 (21)3340761/22-02 (31) M. Кп.з с присоединением заявки ¹-В 21 В 37/00

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

{23) Приоритет}53}УДк}621.771.06 (088.8)Опубликовано 23.02.83.. Бюллетень ¹ 7

Дата опубликования описания 230283

В.А.Ивоботенко, A.Í.Ïëàõîâ, Л.С.Зельдович, В . ф

A Л.Сильченко и А С.Малкин. В}» „"- ()„- }".,. „"}

)}А iY..": j }}0

Всесоюзный ордена Ленина научно-исследовате ьский "" "" "} и проектно-конструкторский институт металлу гичейИЬЙФЯ „=".(4 машиностроения

{72) Авторы изобретения.{71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИМ НАЖИМНЫМ

МЕХАНИЗМОМ В КЛЕТИ ТРУБОПРОКАТНОГО СТАНА

Изобретение относится к горячей прокатке труб, а точнее к устройствам управления нажимными механизмами клети трубопрокатного стана, осуществляющего горячую продольную прокатку . труб на оправке и может быть исполь-: зовано в управлении утонением концов

;черновых труб,прокатываемых в непрерывных и, так называемых, автомат станах с последующим редуцированием в редукционных станах.

Известно устройство, обеспечивающее криволинейный график изменения толщнны стенки на концах труб, в которых изменение раствора валков при утонении концов труб производится с переменной скоростью, например, по синусоидальному закону, благодаря применению сцентриковых элементов кинематики нажимных механизмов 11.

Устройство и его электромеханический привод являю} си .конструктивно сложными и требуют довольно сложных схем управления.

Наиболее, близким по технической сущности к изобретению является устройство, в котором труба прокаты вается на оправке. в валках прокатной клети, оснащенной гидравлическим на- жимным механизмом. Последний снабжен .устройством управления. -В свою очередь устройство управления включает в себя дроссельный распределитель жидкости — золотник, связанный механическими связями, с дискретным приводом и с пор}днем нажимного механизма. Связь выполняет функции отрицательной обратной связи по положению нажимного механизма, так что золотник является следящим элементом гидравлического позиционного нажимного механизма.. Привод золотника состоит из дискретного .(шагового) электродвигателя. со своим блоком управления и .винтового редуктора, преобразующего вращательное движение ротора шагового двигателя в поступательное перемещение штока золотника, управляк}щие входы (Вперед ° и +в ° ) и (ю Назад - ) привода через ключевые элементы и преобразователи аналогового сигнала в частоту, импульсов подключены аналоговые задатчики скорости нажимного.механизма соответственно для утонения .заднего и переднего концов трубы. Управляющие входы ключевых элементов подключены к соответствующим выходам реверсивного релейного элемента. На вход релейного элемен997877

2О

60 та встречнО включены задатчик требуемого и.-датчик фактического положений нажимного механизма.

Благодаря высокому быстродействию гидравлического нажимного механизма, скорость и величина его перемещения практически однозначно, предопределяются соответствующими скоростью и перемещением ротора шагового-двигателя. В свою очередь скорость .шагового двигателя предопределяется ,сигналом соответствующего задатчика

Р3 °

Недостаток известного устройства управления гидравлическим нажимным механизмом состоит в том, что îíî, l5 благодаря вращению шагового двигателя и соответственно перемещению нажимного механизма с постоянными скоростями, задаваемыми задатчиками, обеспечивает линейное (конусное), т,е. неоптиМальное изменение толщины стенки на концах черновых труб. В;результате не обеспечивается исключение и сведение к возможному минимуму последующего утолщения стенки на концах редуцированных труб без выхода минимальной толщины стенки за пределы минусового допуска.

Целью изобретения является увеличение экономии прокатываемого метал- „ ла за счет таких нелинейных утонений стенки на концах черновых труб, которые приводят к минимуму отходы металла на отрезаемые концы редуцированных труб.

Поставленная цель достигается тем,з5 что устройство управления гидравлическим нажимным механизмом в клети трубопрокатного стана, содержащее следящий золотник, дискретный привод золотника, .аналоговые задатчики ско- 4О рости . нажимного механизма для утонения передних и задних..концов труб, соединенные соответственно с.первым и вторым ключевым,элементом, управляющие входы которых подсоединены к выходам реверсивного релейного элемента, входы которого соединены с датчиком и задатчиком положения нажимного механизма, преобразователи, содержит дополнительно два инерционных элемента, третий и .четвертый ключевые элементы, сумматор-инвертор, причем первый ключевой элемент через первый инерционный элемент и первый преобразователь соединен с третьим ключевым элементом, второй ключевой элемент через второй инерционный эле мент соединен с первым входом сумматора-инвертора, второй вход которого соединен со входом второго инерционного элемента, а выход через второй преобразователь соединен с четвертым ключевым элементом, управляющие входы третьего и четвертого ключевых элементов соединены с выходами реверсивного релейного элемента, выходыбэ третьего и четвертого релейных элементов соединены со входами привода нажимного механизма.

Такое конструктивное выполнение устройства позволяет получать экспоненциальные графики изменения скорости,а следовательно,и перемещения гидравлического нажимного механизма при> утонении концов труб.В результате обеспечиваются требуемые технологией экспоненциальные графики:изменений толщины стенки на переднем и заднем концах черновых труб.Эти графики оптимальны в том смысле,что в принципе, т.е. при отсутствии каких-либо технологических ограничений позволяют пол» ностью исключить утолщения стенки на концах труб при последующем их редуцировании.

Указанные изменения толщины стенки черновых труб обеспечиваются устройством за счет преобразования дополнительным ключевым и инерционным элементами заданного постоянного сигнала задатчика скорости в соответствующий переменный сигнал, изменяющийся во времени по экспоненциаль ному закону в период утонения конца трубы, На фиг. 1 изображена структурная схема устройства управления гидравлическим нажимным механизмом;фиг.21 графики изменений . скорости и

-величин перемещенйй нажимного меха- йизма при утонении концов труб.

Устройство управления гидравличес ким нажимным механизмом в клети трубопрокатного стана для утонения концов прокатываемых черновых труб состоит из следящего золотника g,ónðàâ.ляющего подачей жидкости в гидравлический нажимной мехайизм 2 и снабженного дискретным (шаговым) приводом 3.

На вход@ 4 привода 3,управляющий, перемещением привода Вперед, соот ветствующим перемещению нажимного механизма при утонении заднего конца трубы, через ключевой элемент 5 подключены последовательно соединен" ные задатчик б скорости для утонения задних концов труб, ключевой элемент

7, инерционный элемент 8 и преобразователь 9 аналогового сигнала в частоту имульсов. На вход 10 привода 3, управляющий перемещейием привода Назад, соответствующим перемещению нажимного механизма при утонении переднего конца трубы, через ключевой элемент 11 подключены последовательно соединенные задатчик 12 скорости для утонения передних концов труб, ключевой элемент 13, инерционный элемент 14, сумматор-инвертор 15 и преобразователь

16, аналогового сигнала в частоту импульсов. Кроме того, второй вход сумматора- инвертора 15 подсоединен к входу инерционного элемента 14.

997877

Управляющие входы 17 и 18 ключевых элементов 7 и 5.и управлякщие входы

19 и 20 ключевых элементов 13 и 11 попарно подключены к соответствующим выходам 21 и 22 реверсивного релейного элемента 23, на. вход которого встречно включены задатчик 24 требуемого и Датчик 25 фактического поло жений нажимного механизма.

Выходные сигналы задатчиков б и

12 скорости нажимного механизма зада- 10 ются предварительно в соответствии .с требованиями технологии и во время утоненйя концов труб сохраняются неизменными. Выходной сигнал задатчика 24 положений нажимного механизма l5 может изменяться в течение цикла про:катки очередной трубы в зависимости от положения концов трубы относительно прЬкатной. клети и в соответствии с заданными предварительно значениями положений или перемещений механизма на:перецнем и заднем концах труб. В данном случае, очевидно, задатчик 24 может быть выполнен как комбинация поочередно включаемых отдельных задатчиков положений нажимного механизма соответственно для переднего и заднего концов и середины трубы. (Элементы устройства, управляющие задатчиком 24 в функции положений концов трубы на схеме не обозначены).

Параметры инерционных элементов

8 и 14 таковы, что при скачкообразном изменении сигналов на их входах, сигналы на их выходах изменяются экспоненциально и практически достигают своих установившихся значений за время, равное или несколько большее требуемого максимального времени перемещения нажимного механизма при утонении соответствующего конца 40 трубы. Иными словами, постоянная времени инерционного элемента составляет приблизительно 1/3+1/4 упомянутого времени перемещения нажимного механизма. 45

Инерционные элементы выполнены, например, на основе операционных усилителей, которые одновременно с функциональным преобразованием осуществляют и инвертирование (измене. ние знака) входного сигнала (фиг. 2).

Релейный элемент 23 имеет реверсивную характеристику, т.е. при равновесии íà era входе сигналов задатчика 24 и датчика 25, на обоих выходах 21 и 22 элемента 23 сигналы, отсутствуют, так как все подключенные к выходам 21 и 22 ключевые элементы закрыты, а.при рассогласовании входных сигналов, выходной. сигнал, .60 открывающий ключевые элементы, воз никает на одном из выходов21 или 22 в зависимости от знака (+,") рассогласования сигналов на входе элемента 23.

Устройство работает следующим образом. (Утонения переднего и заднего кон" цов труб одинаковы и максимальны), При прокатке средней, неутоняемой части трубы нажимной механизм .находится в соответствии с сигналом задатчика 24 в исходном положении, обеспечивающем получение трубы с заданной толщиной стенки. При этом сигналы задатчика 24 и датчика 25 уравновешивают друг друга, так что выходные сигналы релейного элемента

23 обеспечивают запирание всех клю чевых элементов 5 и 7,11 и 13 сйгналы задания скорости не поступают на управляющие входы 4 и 10 дискретного привода 3, привод 3 находится в неподвижном исходном положении.

В момент времени, при подходе заднего конца очередной трубы на заданное расстояние к клети, осуществляющей утоненне концов труб, сигнал задатчика 24 скачкообразно изменяется до значения, соответствукицего положению нажимного механизма в конце утонения заднего конца трубы.. В результате упомянутого изменения сигнала задатчика 24 нарушится равновесие сигналов задатчика 24.и датчика .

i25 на входе релейного элемента 23, и на вйходе 21 элемента 23 появится сигнал, открывающий ключевые элементы

5 и 7. В результате выходной сигнал задатчика 5 установившейся скорости нажимного механизма для утонения заднего конца трубы скачкообразно будет подан на вход инерцибнного элемента

8, на выходе которого соответствующий сигнал будет постепенно увеличиваться от нуля до установившегося значения по экспоненциальному закону с постоянной времени, составляющей в соответствии с выбранными параметрами элемента 8 заданную (например, одну, третью) долю требуемого максимального времени перемещения.нажймного механизма при утонении задних концов труб..Экспоненциально увеличивающийся выходной сигнал инерционного элемента 8 преобразуется преобразователем 9 в соответственно увеличввающуюся частоту иь:пульсов, которые че-, рез открытый ключевой .элемент 5 посту.. пают на управляющий вход 4 дискретного привода 3. В результате этого выходной вал привода 3, шток золотника

1 и сам нажимной механизм 2 перемещаются с соответственно увеличивающимися скоростями. В итоге происходит перемещение ГНМ, направленное на умень-. шение раствора валков и соответственно — требуемое экспоненциальное по длине .заднего конца .трубы изменение толщины стенки.

Процессы. продолжаются до того момента.tg, когда нажимной механизм

997877

10 Формула изобретения

40 достигнет положения, заданного задат.чиком 24 ° При этом сигнал датчика 25 уравновешивает сигнал задатчика 24 и выходной сигнал релейного элемента

23 закрывает ключевые элементы 5 и 7.

При этом сигнал на нходе 4 привода 3 скачкообразно уменьшается до нуля, так что привод 3 и соответственно нажимной механизм 2 остананливаются н требуемом положении. Сигнал на входе инерционного элемента 8 уменьшается до нуля скачкообразно, а сигнал на выходе инерционного элемента 8— постепенно.

В момент нремени ty при подходе переднего .конца очередной трубы к клети, осуществлякщей утонение концов труб, сигнал задатчика 24 скачкообразно изменяется до исходного значения, соответстнующего положению нажимного механизма, которое должно быть при прокатке средней, неутонен ной части труб. В результате упомянутого изменения сигнала задатчика

24 соответственно нарушается равновесие сигналов задатчика 24 и датчика 25, а на выходе 22 релейного элемента 23 появляется сигнал, открывающий ключевые элементы 13 и 11, В результате выходной сигнал задатчика

12 скорости нажимного механизма для. утонения переднего конца скачком воз-Зч никает на выходе ключевого элемента

13 и соответственно — на выходе инерционного элемента 14 и сумматора-инвертора 15. Соответствующий сигнал возникает и на выходе сумматора- инвертора 15 и преобразованный преобразователем 16 в пропорциональную частоту импульсов через открытый ключевой элемент 11 поступает на вход 10 привода 3. В результате привод 3 начинает вращаться,а нажимной меха низм 4 перемещается с соответствующей (максимальной)скоростью . После момента нремени t>, т.е, н период утонения переднего конца трубы, посте45 пенно увеличивается выходной сигнал инерционного элемента 14, и поскольку знак этого выходного сигнала, подаваемого на первый вход сумматора- ин- . вертора 15 противоположен знаку сигнала, подаваемого на второй вход сумматора-инвертора 15, абсолютная величина сигнала на выходе сумматораинвертора 15 постепенно уменьшается по экспоненциальному закону от упомянутого начального (для момента tqj значения. Соответственно уменьшаются и скорости привода 3 и нажимного механизма 2. В момент времени когда нажимной механизм 2 занимает положение, заданное задатчиком 24 60 для средней части трубы, наступает равновесие сигналов на входе релейного элемента 23 и соответственно исчезает сигнал на его, выходе 22, отпиравший ключевые элементы 11 и у

13 привод 3 и нажимной механизм 2 останавливаются в требуемом положении и находятся в нем до подхода заднего конца очередной трубы, после чего рассмотренные операции повторяются.

В случае, если утонения:стенки на переднем и заднем концах труб не одинаковы, в период паузы между прокатками следующих друг за другом труб производится-соответствующая перестройка положения нажимного механизма. Перестройка произнодится аналогично рассмотренным операциям при утонении концон труб.

Устройство управления гидравлическим на кимным механизмом для уто нения концов черновых. труб в клети трубопрокатного стана увеличивает зкономию прокатываемого металла в среднем более чем на 1 килограмм на каждую тонну проката. При годовой производительности агрегата порядка

700 тыс. т дополнительная экономия составит более 1000 т металла в год, что соответствует экономическому эффекту, превышающему 100 тыс. руб.

Устройство управления гидравлическим нажимным механизмом в клети трубо прокатного стана, преимущественно для утонения стенки на концах черновых труб, содержащее следящий золотник, дискретный привод золотника, аналоговые задатчики скорости нажимного механизма для утонения передних и задних концов труб, соединенные соответственно с первым и вторым, ключевым элементом, управляющие входы которых соединены с выходами реверсивного релейного элемента, входы которого соединены с датчиком и задатчиком положения нажимного механизма, преобразователи, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью экономии металла за счет утонения стенки на концах труб, оно дополнительно содержит два инерционных элемента, третий и четвертый ключевые элементы, сумматор-инвертор, причем первый ключеной элемент через первый инерционный элемент и первый преобразователь соединен с третьим клю.чевым элементом, второй ключевой элемент через второй инерционный элемент соединен с первым входом сумматора — иннертора, второй вход которого соединен с входом второго инерционного элемента, а выход через нторой преобразователь соединен с четвертым ключевым элементом, упранляющие входы третьего и четвертого ключевых элементов соединены с выходами реверсивного релейного элемента, выходы третьего и четвертого релейных элементов соединены

997877 с входами привода нажимного механизма.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Фа 8

Заказ 1010/13 Тираж 814 Подписное

ВНИИПИ

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул.Проектная, 4 и д

@л3

ФЗМ йераю»

1, Авторское свидетельство СССР

Р 761048 кл. В 21 В 31/22, 1978.

2. Утонение концов труб в непрерывном стане.- Сталь, В б, с. 437.