CN102083560B - 用于在轧制设备中抑制振动的方法和装置 - Google Patents
用于在轧制设备中抑制振动的方法和装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及用于在轧制设备中抑制振动的一种方法和一种装置。本发明的任务是,提供用于在轧制设备中抑制振动的一种方法和一种具有液压的轧辊压下机构的装置,利用所述方法和装置可以有效地抑制尤其三倍频振动并且由此可以改进轧件的质量和/或轧制设备的生产率。该任务通过一种方法得到解决,其中将调节参量输送给电液的执行机构,并且通过该执行机构给所述轧辊压下机构的至少一个液压的执行器加载负荷,其中所述电液的执行机构拥有≥50l/min的额定流量并且频率响应的至少一部分在频率f≥80Hz时的特征在于≤3dB的幅值降并且在这个频率范围内相位降φ满足条件(I)和φ<90°。
Description
技术领域
本发明涉及用于在轧制设备中抑制振动的一种方法和一种装置。
具体来讲,本发明涉及一种用于在具有至少一台设有轧辊压下机构的轧机机架和至少一个轧辊组的轧制设备中抑制振动尤其是三倍频振动的方法,其中将所述轧制设备的至少一个持续测量的参量输送给调节器,借助于该调节器来实时地求得在时间上变化的调节参量并且通过所述轧辊压下机构的至少一个执行器的加载负荷来将所述调节参量基本上保持在所定义的额定值。
背景技术
对于轧制设备尤其冷轧机列来说,已经知道,在特定的运行状态比如带材张力、带材张力差、摩擦系数、厚度减薄、材料强度和带材速度下出现不期望的振动,所述振动会在设备上导致巨大的损坏而且会在轧件上导致缺陷。对于本领域的技术人员来说,从大量在轧制过程中出现的振动中知道三倍频振动,英语是3rd octave chatter(三倍频颤振)。三倍频振动典型地出现在从大约80到170Hz的频率范围内并且特征在于高的能含量以及不稳定的振动状态,从而也会在轧制设备的轧机机架上出现巨大的机械损坏。不过因为在出现这些振动时也出现轧辊组的运动并且由此出现与额定辊缝的偏差,所以这导致轧件上的缺陷,所述缺陷可能表现为表面缺陷、几何缺陷或者也可能表现为这些缺陷的组合。典型地在出现这样的振动时由轧制设备的操作人员来立即降低轧制速度,所述轧制速度的降低伴随着产量降低(也就是生产率减小)并且导致振动衰减。所说明的用于三倍频振动的频率范围主要依赖于相应的设备配置和轧制参数并且因此也可能有别于上面的说明。对于用于抑制振动的方法(所谓的“主动的振动补偿”)来说,将轧制设备的至少一个持续测量的参量输送给调节器,该调节器计算在时间上变化的调节参量。通过所述轧辊压下机构的至少一个执行器的负荷加载,可以基本上也就是说比如除了超调过程将所述调节参量保持在所定义的额定值。
在EP 1457274 A2中公开了用于在轧机机架中避免三倍频和五倍频振动的一种方法和一种装置。在此借助于调节回路和执行器向轧辊组的至少一个轧辊加载负荷,由此将调节参量保持在所定义的额定值。不过,无法从该公开文件中获知用于执行器的具体的实施方式或者说选择标准。
发明内容
本发明的任务是,提供用于在轧制设备中抑制振动的一种方法和一种具有液压的轧辊压下机构的装置,利用所述方法和装置可以有效地尤其抑制三倍频振动并且由此可以改善轧件的质量和/或轧制设备的生产率。
该任务通过一种开头所述类型的方法得到解决,其中,将调节参量输送给电液的执行机构并且通过该执行机构向轧辊压下机构的至少一个液压的执行器加载负荷,其中所述电液的执行机构拥有≥50l/min的额定流量并且频率响应的至少一部分在频率f≥80Hz时的特征在于≤3dB的幅值降并且在这个频率范围内相位降φ满足条件以及φ<90°。
在此,电液的执行机构是指能够用电比如通过4到20mA的电流信号来触发的液压阀,比如连续的、单级的或者多级的调节阀、比例阀或者伺服阀。尽管液压阀比如在流量特性曲线中具有非线性的特性,但是阀的动态的特性可以很好地通过频率响应来表征。所述频率响应由此适合于在动态的特性的意义上来表明阀适合于特定的使用目的。对于本领域的技术人员来说比如从
亚琛的莱茵-威斯特发利亚技术学院(RWTH)的液压和气动驱动和控制系统研究所(Institut für hydraulische und pneumatischeAntriebe und Steuerung)的W.Backé的Umdruck zu VorlesungServohydraulik,第六版,1992年,第3.7.2章:频率范围内的特性(Verhalten im Frequenzbereich)中得知连续的阀的频率响应也就是说相位响应和幅值响应的计算。在该公开文件的意义上,≤3dB的幅值降是指,幅值响应具有≥-3dB的数值;因而幅值降的正的数值导致输出信号的幅值的衰减。类似地,比如≤45°的相位降是指,相位响应具有≥-45°的数值,也就是说输出信号落后于输入信号的幅度≤45°(滞后特性)。因为频率响应依赖于不同的运行参数,所以应该在激励系数(Aussteuerung)为±50%时优选为85%时(0%相应于未激励的也就是说关闭的阀;100%相应于完全激励的也就是完全打开的阀)并且在系统压力为阀的额定压力的70%时求得用于相位降和幅值降的所说明的数值。不过,在许多情况下,不是一定只有根据经验来求得频率响应,因为用于许多阀的频率响应已经从数据页中获得。在数据页中,幅值响应也就是说输入信号与输出信号之间的放大因数典型地以对数的尺寸分贝(简称dB)来表示并且相位响应也就是说输入信号与输出信号之间的相位差用度°来表示。这种标记符号同样比如由Backé公开,不过当然也可以以其它的单位来表示。额定流量或者说额定体积流量的定义从Backé的第3.6.3章:额定体积流量(Nennvolumenstrom)中得到公开。在压差为70bar时在阀芯完全激励时求得额定流量。用于以°计的相位降φ的数值可以从数值不等式中求得,其中应该使用以Hz计的频率f。
所述按本发明的方法可以以特别有利的方式来实施,如果所述电液的执行机构的频率响应的至少一部分在频率f≥80Hz时优选在200≥f≥80Hz时的特征在于≤3dB的幅值降并且在这个频率范围内相位降φ满足条件优选特别优选以及φ<90°。借助于该有利的实施方式,可以在抑制振动时再次获得得到改进的结果,因为进一步降低了所述电液的执行机构的相位降并且/或者频率响应也就是说相位降和幅值降处于对于所述按本发明的任务的解决来说特别有利的频带中。
可以有利地实施所述按本发明的方法,如果作为持续测量的参量考虑使用所述轧辊压下机构的液压的执行器的沿压下方向的加速度、液压压力或者压下力。这种事实可以容易理解,因为加速度通过牛顿定律与质量m及压下力F相关联或者说力F通过F=p·A与执行器的液压压力和活塞面积相关联并且由此能够进行非常敏感和精确的测量。
有利的是,特别快速地识别所出现的振动或者说接下来特别快速地抑制所出现的振动,如果将持续测量的参量以<1ms优选<0.2ms的扫描时间输送给调节器。
所述方法的另一种有利的实施方式在于,作为持续测量的参量考虑使用加速度的在所述轧辊压下机构的液压的执行器的活塞杆上的数值与在缸壳体上的数值之间的差值。借助于该实施方式可以特别精确地检测有效地出现的力或者说加速度。
在所述方法的另外两种有利的实施方式中,借助于一个或者多个带通滤波器优选通过高于二阶的带通滤波器对持续测量的参量进行滤波。借助于这些实施方式可以从所测量的参量中滤出对于颤振振动来说重要的频率份额并且输送给调节器。
此外有利的是,所述调节器在考虑数学的调节法则和子模型的情况下求得所述调节参量,所述子模型表征设备状态或者说设备特性并且优选包含液压的和/或机械的模型和/或轧制力模型。通过这种按本发明的调节器来保证,轧制设备在很大程度上不依赖于相应的工作点的情况下显示出所期望的通过所述调节参量来预先给定的特性。
因为每个实际的执行机构的频率响应显示出相位降,当然在频率较高时尤其显著,所以有利的是,将所述调节参量输送给超前/滞后元件(Lead/Lag Glied)并且在此改变所述调节参量的相位。借助于超前/滞后元件可以在使用调节参量信号的具体情况下改变信号的相位并且就这样至少部分地或者甚至完全地对通过所述执行机构引起的相位移动进行补偿。
此外有利的是,将所述调节参量输送给非线性的补偿元件并且在此降低或者说补偿所述液压的轧辊压下机构的非线性。本领域的技术人员知道,比如液压阀的流量特性曲线而且液压缸的动态的特性具有显著的非线性。在知道这些非线性之后,可以借助于非线性的补偿完全或者至少部分地消除这些非线性。
在所述按本发明的方法的另一种有利的设计方案中,将所述用于抑制振动的调节器的调节参量相加地叠加到比如辊缝调节装置的另外的调节参量上并且必要时在相位变化和/或非线性的补偿之后输送给电液的执行机构。由此可以在很大程度上彼此独立地对两条i)用于抑制振动以及ii)用于辊缝调节的调节回路进行优化,由此可以提高整个系统的功能能力。
所述按本发明的方法的效率可以进一步得到提高,如果借助于液压的蓄压器来稳定所述电液的执行机构上的供给压力和/或控制压力和/或储槽压力。通过该措施来缩短所述执行机构的响应时间或者说在很大程度上不依赖于瞬态的压力波动的情况下实现所述执行机构的均匀的响应。
对于具有高的轧制力的轧机机架来说,有利的是,所述电液的执行机构拥有≥100l/min,优选≥200l/min的额定流量。由此也可以用执行机构来提供用于触发所述轧辊压下机构的一个或者多个执行器的高的体积流量。如上面所说明的一样,在压力降为70bar时求得所述额定流量。
有利的是,所述电液的执行机构的参量通过不等式QNenn≥1592·VZyl来选择,其中在这个数值不等式中应该使用以m3计的缸容积并且获得以l/min计的额定体积流量QNenn。缸容积从公式VZyl=AZyl·Hub中获得,活塞面积用AZyl来表示并且液压缸的最大升程用Hub来表示。为了实现振动抑制的特别高的动态性,有利的是,为每个执行机构刚好分配所述轧辊压下机构的一个液压的执行器。
为了能够尽可能直接实施所述按本发明的方法从而解决本发明的任务,有利的是,存在着用电触发的液压阀和所述轧辊压下机构的至少一个液压缸,其中能够向所述液压阀输送所述调节参量并且通过所述液压缸能够向轧辊组的至少一个轧辊加载负荷,其中所述液压阀具有≥50l/min的额定流量并且频率响应的至少一部分在频率f≥80Hz时具有≤3dB的幅值降,并且在这个频率范围内相位降φ满足条件以及φ<90°。
以特别有利的方式来构成所述用于抑制振动的装置,如果所述液压阀的频率响应的至少一部分在频率f≥80Hz时优选在200≥f≥80Hz时具有≤3dB的幅值降,并且在这个频率范围内相位降φ满足条件优选特别优选以及φ<90°。
在所述按本发明的装置的另一种有利的实施方式中,测量装置构造为加速度传感器、压力传感器或力传感器。所述测量装置比如通过电缆或者现场总线与数字的调节器相连接。
如果测量装置具有两个加速度传感器,那就可以获得一种有利的测量装置,其中一个传感器与活塞杆相连接并且另一个传感器与所述轧辊压下机构的液压缸的缸壳体相连接。在此有利的是,一个加速度传感器的测量轴线平行于所述轧辊压下机构的液压缸的压下方向来布置。
如果通往所述液压阀的供给管路和/或控制管路和/或储槽管路具有用于稳定压力的液压的蓄压器,那就可以进一步改进所述按本发明的装置的动态特性。
对于高的轧制力来说,有利的是,如此构造所述装置,使得所述液压阀具有≥100l/min优选≥200l/min的额定流量。
有利的是,所述电液的执行机构具有QNenn≥1592·VZyl的额定流量,其中又应该使用以m3计的缸容积VZyl并且获得以l/min计的额定体积流量QNenn。
如果所述调节器与液压阀形成一个组件或者所述调节器在空间上直接处于所述液压阀的附近,那么由于特别紧凑而可以获得所述装置的一种有利的结构形式。所述液压阀比如通过电缆或者现场总线与数字的调节器相连接。
如果液压阀与所述轧辊压下机构的液压缸形成一个组件或者所述液压阀在空间上直接处于所述液压缸的附近,那就可以获得所述装置的特别有利的动态的特性。
附图说明
本发明的其它优点和特征从以下对非限制性的实施例所作的说明中获得,其中参照以下附图,以下附图示出:
图1是用于抑制振动的调节对象的示意图,
图2是具有按本发明的用于抑制振动的装置的轧机机架的示意图,
图3是电液的执行机构的相位降的按本发明的范围。
具体实施方式
图1示出了用于抑制振动的调节对象的基本结构。通过与轧机机架12的轧辊处于连接之中的加速度传感器1将测量参量2输送给构造为四阶带通的带通滤波器3,该带通滤波器3则将所述测量参量也就是说加速度信号的对于颤振振动来说重要的频率份额输送给调节器4。这个调节器4包含调节算法和表征设备状态的子模型,该调节器4在考虑经过滤波的测量参量2和额定参量5的情况下实时地计算至少一个在时间上变化的调节参量6,将该调节参量6输送给超前/滞后元件7并且随后输送给非线性的补偿元件8。通过超前/滞后元件7可以在使用所述调节参量6的具体情况下改变信号的相位。相位的这样的改变之所以特别有利,是因为对于特定的轧制设备来说可以从基本上恒定的颤振频率(Chatterfrequenz)出发并且可以将该知识有针对性地用于提高振动抑制的效率。如果比如从轧制设备的150Hz的颤振频率出发,并且对于该频率来说要么从液压阀9的数据页中要么从液压阀9的经验研究中知道该阀在这种频率时具有一定的相位降,那么可以借助于所述超前/滞后元件7完全或者至少部分地对这种相位降进行补偿。紧接在所述超前/滞后元件7后面,借助于补偿器8比如对液压的伺服阀9的流量特性曲线的和/或液压缸11的动态的特性的显著的非线性进行补偿。随后将如此经过补偿的和相位移动的调节参量信号输送给液压阀9,该液压阀9构造为连续的、单级的或者多级的伺服阀、比例阀或者调节阀。将所产生的体积流量10继续输送给至少一个构造为液压缸11的执行器,该执行器又将力加载到轧辊组的轧辊上。由此可以首先从干扰参量13中有针对性地汲取能量并且其次可以有针对性地影响整个系统的衰减。这两项措施有利地对三倍频振动的抑制产生影响并且引起这样的结果,即由此可以提高轧件的质量和/或轧制设备的产量。
在图2中示出了轧制设备的轧机机架12。在此调节器4与构造为伺服阀的液压阀9相连接。在与所述液压阀9处于连接之中的液压缸11中,向轧辊压下机构的轧辊进行加载负荷,其中除了轧辊的压下运动之外也加载负荷用于避免振动。作为用于调节器4的输入参量,示出了位置信号14、压力信号15和加速度传感器1的加速度信号16。
图3示出了电液的液压阀的按本发明的相位降。在横坐标上示出了以Hz计的频率f,在纵坐标上示出了以°计的相位降φ。出于简明原因,将频率范围在350Hz处剪去。以如下方式算出相位降:如果比如对在60°的相位降时的频率f感兴趣,也就是说对一种频率感兴趣,对于该频率来说相位响应为φ=-60°,那就将数值φ=60°代入到方程式中。从中获得数值f=114.6Hz,也就是说所述按本发明的阀的相位响应只有在频率f≥114.6Hz时才允许具有φ=60°的相位降,或者说相位响应只有在频率f≥114.6Hz时才允许低于数值φ=-60°。
附图标记列表:
1加速度传感器
2测量参量
3带通滤波器
4调节器
5额定参量
6调节参量
7超前/滞后元件
8补偿器
9液压阀
10体积流量
11液压缸
12轧机机架
13干扰参量
14位置信号
15压力信号
16加速度信号
Claims (41)
2.按权利要求1所述的方法,其特征在于,所述振动是三倍频振动。
5.按权利要求1所述的方法,其特征在于,所述电液的执行机构的频率响应的至少一部分在频率200≥f≥80Hz时的特征在于≤3dB的幅值降,并且在这个频率范围内相位降φ满足条件 以及φ<90°。
6.按权利要求1所述的方法,其特征在于,所述电液的执行机构的频率响应的至少一部分在频率200≥f≥80Hz时的特征在于≤3dB的幅值降,并且在这个频率范围内相位降φ满足条件 以及φ<90°。
7.按权利要求1所述的方法,其特征在于,所述电液的执行机构的频率响应的至少一部分在频率200≥f≥80Hz时的特征在于≤3dB的幅值降,并且在这个频率范围内相位降φ满足条件 以及φ<90°。
8.按权利要求中1至7中任一项所述的方法,其特征在于,作为持续测量的参量使用所述轧辊压下机构的液压的执行器的沿压下方向的加速度或者液压压力。
9.按权利要求中1至7中任一项所述的方法,其特征在于,作为持续测量的参量使用所述轧辊压下机构的液压的执行器的压下力。
10.按权利要求中1至7中任一项所述的方法,其特征在于,将持续测量的参量以<1ms的扫描时间输送给调节器。
11.按权利要求10所述的方法,其特征在于,将持续测量的参量以<0.2ms的扫描时间输送给调节器。
12.按权利要求1至7中任一项所述的方法,其特征在于,作为持续测量的参量使用加速度的在所述轧辊压下机构的液压的执行器的活塞杆上的数值与在缸壳体上的数值之间的差值。
13.按权利要求1至7中任一项所述的方法,其特征在于,借助于一个或者多个带通滤波器对持续测量的参量进行滤波。
14.按权利要求1至7中任一项所述的方法,其特征在于,借助于一个或者多个高于二阶的带通滤波器对持续测量的参量进行滤波。
15.按权利要求1至7中任一项所述的方法,其特征在于,所述调节器在考虑数学的调节法则和子模型的情况下求得所述调节参量,所述子模型表征设备状态或者说设备特性。
16.按权利要求15所述的方法,其特征在于,所述子模型表征设备状态或者说设备特性并且包含液压的和/或机械的模型和/或轧制力模型。
17.按权利要求1至7中任一项所述的方法,其特征在于,将所述调节参量输送给超前/滞后元件并且在此改变所述调节参量的相位。
18.按权利要求1至7中任一项所述的方法,其特征在于,将所述调节参量输送给非线性的补偿元件并且在此降低或者补偿所述液压的轧辊压下机构的非线性。
19.按权利要求1至7中任一项所述的方法,其特征在于,将所述用于抑制振动的调节器的调节参量相加地叠加到另外的调节参量上并且输送给电液的执行机构。
20.按权利要求1至7中任一项所述的方法,其特征在于,将所述用于抑制振动的调节器的调节参量相加地叠加到辊缝调节装置的另外的调节参量上并且在相位变化和/或非线性的补偿之后输送给电液的执行机构。
21.按权利要求1至7中任一项所述的方法,其特征在于,借助于液压的蓄压器来稳定所述电液的执行机构上的供给压力和/或控制压力和/或储槽压力。
22.按权利要求1至7中任一项所述的方法,其特征在于,所述电液的执行机构拥有≥1001/min的额定流量。
23.按权利要求1至7中任一项所述的方法,其特征在于,所述电液的执行机构拥有≥2001/min的额定流量。
24.按权利要求1到7中任一项所述的方法,其特征在于,所述电液的执行机构拥有QNenn≥1592·VZyl的额定流量并且通过执行机构精确地向所述轧辊压下机构的液压的执行器加载负荷,其中VZyl是以m3计的缸容积。
25.用于在轧制设备中抑制振动的装置,所述轧制设备包括轧机机架、轧辊压下机构、至少一个轧辊组、至少一个用于持续测量轧制设备的参量的测量装置和调节器,能够向所述调节器输送所测量的参量并且借助于所述调节器能够实时地求得至少一个在时间上变化的调节参量,其特征在于,存在用电触发的液压阀和所述轧辊压下机构的至少一个液压缸,能够向所述液压阀输送所述调节参量并且通过所述液压缸能够向轧辊组的至少一个轧辊加载负荷,其中,所述液压阀具有≥501/min的额定流量并且频率响应的至少一部分在频率f≥80Hz时具有≤3dB的幅值降,并且在这个频率范围内相位降φ满足条件 以及φ<90°。
26.按权利要求25所述的装置,其特征在于,所述振动是三倍频振动。
32.按权利要求25到31中任一项所述的装置,其特征在于,测量装置构造为加速度传感器或压力传感器。
33.按权利要求25到31中任一项所述的装置,其特征在于,测量装置构造为力传感器。
34.按权利要求25到31中任一项所述的装置,其特征在于,测量装置具有两个加速度传感器,其中,一个传感器与活塞杆相连接并且另一个传感器与所述轧辊压下机构的液压缸的缸壳体相连接。
35.按权利要求25到31中任一项所述的装置,其特征在于,测量装置构造为加速度传感器,所述加速度传感器的测量轴线平行于所述轧辊压下机构的液压缸的压下方向来布置。
36.按权利要求25到31中任一项所述的装置,其特征在于,通往所述液压阀的供给管路和/或控制管路和/或储槽管路具有用于稳定压力的液压的蓄压器。
37.按权利要求25到31中任一项所述的装置,其特征在于,所述液压阀具有≥1001/min的额定流量。
38.按权利要求25到31中任一项所述的装置,其特征在于,所述液压阀具有≥2001/min的额定流量。
39.按权利要求25到31中任一项所述的装置,其特征在于,所述液压阀具有QNenn≥1592·VZyl的额定流量,其中VZyl是以m3计的缸容积。
40.按权利要求25到31中任一项所述的装置,其特征在于,所述调节器与液压阀形成一个组件或者所述调节器在空间上直接处于所述液压阀的附近。
41.按权利要求25到31中任一项所述的装置,其特征在于,所述液压阀与所述轧辊压下机构的液压缸形成一个组件或者所述液压阀在空间上直接处于所述液压缸的附近。
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