DD147820A5

DD147820A5 - Verfahren zum regeln des walzgutdurchlaufes durch eine kontinuierliche walzstrasse

Info

Publication number: DD147820A5
Application number: DD79217702A
Authority: DD
Inventors: Hans Hojas; Alois Leutgoeb; Johann Gsottbauer
Original assignee: Gfm Fertigungstechnik
Priority date: 1978-12-18
Filing date: 1979-12-14
Publication date: 1981-04-22
Also published as: DE2942810C2; GB2038037B; JPS5584214A; FR2444513A1; JPS6032527B2; US4287738A; FR2444513B1; ATA900378A; GB2038037A; AT356622B; DE2942810A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regeln des Walzgutdurchlaufes durch eine kontinuierliche Walzstrasze mit stufenlos in ihrer Drehzahl regelbaren Einzelantrieben fuer die Gerueste. Um ein zug- bzw. druckarmes Walzen zu sichern, sollen die Einzelantriebe so gesteuert werden, dasz sie ausschlieszlich mit dem erforderlichen Verformungs-Drehmoment auf das Walzgut einwirken. Zu diesem Zweck werden als Einzelantriebe jeweils an eine steuerbare Pumpe angeschlossene Hydraulikmotoren verwendet, deren Hydraulikdruck gemessen wird. Aendert sich dieser Hydraulikdruck nach dem Anstich des nachfolgenden Geruestes, so wird die Drehzahl des Antriebes dieses nachfolgenden Geruestes ueber eine Pumpenverstellung geaendert, bis der urspruengliche Hydraulikdruck wieder erreicht ist.

Description

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Titel der Erfindung

Verfahren zum Regeln des Walzgutdurchlaufes durch eine kontinuierliche Walzstraße

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regeln des Walzgutdurchlaufes durch eine kontinuierliche Walzstraße mit stufenlos in ihrer Drehzahl regelbaren Einzelantrieben für die Gerüste, bei denen eine sich mit dem Verformungs-Drehmoment ändernde physikalische Kenngröße vor und nach dem Anstich des jeweils nachfolgenden Gerüstes gemessen und dann die Drehzahl ues Antriebes für dieses nachfolgende Gerüst in Abhängigkeit von der beim Anstich festgestellten Kenngrößenänderung gesteuert wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bereits bekannt, strangförmige Werkstücke zunächst einem Streckschmiedevorgang und anschließend einem Walzvorgang zu unterwerfen, wobei der Durchlaufschmiedemaschine die Hauptverformung und der anschließenden Walzstraße die Profilierung bei gleichzeitiger Kalibrierung übertragen wird. Als besonderer Vorteil muß für eine solche zweistufige Verformung angegeben werden, daß nicht nur gute Oberflächen erreicht werden, sondern auch enge Toleranzen für die Werkstücke eingehalten werden können. Soll in der Walzstraße eine über ein Kalibrieren hinausgehende Walzreduktion in beliebig vielen, hinter der Schmiedemaschine angeordnete!Gerüsten vorgenommen werden, so hängt die Einhaltung der engen Toleranzen und der gewünschten Oberflächen-

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gute entscheidend davon ab, ob ein zug- bzw. druckfreies Walzen gewährleistet werden kann.

Eine bekannte Möglichkeit, den Walzgutdurchlauf auf ein zug- bzw. druckarmes Walzen zu regeln, besteht in der sogenannten Schiingenregelung, bei der das Walzgut zwischen den Gerüsten schlingenbildend abgelenkt wird. Die Drehzahl des Jeweils nachfolgenden Gerüstes wird dabei so gesteuert, daß die Schlingenhöhe einen gewissen Bereich nicht verläßt. Schlingenregelungen benötigen daher vergleichsweise große Gerüstabstände. Außerdem ist die Auslenkkraft für die Schlingenbildung bei dickerem Walzgut sehr groß. Als weiterer Nachteil solcher Schlingenregelungen ist anzuführen, daß sie für das Walzen von Profilquerschnitten ungeeignet sind. Aus diesen Gründen ist eine Schiingenregelung für ein zug- bzw. druckfreies Walzen von Profilstäben od. dgl. unbrauchbar.

Wird an Stelle einer Schlingenregelung eine Drehzahlregelung vorgenommen, die von der Leistungsaufnahme des jeweils vorgeordneten Gerüstes ausgeht, so kann zwar der bei der Schlingenregelung erforderliche Abstand zwischen den einzelnen Gerüsten vermieden werden, doch reicht die mit diesem Regelverfahren erzielbare Genauigkeit nicht aus, um die gewünschten Toleranzgrenzen einhalten zu können. Damit zug- bzw. druckfrei gewalzt werden kann, muß Jedes Gerüst für sich das für den Stich erforderliche Verformungs-Drehmoment aufbringen, das Jedoch einer unmittelbaren Messung nicht zugänglich ist. Da sich die aufgenommene Leistung eines Gerüstes beim Anstich des unmittelbar nachfolgenden Gerüstes ändert, wenn über das nachfolgende Gerüst Zug- bzw. Druckkräfte auf das Walzgut ausgeübt werden, kann über eine Leistungsmessung am vorgeordneten Gerüst vor und nach dem Anstich des nachfolgenden Gerüstes beurteilt werden, ob dieses nachfolgende Gerüst im wesentlichen nur das Drehmoment liefert, das für die Material verformung benötigt wird, oder ob zusätzliche Kräfte auf das Walzgut ausgeübt werden, die eine Drehzahländerung dieses Gerüstes erforderlich machen, um Längsspannungen im Walzgut auszuschalten. Nun hängt aber das zugfreie Walzen nicht unmittelbar von der

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Leistungsänderung, sondern vom Verformungs-Drehmoment ab, so daß zusätzlich das in der Zeiteinheit verformte Volumen bekannt sein müßte, damit eine entsprechend genaue Regelung des Walzgutdurchlaufes vorgenommen werden kann. Diese zusätzliche Größe kann meßtechnisch nicht erfaßt werden, weil zu diesem Zweck für den jeweils vorhandenen Querschnitt seine Geschwindigkeit ermittelt werden müßte. Die auf der Messung der aufgenommenen Leistung bzw. Leistungsänderung beruhende Regelung auf zugarmes Walzen ist folglich wegen seiner notwendigen Ungenauigkeit für die Einhaltung enger Toleranzen ungeeignet, wozu trotz der bei den üblichen Gleichstrommotor-Antrieben einfachen Leistungsmessung ein hoher Rechenaufwand kommt, um aus der festgestellten Leistungsänderung des vorgeordneten Walzgerüstes die notwendige Drehzahlkorrektur des nachfolgenden Gerüstes zu ermitteln.

Werden zur Bestimmung des einer direkten Messung nicht zugänglichen Verformungs-Drehmomentes die nach dem Anstich auftretenden Walzkräfte bei jedem Gerüst gemessen, so kann mit einem entsprechend hohen Rechenaufwand aus den Walzkräften das Verformungs-Drehmoment bestimmt werden, wenn der Formänderungswiderstand vorgegeben ist. Da dieser Formänderungswiderstand aber meßtechnisch kaum erfaßt werden kann, ist auch dieses Regelungsverfahren mit einem grundsätzlichen Mangel behaftet, der selbstverständlich in die Genauigkeit der Regelung eingeht.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es daher, ein Regelverfahren anzugeben, mit dessen Hilfe ein zug- bzw. druckarmes Walzen unter Einhaltung geringer Toleranzen sichergestellt werden kann.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, die Einzelantriebe für die Gerüste so zu steuern, daß sie ausschließlich mit dem erforderlichen Verformungs-Drehmoment auf das Walzgut einwirken.

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Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß als Einzelantrieb» jeweils an eine steuerbare Pumpe angeschlossene Hydraulikmotoren verwendet werden, daß als Kenngxße der Hydraulikdruck . gemessen wird und daß die beim Auftreten einer Änderung des Hydraulikdruckes nach dem Anstich des nachfolgenden Gerüstes erforderliche, sich aus der Abhängigkeit von Drehzahl und Hydraulikdruck ergebende Drehzahländerung für dieses nachfolgende Gerüst über eine Pumpenverstellung vorgenommen wird. Wegen des einfachen Zusammenhanges zwischen dem Drehmoment eines hydraulischen Antriebes und dem vorliegenden Hydraulikdruck, kann über die Messung des Hydraulikdruckes unmittelbar das Drehmoment bestimmt werden, so daß| eine Änderung des Hydraulikdruckes beim Anstich des nachfolgenden Gerüstes unmittelbar abgelesen werden kann, ob das nachfolgende Gerüst zieht, zugfrei arbeitet oder drückt. Die neben dem Verformungs-Drehmoment auftretenden Drehmomentbelastungen der einzelnen Antriebe können ja mit ausreichender Genauigkeit als konstant angesehen werden.

Wird nun eine Änderung des Hydraulikdruckes des Antriebes eines Gerüstes beim Anstich des nachfolgenden Gerüstes festgestellt, so kann mit Hilfe der meßtechnisch leicht zugänglichen Drehmoment-Drehzahlkennlinie bzw. der proportionalen Druck-Drehzahlkennlinie die zur Erreichung einer zugfreien Walzung notwendige Drehzahländerung für das nachgeordnete Gerüst unmittelbar abgelesen werden. Der Regeleingriff erfolgt dabei in einfacher Weise über eine Verstellung der regelbaren Pumpe.

Durch den an sich bekannten Einsatz von hydraulischen Einzelantrieben kann somit das Verformungs-Drehmoment unmittelbar aus dem meßtechnisch leicht erfaßbaren Hydraulikdruck bestimmt werden, so daß über die Änderung des Hydraulikdruckes zufolge der proportionalen Drehmomentänderung beim Anstich des nachfolgenden Gerüstes dieses Gerüst über die Drehzahl genau auf die Abgabe des Verformungs-Drehmomentes eigestellt werden kann.

Werden die bezüglich einer Konstanthaltung des Hydraulikdruckes des vorgeordneten Gerüstantriebes korrigierten Drehzahlen der Gerüste gespeichert und wird ein neuer Walz-

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Vorgang mit diesen Gerüstdrehzahlen begonnen, so kann von vornherein mit einer minimalen Regelabweichung gerechnet werden.

Ausführungsbeispiel

An Ha^d der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine an eine Durchlaufschmiedemaschine angeschlossene

Walzstraße in Draufsicht, Fig. 2 die Regelungsanlage der Walzstraße im vereinfachten Blockschaltbild,

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf des Hydraulikdruckes des Hydraulikmotors des ersten Walzgerüstes in einem Diagramm,

Fig.- 4 ein der Fig. 3 entsprechendes Diagramm des zeitlichen Hydraulikdruckverlaufes des Hydraulikmotors für das zweite Walzgerüst und

Fig. 5 die Drehzahl-Hydraulikdruckkennlinie eines Walzgerüstes.

Das strangförmige Werkstück 1 wird nach einer entsprechenden Umformung in einer Durchlaufschmiedemaschine 2 einem Walzblock 3 zugeführt, in dem eine über ein Kalibrieren hinausgehende Walzreduktion vorgenommen wird. Damit bei dieser vergleichweise großen Walzreduktion die erforderlichen engen Toleranzen eingehalten werden können, muß der Durchlauf des Walzgutes auf zugfreies Walzen geregelt werden. Zu diesem Zweck werden die einzelnen Walzgerüste 4 des Walzblockes über stufenlos in ihrer Drehzahl regelbare Einze.laηtriebe angetrieben, die jeweils aus einem Hydraulikmotor 5 mit einer angeschlossenen, steuerbaren Pumpe 6 bestehen, die von einem Elektromotor 7 betrieben wird. Die Hydraulikleitungen zwischen der Pumpe 6 und dem Hydraulikmotor 5 sind mit 8 bezeichnet.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, wird ^er Hydraulikdruck des Antriebes für das erste Walzgerüst 4a durch einen Meßwertgeber 9a erfaßt und einem Mittelwertbildner 10a zugeführt, der den über eine vorgegebene Zeit gemittelten Hydraulikdruck an zwei Speicher 11a und 12a weiterleitet. In ähnlicher

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Weise wird die Drehzahl des Hydraulikantriebes für das Gerüst Aa über einen Meßwertgeber 13a erfaßt und über einen Mittelwertbildner 14a in zwei Speicher 15a und 16a eingelesen. Das Einlesen in die Speicher 11a, 12a, 15a und 16a erfolgt in Abhängigkeit vom Walzgutdurchlauf und wird von einer übergeordneten, wegen der Übersichtlichkeit nicht näher dargestellten Ablaufsteuerung gesteuert, und zwar werden in die Speicher 11a und 15a die Mittelwerte des ersten Gerüstes 4a vor dem Anstich und in die Speicher 12a und I6a die Mittelwerte nach dem Anstich eingelesen, so daß die Mittelwerte der Drehzahl und des Drucks bei Leerlauf n_Q und P_Q sowie bei Last n"_L und P"^ abgespeichert sind. Aus diesen Werten läßt sich die Drehzahl-Hydraulikdruckkennlinie bestimmen, wie dies in Fig. 5 angedeutet ist. Die auf der Abszisse des Koordinatensystems aufgetragenen Drehzahlwerte η ergeben mit den auf der Ordinate aufgetragenen Druckwerten P zwei Arbeitspunkte A und A,, die die Kennlinie 17 bestimmen. Verschiebt sich der Arbeitspunkt Aj^, so kann auf Grund der Kennlinie 17 unmittelbar abgelesen werden, welche Drehzahländerung vorgenommen werden muß, um für eine gemessene Änderung des Druckes den ursprünglichen Arbeitspunkt At wieder zu erreichen.

Aus dem zeitlichen Verlauf des mittleren Hydraulikdruckes vor und nach dem Anstich des Walzgerüstes 4a läßt sich die beim Anstich auftretende Druckänderung gut ablesen, die dem aufgebrachten mittleren Verformungs-Drehmoment proportional ist. Fig. 3 zeigt den Druckanstieg zum Zeitpunkt

t„ des Anstiches von P"' auf VC ι wobei der Wert PY selbst-1 OL J-·

verständlich erst nach einem Ausgleichsvorgang erreicht wird.

Aus den abgespeicherten Werten n^r , P' und n£, P£ läßt sich in einem an die Speicher 11a, 12a.und 15a, 16a angeschlossenen Kennlinienrechner 18a die Abhängigkeit von Drehzahl und Hydraulikdruck gemäß Fig. 5 berechnen, wobei zumindest in der Umgebung der Arbeitspunkte lineare Abhängigkeiten mit ausreichender Genauigkeit angenommen werden dürfen.

Für die nachfolgenden Walzgerüste werden die mittleren Drehzahlen und mittleren Drücke in analoger Weise ermittelt und abgespeichert, wie das

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für das zweite Walzgerüst 4b in Fig. 2 dargestellt ist. Die analogen Einrichtungen sind dabei mit den gleichen Bezugsziffern, jedoch mit dem auf das zweite Walzgerüst hinweisenden Buchstaben b versehen.

Da sich beim zug- bzw. druckfreien Walzen das Verformungs-Drehmoment des vorgeordneten Walzgerüstes nach dem Anstich des nachfolgenden Gerüstes nicht ändern darf, weil nur in einem solchen Fall das nachgeordnete Walzgerüst das zur Verformung des Walzgutes erforderliche Drehmoment aufbringt, kann an der Änderung des Verfomungs-Drehmomentes des jeweils vorgeordneten Walzgerüstes festgestellt werden, ob das nachgeordnete Walzgerüst zug- und druckfrei arbeitet oder nicht. Ergibt sich demgemäß beim Anstich des. zweiten Walz gerüstes 4b zu dem in Fig. 4 dargestellten Zeitpunkt X^ eine Änderung des Hydraulikdruckes des ersten Walzgerüstes 4a, so muß des Antrieb des zweiten Walzgerüstes 4b entsprechend geregelt werden. Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist, daß auf Grund der hydraulischen Einzelantriebe eine einfache Abhängigkeit zwischen dem Verformungs-Drehmoment und dem Hydraulikdruck gegeben ist, so daß aus dem ebenfalls einfachen Zusammenhang zwischen Hydraulikdruck und Drehzahl die erforderliche Drehzahländerung für das zweite Walzgerüst 4b abgeleitet werden kann. Entsprechend dem dargestellten Beispiel bedingt der Anstich des zweiten Walzgerüstes 4b eine Erhöhung des Leerlaufdruckes dieses Walzgerüstes 4b von Ψ' auf P^. Das vom Walzgerüst 4b aufgebrachte mittlere Verformungs-Drehmoment, das dem mittleren Druck VJ proportional ist, bewirkt eine Erhöhung des Verformungs-Drehmomentes des ersten Walzgerüstes 4a, was durch eine Erhöhung des mittleren Hydraulikdruckes um einen bestimmten Betrag Δ Vl zum Ausdruck kommt. Auf Grund dieser Feststellung ergibt sich, daß das vom Hydraulikantrieb des zweiten Walzgerüstes aufgebrachte Verformungs-Drehmoment zu gering ist und daß daher die Drehzahl des Antriebes für dieses Gerüst erhöht werden muß. Da die Drehzahl-Druckkennlinie der einzelnen Walzgerüste im allgemeinen unterschiedlich sein wird, kann die erforderliche Drehzahländerung nicht unmittelbar über die Kennlinie des ersten Walzgerüstes 4a ermittelt werden. DJs in

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den Kennlinienrechnern 18a und 18b ermittelten Zusammenhänge zwischen dem Druck und der Drehzahl für die Gerüste Aa und 4b werden daher einem weiteren Rechner 19 in Form entsprechender Kennwerte zugeführt, in dem aus den übermittelten Kennwerten die Abhängigkeit der Drehzahl des zweiten Gerüstes 4b vom Hydraulikdruck des vorgeordneten Gerüstes 4a berechnet wird. Mit Hilfe dieser vergleichsweise einfach zu berechnenden Abhängigkeit kann somit die Drehzahländerung bestimmt werden, die den Hydraulikdruck des vorgeordneten Walzgerüstes 4a auf den Wert zurückführt, der vor dem Anstich des zweiten Walzgerüstes erreicht worden ist. Zu diesem Zweck wird zunächst die durch den Anstich des zweiten Walzgerüstes 4b bedingte Druckänderung Δ P^ ermittelt. An den Mittelwertbildner 10a sind hiefür zwei Speicher 20 und 21 angeschlossen, die zur Aufnahme der mittleren Druckwerte vor bzw. nach dem Anstich des Walzgerüstes 4b dienen. Über einen Differenzbildner 22 kann somit dem Rechner 19 die Druckänderung Δ ρ£ vorgegeben werden, aus der der Rechner 19 unter Berücksichtigung der ermittelten Druck-Drehzahlabhängigkeit die erforderliche Drehzahländerung für das zweite Walzgerüst 4b errechnet.

Da die Pumpe 6 im Ausführungsbeispiel als Axialkolbenpumpe ausgebildet ist, kann die Drehzahl des Hydraulikmotors 5 am günstigsten über die Hubverstellung der Pumpe gesteuert werden. Diese Steuerung erfolgt aber über die Einstellung des Neigungswinkels der Taumelscheibe bzw. der Schrägscheibe der Pumpe 6, so daß die ermittelte Drehzahländerung erst auf die entsprechende Änderung des Neigungswinkels der Schrägscheibe bzw. der Taumelscheibe umgerechnet werden muß. Wegen des gegebenen Zusammenhangs zwischen diesen Größen kann die erforderliche Drehzahländerung in einem mit den erforderlichen Pumpendaten beaufschlagten Multiplikator 23 auf die entsprechende Neigungsverstellung der Taumelscheibe umgerechnet werden.

Zur Steuerung der Axialkolbenpumpe 6 wird der Neigungswinkel der Taumelscheibe bzw. der Schrägscheibe in einem Istwertgeber 24 erfaßt und einer Vergleichseinrichtung 25 zugeführt, die mit dem Sollwert des Neigungswinkels beaufschlagt ist. Dieser Sollwert ergibt sich aus dem vor dem Anstich er-

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mittelten Winkel für die Leerlaufdrehzahl und dem Korrekturwinkel, der sich aus der auf die Leerlaufdrehzahl bezogenen, vom Rechner 19 bestimmten Drehzahländerung ableitet. Der bei Leerlauf gemessene Neigungswinkel der Taumelscheibe der Pumpe 6 wird folglich in einem Speicher 26 abgespeichert und nach dem Anstich des Walzgerüstes 4b durch die berechnete Änderung korrigiert. Der Speicher 26 und der Multiplikator 23 sind zu diesem Zweck an die Eingänge einer Summiereinrichtung 27 angeschlossen, die mit der Vergleichseinrichtung 25 verbunden ist. Da die für das Walzgerüst 4b errechneten Drehzahländerungen mit entsprechenden Vorzeichen versehen sind, steht der Vergleichseinrichtung tatsächlich der Sollwert für den Neigungswinkel der Taumelscheibe der Pumpe 6 zur Verfügung.

In Abhängigikeit von der Soll-Istwertdifferenz können am Ausgang der Vergleichseinrichtung 25 Impulse abgenommen werden, deren Anzahl der Soll-Istwertdifferenz entspricht. An die Vergleichseinrichtung 25 ist ein Zähler 28 angeschlossen, der mit einem Regelverstärker 29 in Verbindung steht. Der an den Regelverstärker 29 abgegebene Zählerstand •bewirkt in Abhängigkeit von dem am Regelverstärker anliegenden Istwert des Neigungswinkels eine Aussteuerung der Pumpenstelleinrichtung 30, über die der Neigungswinkel der Taumelscheibe vorzugsweise hydraulisch eingestellt wird. Für die Pumpensteuerung ergibt sich somit ein geschlossener Regelkreis, der betriebsbedingte Schwankungen ausregelt und damit ein das erforderliche Verformungs-Drehmoment gerade deckendes Antriebsmoment sicherstellt.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich somit die einzelnen Gerüstantriebe in einfacher Weise so regeln, daß ein zug- und druckfreies Walzen sichergestellt werden kann.

Claims

21 7702- Erfindungsanspruch

1· Verfahren zum Regeln des Walzgutdurchlaufes durch eine kontinuierliche Walzstraße mit stufenlos in ihrer Drehzahl regelbaren Einzelantrieben für die Gerüste, bei denen eine sich mit dem Verformungs-Drehmoment ändernde physikalische Kenngröße vor und nach dem Anstich des jeweils nachfolgenden Gerüstes gemessen und dann die Drehzahl des Antriebes für dieses nachfolgende Gerüst in Abhängigkeit von der beim Anstich festgestellten Kenngrößenänderung gesteuert wird, gekennzeichnet, dadurch, daß als Einzelantriebe jeweils an eine steuerbare Pumpe angeschlossene Hydraulikmotoren verwendet werden, daß als Kenngröße der Hydraulikdruck gemessen wird und daß die beim Auftreten einer Änderung des Hydraulikdruckes nach dem Anstich des nachfolgenden Gerüstes erforderliche, sich aus der Abhängigkeit von Drehzahl und Hydräulikdruck ergebende Drehzahländerung für dieses nachfolgende Gerüst über eine Pumpenverstellung vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die bezüglich einer Konstanthaltung des Hydraulikdruckes des vorg eordneten Gerüst antriebes korrigierten Drehzahlen der Gerüste gespeichert und ein neuer Walzvorgang mit diesen Gerüstdrehzahlen begonnen wird.

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