DE2719031C3

DE2719031C3 - Vorrichtung zur automatischen Regelung des Walzspalts in einem Walzgerüst

Info

Publication number: DE2719031C3
Application number: DE2719031A
Authority: DE
Inventors: Vladimir G. Dukmasov; Oleg I. Temirtau Karagandinskaja oblast' Tiščenko
Original assignee: CELJABINSKIJ POLITECHNICESKIJ INSTITUT IMENI LENINSKOGO KOMSOMOLA CELJABINSK SU
Current assignee: CELJABINSKIJ POLITECHNICESKIJ INSTITUT IMENI LENINSKOGO KOMSOMOLA CELJABINSK SU
Priority date: 1977-04-14
Filing date: 1977-04-28
Publication date: 1981-04-02
Also published as: US4086797A; GB1565015A; FR2397894B1; FR2397894A1; DE2719031B2; DE2719031A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur jo automatischen Regelung des Walzspalts in einem Walzgerüst, die aus zwei gleichen und an beiden Seiten des Walzgerüsts angeordneten Teilen besteht, von denen jedes einen doppeltwirkenden hydraulischen Vorspannzylinder mit einem Kolben mit zwei Kolbenstangen enthält, wobei die untere Kolbenstange sich auf dem unteren Querhaupt des Ständers des Walzgerüsts abstützt und die obere Kolbenstange eine vom Einfluß der Gerüstvorspannung freie hydraulische Meßdose für die Walzkraft aufnimmt und wobei det zur Vorspannung des Gerüstes beaufschlagte Kolbenraum des Vorspannzylinders mit einer Druckmittelquelle konstanten Drucks in Verbindung steht.

In der nicht vorveröffenilichten DE-OS 26 54 891 ist eine Vorrichtung dieser Art beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Vorrichtung zur automatischen Regelung des Walzspalts in einem Walzgerüst so weiter zu entwickeln, daß bei betriebssicherem und konstruktiv einfachem Aufbau der Walzspalt auch bei Änderung der Vorspannkraft ~>o konstant gehalten werden kann, ohne daß dafür speziell ausgebildetes Bedienungspersonal erforderlich ist.

Dies wird bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß im Kolben ein druckgcstouertes Ventil vorgesehen ist, 5^r> dessen Drosselraum mit dem zur Variation der Vorspannung des Gerüstes dienenden Kolbenraum des Vorspannzylinder und mit einer Druckmittelquelle variablen Drucks in verbindung steht und dessen Steuerraum mit dem Kolbenraum der Meßdose w> vereinigiist.

Bei der erfindungsgemäß ausgeführten Vorrichtung ändert sich der hydraulische Druck im Kolbenraum der Meßdose und gleichzeitig in dem damit verbundenen Steuerraum des druckgesteuerten Ventils je nach '·"> Änderung der Walzkraft. Dies führt dazu, daß sich der Schieber r!es druckgesteuci ten Veil tils verschiebt und den Abfluß des Druckmittels durch dessen Dro-,sclraum ändert Die damit unmittelbar verbundene Druckmittelquelle variablen Drucks ändert die Zuführung von Druckmittel zu dem zur Variation der Vorspannung des Gerüsts dienenden Kolbenraum des Vorspannzylinders. Dadurch ändert sich der Druckmitteldruck in diesem Kolbenraum des Vorspannzylinders. Da aber der gegenüberliegende Kolbenraum des Vorspannzylinders mit der Druckmittelquelle konstanten Drucks in Verbindung steht, ändert sich die Vorspannkraft des Gerüstes und somit der Walzspalt im Walzgerüst

Durch eine geeignete Bemessung von Vorspannzylindern, hydraulischen Meßdosen und druckgesteuerten Ventilen kann der Walzspalt im Walzgerüst selbsttätig geregelt werden, indem der Änderung der Walzkraft eine bestimmte Änderung der Vorspannkraft des Gerüstes zugeordnet wird. Es kann so die Gerüstverformung infolge Änderung der Walzkraft ab Einschaltzeitpunkt der Vorrichtung ausgeglichen werden.

Dabei gelangen Hydraulikzylinder, hydraulische Meßdosen und druckgesteuerte Ventile zum Einsatz, die gegen Verunreinigungen des Druckmittels relativ unempfindlich sind, so daß ein Druckmittel üblichen Reinheitsgrades verwendet werden kann.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 in Gesamtansicht ein Walzgerüst mit der daran angeordneten Vorrichtung zur automatischen Regelung des Walzspaltes,

Fig.2 einen Schnitt durch einen doppeltwirkenden Vorspannzylinder in dessen Achsenebene.

Die in F i g. 1 und 2 gezeigte, nur an einer Gerüstseite dargestellte Vorrichtung zur automatischen Regelung des Walzspaltes im Walzgerüst 1 enthält beiderseits des Gerüstes je einen doppeltwirkenden Vorspannzylinder 2, der mit dem unteren Querhaupt 3 des Ständers 4 und den Einbaustücken 5 und 6 der oberen und der unteren Stützwalze 7 und 8 zusammenwirkt und die Vorspannkraft Q eines Teils des Walzgerüstes 1 erzeugt, eine mit dem Vorspannzylinder 2 verbundene Einrichtung 9 zur Änderung der Steifigkeit des Walzgerüstes 1, eine Pumpe 10 mit Elektroantrieb 10a, Zulaufleitung 42 und Sicherheitsventil 11 für Druckmitte! mit variablem Druck, eine Pumpe 12 mit Elektroantrieb 12a und Zulaufleitung 38 (die Pumpen versorgen jeweils beide Vorspannzylinder 2) zum Erzeugen eines durch ein Druckregelventil 13 konstant gehaltenen Drucks sowie Hydraulikzylinder 43a zum Ausgleich der oberen Arbeitsweise43 zusammen mit deren Einbaustück 436.

Die Pumpen 10 und 12 sind über Rohrleitungen mit dem Vorspannzylinder 2 und einem ölbehälter 14 verbunden. Der Vorspannzylinder 2 enthält ein Gehäuse 15, in dessen Bohrung ein mit einer oberen Kolbenstange 17 und einer unteren Kolbenstange 18 ausgeführter Kolben 16 Platz findet, und weist einen mittels Schrauben 20 mit dem Gehäuse 15 verbundenen Deckel 19 auf.

Im Vorspannzylinder 2 bilden der Kolben 16, das Gehäuse 15 und die obere Kolbenstange 17 den Kolbenraum a und der Kolben 16, der Deckel 19 und die untere Kolbenstiinge 18 den Kolbenraum b. Die Kolbenräume sind mit (nicht dargestellten) Dichtungen abgedichtet.

In der oberen Bohrung des Kolbens 16 ist ein Kolben 21a untergebracht, der mit dem Kolbenraum c eine hydraulische Meßdose 21 bildet. Die Stange 22 des Kolbens 21,7 geht durch den Deckel 23 der hydraulischen Meßdose 21 hindurch, der mittels Schrauben 24 an

der oberen Kolbenstange 17 befestigt ist In der mittleren Bohrung des Kolbens 16 findet ein Schieber 25 Platz, der gemeinsam mit dem Deckel 26a ein druckgesteuertes Ventil 26 mit tincm mit dem Kolbenraum c der hydraulischen Meßdose vereinigten Steuerraum d bildet Die Räume c ur»d d sind ebenfalls mit (nicht dargestellten) Dichtungen abgedichtet

Der Deckel 26a ist in der unteren Bohrung des Kolbens 16 angeordnet und mittels Schrauben 27 an der unteren Kolbenstange 18 des Kolbens 16 befestigt. Mit dem Kolben 16 und dem Deckel 26 bildet der Schieber 25 den Abflußraum e und mit dem Deckel 26a den Drosselraum /des druckgesteuerten Ventils 26, der über einen Kanal g mit dem Kolbenraum b des Vorspannzylinders 2 verbunden ist.

Zur Ölzu- und -abfuhr für die Räume a, /und cund zur Ölabfuhr aus dem Abflußraum e dienen Kanäle i, j, k bzw. /im Körper des Kolbens 16.

Der Vorspannzylinder 2 wirkt mit dem unteren Querhaupt 3 des Ständers 4 über die untere Stange 18 des Kolbens 16, mit dem Einbaustück 6 der unteren Stützwalze 8 über die Stange 22 des Kolbens 21a und eine ölschicht im Kolbenraum c der hydraulischen Meßdose 21, mit dem Einbaustück 5 der oberen Stützwalze 7 über das Gehäuse 15 und die Stäbe 28 zusammen, die in Öffnungen des Einbaustücks 6 untergebracht sind und mit den oberen Stirnenden auf dem Einbaustück 5 und mit den unteren auf dem Gehäuse 15 aufliegen.

Die Einrichtung 9 zur Änderung der Steifigkeit des Walzgerüstes 1 ist in Form eines Hydraulikzylinders ausgeführt, der ein Gehäuse 29 und einen Kolben 30 mit einer in den Deckel 32 eingeschraubten Gewindespindel 31 enthält. Der Deckel 32 ist mittels Schrauben 33 an dem Gehäuse 29 befestigt. Der Kolben 30 und das Gehäuse 29 bilden den Arbeitsraum m.

Der Kolbenraum a des Vorspannzylinders 2 ist über den Kanal /und eine Rohrleitung 34 mit der Pumpe 12 des Systems mit konstantem Druck verbunden. Der mit dem Steuerraum d des druckgesteuerten Ventils 26 vereinigte Kolbenraum cder hydraulischen Meßdose 21 steht über den Kanal k, die Rohrleitung 35 und 34 und ein Rückschlagventil 36 mit der Pumpe 12 und über eine an die Rohrleitung 35 angeschlossene Rohrleitung 37 und den Kanal η im Gehäuse 29 mit dem Arbeitsraum m der Einrichtung 9 in Verbindung.

In die erwähnten Räume und Rohrleitungen wird Öl von der Pumpe 12 unter einem Druck qo gefördert, der mit Hilfe des Druckventils 13 konstant gehalten wird. Zur Entlüftung des Systems dient das Ventil 39. Nach dem Füllen aller Ölräume und Leitungen (Ventil 39 geschlossen) fließt der ölüberschuß von der Pumpe 12 durch eine Rohrleitung 40 über das Druckregelventil 13 in den Behälter 14 ab.

Der mit dem Kolbenraum b des Vorspannzylinders 2 über den Kanal g verbundene Drosselraum / des druckgesteuerten Ventils 26 steht mit der Pumpe 10 des Systems mit variablem Druck über den Kanal j und eine Rohrleitung 41 in Verbindung. In den genannten ölräumen und in der Rohrlc^;t'ing erzeugt die Pumpe 10 einen Öldruck. Aus dem i^i'u^cirauiTi /strömt Öl durch einen vom Schieber 25 und dem Deckel 26a gebildeten Ringspalt χ in den Abflußraum e und über den Kanal / durch eine Rohrleitung 45 in den Behälter 14 ab. Dabei ist der Druck der Pumpe 10 (bei NichtVorhandensein von Band zwischen den Arbeitswalzen 43 und 44 des Walzgerüstes 1) gleich dem Druck £70 der Pumpe 12. Diese Gleichheit ergibt sich aus der Gleichgewichtsbedingung für den Schieber 25 bei Gleichheit der Schieberflächen Ff und Fd im Drosselraum / und im Steuerraum d.

Bei NichtVorhandensein von Band zwischen den Arbsitswalzen 43 und 44 des Walzgerüstes 1 sind also alle ölräume der Baugruppen der Vorrichtung und die Rohrleitungen mit öl vom Druck qo gefüllt

Aufgrund dieses Drucks ist ein Teil des Walzgerüstes 1 (Ständer 4, Anstelleinrichtung 46 und Einbaustück 5

ίο der oberen Stützwalze 7) mit einer durch den Öldruck qo in den Kolbenräumen a und b des Vorspannzylinder 2 erzeugten Kraft Q vorgespannt, unter deren Einfluß er um eine Größe öh verformt wird.

Dabei ist das auf der Stange 22 des Kolbens 21a der hydraulischen Meßdose 21 aufliegende Einbaustück 6 def unteren Stützwalze 8 in einer bestimmten Lage gesichert weil sich der erwähnte Kolben unter dem Einfluß der Kraft, die einerseits durch den Druck q₀ in dem Kolbenraum c der hydraulischen Meßdose und andererseits durch die Masse des Einbaustücks 6, der Walzen 8, 43 und 44 (mit Rücksicht auf die Sp-eizkraft der Arbeitswalzeneinbaustücke) und die Gegenwirkung des Deckels 23 erzeugt wird, im Gleichgewicht befindet.

Der Walzspalt zwischen den Arbeitswalzen 43 und 44

2Ί im Walzgerüst 1 wird vor der Bandeinführung durch die Anstelleinrichtung 46 eingestellt und ist seiner Größe nach dem Betrag von dem Spalt h zwischen den nicht mit Walzkraft P beanspruchten Walzen und der Verformung öh des vorgespannten Gerüst teils gleich.

Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Bei Bandeinführung tritt eine Walzkraft P zwischen den Arbeitswalzen 43 und 44 auf, die an den Bauteilen des Walzgerüstes 1 sowie am Kolben 21a der hydraulischen Meßdose 21 durch das Einbaustück 6 der

r> Stützwalze 8 angreift. Dabei dehnt sich das Walzgerüst zusätzlich, was zur Vergrößerung des vor dem Walzvorgang eingestellten Walzspaltes h + öh um öhi führt. Die Dehnung όΛ/des Walzgerüstes stimmt mit der Wirkung der Walzkraft P überein, deren Größe etwas höher als die der Gegenkraft ist, die am Kolben 21a der hydraulischen Meßdose 21 von der Seite ihres Deckels 23 angreift. Sollte die Walzkraft P die Größe der Rückwirkung von Seiten des Deckels überschreiten, so setzt die Einstellung des Walzspaltes ein. Der

■n Verformungszuwachs des Gerüstes infolge der Änderung der Walzkraft wird also im Regelungsbetrieb durch die Verformung eines Teils des Gerüstes aufgrund der Änderung der Vorspannkraft des Gerüstes ausgeglichen. Dabei steigt der Öldruck in den Räumen rund d

5u der hydraulischen Meßdose 21 und des druckgesteuerten Ventils 26 an. Der Öldruck im Kanal k. den Rohrleitungen 35 und 37 sowie im Arbeitsraum m der Einrichtung 9 nimmt ebenfalls zu.

Infolgedessen wird sich das Rückschlagventil 36

■■>■> schließen, und es entsteht ein abgeschlossener Raum c-d-m, in dem der Öldruck größer als qo und proportional zur Walzkraft Pist.

Beim Ansteigen des Öldrucks in diesem abgeschlossenen Raum verschiebt sich der Schieber 25 in Richtung

bo des Deckels 26a und verkleinert dadurch den Ringspalt .v. Damit verringert sich der aus dem Drosselraum / durch den Ringspalt ν in den Abflußraum e fließende Ölstrom und der Druck des durch die Pumpe 10 in den Drosselraum f und den über den Kanal q damit

b. verbundenen Kolbenraum b des Vorspannzylinders 2 zu fördernden Öls steigt an.

Mit dem Öldruckanstieg im Kolbenraum b wird sich bei unverändertem Druck qo im Kolbenraum a die durch

den Vorspannzylinder 2 erzeugte Vorspannkraft des Gerüstes ändern, wodurch die Verformung eines Teils des Gerüstes abnimmt.

Bei geeigneter Bemessung der Vorrichtung kann (wie weiter unten gezeigt) der Verformungszuwachs aufgrund der Änderung der Walzkraft durch den Verformungsz iwachs eines Teils des Gerüstes aufgrund der Änderung seiner Vorspannkraft ausgeglichen werden, wodurch der Walzspalt unabhängig von der Schwankung der Walzkraft Pkonstant bleibt.

Beim Bandaustritt aus den Arbeitswalzen wird der Öldruck in dem abgeschlossenen Raum c-d-m geringer. Wenn dieser Druck unter den Druck <?o sinkt, wird der Raum c-d-m über das Rückschlagventil 36 mit der Pumpe 12 verbunden. Infolgedessen wird der Öldruck in diesem abgeschlossenen Raum gleich qo sein. Die Pumpe 10 wird also ebenfalls den Druck q₀ erzeugen.

Somit werden beide Kolbenräume des Vorspannzylinders und die Rohrleitungen mit Öl vom Druck q₀ gefüllt; die Vorrichtung ist für den nächsten Arbeitszyklus betriebsbereit.

Die Vorrichtung wird wie folgt bemessen.

Während des Walzvorganges ändert sich der Walzspalt im wesentlichen aufgrund der Gerüstverformung bei der Änderung der Walzkraft. Zum Konstanthalten des Walzspaltes muß der Einfluß der Gerüstverformung aufgrund der Änderung der Walzkraft P eliminiert werden.

Vom Zeitpunkt der Entstehung des abgeschlossenen Raumes c-d-m an wird der Walzspalt dadurch konstant gehalten, daß der Verformungszuwachs öhi aufgrund der Änderung OP der Walzkraft P durch den Verformungszuwachs 6h eines Teils des Gerüstes aufgrund der Änderung 6Q der Vorspannkraft Q des Gerüstes ausgeglichen wird. Dabei gilt

(D

worin K bzw. K₁ die Federkonstanten eines Teils der mit der Kraft Q beanspruchten Gerüstes (Ständer, Anstelleinrichtung, Einbaustücke der oberen Stützwalze), bzw. des ganzen Gerüstes gemeinsam mit dem Hydraulikzylinder und der hydraulischen Meßdose sind.

Aus Gleichung (1) folgt, daß der Zuwachs 6Q proportional zu dem Zuwachs oPsein muß:

Λ O = Λ P

Die Änderung der Kraft Qum die Größe OQ ist durch die Änderung des Öldrucks in der Pumpe 10 und folglich im Kolbenraum b des Vorspannzylinders um die Größe dqi verursacht. Dabei bleibt der Druck qo im Kolbenraum a unverändert. Es gilt

Λβ = ,U_h

nen Raum c-d-m, Oq₁= Zuwachs des Öldrucks der Pumpe 10 im Drosselraum /und im Kolbenraum b.

Die Druckschwankung um die Größe dq ist in dem erwähnten geschlossenen Raum von der Änderung der Walzkraft Pum oPabhängig:

wobei Ff, die Kolbenfläche des Vorspannzylinders im Kolbenraum bist.

Die Größe Oq₁ ergibt sich aus der Bedingung für das statische Gleichgewicht am Schieber 25:

Λ P

177'

(5)

wobei Fc die Kolbenfläche der hydraulischen Meßdose ist. Durch Einsetzen von (5) und (4) in die Gleichung (3) ergibt sich der Zuwachs öQ der Vorspannkraft Q des Gerüstteils zu

(6)

	*<)P*	F_d	Einsetzen	K	*■F_h*	(2) in	(6)	erhält man
	⁼ Tf7	J	F_b	?f
Durch	von
*F₁₁-*

2 F,.

(7)

Diese Gleichung (7) stellt die notwendige Bedingung für die Erfüllung der Gleichung (1), d.h. für einen unveränderlichen Walzspalt, dar.

Die Fläche F_c des Kolbens 21a der hydraulischen Meßdose 21 wird aus der maximal zulässigen Walzkraft Pmax und dem maximal zulässigen Öldruck q_max im Kolbenraum der hydraulischen Meßdose zu

F.. = ~-^max

2 ilmox

(8)

ermittelt.

Die Flächen Fd und Fr werden entsprechend der Leistung der Pumpe 10 gewählt, während die Fläche Ff, aus Gleichung (7) bestimmt wird. Dabei wird der Höchstdruck der Pumpe 10 ebenfalls gleich dem Maximalöldruck im Kolbenraum c der hydraulischen Meßdose 21 gewählt.

Der maximal zulässige Druck der Pumpe wird am Sicherheitsventil 11 eingestellt. Beim Überschreiten dieses Drucks fließt der Ölüberschuß von der Pumpe 10 durch die Rohrleitungen 41 und 47 über das Sicherheitsventil 11 in den Behälter 14 ab.

Der Öldruck qo, der durch die Pumpe 12 erzeugt wird, hängt von der Größe der Walzkraft P_min ab, bei deren Wirkung die Regelung des Walzspaltes beginnt.

Die Größe dieses Drucks wird aus

i/o =

2 F..

■·> ii-

Λ q,

errechnet und am Druckregelventil 13 eingestelltDie Kolbenfläche des Vorspannzylinders im Kolbenraum a wird aus der Gleichgewichtsbedingung für das Gehäuse 15 beim zulässigen Maximaldruck q_max im Raum b zu

(9)

wobei öa= Zuwachs des Öldrucks in dem abgeschlosse- berechnet.

Die Ausgangsgrößen für die Bestimmung der erwähnten Parameter der Vorrichtung sind laut Gleichung (7) die Federkonstanten K und K\, deren Werte von der ölmenge in dem abgeschlossenen Raum c-d-m abhängen.

Bei Abweichungen zwischen den Berechnungswerten von K und Ki und ihren Istwerten wird die Vorrichtung mit Hilfe der Einrichtung 9 durch die Änderung der Größe ihres Arbeitsraumes m und somit durch die Festlegung einer neuen Größe des erwähnten abgeschlossenen Raumes eingestellt. Dadurch ändert sich die Steifigkeit der hydraulischen Meßdose und folglich auch die Steifigkeit des ganzen Gerüstes.

Die Gleichung (7) wird auf die Form

1 flllL· K 2F_C-F_f

(10)

gebracht, wobei

_L_ _L JL
K₁ K₂ K₃

(Π)

20

25

gesetzt wird. Darin ist

K₂ Federkonstante des Gerüstes mit dem Vorspannzylinder 2 ohne öl im Kolbenraum oder hydraulischen Meßdose 21,

'.3 Federkonstante des in dem abgeschlossenen Raum enthaltenen ölvolumens, bezogen auf die Kolbenfläche der hydraulischen Meßdose.
Es gilt

r-2

(12)

^1V3 - β ■ W

wobei

β Kompressibilitätskoeffizient des Öls,

W ölmenge in dem abgeschlossenen Raum sind.

Durch Einsetzen von (12) in (11) und Gleichsetzen mit (10) erhält man die Größe Wzu

2F_cFj

JJ)

Kj

(13)

Mit den bekannten Parametern K, K2, Fd, Fb, F₀, Frund β bildet die Gleichung 13 die Grundbedingung für die Wahl der ölmenge in dem abgeschlossenen Raum c-d-m.

Bei Änderung eines beliebigen Parameters, z. B. bei Abweichung der tatsächlichen Federkonstanten K und K₂ von den Berechnungswerten, wird die Größe W bei Bedarf an der Einrichtung 9 durch Verschieben des Kolbens 30 relativ zum Gehäuse mit Hilfe der Gewindespindel 31 berichtigt, wodurch sich die ölmenge in dem abgeschlossenen Raum, deren Federkonstante K3 und somit die Federkonstante K\ ändern lassen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zur automatischen Regelung des Walzspaltes in einem Walzgerüst, die aus zwei 5 gleichen und an beiden Seiten des Walzgerüsts angeordneten Teilen besieht, von denen jedes einen doppeltwirkenden hydraulischen Vorspannzylinder mit einem Kolben mit zwei Kolbenstangen enthält, wobei die untere Kolbenstange sich auf dem unteren Querhaupt des Ständers des Walzgerüsts abstützt und die obere Kolbenstange eine vom Einfluß der Gerüstvorspannung freie hydraulische Meßdose für die Walzkraft aufnimmt und wobei der zur Vorspannung des Gerüstes beaufschlagte Kolbenraum des Vorspannzylinders mit einer Druckmittelquelle konstanten Drucks in Verbinduug steht, dadurch gekennzeichnet, daß im Kolben ein druckgesteuertes Ventil (26) vorgesehen ist, dessen Drosselraum (f) mit dem zur Variation der Vorspannung des Gerüstes dienenden Kolbenraum (b) des Vorspannzylinders und mit einer Druckmittelquelle variablen Drucks (10) in Verbindung steht und dessen Steuerraum (d) mit dem Kolbenraum (c) der Meßdose (21) vereinigt ist. :>