ES2308528T3 - Procedimiento y dispositivo de amortiguacion de una caja de laminacion. - Google Patents

Abstract

Procedimiento activo de amortiguación de las vibraciones en una caja de laminación (1) del tipo que consta de dos montantes (2a, 2b) entre los cuales están dispuestos un conjunto de cilindros (4, 5) apilados en un plano sustancialmente vertical (P) y montados rotativamente en ampuesas (41, 51) que forman un rodamiento o cojinete, los cuales se montan de manera corrediza verticalmente entre las superficies de conducción (52) previstas a lo largo de dichos montantes, procedimiento en el cual la energía de vibración se amortigua al menos por dos masas de vibración conectadas respectivamente en cada uno de los montantes de la caja por un medio de enlace ajustable, caracterizado porque, cada masa de vibración se conecta directamente a la parte superior del montante correspondiente por un colchón de fluido incompresible contenido en una cámara de un elevador hidráulico limitado por dos elementos que se deslizan el uno en el otro, respectivamente un primer elemento que constituye por lo menos una parte de la masa de vibración y un segundo elemento fijado directamente sobre la parte superior del montante y que, en el curso del laminado, el espesor de dicho colchón de enlace se mantiene permanentemente en un valor sustancialmente constante.

Description

Procedimiento y dispositivo de amortiguación de una caja de laminación.

La presente invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo de amortiguación de las vibraciones de una caja de laminación y se aplica en particular a un laminado de productos planos en forma de banda, para los cuales la puesta en espesor y las características mecánicas se obtienen por martilleo en frío, practicado habitualmente en trenes de laminación denominados tándem, que constan de varias cajas sucesivas.

Los laminadores tándem en frío constan de una sucesión de cajas dispuestas unas al lado de las otras sobre el trayecto de la banda que garantizan una reducción progresiva del espesor. Bajo el efecto de las masas importantes que están en rotación, como los cilindros de laminado, los cilindros de apoyo, los engranajes de los reductores de mando de las cajas de laminación, tales trenes de laminado están sujetos a entrar en vibración de manera intempestiva, en particular a una gran velocidad de laminado.

Este fenómeno se puede comparar a un fenómeno de resonancia ya que se produce a una frecuencia sensiblemente fija para una caja de laminación determinada mas allá de un cierto umbral de velocidad, puede provocar variaciones de espesor, roturas de banda así como marcas en los cilindros de laminado y sobre la banda.

Este fenómeno es pues particularmente molesto para la producción ya que el remedio más inmediato para paliar este inconveniente es el de reducir la velocidad.

Aunque el origen de estas vibraciones no se ha explicado todavía perfectamente, un cierto número de causas parecen susceptibles de provocar el fenómeno, que toma su origen de la interacción entre la tracción de la banda entre las cajas y el proceso de reducción del espesor en el entrehierro de los cilindros que, teniendo en cuenta los esfuerzos generados, provoca una deformación elástica de toda la caja de laminado.

Dado que la banda se mantiene perfectamente tensa en el espacio entre dos cajas sucesivas, la tracción entre las cajas y las fuerzas de laminado reaccionan entre ellos y hay pues que efectuar un ajuste de la tracción de la banda, en cada uno de los espacios entre las cajas.

Las cajas de laminación están equipadas de dispositivos de presión de los cilindros que permiten reducir el espesor del producto laminado y también regular la tracción entre dos cajas sucesivas manteniendo, en la medida de lo posible, las condiciones de laminado constantes en cada una de las cajas y evitando así alcanzar los niveles de tracción que correrían el riesgo de causar una rotura de la banda.

De una manera general la regulación de un tren tándem en frío utiliza la ley de conservación de la masa aplicada a la banda. Como la anchura de ésta no cambia con el paso en una caja de laminación en frío, esta ley conserva el rendimiento del metal que es el producto del espesor por la velocidad. El objetivo es obtener un espesor constante a la salida de un tren tándem y para eso se mantiene el espesor de la banda en la salida de la primera caja perfectamente constante con la ayuda de los medios de sujeción de los cilindros de la primera caja, así como las velocidades de la primera y de la última caja por el control de las velocidades de las cajas.

Así las tracciones anteriores y posteriores de una caja de laminación y la fuerza de laminado interactúan a través del metal que fluye de manera elasto-plástica en el entrehierro y queda claro que una perturbación que afecta al régimen de las tracciones va a tener una consecuencia inmediata sobre el espesor. El conjunto mecánico así constituido por las cajas del laminación puede ser excitado en vibración por frecuencias vinculadas a la rotación de los cilindros y a su arrastre, como la frecuencia de la rotación de los cilindros de trabajo, las frecuencias vinculadas a los engranajes colocados sobre los reductores de las cajas etc.

En ciertas condiciones de flujo del metal entre los cilindros de trabajo y en particular según las condiciones de lubricación y según la aspereza de los cilindros, puede haber un choque en resonancia a partir de una cierta velocidad. Si no se corrige ningún parámetro, el fenómeno vibratorio es entonces divergente y puede conducir hasta la ruptura de la banda. En todo caso la longitud de la banda que ha estado sometida a las vibraciones lleva marcas importantes y variaciones de espesor que obligan a rechazarla.

Por lo tanto se pretendió caracterizar los diferentes resonadores que podían intervenir en el fenómeno para de este modo calcular sus frecuencias propias y compararlas con las frecuencias observadas sobre los equipamientos. Las cajas de laminación por lo tanto fueron objeto de elaboración de modelos más o menos sofisticados. A tal efecto se tiene por ejemplo la costumbre de considerar el aflojamiento de una caja bajo el esfuerzo de laminado como un efecto de resorte global, tomando en consideración las inercias susceptibles de ser desplazadas, es decir los cilindros de laminado y las ampuesas, el conjunto forma un sistema que agrupa resortes simples de los que se puede determinar el modo de vibración. Tal sistema se denomina de un sólo grado de libertad. Podemos también considerar una cierta amortiguación del sistema teniendo en cuenta las fricciones, por ejemplo las fricciones de las ampuesas a lo largo de las ventanas de las cajas de laminación. También se propusieron modelos mucho más elaborados en los cuales se descompuso el conjunto de las masas y la rigidez que constituían la laminación así como las diferentes partes susceptibles de fricciones y se consiguieron representaciones más precisas de los modos de vibraciones posibles sobre una caja de laminación.

En tales sistemas que implican varios grados de libertad, existen varios modos de vibración que corresponden a varias frecuencias de resonancia.

Estos modelos han sido comparados a las medidas hechas en las cajas de laminación procediendo a los registros durante los montajes en velocidad de los laminadores tándem, particularmente las últimas cajas que son las más susceptibles de entrar en vibración. Entonces se percibe que los modos de vibraciones comprendidos en dos bandas de frecuencias son particularmente molestos, porque su amplitud se vuelve grande e implica graves perturbaciones sobre las cajas de los laminadores. En comparación con la escala musical se tiene la costumbre de hablar de las frecuencias de tercera octava para las comprendidas entre 120 hercios y 250 hercios y de la quinta octava para las comprendidas entre 500 hercios y 700 hercios.

Los efectos no son por otra parte los mismos, porque ha sido constatado, por ejemplo, que las vibraciones de tercera octava provocan defectos de espesor y fracturas de la banda, mientras que las vibraciones de quinta octava provocan marcas sobre los cilindros de apoyo. Además según las condiciones precisas de laminado, la entrada en vibración no se hará siempre a la misma frecuencia sino en una de las gamas indicadas.

Se han inventado diversos dispositivos y procedimientos para crear amortiguaciones suplementarias sobre las partes que entran en vibración, por ejemplo cambiando las condiciones de entrada de la banda en el entrehierro (WO9627454).

Otros dispositivos proponen utilizar un rodillo deflector suplementario, con una fuerza de aplicación variable, de manera que absorben en parte las vibraciones de tracción que se producen en la banda (JP 8-238510, JP 8-238511 y JP 8-238512).

Tales dispositivos tienen una eficacia reconocida pero presentan el inconveniente de introducir un rodillo deflector suplementario que debe de ser mantenido en perfecto estado para no correr el riesgo de marcar la banda y necesitan, además, un sistema de control relativamente complejo que representa una dificultad suplementaria de colocación a cada introducción de la banda en la caja de laminación.

Otros dispositivos conocidos son concebidos más particularmente para dar una amortiguación suplementaria a la caja de laminación ella misma y así eliminar la entrada en vibración, o por lo menos cambiar la velocidad de rotación de los cilindros por la que el fenómeno comienza a producirse. El documento JP8-066724, por ejemplo, prevé instalar simples amortiguadores entre las ampuesas de los cilindros de trabajo, pero es necesario entonces equipar todos los juegos de cilindros de trabajo con la ayuda del dispositivo o desmontar y volver a montar el dispositivo en cada cambio de cilindro, lo que genera una pérdida de tiempo y de productividad importante.

Para evitar tales inconvenientes, se ha propuesto instalar de forma estable sobre la parte superior de la caja de los laminadores, un medio de amortiguación general compuesto por una masa de inercia, denominada masa de vibración, que se comporta como una referencia, con el fin de obtener un sistema resonante sobre una frecuencia molesta del laminador, pero cuyos movimientos estarán en oposición de fase con las partes del laminador que entrarán en vibración. Así, en la patente JP 8-247211, que sirve de base para la redacción de los preámbulos de las reivindicaciones independientes 1 y 10, una masa de vibración se instala en el vértice de cada montante de la caja de laminación y se une al montante por medio de una lámina de resorte cuyo punto de apoyo se puede desplazar para poder afinar la frecuencia de resonancia. Tal dispositivo es bastante simple de aplicar pero necesita que se afine permanente-
mente.

En efecto, la frecuencia de aparición del fenómeno de la vibración (en ingles "chatter") no es una frecuencia totalmente constante. Por ejemplo, si se considera como uno de los componentes del sistema vibratorio la masa de los cilindros de apoyo, estos últimos tienen habitualmente un diámetro comprendido entre 1200 mm y 1800 mm y se utilizan para la misma instalación en una gama de diámetro de varios centenares de milímetros. Así, para un diámetro nominal de 1600 mm, el diámetro real de los cilindros de apoyo podrá estar comprendido entre 1550 mm y 1750 mm lo que representa una variación del 13% sobre el diámetro, así pues del 26% sobre el peso. Pero otros parámetros pueden también hacer variar la frecuencia de aparición del fenómeno de "chatter", como las condiciones de lubricación del entrehierro y éstas pueden variar muy rápidamente. Estos dispositivos tienen tanta más necesidad de ser afinados sobra la frecuencia del laminador que ellos mismos presentan un pico de resonancia muy agudo.

La patente JP 09-267110 describe otro dispositivo de amortiguación que consta de una viga instalada entre las ampuesas de apoyo de los cilindros superiores y los dispositivos de presión de los cilindros. Una parte central lleva una masa de vibración y se une a los dos extremos por los dispositivos de fijación a resorte que contiene también los cilindros que forman amortiguadores.

En una variante, la masa vibrante es solidaria con una clase de pistón que puede desplazarse en una cámara cerrada llena de un fluido viscoso y que constituye así un amortiguador pasivo.

Todos estos dispositivos conocidos son bastante complejos y presentan varios grados de libertad, ya que hay que tener en cuenta varias masas unidas por diferentes piezas que forman resorte. Su respuesta en frecuencia presenta por lo tanto varios polos de resonancias y de anti-resonancias, la amplitud de los picos presentes en estos polos es importante, lo que confiere una gran eficacia al dispositivo, pero la anchura de la banda de frecuencia de cada pico es estrecha lo que requiere un acuerdo muy preciso y permanente sobre la frecuencia del fenómeno que se pretende anular.

Pero la invención tiene por objeto atenuar estos inconvenientes por medio de un procedimiento y de un dispositivo más simple y más fácil de aplicar, que presenta una banda pasante limpia relativamente ancha con relación a las variaciones posibles de frecuencia del fenómeno parásito que se desea corregir.

La invención se refiere por lo tanto, de una manera general, a un procedimiento de amortiguación de las vibraciones en una caja de laminación del tipo que consta de dos montantes entre los cuales están dispuestos un conjunto de cilindros apilados en un plano sustancialmente vertical y montados rotativamente en ampuesas que forman un rodamiento o cojinete, los cuales se montan de manera corrediza verticalmente entre las superficies de conducción proporcionadas a lo largo de dichos montantes, procedimiento mediante el cual la energía de vibración se amortigua al menos por dos masas de vibración conectadas respectivamente a cada uno de los montantes de la caja por un medio de enlace ajustable. Conforme a la invención, cada masa de vibración se conecta directamente a la parte superior del montante correspondiente por un colchón de fluido incompresible contenido en una cámara de elevador hidráulico limitado por dos elementos que se deslizan el uno en el otro, respectivamente un primer elemento que constituye por lo menos una parte de la masa de vibración y un segundo elemento fijado directamente sobre la parte superior del montante y que, en el curso del laminado, el espesor de dicho colchón de enlace se mantiene permanentemente en un valor sustancialmente constante.

Tal procedimiento permite disminuir la sensibilidad de la caja de laminación a las vibraciones, gracias a las masas de vibración situadas por encima de cada uno de los montantes, la energía de vibración de la caja de laminación se absorbe por un colchón de un fluido incompresible que constituye un enlace directo entre el vértice de cada uno de los montantes y la masa de vibración asociada.

En un modo de realización preferente, el fluido incompresible que forma el colchón de enlace se mantiene en circulación permanente en un circuito exterior conectado en la cámara del elevador, entre medios de evacuación del fluido con un caudal regulable y los medios de retorno de dicha cámara.

De manera particularmente ventajosa, los caudales de evacuación del fluido hacia el circuito exterior y de retorno a la cámara del elevador se regulan de tal modo que se mantenga el espesor del colchón de fluido en un valor óptimo sustancialmente constante.

Con este fin, según otra característica ventajosa del procedimiento de la invención, el espesor del colchón del fluido de enlace es ajustado permanentemente por un sensor de posición y se actúa sobre los medios de alimentación del fluido con la ayuda de un bucle de regulación para organizar el espesor del colchón. El arreglo del valor del espesor del colchón permite regular la rigidez del sistema de amortización a un valor óptimo.

Preferentemente, se hace variar el caudal de circulación del fluido que alimenta el colchón con la ayuda del ajuste de los medios de evacuación, de manera que regule el valor del coeficiente de amortiguación del dispositivo de amortiguación a un valor óptimo.

Sin embargo, es posible, también, variar el valor de la masa de vibración situada por encima de cada montante para regular el valor del coeficiente de amortiguación del dispositivo de amortiguación a un valor óptimo.

Según otra característica preferente de la invención, se selecciona una combinación de los valores de los ajustes del espesor del colchón de fluido, del caudal del fluido que alimenta dicho colchón y de la masa de vibración que dan un valor óptimo de la rigidez y del coeficiente de amortiguación del dispositivo de amortiguación, lo que permite centrar la banda que pasa del dispositivo de amortiguación sobre la frecuencia de vibración de la caja de lamina-
ción.

La invención cubre igualmente un dispositivo de amortiguación de las vibraciones en una caja de laminación que consta de dos montantes asociados cada uno por lo menos a una masa de vibración unida a la parte superior de dicho montante por un medio de fijación regulable constituido por lo menos por un colchón de fluido incompresible que contiene una cámara por lo menos de un elevador hidráulico limitado por dos elementos del elevador montados de manera corrediza el uno en el otro de forma estanca, respectivamente un primer elemento que constituye al menos una parte la masa de vibración y un segundo elemento fijado en la parte superior de dicho montante, cada uno de dichos elevadores está asociado a un medio de mantenimiento permanente del espesor de dicho colchón de fluido con un valor sensiblemente constante.

En un modo de realización preferente, se conecta cada elevador sobre un circuito exterior de puesta en circulación permanente del fluido contenido en la cámara de dicho elevador, entre un circuito de evacuación del fluido contenido en la cámara del elevador, equipado de un medio de ajuste del caudal evacuado y un circuito de retorno del fluido en la cámara del elevador.

Para eso, la cámara de cada elevador consta por lo menos de un orificio de salida del fluido conectado a un depósito por un circuito de evacuación provisto de un medio de ajuste del caudal evacuado y por lo menos de un orificio de entrada conectado al depósito por un circuito de retorno provisto de una bomba con caudal regulable. Preferentemente, este caudal se regula a partir de una medida, por un sensor, del espesor del colchón de fluido en la cámara del elevador, para el mantenimiento de dicho espesor en un valor sustancialmente constante.

En un modo de realización preferente, el fluido utilizado para constituir el colchón de fluido es un aceite cuya viscosidad es superior a 50 centistokes.

Otras características ventajosas de la invención aparecerán en la descripción siguiente en un modo particular de realización ilustrado por los dibujos anexos.

- La figura 1 representa una caja de laminación vista desde arriba sobre la cual se esquematiza un dispositivo según la invención.

- La figura 2 representa una vista lateral de la figura 1.

- La figura 3 representa los modelos y la respuesta en frecuencia de los dispositivos de la técnica anterior.

- La figura 4 representa un modelo simplificado del dispositivo según la invención.

- La figura 5 representa otro modelo del dispositivo según la invención.

- La figura 6 representa la respuesta en frecuencia del dispositivo según la invención.

- La figura 7 representa las curvas características de los ajustes del procedimiento de la invención.

- La figura 8 representa, en forma de superficie, el conjunto de las características del procedimiento de la invención.

Así que sobre las figuras 1 y 2 se representa una caja de laminación 1 compuesta de dos columnas de soporte 2, 2' separadas y conectadas por dos travesaños 3, 3' entre los cuales se monta un conjunto de cilindros superpuestos que tienen ejes paralelos y colocados sensiblemente en un mismo plano de presión sustancialmente perpendicular a la dirección de desplazamiento del producto.

Los laminadores se pueden hacer de diferentes tipos. De una manera general, en un laminador, el producto que debe laminarse pasa entre dos cilindros de trabajo 4, 4' que definen el plano del laminado, estos cilindros son en general de diámetro relativamente reducido respecto a las fuerzas a las cuales están sometidos, están entonces generalmente apoyados respectivamente por lo menos en dos cilindros de apoyo 5, 5' entre los cuales se aplica la fuerza del laminado.

Los laminadores del tipo "cuarto", contienen por lo tanto cuatro cilindros superpuestos, respectivamente dos cilindros de trabajo asociados, respectivamente, con dos cilindros de apoyo de diámetro más grande.

En los laminadores del tipo "sexto", los cilindros intermedios se interponen entre cada cilindro de trabajo y el cilindro de apoyo correspondiente.

Otros tipos de laminadores, que comprenden un número mayor o menor de cilindros, se conocen y utilizan en la industria.

Los cilindros toman apoyo los unos sobre los otros a lo largo de líneas de apoyo sustancialmente paralelas, y dirigidas según un generador cuyo perfil, normalmente rectilíneo depende de las fuerzas aplicadas y de la resistencia de los cilindros. Normalmente la fuerza de presión se aplica por tornillos o por elevadores 6a, 6b interpuestos entre la caja y los extremos del árbol del cilindro de apoyo superior 5', el cilindro de apoyo inferior 5' toma apoyo por estos extremos directamente sobre la caja. Aparte de este último, los otros cilindros deben poder desplazarse en relación a la caja y, con este fin, se llevan por los órganos de soporte 51, 51', montados corredizos verticalmente en dos aberturas previstas en las dos columnas de la caja.

Tales medios de presión como tornillos o elevadores 6a, 6b, toman apoyo sobre la caja, ejercen una fuerza vertical en el sentido del estrechamiento de los cilindros para el laminado del producto B que pasa entre los cilindros de trabajo.

Generalmente, cada cilindro se monta giratorio alrededor de un eje, sobre los rodamientos o cojinetes llevados por dos órganos de soporte denominado ampuesas 41, 41' y éste se monta corredizo, en paralelo al plano de sujeción P que pasa por los ejes de los cilindros de trabajo, cada uno entre dos superficies de guiado planos puestos respectivamente de una y otra parte de dicho plano de presión sobre los dos lados de la abertura correspondiente de la caja. Como los cilindros de apoyo tienen un gran diámetro, las superficies de guiado correspondientes 52, 52' generalmente se ponen directamente sobre los dos montantes de la columna correspondiente de la caja. En cambio, los cilindros de trabajo que tienen un diámetro más reducido, sus ampuesas son mas pequeñas y las superficies de guiado correspondientes 42, 42', que son mas estrechos, son puestos generalmente, sobre dos piezas macizas 7 fijadas sobre los dos montantes que encuadran la abertura y se extiende en saliente hacia el interior de ésta. Estos bloques pueden constar de dispositivos de control de la flexión de los cilindros de trabajo, generalmente de los elevadores, no representados en la figura. No es necesario describir las ventajas de todos estos dispositivos bien conocidos de las cajas de laminación, que fueron objeto de numerosas publicaciones.

El fenómeno de las vibraciones, en ingles "charter" ha sido estudiado desde hace tiempo. Como se indico anteriormente, se han propuesto distintos medios para amortiguar las vibraciones de cuyo funcionamiento se puede hacer un modelo.

De manera clásica, el análisis del comportamiento vibratorio y de los movimientos relativos de las diferentes partes de la caja las unas con respecto a las otras, para una caja de laminación que contiene elevadores de presión montados en la parte superior de los dos montantes de la caja, conduce a una representación hecha de las masas de inercia y de las rigideces que se pueden esquematizar de la manera indicada en la figura 3a, en la cual:

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m_{a} es la masa de las partes altas de las dos columnas 2, 2'

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m_{b} es la masa de las dos ampuesas de apoyo superior 51a' a 51b'

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m_{c} es la masa del equipamiento superior que comprende el cilindro de trabajo superior 4' y sus ampuesas 41a' y 41b' y el cilindro de apoyo superior 5', respectivamente m_{d} es la masa del equipamiento inferior.

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m_{e} es la masa de las dos bases de las columnas 2, 2' y de las dos ampuesas de apoyo inferiores 51a a 51b.

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k_{a} es la rigidez de las dos alturas de las columnas 2, 2'.

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k_{b} es la rigidez hidráulica de los elevadores de sujeción 6a, 6b considerados para un llenado medio de aceite.

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k_{c} es la rigidez de la conexión entre la ampuesa de apoyo superior 51a', 51b' y el cilindro de apoyo superior 5'.

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k_{d} es la rigidez del aplanamiento de los cilindros y de la rigidez de la chapa.

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k_{e} es la rigidez de la conexión entre la ampuesa de apoyo inferior 51a, 51b y el cilindro de apoyo inferior 5.

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k_{f} es la rigidez de las dos bases de dos columnas 2 y 2'.

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Una caja de laminación puede así modelarse de manera bastante precisa cuando se quiere estudiar la influencia de las diversas partes constitutivas sobre el fenómeno vibratorio. Pero se puede también simplificar los cálculos conservando sólo un modelo del tipo representado en la figura 3b. Tal modelo es en general suficiente para estudiar el efecto de un amortiguador exterior C añadido a una caja de laminación, para tratar de remediar el problema de las vibraciones. Los valores de M, K y C son entonces tomados por combinación de todas las masas de inercia y de las rigideces según las leyes bien conocidas de la mecánica de las vibraciones para el montaje en serie y en paralelo de los resonadores.

La figura 3c muestra el modelo de un dispositivo de amortiguación del tipo conocido en la técnica anterior, que consta de una masa de inercia m, ahora denominada masa de vibración, unida a la caja de laminación de masa M y de rigidez K por un sistema de resorte k y un amortiguador viscoso c.

La figura 3d es un diagrama que muestra la respuesta en frecuencia de tal sistema con, en abscisa, la frecuencia \nu de la fuerza de excitación indicada en hercios y, en ordenada, la función de transferencia Y/F tal y como indicamos anteriormente. La curva en punteado muestra la respuesta de la caja sola y la curva en trazos plenos, la respuesta del sistema de amortiguación esquematizada sobre la figura 3c.

Parece ser que la respuesta de tal sistema en varios grados de libertad contiene por lo menos dos polos. La atenuación puede ser fuerte pero necesita otorgar el dispositivo de amortiguación sobre la frecuencia del fenómeno que debe de atenuar, porque la banda que pasa de cada polo es estrecha. Cuantas más rigideces tenga el dispositivo propuesto, habrá más polos y más necesidad de concordar la buena resonancia del dispositivo con la frecuencia de aparición del fenómeno de "chatter" sobre la caja de laminación.

En el procedimiento de la invención cuyo funcionamiento se esquematiza sobra las figuras 4, 5, 6, 7, se realiza un enlace entre la masa de vibración 8 y la parte superior 21 de los montantes 2 que no consta de ampuesas de enlace, o al menos cuya rigidez es infinitamente grande y que se realiza por un colchón 83 de un fluido incompresible y viscoso. El conjunto del dispositivo 9 de la invención está representado en las figuras 1 y 2. La caja de laminación 1 es de un tipo clásico descrito más arriba. Los montantes 2 y 2' constituyen una caja de laminación en la cual está dispuesta una pluralidad de cilindros sustancialmente en un mismo plano P sensiblemente vertical. Un par de cilindros de diámetro relativamente reducido 4, 4' constituyen los cilindros de trabajo en contacto directo con el producto B. Éstos se montan rotativamente en los rodamientos o cojinetes 41, 41' ahora denominados ampuesas y se pueden deslizar verticalmente por una abertura prevista en los montantes. De una manera conocida estas ampuesas se guían en bloques hidráulicos 7 instalados en las aberturas de las columnas 2, 2' y permiten disponer de medios de cimbreo de los cilindros de
trabajo.

Los cilindros de trabajo se apoyan sobre los cilindros de apoyo 5, 5', que también están montados giratorios en los rodamientos o cojinetes o en las ampuesas 51a, 51b, 51'a, 51'b que pueden deslizarse verticalmente en las aberturas previstas en los montantes 2, 2'. La fuerza necesaria para la reducción del espesor del producto B es proporcionada por ejemplo por los elevadores hidráulicos de presión 6a, 6b que están instalados por ejemplo en la parte superior de los montantes 2, 2'. Ejercen su fuerza sobre los extremos del cilindro de apoyo superior 5' a través de los rodamientos o cojinetes 51'a, 51'b. Por contra el cilindro de apoyo inferior está bloqueado verticalmente en la base de la caja por sus rodamientos o cojinetes 51a, 51b que están directamente en apoyo sobre el fondo de la abertura prevista en los montantes 2, 2'.

Según la invención, se instala sobre cada vértice 21, 21' de los montantes 2, 2' una estructura 8a, 8b susceptible de recibir por lo menos una masa de vibración 82a, 82b.

La estructura 8a, 8b puede ventajosamente tener una parte de forma hueca 81a, 81b para constituir el cilindro de un elevador hidráulico y las masas de vibración constan de un extremo saliente que forma el pistón de este elevador hidráulico. La cavidad formada en el interior de este elevador se llena de un fluido incompresible que constituye el colchón 83 que realiza un enlace sin rigidez entre el vértice 21 de los montantes de la caja de laminación y la masa de vibración 8 destinada a amortiguarlo.

De una manera general, los amortiguadores de aceite tienen modos de realización bien conocidos como, por ejemplo, en el campo del automóvil. Para obtener el efecto de la amortiguación, el aceite se comprime en una cámara del elevador y en general puede escaparse por un orificio calibrado que limita la velocidad de salida del fluido a causa de su viscosidad. Este orificio calibrado se denomina estrechamiento o estrangulador.

Es necesario entonces un dispositivo de llamada para hacer volver el amortiguador a su estado inicial bombeando el fluido en la cámara donde se encontraba al comienzo del ciclo y volver a tener una capacidad de amortiguación. Por otro lado después de un cierto tiempo de funcionamiento o después de un cierto número de ciclos de funcionamiento la amortiguación no se encuentra ya en condiciones de garantizar su función. En efecto el envejecimiento de la reserva de aceite, o también la disminución, incluso la pérdida de esta reserva en las fugas del dispositivo la hacen ineficaz. El dispositivo de llamada es en general un resorte que presenta el inconveniente de introducir una rigidez en paralelo con el amortiguador propiamente dicho, y en consecuencia, como se ha dicho, de introducir varios grados de libertad, y por consecuencia, de polos en la respuesta en frecuencia y de necesitar un acuerdo preciso.

Para evitar este inconveniente, en un dispositivo según la invención, el colchón de aceite 83 se mantiene en circulación permanentemente por una bomba 91. Un depósito 90 puede instalarse ventajosamente sobre la masa de vibración 82. El aceite circula bajo la acción de la bomba 91, se introduce en la cámara del elevador con la ayuda de tuberías adecuadas por los orificios taladrados en el cuerpo del elevador constituido por la estructura 81 o, según las comodidades de la realización práctica, perforados a través de la parte que constituye el cuerpo del elevador 82. Un conducto de evacuación se realiza de una manera semejante y el aceite vuelve al depósito pasando a través de un orificio de calibre regulable 92 que constituye el estrechamiento. Tal dispositivo por lo tanto se mantiene permanentemente en una posición de funcionamiento y no ve mermar sus características en el tiempo, el aceite que renueva permanentemente y el depósito tiene una capacidad suficiente con relación a la cantidad de fluido necesario para el mantenimiento del colchón de fluido de altura h. Según una disposición esencial de la invención el espesor h del colchón de fluido 83 se mide por un captador adaptado, o su nivel se detecta de tal modo que dirige la bomba para mantener el nivel sensiblemente constante. La energía de vibración absorbida se disipa por el fluido en el estrangulador así como una parte de la potencia permanente utilizada para la circulación del fluido en el conjunto del circuito. Es por lo tanto deseable prever sobre el circuito de circulación del aceite un dispositivo de enfriamiento que evite una elevación de la temperatura demasiado importante del fluido. Tales dispositivos pueden instalarse en serie en el circuito de fluido o ser objeto de un
montaje en derivación, pero son bien conocidos por los expertos en la técnica y no es necesario describir las ventajas.

Por lo tanto es posible en el dispositivo de la invención, y según las necesidades de amortiguación de la caja de laminación en cuestión, de disponer una masa de vibración 82 de valor más o menos elevado en la estructura 8, del mismo modo se podrá prever según las necesidades una altura h más o menos importante para el colchón de fluido 83.

Es también ventajoso para obtener la amortiguación optima, regular el estrangulador lo que permite hacer variar la energía absorbida, o de utilizar un fluido de viscosidad adaptada, por ejemplo un aceite del que se elegirán sus características de flujo en función de las necesidades. Todos estos parámetros constituyen los medios de determinación o de ajuste de las prestaciones del dispositivo de amortiguación.

El modelo de tal dispositivo esta representada en las figuras 4 y 5.

La figura 4 ilustra un esquema con un solo grado de libertad que permite determinar el comportamiento global del sistema y calcular las dimensiones de las masas de vibración que deben instalarse, los gastos que hay que prever así como las bombas. La figura 5 ilustra un modelo más preciso que vuelve a coger el modelo de la caja de laminación ya descrita anteriormente.

Se añade un dispositivo de amortiguación compuesto de una masa m y unido a la caja por el amortiguador viscoso c y se puede tener en cuenta la masa m_{f} del soporte y la rigidez k_{g} del enlace con este último. En el dispositivo de la invención la masa de vibración está unida directamente a la caja de laminación por el colchón de fluido.

Entonces, la compresión de un fluido es dada por la relación:

\frac{\Delta V}{V} = X_{T}\DeltaP

Esta relación pone de manifiesto que la variación relativa de volumen está unida a la variación de presión por la compresibilidad isotérmica: X_{T}. Ahora bien, en una relación como la descrita es posible funcionar con la ayuda de una presión hidráulica débil, del orden de unos pocos bares. La variación de presión posible será por lo tanto, ella también, débil y el fluido puede entonces considerarse como incompresible, lo que permite considerar la rigidez k_{g} del enlace como infinito.

Por otra parte el fluido utilizado en el procedimiento de la invención debe ser viscoso, es en efecto el flujo en el estrangulador quien disipará la energía de las vibraciones intempestivas.

Se puede pues elegir un coeficiente de amortiguación \varepsilon del dispositivo de amortiguación por la elección apropiada del fluido, y en particular la elección del aceite y de su viscosidad.

La viscosidad cinemática interviene en los cálculos teóricos y en los modelos, se expresa habitualmente en unidades internacionales en m^{2}/s pero es normal utilizar un múltiplo de esta magnitud que es el centistoke (10^{6} centistokes = 1 m^{2}/s). En el procedimiento de la invención se considera el uso de aceites de viscosidad por lo menos igual a 50 centistokes. La elección de los aceites permite hacer variar esta magnitud hasta varios centenares de centistokes y esto aún mejor que esta magnitud dependa de la temperatura, lo que proporciona también un medio suplementario de hacerlo variar, por lo tanto de regular los parámetros del procedimiento de amortiguación.

Un procedimiento de amortiguación de una caja de laminación según la invención presenta las características completamente diferentes de las de los sistemas clásicos y se ilustran mediante la representación de las figuras 6, 7 y 8. Es normal poner en ecuación el comportamiento de un sistema en un grado de libertad, tal como se representa en la figura 4, calculando la respuesta en frecuencia del sistema que se debe de amortiguar y el del sistema al cual se añadió el dispositivo de amortiguación, así como el coeficiente de amortiguación del conjunto. Para esto se señala por y_{1} la ordenada del extremo libre del dispositivo susceptible de entrar en vibración de manera intempestiva con relación a una marca absoluta, es decir con relación a un punto de dicho dispositivo que permanecerá sin ningún movimiento durante el fenómeno. En el contexto de la invención y_{1} señala un punto en lo alto de las columnas 21 de la caja de laminación 1 con relación a un punto de la parte inferior unida a las fundaciones. De la misma manera y_{2} señala la ordenada del movimiento de un punto de la masa de vibración 82a, 82b del dispositivo de amortiguación 9. Es f una fuerza de excitación cualquiera que ejerce sobre la masa del sistema que se quiere amortiguar, es la caja de laminación 1. La puesta en ecuación se efectúa de manera clásica escribiendo el equilibrio de un sistema aislado y considerando de una parte la caja de laminación 1, y de otra parte un conjunto constituido por la caja de laminación y de su dispositivo de amortiguación 9.

En los dos casos la función de transferencia es, T = \frac{Y}{F}, Y y F son respectivamente las transformadas de Laplace del desplazamiento y_{1} de un punto del sistema y de la fuerza de impulsión f.

La respuesta en frecuencia se representa en la figura 6. Se observa sobre esta figura una característica del procedimiento de la invención comparando su forma a la de la respuesta en frecuencia de los dispositivos según la técnica anterior representada en la figura 3d.

Para una misma amplitud de resonancia del dispositivo que se desea amortiguar, la respuesta en frecuencia del dispositivo de amortiguación presenta una amplitud menor que la de los dispositivos conocidos, pero tiene la ventaja de tener un único polo ya que, como se indicó mas arriba, un dispositivo según la invención no introduce rigidez suplementaria.

Parece ser que la banda que pasa en el dispositivo de la invención se amplia con relación a la de los dispositivos conocidos, lo que hace que no sea necesario concordar el dispositivo sobre la frecuencia del fenómeno molesto. Esta banda de paso es en efecto más amplia que el espectro de las frecuencias según las cuales el fenómeno de "chatter" se produce. Sin embargo es necesario calcular las dimensiones de los diferentes componentes del dispositivo de amortiguación según la invención para tener una eficacia suficiente frente a las masas y las rigideces que constituyen el dispositivo a amortiguar. El estudio teórico muestra que la amplitud de la amortiguación, así como la anchura de espectro cubierto son tanto más elevadas cuanto mas importante es la masa de la vibración m. En la práctica es evidentemente necesario poder instalar las masas de amortiguación 82a, 82b, en sus estructuras de apoyo 81a, 81b así como en el conjunto del dispositivo 9.

Otra ventaja importante de la invención es la facilidad de instalación de este dispositivo 9.

En efecto se sitúa en lo alto de la caja, se fija en los vértices 21a, 21b de los montantes 2a y 2b en un lugar o en general hay un lugar disponible en una caja de laminación.

Puede instalarse de forma estable ya que esta zona nunca le concierne a la explotación operacional del laminador y no necesita ningún desmontaje o nuevo montaje en las distintas fases de las operaciones. A pesar de todo el lugar se limita sin embargo al lugar disponible en el vértice de las columnas 2a, 2b y puede ser necesario optimizar el conjunto de los parámetros. El dimensionamiento de las masas de vibraciones instaladas en las estructuras de soporte 81a, 81b va a permitir centrar el espectro de acción del dispositivo de amortiguación sobre la banda de frecuencia de la zona de aparición del fenómeno indeseable del "chatter".

De una manera general, el estudio de la función de transferencia, representada por Y/F, permite hacer esta optimización. Se puede extraer de esta función la tasa de amortiguación \xi que es la amortiguación del conjunto del sistema. Esta tasa es de una magnitud sin dimensión cuyo valor se comprende entre 0 y 1. Un valor próximo a 0 representa un sistema oscilante y un valor próximo de 1 representa un sistema completamente amortiguado que tendrá una respuesta a un impulso de fuerza sin ninguna oscilación. La tasa \xi es una función de las características del dispositivo a amortiguar, y también de las características del dispositivo de amortiguación mismo. En particular, en el procedimiento de la invención, esta tasa, que da el valor del resultado del sistema, depende de los valores de la masa de vibración 82a, 82b, del coeficiente de amortiguación \varepsilon, que es la amortiguación aportada por el dispositivo de amortiguación, definida por el estrangulador 92 y la viscosidad del aceite utilizado y de la altura h del colchón de aceite.

\xi = f(m, \varepsilon, h)

Las variaciones de esta tasa de amortiguación se representan en la figura 7. La forma de estas curvas son una característica del procedimiento de la invención, en particular se debe al hecho de que no ha sido introducida por rigidez suplementaria gracias a la utilización del colchón de aceite en circulación cuyo nivel se regula como órgano de enlace directo de la masa de vibración con el dispositivo que hay que amortiguar.

Como se ha indicado anteriormente, se puede definir una altura óptima del colchón de aceite que corresponde a la rigidez del sistema de amortiguación k_{g} que permite amortiguar lo mejor posible las vibraciones de la caja. Esta rigidez será de todas formas muy elevada, sobre todo si se utiliza el aceite a baja presión, pero el ajuste de la altura del colchón de aceite permite a pesar de todo tener una determinada zona de ajuste.

Las curvas de la figura 7 se han trazado para diferentes valores de la masa de vibración y representan la tasa de amortiguación \xi del conjunto de la caja de laminación en función al coeficiente de amortiguación propio \varepsilon aportado por el procedimiento de la invención. Se observa por lo tanto que existe un valor óptimo del valor de \varepsilon para tener un sistema amortiguado al máximo. Según el valor de la masa de vibración instalada y la naturaleza del fluido viscoso elegido, así como el valor óptimo h del espesor del colchón de fluido en circulación, se podrá pues ajustar el estrangulador 92 para tener el valor deseado para la tasa de amortiguación \xi y esto acondicionará el caudal que debe suministrar la bomba 91.

Otra representación de las características del procedimiento de la invención se da en la figura 8 bajo forma tridimensional. La superficie representa, para una masa de vibración determinada, la función de transferencia T = Y/F en función de la frecuencia \nu de la fuerza de excitación f y del coeficiente de amortiguación \varepsilon. Ésta representación pone en evidencia un ajuste óptimo para una banda de frecuencia centrada en la zona de frecuencia del "chatter".

Todo el dispositivo de la invención puede ajustarse de una vez para siempre en el momento de su colocación. Es otra ventaja del procedimiento de la invención ya que no necesita ningún reglaje o ajuste en el curso de la explotación de la instalación de laminación. No necesita en particular ajustarse después del cambio de los cilindros de trabajo o de los cilindros de apoyo.

De una manera práctica los estudios teóricos y las experimentaciones de la solicitante mostraron que la instalación de una masa de vibración de 5 toneladas en lo alto de cada columna permitía obtener muy buenos resultados. Esta instalación sobre un dispositivo del tipo elevador hidráulico permite funcionar a una presión del orden de 2 bares y la potencia necesaria de la bomba es del orden de 1 kW.

Así para una caja de laminación cuya tasa global de amortiguación \xi tiene un valor del orden de 4%, el procedimiento de la invención permite aumentar la tasa global de 1,5% al 2% para llevarlo a un valor del orden del 6%. Dicho de otro modo el procedimiento según la invención permite aumentar un 50% el valor de la tasa de amortiguación de una caja de laminación.

De una manera práctica si se considera un laminador tándem para el cual la velocidad típica de aparición del fenómeno de "chatter" es de 1400 m/min., el dispositivo de la invención permitirá aumentar esta velocidad un valor que puede ir hasta 240 m/min., es por lo tanto, directamente, un aumento de la productividad de la instalación del 17% que podrá así obtenerse por el procedimiento de la invención.

Pero la invención no se limita únicamente al modo de realización descrito. Así se podrá realizar de diferentes maneras la circulación del fluido que abastece el colchón 83 de aceite y disponer del orificio de estrechamiento 92 sobre un orificio de una de las partes que constituyen los elevadores 82, 83 o bien sobre la tubería. Así mismo se podrá realizar la regulación de la altura h del colchón 83 de diferentes formas, con la ayuda de un sensor de posición de una bomba con caudal variable o bien con la ayuda de detectores de nivel y de un dispositivo de conjunción / disyunción permaneciendo al mismo tiempo en el ámbito de la invención.

La realización del dispositivo que permite constituir el colchón de aceite en un recinto hermético podrá también dar lugar a todas las variantes posibles sin salir del dominio de la invención.

Así mismo las señales de referencia insertadas después de las características técnicas mencionadas en las reivindicaciones, tienen por único objetivo facilitar la comprensión de estos últimos y no limitan en ningún caso el alcance.

Claims (15)

1. Procedimiento activo de amortiguación de las vibraciones en una caja de laminación (1) del tipo que consta de dos montantes (2a, 2b) entre los cuales están dispuestos un conjunto de cilindros (4, 5) apilados en un plano sustancialmente vertical (P) y montados rotativamente en ampuesas (41, 51) que forman un rodamiento o cojinete, los cuales se montan de manera corrediza verticalmente entre las superficies de conducción (52) previstas a lo largo de dichos montantes, procedimiento en el cual la energía de vibración se amortigua al menos por dos masas de vibración conectadas respectivamente en cada uno de los montantes de la caja por un medio de enlace ajustable, caracterizado porque, cada masa de vibración se conecta directamente a la parte superior del montante correspondiente por un colchón de fluido incompresible contenido en una cámara de un elevador hidráulico limitado por dos elementos que se deslizan el uno en el otro, respectivamente un primer elemento que constituye por lo menos una parte de la masa de vibración y un segundo elemento fijado directamente sobre la parte superior del montante y que, en el curso del laminado, el espesor de dicho colchón de enlace se mantiene permanentemente en un valor sustancialmente constante.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque, el fluido incompresible que forma el colchón de enlace se mantiene en circulación permanente en un circuito exterior conectado a la cámara del elevador, entre medios de evacuación del fluido con un caudal regulable y medios de retorno en dicha cámara.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque, los caudales de evacuación del fluido hacia el circuito exterior y de retorno a la cámara del elevador se regulan de tal modo que se mantenga el espesor del colchón del fluido en un valor óptimo sustancialmente constante.

4. Procedimiento según la reivindicaron 3, caracterizado porque, un sensor de posición montado en la masa de vibración (82a, 82b) da permanentemente el espesor (h) del colchón de fluido (83) de enlace.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizada porque, el espesor (h) del colchón de fluido (83) se regula con la ayuda de la indicación del sensor de posición, de los medios de alimentación (91) del fluido y utilizando un bucle de regulación.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, el espesor (h) del colchón de fluido (83) se regula para ajustar el valor de la rigidez del sistema de amortiguación a un valor óptimo.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 a 6, caracterizado porque, el ajuste del caudal de circulación del fluido del colchón de fluido (83) con la ayuda de lo medios de evacuación (92) de calibre ajustable permite determinar un coeficiente de amortiguación del dispositivo de amortiguación (9) que tiene un valor óptimo.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 a 7, caracterizado porque, el valor de la masa de vibración (82a, 82b) situada sobre cada montante (2a, 2b) se regula de tal modo que determine un coeficiente de amortiguación del dispositivo de amortiguación (9) que tiene un valor óptimo.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, se selecciona una combinación de los valores de los ajustes del espesor (h) del colchón (83) de fluido, del caudal del fluido que alimenta dicho colchón, y del valor de la masa de vibración (82a, 82b) situado encima de cada montante, dando un valor óptimo de la rigidez y del coeficiente de amortiguación del dispositivo de amortiguación (9), permitiendo centrar la banda que pasa de dicho dispositivo de amortiguación (9) sobre la frecuencia de vibración de la caja de laminación (1).

10. Dispositivo de amortiguación de las vibraciones de una caja (1) de laminación compuesta por un conjunto de cilindros (4, 5) superpuestos, con ejes paralelos, dispuestos a lo largo de un plano sustancialmente vertical y montados rotativamente, en sus extremos, cada uno sobre dos ampuesas formando rodamientos o cojinetes, montados de manera corrediza entre las superficies de conducción previstas a lo largo de dos montantes de la caja, cada montante esta asociado a una masa de vibración conectada a una parte superior de dicho montante, por un medio de enlace regulable, caracterizado porque, el medio de enlace de cada masa de vibración con montante correspondiente está constituido por lo menos por un colchón de fluido incompresible contenido en una cámara por lo menos por un elevador hidráulico limitada por dos elementos de elevador montados de manera corrediza uno en el otro de forma estanca, respectivamente un primer elemento que constituye por lo menos una parte de la masa de vibración y un segundo elemento fijado sobre la parte superior de dicho montante, y que cada uno de dichos elevadores se asocia a un medio de mantenimiento permanente del espesor de dicho colchón de fluido a un valor sustancialmente constante.

11. Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado porque, cada elevador se conecta sobre un circuito exterior de puesta en circulación permanente del fluido contenido en la cámara de dicho elevador, entre un circuito de evacuación del fluido contenido en la cámara del elevador, equipado de un medio de ajuste del caudal evacuado, y un circuito de retorno de fluido en la cámara del elevador.

12. Dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado porque, el circuito de evacuación del fluido se provee de un orificio de calibre regulable que forma un estrangulador (92) de ajuste de la velocidad de salida del flujo en dicho circuito de evacuación.

13. Dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado porque, la cámara de cada elevador hidráulico puesto sobre la parte superior de un montante correspondiente de la caja consta por lo menos de un orificio de salida del fluido conectado a un depósito por un circuito de evacuación provisto de un medio de ajuste del caudal evacuado y por lo menos de un oficio de entrada conectado al deposito por un circuito de retorno provisto de una bomba con caudal regulable.

14. Dispositivo según la reivindicación 12, caracterizado porque, el caudal de la bomba de retorno del fluido se regula a partir de una medida, por un sensor, del espesor del colchón de fluido en la cámara del elevador, para el mantenimiento de dicho espesor en un valor sustancialmente constante.

15. Dispositivo de amortiguación de una caja de laminación (1) según una de las reivindicaciones 10 a 14, caracterizado porque, el fluido utilizado es el aceite de viscosidad superior a 50 centistokes.