SU850244A1 - Система автоматической стабилиза-ции ТОлщиНы пОлОСы - Google Patents

Description

Изобретение относится к прокатке ‘ металлов, а именно к контрольном и регулирующим устройствам прокатных станов, реагирующих на изменение давления валков, и может быть исполь« зовано для регулирования толщины полосы при прокатке.

Известна система автоматической стабилизации толщины полосы, содержащая два контура: гидравлический

Λ замкнутый контур противоизгиба рабочих валков с регулятором давления объемного типа, который осуществляет косвенное измерение толщины полосы на выходе из клети, а также компенсацию поперечной разнотолщинности и гидравлический открытый контур распора опорных валков с регулятором давления дроссельного типа, который осуществляет компенсацию продольной разнотолщинности.

В подобных системах при изменеюш усилия прокатки (давления валков), обусловленного изменением свойств прокатываемого металла или другими причинами, изменяется раствор валков. При этом по сигналу датчика давления электрическая часть системы формирует управляющие сигналы на регуляторы давления контуров распора опорных и противоизгиба рабочих валков. Давление в указанных контурах изменяется в соответствии с алгоритмами управления до тех пор, пока сигналы рассогласований, вызванные изменением зазора между валками, не станут равны нулю [1].

Недостаток данной системы заключается в том, что вследствие больших диаметров гидроцилиндров противоизгиба рабочих валков и питающих трубопроводов, определяемых значительными усилиями воздействия на валки, гидравлический замкнутый контур противоиэгиба имеет малую жесткость, что в конечном итоге снижает чувствительность всей системы.

валков и противоизгисистему допол3

Наиболее близкой к предлагаемой является система автоматической стабилизации толщины полосы, содержащая гидравлический контур распора опорных валков, гидравлический контур противоизгиба рабочих валков с вмонтированными в их опорах силовыми элементами воздействия на валки и замкнутый измерительный гидравлический контур с.вмонтировавшими в опоры рабочих Валков элементами измерения раствора валков (в дальнейшем измерительные цилиндры), полости которых гидравлически соединены с датчиком давления, запорным клапаном и задатчиком давления, причем датчик давления через блок памяти и блок сравнения соединен с усилителем, выход которого через блоки формирования управляющих сигналов соединен с регуляторами давления гидравлического контура распора опорных гидравлического контура ба рабочих валков.

Введение в известную нительного замкнутого измерительного контура, выполняющего только функции измерения, позволяет соответствующим выбором диаметров его измерительных цилиндров и трубопроводов ВЫПОЛНИТЬ этот контур достаточно жестким, и следовательно, более чувствительным к изменениям усилий прокатки от возмущающих факторов [2].

Недостаток известной системы состоит в том,что при увеличении раствора валков в процессе прокатки плунжер измерительного цилиндра выдвигается,меняя таким образом давление в замкнутом измерительном контуре, при этом энергия сжатой жидкости'затрачивается на преодоление сил трения в уплотнительном узле цилиндра, т.е. часть давлешя в измерительном цилиндре расходуется на компенсацию сил трения в узле уплотнедая Во время движешь Плунжера. Таким образом, при движении плунжера измерительного цилиндра во время увеличения раствора валков система, обрабатывающая возмущения по изменению давления в замкнутом контуре, получает информацию об, его изменении с некоторой погрешностью (за вычетом потерь на трение). Причем относительная величина этой погрешности зависит от типа уплотнений и диаметра измерительного цилиндра, последнее можно доказать, рассмотрев ) 4 формулу потерь на трение в уплотнениях гидравлического цилиндра.

Усилие, развиваемое цилиндром, равно (^—д-РСила трения в узле уплотнения равна f -ItdVipi

Относительная величина потерь равна

F _Έά1ΐρ£ 4h

G d ¹ · зо где f - коэффициент трения материала узла уплотнения.

Р - давление в гидроцилиндре; h - высота узла уплотнения; d - диаметр цилиндра.Относительная величина потерь на трение зависит от соотношения высоты узла уплотнения и диаметра цилиндра. Рассмотрение типов уплотнений гидроцилиндров показывает,что отношение И/d тем больше, чем меньше диаметр цилиндра (например уплотнения по ГОСТ 6969-54, ГОСТ 9833-73).

Следовательно, для повышения досто верности информации о величине раствора валков по изменению давления в измерительном контуре при увеличении раствора (например при непрерывном температурном клине полосы) с одной стороны желательно увеличивать диаметр измерительного цилиндра ( Для уменьшения потерь на трение в узле уплотнений,, а с другой стороны повысить чувствительность измерительного гидравлического контура можно при уменьшении его диаметров (повышение жесткости гидравлического контура). Однако повышение чувствительности системы за счет повьанения жесткости замкнутого измерительного контура, в котором перемещение плунжера измерительного цилиндра осуществляется энергией сжатой жидкости, приводит к увеличению потерь указанной энергии на преодоление сил трения в узле уплотнения, а следовательно, к расходу части давления в цилиндре на компенсацию сил трения. Указанный недостаток искажает величину изменения давления в измерительном контуре

850244 6 при увеличении расстояния между опорами рабочих валков.

Цель изобретения - повышение достоверности результатов за счет исключения влияния сил трения в узле уплот-$ нения элементов измерения раствора валков. .

. Поставленная цель достигается тем, что силовые элементы воздействия на рабочие валки и элементы измерения щ раствора валков выполнено в виде гидравлического цилиндра со ступенчатым плунжером, образующим внешннюю кольцевую и внутреннюю полости, при этом внешняя кольцевая полость соеди- и йена с гидравлическим контуром противоиэгиба рабочих валков, а внутренняя полость - с замкнутым измерительным гидравлическим контуром.

Благодаря такому выполнению элемен-'о тов воздействия на рабочие валки и элементов измерения раствора валков исключается влияние сил трения в узле уплотнения элементов измерения (плунжера цилиндра измерительного контура) 25 так как компенсация сил трения осу« ществляется не частью давления замкнутого измерительного контура, а за счет внешних сил, развиваемых в гидравлическом контуре противо- . зо изгиба рабочих валков и осуществляю щих принудительное перемещение указанного плунжера.

На чертеже показана блок-схема системы автоматической стабилизации толщины полосы четырехвалковой клети прокатного стана.

Система автоматической стабилизации толщины полосы включает измери- ₄₀ тельный цилиндр 1, вмонтированный в подушку рабочих валков, цилиндры 2 распора клети, расположенные в подушках опорных валков, датчики 3-5 давления, подключенные к из- ₄₅ мерительному гидравлическому контуру и к гидравлическим силовым контурам и преобразующие изменения давления в электрические сигналы, блоки 6-8 памяти, содержащие информацию о на- ₅₀ чальном давлении в контурах, блоки 9-11 сравнения, сравнивающие электрические сигналы от датчиков давления и блоков памяти, усилители 12-14 сигналов, повышающие мощность & сигналов от блоков сравнения, блоки 15 и 16 формирования управляющих сигналов , вырабатывающие управляющие им- . пульсы в соответствии с заданным алгоритмом управления, задатчик 17 давления устанавливающий предел давления в измерительном контуре, электрогидравлические преобразователи 18 и 19, преобразующие поступающие электрические сигналы в давлении жидкости в контурах, и запорный клапан 20, отсекающий измерительный контур от питающей магистрали насоса 21, питающего гидравлической, энергией систему. Плунжер измерительного цилиндра I выполнен ступенчатым и состоит из двух частей 22 и 23. Причем часть 23.плунжера образует с цилиндром I внешнюю кольцевую полость - полость А, подключенную к гидравлическому контуру противоизгиба рабочих валков,4 а часть плунжера 22 образует с цилиндром. 1 внутреннюю полостьБ, подключенную к замкнутому измерительному гидравлическому контуру. Причем диаметр полости Б и диаметр подключенного к ней трубопровода выполнены значительно меньшими, чем диаметр внешней»кольцевой полости’А.

Система работает следующим образом.

Насос 21 заполняет рабочей жидкостью через электрогидравлический преобразователь 19 контур распора опорных валков, через электрогидрав-¹ лический преобразователь 18 контур противоизгиба рабочих валков и через задатчик 17 давления измерительный контур. Величина начального давления устанавливается оператором стана с помощью непосредственной подачи электрических сигналов в электрогидравлические преобразователи 18 и 19 и задатчик 17 давления. После захода прокатываемой полосы в зев валков клапан 20 закрывает гидравлический измерительный контур,отсекая его от задатчика 17 давления, и блоки 6-8 памяти запоминают величину электрического сигнала, соответствующую начальным давлениям в контурах.

В процессе прокатки изменение усилия давления полосы на валки по причинам производственного характера (температурный перепад по длине полосы, биение опорных валков и пр.) вызывает изменение расстояния между подушками рабочих валков н,следовательно, давления в замкнутом гидравлическом контуре. Измененная величина давления сравнивается в блоке f9 сравнения с величиной заданного давления и электрический сигнал'поступает в усилитель 12. Усиленный сигнал поступает в блоки 15 и 16 формирования управляющих сигналов, которые в соответствии с заданным алгоритмом управления вьфабатывают управляющие сигналы, воздействующие на входы электрогидравлических преобразователей 18 и 19. Электрогидравлическиё преобразователи изменяют давление в цилиндрах противоизгиба рабочих валков и распора опорных валков, компенсируя, тем самым, поперечную и продольную раэнотолщинность полосы.

Электрические цепи, состоящие из датчиков 4 и 5 давления, блоков 7 и 8 памяти, блоков 10 и 1I сравнения, усилителей 13 и 14 сигналов контролируют величину отработанного электрогидравлическими преобразователяи 18 и 19 сигнала и осуществляют обратную связь по давлению контуров распора противоизгиба рабочих валков и распора опорных валков с блоками 15 и 16 формирования управляющих сигналов.

Вследствие жесткой связи плунжеров 22 й 23 цилиндров измерительного контура и контура противоизгиба рабочих валков при увеличении зазора между валками полностью исключается влияние сил трения в узле уплотнения плунжера 23 измерительного контура на величину изменения давления в измерительном контуре. Следовательно, повышается чувствительность системы, позволяющая с большей точностью стабилизировать толщину проката при выходе из клети, вести прокатку в более жестком поле допуска на толщину проката. _ .

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к прокатке металлов, а именно к контрольш 1м и регулирующим устройствам прокатных станов, реагирующих на изменение дав лени  валков, и может быть использовано дл  регулировани  толщины полосы при прокатке. Известна система автоматической стабилиз.ации тол1ф1НЬ1 полосы, содержаща  два контура: гидравлический замкнутый контур противоизгиба рабоч валков с регул тором давлени  объемного типа, который осуществл ет косвенное измерение толщиш 1 полосы на выходе из клети, а также компенсащоо поперечной разнотолщинности к гидра лический открытый контур распора опЬ ных валков с регул тором давлени  дроссельного типа, который осуществл ет компенсацию продольной разното  щинности. В подобных системах при измене1ши усили  прокатки (давлени  валков), обусловленного изменением свойств , прокатываемого металла или другими причинами, измен етс  раствор валков. При зтом по сигналу датчика давлени  электрическа  часть системы формирует управл ющие сигналы на регул торы давлени  контуров распора опорных и противокзгйба рабочих валков. Давление в указанных контурах измен етс  8 соответствии с алгоритмами управлени  до тех пор, пока сигналы рассогласований , вызванные изменением зазора между валками, не станут равны нулю l. Недостаток данной системы заключаетс  в том, что вследствие больших диаметров гидр щилиндров противонзгиба рабочих валков и питающих трубопроводов , определ емых значительными УСИЛИЯМИ воздействи  на валки, гидравлический замкнутый контур противоизгиба имеет малую жесткость, что в конечном итоге снижает чувствительность всей системы. 38 Наиболее близкой к предлагаемой  вл етс  система автоматической стабилизации толщиша полосы, содержаща  гидравлический контур распора опорны валков, гидравлический контур против изгиба рабочих валков с вмонтированными в их опорах силовыми элементами воздействи  иа валки и замкнутый измерите91ьиый гидравлический контур с« моитироваыньти в опоры рабочих Валков элемеитани измере1ш  раствора валков (в дальнейшем измеритель ь е цилиндры), полости которых гидравлически coejcQfHemd с датчиком давлё ал , запорным клапаном и задатчиком давлени , причем датчик давлени  через блок пам ти и блок сравнени  соединен с усилителем, выход которого через блоки формировани  управл ющих сигналов соединен с ре гул торакш давлени  гидравлического контура распора опоршлх валков и гидравлического контура противоизгиба рабочих валков. Введение в известную систему допо нительного замкнутого измерительного контура, выполн ющего только функции измерени , позвол ет соответствующим выбором диаметров его измерительных гдшиндров и трубопроводов выполнить этот контур достаточно жестким, и следовательно, более чувствительным к изменени м усилий прокатки от возмущаю1цих факторов (.2 }. Недостаток известной системы состоит в том,что при увеличении раствора валков в процессе прокатки плунжер и мерительного цилиндра выдвигаетс ,ме н   таким образом давление в замкнут измерительном контуре, при этом энер ги  сжатой жидкостизатрачиваетс  иа щ еодолеиие сил трени  в уппотнительном узле цилиндра, т.е. часть давпе1ШЯ в изме1жтельном цилИндре расходуетс  на компенсацию сил трени  в узле уплотнеш1Я йо врем  движе1шй Плунжера. Таким образом, при дшикею и плунжера измерительного ци кндра во врем  увеличени  раствора а хов система, обрабатывающа  возму Лвми   в изменению давлени  в замкну том контуре, получает информаисию об. его изменении с некоторой погрепг нонеты (за вычетом потерь иа трение) % чен отиооительва  величина этой погрешност зависит от типа уплотнен и дааметра измерительного цилиндра. Последнее можно доказать, рассьютрев ормулу потерь на трение в уплотнеи х гидравлического цилиндра. Усилие, развиваемое цилиндром, .Сила трени  в узле уплотнени  равна f uaVip f. Относительна  величина потерь равна F .Itatipf 4Ь Q -Rrd p d де f - коэффициент трени  материала зла уплотнени . Р - давление в гидроцилиндре; h - высота узла уплотнени ; d - диаметр цилиндра.тносительна  величина потерь на рение з.ависит от соотношени  высоы узла уплотнени  и диаметра цилинда . Рассмотрение типов уплотнений гидроцилиндров показывает,что отношение Vi/d тем больше, чем меньше диаметр цилиндра (например уплотнени  по ГОСТ 6969-54, ГОСТ 9833-73). Следовательно, дл  поаьплени  досто верности информации о величине раствора валков по изменению давлени  в измерительном контуре при увеличении раствора (например при непрерывном температурном клине полосы с одной стороны желательно увеличивать диаметр измерительного цилиндра уменьшени  потерь на трение в узле уплотнений,, а с другой стороны повысить чувствительность, измерительного гидравлического контура можно при уменьшении его диаметров (повышение жесткости гидравлического контура ). Однако повышение чувствительности системы за счет повьииени  жесткости замкнутого измерительного контура, в котором перемещение плунжера измерительного цилиндра осуществл етс  энергией сжатой жидкости, приводит к увеличению потерь указанной энергии на преодоление сил трени  в узле уплотнени , а следовательно, к расходу части давлени  в цилиндре на компенсацию сил трени . Указанный недостаток искажает величину изменени  давлени  в измерительном контуре при увеличении рассто ни  между опорами рабочих валков. Цель изобретени  - повьпаение достоверности результатов за счет искл чени  вли ни  сил трени  в узле упло нени  элементов измерени  раствора валков. . . Поставленна  цель достигаетс  тем что силовые элементы воздейст ви  на рабочие валки и элементы измерени  раствора валков выполнено в виде гидравлического цилиндра со ступенча тым плунжером, образующим внешннюю кольцевую и внутреннюю полости, при этом внешн   кольцева  полость соеди нена с гидравлическим контуром проти воизгиба рабочих валков, а внутренн  полость - с замкнутым измерительным гидравлическим контуром. Благодар  такому выполнению элеме тов воздействи  на рабочие валки и элементов измерени  раствора валков исключаетс  вли ние сил трени  в узл уплотнени  элементов измерени  (плун жера цилиндра измерительного контура так как компенсахщ  сил трени  осуществл етс  не частью давлени  замкнутого измерительного контура, а за счет внешних сил, pasBHBaehsdX в гидравлическом контуре противо- . изгиба рабочих валков и осуществл ю щих принудительное перемещение, указанного плунжера. На чертеже показана блок-схема системы автоматической стабилизации ТОЛ1ЦИНЫ полосы четырехвалковой клети прокатного стана. Система автоматической стабилизации толщииы полосы включает измерительный цилиндр 1, вмонтированный в подушку рабочих валков, цилиндры 2 распора клети, расположенные в подушках опорных валков, датчики 3-5 давлени , подключенные к измерительному гидравлическому контуру и к гидравлическим силовым контурам и преобразующие изменени  давлени  в электрические сигналы, блоки пам ти, содержащие информацию о начальном давлении в контурах, блоки 9-11 сравнени , сравниваи цие электрические сигналы от датчиков давлени  и блоков пам ти, усилители 12-14 сигналов, повышающие мощность сигналов от блоков сравнени , блоки 15 и 16 формировани  управл ющих сиг налов, вырабатывающие управл ющие импульсы в соответствии с заданным алг ритмом управлени , задатчик 17 давлени  устанавливак ций предел давлени  в измерительном контуре, электрогидравлические преобразователи 18 и 19, преобразующие поступаюпше электрические сигналы в давлении жидкости в контурах, и запорный клапан 20, отсекающий измерительный контур от питающей магистрали Насоса 2I, питающего гидравлической, энергией систеьсу. Плунжер измерительного ципинчра I выполнен ступенчатым и состоит из двух частей 22 и 23. Причем часть 23.плунжера образует с цилиндром I внешнюю кольцевую полость - полость А, подключенную к гидравлическому контуру противоизгиба рабочих Всшков а часть плунжера 22 образует с цилиндром.1 внутреннюю полость Б, подключенную к замкнутому измерительному гидравлическому контуру. Причем диаметр полости Б и диаметр подключенно/о к ней трубопровода выполнены значительно меньшими, чем диаметр внешней кольцевой полости А. Система работает следующим образом . Насос 21 заполн ет рабочей жидкостью через электрогидравлический преобразователь 19 контур распора опорных валков, через электрогидравлический преобразователь 18 контур противоизгиба рабочих валков и через задатчик 17 давлени  измерительный контур. Величина начального давлени  устанавливаетс  оператором стана с помощью непосредственной подачи электрических сигналов в электрогидравлические преобразователи 18 и 19 и задатчик 17 давлени . После захода про1 атываемой полосы в зев валков клапан 20 закрывает гидравлический измерительный контур,отсека  его от задатчика 17 давлени , блоки 6-8 пам ти запоминают величину электрического сигнала, соответствующую начальньш давлени м в контурах. В процессе прокатки изменение уси ИЯ давлени  полосы на валки по приинам производственного характера (тe шepaтypный перепад по длине поосы , биение опорных валков и пр.) ызывает изменение рассто ни  нежду одушками pa( валков н,следоваельно , давлени  в замкнутом гидавлическом контуре. Измененна  веичина давлени  сравниваетс  в блоке сравнени  с величиной заданного давлени  и электрический сигналпоступает в усилитель 12. Усиленный сигнал поступает в блоки 15 и 16 формировани  управл м цих сигналов, которые в соответствии с заданным алгоритмом управлени  вьфабатывают управл ющие сигналы, воздействующие на входы электрогидравлических преобразователей 18 и 19. Эл«1ктрогидравлическиё преобразователи измен ю давление в цилиндрах противоизгиба рабочих валков и распора опорных валков, компенсиру , тем самым, поперечную и продольную разнотолщинность полосы. Электрические цепи, состо щие из датчиков 4 и 5 давлени , блоков 7 и пам ти, блоков 10 и 1I сравнени , усилителей 13 и 14 сигналов контрол руют величину отработанного электро гидравлическими преобразовател м 18 и 19 сигнала и осуществл ют обратну св зь по давлению контуров распора противоизгиба рабочих валков и распора опорных валков с блоками 15 и 16 формировани  управл ющих сигналов. Вследствие жесткой св зи плунжеPQB 22 и 23 цилиндров измерительного контура и контура противоизгиба рабочих валков при увеличении зазора между вапками полностью исключаетс  вли ние сил трени  в узле уплотнени  плунжера 23 измерительного контура на величину изменени  давлеш1Я в измерительном контуре. Следовательно, повышаетс  чувствительность системы, позвол кица  с большей точностью стабилизировать толщину проката при выходе из клети вести прокатку в более жестком поле допуска на толщину проката. . Формула изобретени  Система автоматической стабилиз ции толад1ны полосы, содержаща  гидравлический контур распора опорных валков, гидравлический контур противоизгиба рабочих валков с вмонтированными в их опорах силовыми элементами воздействи  на валки, и замкнутый измерительный гидравлический контур с вмонтированными в опоры рабочих валков элементами измерени  раствора валков, полости которых гидравлически соединены с датчиком давлени , запорным клапаном и задатчиком давлени , причем датчик давлени  через блок пам ти и блок сравнени  соединен с усилителем, выход которого через блоки формировани  . управл ющих сигналов соединен с регул торами давлени  гидравлического контура распора опорных валков и гидравлического контура противоизгиба рабочих валков, отличающа с  тем, что, с целью повышени  достоверности результатов за счет исключени  вли ни  сил трени  в узлах уплотнений элементов измерени  раствора валков, силовые элементы воздействи  на рабочие валки и элементы измерени  раствора валков выполнены в виде гидравлического цилиндра со ступенчатым плунжером , образующим внешнюю кольцевую и внутреннюю полости, при этом внешн   кольцева .полость соединена с гидравлическим контуром противоизгиба рабочих валков, а внутренн   полость - с замкнутым измерительным гидравлическим контуром. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 3875775, кл. В 21 В 37/08, опублик. 1976.
2. 2. Авторское свидетельство СССР 682298, кл. В 21 В 37/08, 1977.