UA122616C2 - Спосіб автоматичного регулювання товщини смуги з компенсацією ексцентриситету прокатних валків - Google Patents

Abstract

Винахід належить до прокатного виробництва і може бути використаний в автоматизованих системах регулювання товщини смуги на безперервних прокатних станах. Задачею винаходу є підвищення точності товщини смуг за рахунок повної компенсації високочастотних коливань міжвалкового зазору, що спричинені ексцентриситетом прокатних валків. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що при прокатці початкової ділянки смуги, використовуючи амплітуду змінної складової товщини смуги на виході з чистової кліті, у запропонований спосіб з використанням активної пошукової процедури визначають частоту, амплітуду та фазу коливань міжвалкового зазору через ексцентриситет прокатних валків, після чого реалізують примусове періодичне змінення міжвалкового зазору у протифазі до зазначених коливань. Перевагами винаходу є відсутність впливу на точність компенсації ексцентриситету високочастотної складової товщини підкату, що спричинена ексцентриситетом попередньої кліті безперервного прокатного стана.

Description

Винахід належить до прокатного виробництва і може бути використаний на станах холодної та гарячої прокатки смуг.

В процесі листової прокатки основними технологічними збуреннями, що впливають на вертикальний розмір (товщину) прокату, виступають відхилення товщини Н та модуля

М . . с. жорсткості Ло підкату від базових (первинних) значень, а також неконтрольовані змінення

Дб, . . е міжвалкового зазору, що виникають через ексцентриситет прокатних валків.

Компенсація двох перших збурень на більшості сучасних прокатних станів здійснюється системами регулювання товщини у загально відомий спосіб, що описаний, наприклад, в роботі

ПИ, с. 125-126). Принцип дії цих систем полягає у вимірюванні зусилля прокатки та корекції міжвалкового зазору на величину А ; що визначається діленням відхилення поточного зусилля прокатки АР від його базового (вихідного) значення на модуль жорсткості М, прокатної кліті

АР де ЗВ ---

М

КО. (1)

Від'ємний знак у формулі (1) вказує на змінення системою міжвалкового зазору у бік, що є протилежним зміненню зусилля прокатки, тобто в разі зростання зусилля прокатки зазор корегується у бік зменшення і навпаки, в разі зменшення зусилля прокатки - у бік збільшення.

Доведено, що спосіб (1| дозволяє повністю компенсувати як збурення, що вносяться в процес прокатки з боку підкату (змінення товщини та температури підкату), так і вплив на товщину прокату міжклітьового натягнення. Проте, цей спосіб не забезпечує компенсації збурення за ексцентриситетом валків, що ілюструється розрахунковою схемою, яка наведена на фіг. 1. У випадку змінення через ексцентриситет валків міжвалкового зазору 5 на величину де . с. о шо. е у бік, наприклад, зменшення лінія пружної деформації кліті пересунеться з положення 2 до положення 3, а початкова робоча точка А процесу прокатки - у точку В. При цьому, як виходить зі схеми на фіг. 1, зусилля прокатки збільшиться на величину

М.М

Пп Кк

МТМ, - щі Ко, (2) а товщина прокату зменшиться на величину

М

Му м, --

Пп Кк. (3)

М г . . . . . де - модуль жорсткості прокату (відповідає тангенсу кута нахилу кривої 1 пластичності на фіг. 1).

Ця ситуація буде помилково інтерпретована системою || як наслідок впливу збурення:

Зо наприклад, збільшення товщини підкату, що призвело до пересування кривої 1 у нове положення - 4 (пунктирна лінія на фіг. 1), а робочої точки А - у точку С. Тобто система (1) замість . Ай . того, щоб усувати спричинене ексцентриситетом відхилення товщини е, усуватиме фіктивне

ГАЯ відхилення Ап, При цьому визначений системою за формулою (1) керуючий вплив буде спрямований на подальше зменшення зазору. Аналогічним чином у випадку збільшення зазору через ексцентриситет валків визначений системою керуючий вплив буде спрямований на подальше збільшення зазору. Отже використання зазначеного відомого способу не тільки не усуватиме негативний вплив ексцентриситету на товщину прокату, а навпаки - підсилюватиме його. При цьому результатом роботи системи (| буде повне перенесення ексцентриситету на прокат дл - ДУ ще о . Ай

Дійсно, до спричиненого ексцентриситетом відхилення товщини є системою буде додано

Кк відхилення Ап, Відтак сумарне відхилення Ал становитиме (див. фіг. 1)

Ал - Ай, А Ах, ко у АБ

М.М, М, -, Мк 5, Мп -,

М, М, ММ, (4)

Відомими є технічні рішення (2-4), в яких реалізовано спосіб компенсації ексцентриситету прокатних валків, що передбачає виділення змінної складової зусилля прокатки, що обумовлена ексцентриситетом валків, та використання її для корекції міжвалкового зазору.

Недолік зазначеного підходу випливає з того, що товщина підкату, який надходить до певної прокатної кліті, містить у собі високочастотну складову, що обумовлена ексцентриситетом валків попередньої кліті. Наявність цієї складової спричиняє відповідні високочастотні зміни зусилля прокатки у кліті, що розглядається. Оскільки діаметри валків у клітях смугових станів гарячої і холодної прокатки є практично однаковими, а швидкість прокатки у суміжних клітях різниться не більше ніж на 10-15 95, сигнал зусилля прокатки містить у собі дві дуже близькі за частотою змінні складові, перша з яких обумовлена коливаннями товщині підкату на вході до кліті, а друга - власне ексцентриситетом валків цієї кліті. Отже, якісне виділення складової зусилля прокатки, що обумовлена власне ексцентриситетом валків, є надмірно складним і, практично, неможливим.

Найбільш близьким до винаходу, що пропонується, є спосіб автоматичного регулювання товщини смуги з компенсацією ексцентриситету прокатних валків |6)Ї), що передбачає визначення під час прокатки початкової ділянки смуги амплітуди неконтрольованого змінення міжвалкового зазору через ексцентриситет валків, здійснення примусового гармонічного змінення міжвалкового зазору з визначеною амплітудою та довільною фазою, вимірювання амплітуди змінної складової товщини смуги під час примусового гармонічного змінення міжвалкового зазору, обчислення зсуву фази між неконтрольованим зміненням міжвалкового зазору через ексцентриситет валків й примусовим гармонічним зміненням міжвалкового зазору та змінення фази примусового гармонічного змінення міжвалкового зазору на величину обчисленого зсуву фази.

Недолік зазначеного способу полягає в тому, що для визначення фактичної амплітуди неконтрольованого змінення міжвалкового зазору він, подібно до способів (2-4|, потребує виділення змінної складової зусилля прокатки, що обумовлена ексцентриситетом валків. Отже його застосовність обмежується одноклітьовими прокатними станами, на яких через відсутність попередніх прокатних клітей відсутні й високочастотні збурення за товщиною підкату.

Зо Задачею винаходу є підвищення точності товщини смуг за рахунок повної компенсації високочастотних коливань міжвалкового зазору, що спричинені ексцентриситетом прокатних валків, на безперервних листових станах гарячої та холодної прокатки.

Зазначена задача вирішується завдяки тому, що у способі автоматичного регулювання товщини смуги з компенсацією ексцентриситету прокатних валків, що передбачає визначення під час прокатки початкової ділянки смуги амплітуди неконтрольованого змінення міжвалкового зазору через ексцентриситет валків, здійснення примусового гармонічного змінення міжвалкового зазору з визначеною амплітудою та довільною фазою, вимірювання амплітуди змінної складової товщини смуги під час примусового гармонічного змінення міжвалкового зазору, обчислення зсуву фази між неконтрольованим зміненням міжвалкового зазору через ексцентриситет валків й примусовим гармонічним зміненням міжвалкового зазору та змінення фази примусового гармонічного змінення міжвалкового зазору на величину обчисленого зсуву фази, згідно з винаходом впродовж усього процесу прокатки здійснюють компенсацію впливу на товщину смуги збурень, що вносяться підкатом, шляхом вимірювання зусилля прокатки та корекції міжвалкового зазору на величину, що визначається діленням відхилення поточного зусилля прокатки від його базового (вихідного) значення на модуль жорсткості прокатної кліті, а амплітуду неконтрольованого змінення міжвалкового зазору через ексцентриситет валків визначають як амплітуду обумовленої дією ексцентриситету валків змінної складової товщини смуги на виході з прокатної кліті.

Суть способу, що пропонується, випливає з наступних міркувань.

Очевидно, для повного усунення впливу ексцентриситету достатньо здійснювати примусове гармонічне змінення міжвалкового зазору з тією ж частотою і амплітудою та у протифазі до нього.

Частота зазначених примусових коливань міжвалкового зазору співпадає з частотою обертання відповідних прокатних валків і її визначення не становить жодних технічних труднощів.

Амплітуда неконтрольованих коливань міжвалкового зазору через ексцентриситет валків в умовах функціонування системи регулювання товщини, що працює за формулою (1), та з огляду на висновок (4) дорівнює амплітуді змінної складової товщини смуги на виході з прокатної кліті.

Фазу примусових коливань міжвалкового зазору можна визначити із застосуванням певної пошукової процедури, яка передбачає первісне уведення примусових коливань з амплітудою, що дорівнює визначеній амплітуді неконтрольованих коливань між валкового зазору через ексцентриситет валків, і довільною фазою. Після додавання до коливань міжвалкового зазору, які спричинені власне ексцентриситетом валків (крива 2 на фіг. 2,а), примусових коливань, які . ДА, о. . . мають таку ж частоту 9 та амплітуду е і довільну фазу Ф (крива 1 на фіг. 2,а), результуючі коливання міжвалкового зазору (крива З на фіг. 2,а) змінюватимуться згідно з виразом

АХ(ог) - А, віп Фі -- ЛУ, вії -- ф) (в) (для визначеності приймаємо, що спричинені власне ексцентриситетом коливання зазору мають нульову фазу). . де . ф .

Амплітуда тах результуючих коливань залежно від зсуву фази може прийняти будь- яке значення у діапазоні від тах (при фФ т) до тах е (при (? 0), і визначається за формулою

Дб ах А, с 2 0)

Відтак зсув фази між коливаннями міжвалкового зазору, що спричинені власне ексцентриситетом валків, і примусовими коливаннями зазору, що здійснюються системою, становить де ф- раксов| зле. 27.7)

Отже, для того, щоб примусові коливання зазору здійснювались у протифазі до коливань, спричинених власне ексцентриситетом, необхідно змінити їхню фазу на величину де

Аф-л2 асо зл 27.8)

Зважаючи на те, що в умовах функціонування системи регулювання товщини, яка працює за формулою (1), зміни товщини смуги на виході з кліті дорівнюють зміні зазору між валками, зсув фази Аф може бути визначений за формулою

АЙ,

Аф - т-Загосов| Тл. ,(9)

Зо яка є аналогічними до формули (8).

Після коригування фази за формулою (9) або (10) примусові коливання міжвалкового зазору (крива 1 на фіг. 2, 6) знаходитимуться у протифазі до коливань, які спричинені власне ексцентриситетом валків (крива 2 на фіг. 2, 6), що призведе до стабілізації зазору (крива З на фіг. 2, 6).

Практичне застосування способу, що пропонується, передбачає наступну послідовність дій: 1. Вводять у дію систему регулювання товщини смуги, що працює за формулою (1). 2. При прокатці початкової ділянки смуги виділяють змінну складову товщини прокату на частоті 9 обертання опорних валків та визначають її амплітуду АЛІ яка згідно з (3) дорівнює амплітуді коливань міжвалкового зазору, що спричинені власне ексцентриситетом валків. При цьому довжина початкової ділянки має бути достатньою для надійного визначення зазначеної амплітуди, тобто відповідати довжині смуги, що прокатується впродовж 2-3 обертів опорних валків. 3. Здійснюють примусове гармонічне змінення міжвалюкового зазору з частотою 9, амплітудою Ал/ 2 та довільною фазою Ф.

. . Ал с. . 8. . 4. Вимірюють амплітуду шах змінної складової товщини на тій ділянці смуги, яка піддавалась впливу примусових змін зазору за п. 3, і обчислюють зсув фази Аф за формулою (3). 5. Змінюють фазу Ф примусового гармонічного змінення міжвалкового зазору на величину

Аф обчисленого зсуву.

Таким чином, запропонований спосіб дозволяє повністю компенсувати вплив ексцентриситету валків на товщину смуги завдяки здійсненню примусових коливань міжвалкового зазору з амплітудою, яка дорівнює амплітуді коливань, що спричинені власне ексцентриситетом, та у протифазі до них. При цьому інерційність процедури виділення змінної складової товщини прокату (зсув фази при фільтрації) жодним чином не перешкоджає точності компенсації. До того ж завдяки тому, що запропонований спосіб передбачає впродовж усього процесу прокатки коригування міжвалкового зазору за формулою (1), одночасно з компенсацією впливу ексцентриситету валків забезпечується компенсація усіх інших технологічних збурень: модуля жорсткості та товщини підкату (у тому числі високочастотних коливань товщини підкату через ексцентриситет валків попередніх прокатних клітей).

Для того, щоб одночасно з компенсацію ексцентриситету опорних валків забезпечити компенсацію ексцентриситету робочих валків, необхідно додатково виділити з сигналу товщини смуги змінну складову, яка має частоту, що дорівнює частоті обертання робочих валків, і, діючи в аналогічний до описаного спосіб, визначити параметри (амплітуду та фазу) примусових коливань міжвалкового зазору з частотою робочих валків. Зазначені примусові коливання мають здійснюватись одночасно з примусовими коливаннями, що здійснюються з частотою опорних валків.

Як варіант можливої реалізації запропонованого способу може бути розглянута система автоматичного регулювання товщини смуги, функціональна схема якої наведена на фіг. 3.

Система містить датчик 1 наявності прокату 2 у валках, вимірювач З зусилля Р прокатки, датчик 4 частоти 9 обертання опорних валків 5 та вимірювач товщини 6 прокату на виході з валків. Зазор між робочими валками 7 встановлюється гідравлічним натискним пристроєм 8 за допомогою автоматичної системи позиціювання 9 валків, на вхід якої з виходу суматора 10 надходить задане значення зазору, що сформоване як сума трьох доданків: вихідного завдання ж ж

Зо зазору 5 ;» що подається на перший вхід суматора 10; добавки АВ, до завдання зазору, що подається на другий вхід суматора 10 для компенсації впливу спричинених підкатом ж технологічних збурень, та добавки АВ, до завдання зазору, що подається на третій вхід суматора 10 для компенсації впливу ексцентриситету валків. Вихід вимірювача З підключений до інформаційного входу першого блока 11 пам'яті та до першого входу, що віднімає, суматора 12, другий вхід якого підключений до виходу першого блока 11 пам'яті, а вихід - до входу першого обчислювального блока 13, вихід якого підключений до другого входу суматора 10.

Вимірювач 6 товщини підключений до першого входу вузькосмугового фільтра 14, що може настроюватись на певну задану частоту, значення якої подається на другий вхід фільтра 14 від датчика 4 частоти обертання опорних валків. Вихід фільтра 14 підключений до входу блока 15 визначення подвоєної амплітуди змінної складової товщини прокату, вихід якого підключений до інформаційного входу другого обчислювального блока 16, а також до інформаційного входу другого блока 17 пам'яті, вихід якого підключений до другого інформаційного входу другого обчислювального блока 16. Датчик 1 наявності прокату в кліті підключений до входу першого блока 18 часової затримки, вихід якого підключений до управляючого входу першого блока 11 пам'яті, а також до входу другого блока 19 часової затримки, вихід якого підключений до управляючих входів другого блока 17 пам'яті, блока 20 генерації, а також до входу третього блока 21 часової затримки, вихід якого підключений до управляючого входу другого обчислювального блока 16. Виходи другого блока 17 пам'яті та другого обчислювального блока 16 підключені до першого та другого інформаційних входів блока 20 генерації примусових коливань міжвалкового зазору, третій інформаційний вхід якого підключений до датчика 4 частоти обертання опорних валків, а вихід - до третього входу суматора 10.

Функціонування системи відбувається наступним чином:

У вихідному стані системи сигнали на виходах обчислювальних блоків 13, 16 та виході блока 20 генерації відсутні (дорівнюють нулю). Тривалість часової затримки у блоці 18 дорівнює часовому інтервалу, що відповідає 2-3 обертам опорних валків, у блоці 19 - тривалості пересування прокату від прокатної кліті до вимірювача 6 товщини, а у блоці 21 - сумі тривалості

2-3 обертів опорних валків та тривалості пересування прокату від прокатної кліті до вимірювача б товщини.

Після запуску системи перед початком прокатки позиційною системою 9 між робочими валками прокатної кліті виставляється зазор, що відповідає сформованому суматором 10 завданню, яке через відсутність сигналів на виходах блоків 13 та 20 дорівнює заданому ж оператором вихідному значенню 5,

В момент входження прокату до зони деформації спрацьовує датчик 1 наявності прокату в кліті і своїм сигналом запускає відлік часу у блоці 18 часової затримки.

При прокатці початкової ділянки смуги сигнали, що надходять до входів суматора 12 з виходу першого блока 11 пам'яті та від вимірювача З є такими, що співпадають за значенням та протилежні за знаком. То ж сигнал на виході суматора 12 дорівнюватиме нулю.

З початком прокатки сигнал вимірювача 6 товщини надходитиме на вхід фільтра 14, який впродовж усього часу прокатки виділятиме змінну складову цього сигналу, що спричинена ексцентриситетом опорних валків. При цьому блоком 15 визначатиметься подвоєна амплітуда змінної складової товщини прокату.

По завершенні відліку часу у блоці 18 сигналом, що з'явиться на його виході будуть ініційовані: відлік часового інтервалу у другому блоці 19 часової затримки; запам'ятовування у першому блоці 11 пам'яті базового (первинного) значення Р зусилля прокатки, після чого на виході суматора 12 впродовж усього подальшого часу прокатки формуватиметься сигнал АР відхилення поточного зусилля прокатки від базового (первинного) значення Р, а в обчислювальному блоці 13 згідно з формулою (1) розраховуватиметься добавка

Ж ж

АВ, ; яка у суматорі 10 додаватиметься до вихідного завдання ду міжвалкового зазору. Таким чином система впродовж усього процесу прокатки забезпечуватиме компенсацію усіх технологічних збурень (відхилень товщини підкату, модуля жорсткості підкату тощо), що спричиняються підкатом.

По завершенні відліку часу у блоці 19 на його виході з'явиться сигнал, яким будуть ініційовані: ' ! . Ай ! піт 5 запам'ятовування у блоці 17 амплітуди ;» що дорівнює амплітуді е неконтрольованого

Зо змінення міжвалкового зазору через ексцентриситет валків; генерація блоком 20 примусових коливань міжвалкового зазору з частотою 9, амплітудою де е та нульовою фазою Ф. відлік часового інтервалу у третьому блоці 21 часової затримки.

З цього моменту генерований блоком 20 сигнал ж -

ЗБ АВ. (1) - АВ, ві 4- ф) : 5 А : додаючись у суматорі 10 до суми л спричинятиме додаткові коливання міжвалкового зазору, які, у свою чергу, спричинятимуть відповідні коливання товщини прокату.

Невдовзі спрацює блок 21 часової затримки, який сигналом зі свого виходу ініціює обчислення в блоці 16 зсуву фази Аф між неконтрольованими і примусовими коливаннями міжвалкового зазору за формулою (9) та перезапуститься для наступного відліку часової затримки.

Обчислений у блоці 16 зсув фази надійде до блока 20 генерації, який відповідним чином скоригує параметри примусових коливань міжвалкового зазору.

Звертає на себе увагу відсутність суворих вимог до точності часової затримки у блоках 19 та . . . де . 21, адже вона жодним чином не впливає на точність ані визначення амплітуди е, ані зсуву фази Аф за формулою (9).

Наступне спрацьовування блока 21 відбудеться, коли ділянка смуги, що піддалась впливу скоригованих коливань міжвалкового зазору, дістанеться вимірювача 6 товщини і з його сигналу . . . Ай, буде виділена змінна складова з амплітудою тах, При цьому сигналом з виходу блока 21 у блоці 16 буде ініційоване співставлення визначеної блоком 15 амплітуди коливань товщини

Ай . . . . Ал» АЙ . тах із зафіксованою у блоці 17 амплітудою АЙ, Якщо виявиться, що тах ; У блоці 16 відбудеться повторне обчислення зсуву фази Ар але вже за формулою (10). У протилежному випадку значення Аф буде вчергове скориговане за формулою (9). В подальшому коригування здійснюватиметься щоразу по відліку часового інтервалу блоком 21.

Таким чином, запропонований спосіб дозволяє повністю скомпенсувати вплив ексцентриситету валків на товщину смуги, що виходить з прокатної кліті, з одночасною компенсацією інших технологічних збурень, що вносяться з підкатом (змін товщини підкату та модуля жорсткості підкату).

Суттєвою відмінністю і перевагою запропонованого способу є відсутність потреби у виділенні високочастотної змінної складової зусилля прокатки, а відтак - відсутність впливу високочастотної складової товщини підкату, що спричинена ексцентриситетом попередньої кліті, на точність компенсації ексцентриситету.

При застосуванні в останній чистовій кліті безперервного прокатного стана, запропонований спосіб одночасно усуватиме вплив як ексцентриситету попередніх клітей, завдяки коригуванню міжвалкового зазору за формулою (1), так і вплив ексцентриситету власне чистової кліті, завдяки точному настроюванню примусових коливань зазору у протифазу до нього.

Джерела інформації: 1. Фомин Г.Г., Дубейковский А.В., Гринчук П.С. Механизация и автоматизация станов горячей прокатки. - М.: Металлургия, 1979. - 232 б. 2. Авт. свід. СРСР Мо 737041. Устройство компенсации влияния зксцентриситета прокатньх валков/ КИА, МПКВ21В 37/00, опубліковане 30.05.1980.

З. Авт. свід. СРСР Мо 908455. Устройство компенсации влияния зксцентриситета прокатньх валков/ КИА, МПКВ21В 37/02, опубліковане 28.02.1982. 4. Авт. свід. СРСР Мо 990357. Устройство для компенсации зксцентриситета прокатньх валков/ НИЙИТМ ПО "Уралмаш", МПКВ21В 37/00, опубліковане 28.01.1983. 5. Патент України Мо 118065. Спосіб компенсації впливу ексцентриситету прокатних валків на товщину смуги/ НМетАУ, МПК В218 37/66, опубліковане 12.11.2018.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Спосіб автоматичного регулювання товщини смуги з компенсацією ексцентриситету прокатних валків, що передбачає визначення під час прокатки початкової ділянки смуги амплітуди неконтрольованого змінення міжвалкового зазору через ексцентриситет валків, здійснення примусового гармонічного змінення міжвалкового зазору з визначеною амплітудою та довільною фазою, вимірювання амплітуди змінної складової товщини смуги під час примусового гармонічного змінення міжвалкового зазору, обчислення зсуву фази між неконтрольованим зміненням міжвалкового зазору через ексцентриситет валків й примусовим гармонічним зміненням міжвалкового зазору та змінення фази примусового гармонічного змінення міжвалкового зазору на величину обчисленого зсуву фази, який відрізняється тим, що впродовж усього процесу прокатки здійснюють компенсацію впливу на товщину смуги збурень, що вносяться підкатом, шляхом вимірювання зусилля прокатки та корекції міжвалкового зазору на величину, що визначається діленням відхилення поточного зусилля прокатки від його базового (вихідного) значення на модуль жорсткості прокатної кліті, а амплітуду неконтрольованого змінення міжвалкового зазору через ексцентриситет валків визначають як обумовлену дією ексцентриситету валків амплітуду змінної складової товщини смуги на виході з прокатної кліті. (с;