WO1988001544A1 - Drive for continuous rolling train - Google Patents

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Mannesmann Ag
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/72—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B35/00—Drives for metal-rolling mills, e.g. hydraulic drives
    • B21B35/02—Drives for metal-rolling mills, e.g. hydraulic drives for continuously-operating mills
    • B21B35/025—Drives for metal-rolling mills, e.g. hydraulic drives for continuously-operating mills for stretch-reducing of tubes

Definitions

  • the invention relates to the drive for continuous rolling mills.
  • the roll speeds required for transport and forming accordingly increase from a roll stand to the stand next arranged in the rolling direction.
  • roller speeds are dependent on the forming process, i. that is, it must generally be changed individually in each roll stand if the forming conditions, especially the axial changes in shape, e.g. B. vary to produce different finished product dimensions.
  • roller mill drive systems for generating variable speed ratios can basically be differentiated according to the following technical concepts: Single drive by one motor for each roll stand,
  • Group drive of several scaffolds via a common drive shaft a variation of the speed ratios being achieved by superimposing a second rotary movement on the common drive rotary motion, which is either transmitted via a common drive shaft or generated by separate drive motors for each scaffold station.
  • Characteristic of the first drive concept is the greatest possible flexibility with regard to the speed setting, but also a high outlay on the electromotive drive power to be installed. In contrast, this is particularly low for group drives if the drive force is only transmitted via common shafts and rows of gearwheels, because according to this concept the installed motor power is also available for forming if, depending on the number of stands, the are required for a specific rolling of a production program, is not formed on all the rolling stands belonging to the driven stand group.
  • the speed range of the drive motors required for all the rolling of a production program can be kept comparatively small if appropriate gear ratios from stand to stand are provided.
  • each motor In contrast, in the case of individual drives, each motor must correspond to the extreme values of the U ⁇ fo ⁇ n sizes, such as, B. torque, power and speed.
  • motors at scaffold stations which may not be involved in the forming of certain rolls, can also not contribute to the drive power required for this forming.
  • the group drive with common drive shafts which is associated with comparatively little electrical effort, has little flexibility in the setting of the speeds or the speed assignments in the roll stands. Since the roller speeds cannot be changed individually in such a drive system, but always only in all stands of a stand group according to predetermined gear ratios, an optimal speed setting for any rolling cannot be achieved; d. H. the forming process cannot be optimally designed except for a maximum of two rolls.
  • a compromise solution between individual drive and group drive with common drive shafts for the drive parts to be superimposed is a group drive in which a common drive shaft for each scaffold is overlaid separately by an additional drive.
  • this solution does not lead to a significant reduction in the effort required for the electric motor.
  • the invention is based on the object of improving the drive of continuous rolling mills in such a way that individual controllability of the roller speeds in the individual stands is ensured with little expenditure on the electromotive power and drive technology to be installed.
  • a total gear stage is assigned to several roll stands or roll stand groups, the input of which is fed by individually controllable drives and the output of which is mechanically connected to the respectively assigned roll stand and at the same time to the input of a total gear of an adjacent roll stand.
  • the motor driving at a specific scaffolding location contributes to a change in the speed of rotation on this scaffolding and other rolling stands following in the power transmission direction.
  • REPLACEMENT BL are not involved in the forming.
  • negative torques and powers in the roll stands at least not necessarily also lead to generator operation of individual motors.
  • the electromotive effort required for a specific rolling program can also be minimized again by a suitable choice of the ratios from stand to stand.
  • the principle of the drive according to the invention can be seen from the schematic illustration, which shows a possible embodiment of this drive concept.
  • two drive points are combined at each of the stand locations shown by means of differential gear stage 1 and fed to the respective rolling stand 2 and, via distributor and transmission gear elements 3, to the summation gear which is provided on the stand location following in the rolling direction.
  • An additional drive movement, generated by a drive motor 4, is in turn superimposed on this.
  • This drive scheme can be used in any number of scaffolding locations in the same catfish.
  • the system can be driven by a motor 6 via a drive shaft 5.
  • the motor 6 can be a non-adjustable three-phase motor.
  • the other motors can be designed as small auxiliary motors.
  • the speed must be adjustable and the direction of rotation can also be changed.
  • the required drive power of the secondary motors can be minimized by a suitable choice of the base speed ratios and even compensated for in their size depending on the scaffolding space.
  • the drive system according to the invention can of course also be used in groups or in combination with other drive systems within a rolling mill.

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Abstract

In order to improve the drive of continuous rolling trains and thereby ensure a uniform rotation speed of each roll in the various stands in return for a minimum investment in electromotive power and drive system, it is proposed that to several stands or sets of stands of rolls (2) be added a summarizing gear stage (1), the input of which is fed by individually adjustable drives (4) and whose output is mechanically linked with the corresponding stand (2), and at the same time with the input of a summarizing gear (4) of an adjacent stand (2).

Description

Antrieb für kontinuierliche Walzstraßen Drive for continuous rolling mills
Die Erfindung betrifft den Antrieb fUr kontinuierliche Walzstraßen, ßen.The invention relates to the drive for continuous rolling mills.
In kontinuier ichen Walzstraßen wird 1m allgemeinen neben einer Querschnittsveränderung auch eine Formänderung in Bewegungsrichtung des Walzgutes herbeigeführt» so daß die Walzgutgeschwindigkeit inner¬ halb der Walzstraße von einer Umformstufe zur nächsten ansteigt.In kontinuier cozy rolling mills 1m general, in addition to a change in cross section brought about a change in shape in the direction of movement of the rolling "so that the rolling stock inner¬ half of the rolling mill increases from one forming to the next.
Die für Transport und Umformung erforderlichen Walzendrehzahlen neh¬ men dementsprechend von einem Walzgerüst zu dem in Walzrichtung nächstangeordneten Gerüst zu.The roll speeds required for transport and forming accordingly increase from a roll stand to the stand next arranged in the rolling direction.
Diese Zunahme der Walzendrehzahlen ist abhängig vom Umformprozeß, d. h., sie muß 1m allgemeinen Individuell in jedem Walzgerüst verändert werden, wenn die Umformbedingungen, besonders die axialen Formände¬ rungen, z. B. zur Erzeugung unterschiedlicher Fertiproduktabmessungen variieren.This increase in roller speeds is dependent on the forming process, i. that is, it must generally be changed individually in each roll stand if the forming conditions, especially the axial changes in shape, e.g. B. vary to produce different finished product dimensions.
Insbesondere, wenn der Umformprozeß durch Induzieren axialer Span¬ nungen 1m Walzgut gezielt beeinflußt werden soll, ist eine ausrei¬ chend hohe Flexibilität bei der Drehzahleinstellung erforderlich. Diese kann aber oft nur durch erheblichen antriebstechnischen Aufwand erreicht werden.In particular, if the shaping process is to be influenced in a targeted manner by inducing axial stresses in the rolling stock, a sufficiently high degree of flexibility in the speed setting is required. Often, however, this can only be achieved with considerable effort in terms of drive technology.
Die bekannten Walzenstraßenantrlebssysteme zur Erzeugung variabler Drehzahlverhältnisse können grundsätzlich nach folgenden technischen Konzepten unterschieden werden: E1nzelantr1eb durch jeweils einen Motor für ein Walzgerüst,The known roller mill drive systems for generating variable speed ratios can basically be differentiated according to the following technical concepts: Single drive by one motor for each roll stand,
Gruppenantrieb mehrerer Gerüste über eine gemeinsame Antriebs¬ welle, wobei eine Variation der Drehzahlverhältnisse dadurch erreicht wird, daß der gemeinsamen Antriebsdrehbewegung eine zweite Drehbewegung überlagert wird, die entweder widerum über eine gemeinsame Antriebswelle Übertragen oder durch für jeden Gerüstplatz separate Antriebsmotoren erzeugt wird.Group drive of several scaffolds via a common drive shaft, a variation of the speed ratios being achieved by superimposing a second rotary movement on the common drive rotary motion, which is either transmitted via a common drive shaft or generated by separate drive motors for each scaffold station.
Kennzeichnend für das erste Antriebskonzept Ist eine größtmögliche Flexibilität hinsichtlich der Drehzahleinstellung, aber auch ein hoher Aufwand an zu Installierender elektromotorischer Antriebslei¬ stung. Dieser ist dagegen besonders gering bei Gruppenantrieben, wenn die Antriebskraft nur über gemeinsame Wellen und Zahnradreihen über¬ tragen wird, denn nach diesem Konzept steht die installierte Motor¬ leistung auch dann für die Umformung zur Verfügung, wenn je nach An¬ zahl der Gerüste, die für eine bestimmte Walzung eines Fertigungs¬ programmes benötigt werden, nicht an allen zur angetriebenen Gerüst¬ gruppe gehörenden Walzgerüsten umgeformt wird.Characteristic of the first drive concept is the greatest possible flexibility with regard to the speed setting, but also a high outlay on the electromotive drive power to be installed. In contrast, this is particularly low for group drives if the drive force is only transmitted via common shafts and rows of gearwheels, because according to this concept the installed motor power is also available for forming if, depending on the number of stands, the are required for a specific rolling of a production program, is not formed on all the rolling stands belonging to the driven stand group.
Zudem kann bei diesem Antriebskonzept der für alle Walzungen eines Fertigungsprogrammes erforderliche Drehzahlbereich der Antriebsmoto¬ ren vergleichsweise klein gehalten werden, wenn man entsprechende Übersetzungsstufen von Gerüst zu Gerüst vorsieht.In addition, with this drive concept, the speed range of the drive motors required for all the rolling of a production program can be kept comparatively small if appropriate gear ratios from stand to stand are provided.
Dagegen muß bei Einzelantrieb jeder Motor entsprechend den innerhalb eines Fertigungsprogrammes am jeweiligen Gerüst auftretenden Extrem¬ werten der Uαfoπngrößen, wie z. B. Drehmoment, Leistung und Drehzah¬ len ausgelegt werden. Bei diesem Antriebsprinzip können außerdem Mo¬ toren an Gerüstpl tzen, die evtl. bei bestimmten Walzungen nicht an der Umformung beteiligt sind, auch nicht zu der für diese Umformung benötigten Antriebsleistungen beitragen.In contrast, in the case of individual drives, each motor must correspond to the extreme values of the Uαfoπn sizes, such as, B. torque, power and speed. With this drive principle, motors at scaffold stations, which may not be involved in the forming of certain rolls, can also not contribute to the drive power required for this forming.
ERSATZSLATT Weiterhin erhöht sich die zu Installierende elektromotirische Lei¬ stung bei Einzelantrieb u. U. noch dadurch, daß einige an der Umfor¬ mung beteiligte Motoren generatorisch betrieben werden und dieser Leistungsanteil also zusätzlich bei der Motorauslegung zu berück¬ sichtigen Ist. Schließlich nimmt man bei Einzelantrieb häufig eine weitere Erhöhung der Installierten Motorleistung in Kauf, um eine Standardisierung der Motoren zu erreichen.REPLACEMENT SADDLE Furthermore, the electromotive power to be installed increases with single drive and. U. still in that some of the engines involved in the reshaping are operated as generators and this power share must therefore also be taken into account when designing the engine. Finally, in the case of single drives, a further increase in the installed motor power is often accepted in order to achieve a standardization of the motors.
Auf der anderen Seite besitzt der mit vergleichsweise geringen elek¬ tromotorischen Aufwand verbundene Gruppenantrieb mit gemeinsamen An¬ triebswellen eine geringe Flexibilität bei der Einstellung der Dreh¬ zahlen, bzw. der Drehzahlzuordnungen in den Walzgerüsten. Da die Walzendrehzahlen bei einem solchen AntriebsSystem nicht individuell, sondern Immer nur 1n allen Gerüsten einer Gerüstgruppe entsprechend vorgegebener Getrlebeübersetzungen geändert werden können, ist eine für eine beliebige Walzung optimale Drehzahleinstellung nicht zu verwirklichen; d. h. der Umformprozeß kann außer für maximal zwei Walzungen nicht optimal gestaltet werden.On the other hand, the group drive with common drive shafts, which is associated with comparatively little electrical effort, has little flexibility in the setting of the speeds or the speed assignments in the roll stands. Since the roller speeds cannot be changed individually in such a drive system, but always only in all stands of a stand group according to predetermined gear ratios, an optimal speed setting for any rolling cannot be achieved; d. H. the forming process cannot be optimally designed except for a maximum of two rolls.
So können z. B. bei Rohr-Streckreduzierwalzstraßen mit Gruppenantrie die Drehzahlen in den sogenannten zugaufbauenden und zugabbauenden Walzgerüsten zumeist nicht den bei einem umfangreichen Fertigungs¬ programm oft sehr unterschiedlichen, für eine gute Rohrqualität er¬ forderlichen Durchmesserreduktionen angepaßt werden.So z. For example, in the case of tube stretch-reducing rolling mills with group drives, the speeds in the so-called train-building and train-dismantling roll stands are usually not adapted to the diameter reductions which are often very different in an extensive production program and are necessary for good pipe quality.
Die stark eingeschränkten Möglichkeiten, Durchmesserreduktionen und Walzendrehzahlen aufeinander abzustimmen, führen bei Gruppenantriebe u. U. auch dazu, daß zusätzliche, redundante Formänderungen und dami u. a. Materialfehler und Formabweichungen in Kauf genommen werden müssen.The severely restricted options for coordinating diameter reductions and roller speeds lead to group drives and the like. U. also that additional, redundant changes in shape and dami u. a. Material errors and deviations in shape must be accepted.
ERSATZBLATT Abweichungen von den für eine bestimmte Folge von Umformstufen opti¬ malen Walzendrehzahlen können auch zu erhöhten Walzenverschleiß und damit verbunden zu Maßabweichungen und Oberflächenfehlern des Walz¬ produktes führen.REPLACEMENT LEAF Deviations from the roll speeds which are optimal for a specific sequence of forming stages can also lead to increased roll wear and, in connection therewith, to dimensional deviations and surface defects of the rolled product.
Eine Kompromißlösung zwischen Einzelantrieb und Gruppenantrieb mit gemeinsamen Antriebswellen für die zu überlagernden Antriebsteile stellt ein Gruppenantrieb dar, bei dem eine gemeinsame Antriebswelle für jedes Gerüst separat von einem Zusatzantrieb überlagert wird. Jedoch führt diese Lösung nicht zu einer wesentlichen Reduzierung des elektromotorischen Antriebsaufwandes.A compromise solution between individual drive and group drive with common drive shafts for the drive parts to be superimposed is a group drive in which a common drive shaft for each scaffold is overlaid separately by an additional drive. However, this solution does not lead to a significant reduction in the effort required for the electric motor.
Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, den Antrieb kontinuierli¬ cher Walzstraßen so zu verbessern, daß eine individuelle Regelbarkeit der Walzendrehzahlen in den einzelnen Gerüsten mit geringem Aufwand an zu Installierender elektromotorischer Leistung und Antriebstechnik gewährleistet wird.The invention is based on the object of improving the drive of continuous rolling mills in such a way that individual controllability of the roller speeds in the individual stands is ensured with little expenditure on the electromotive power and drive technology to be installed.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mehreren Walzgerüsten oder Walzgerüstgruppen je eine Summengetriebestufe zu¬ geordnet Ist, deren Eingang von Individuell regelbaren Antrieben ge¬ speist und dessen Ausgang mechanisch mit dem jeweils zugeordneten Walzgerüst und gleichzeitig dem Eingang eines Summengetriebes eines benachbarten Walzgerüstes verbunden Ist.This object is achieved according to the invention in that a total gear stage is assigned to several roll stands or roll stand groups, the input of which is fed by individually controllable drives and the output of which is mechanically connected to the respectively assigned roll stand and at the same time to the input of a total gear of an adjacent roll stand.
In diesem Antriebsschema trägt der an einem bestimmten Gerüstplatz antreibende Motor zu einer Veränderung der Drehzahl an diesem Gerüst und anderen in Kraftübertragungsrlchtung folgenden Walzgerüsten bei.In this drive diagram, the motor driving at a specific scaffolding location contributes to a change in the speed of rotation on this scaffolding and other rolling stands following in the power transmission direction.
Der Gesamtaufwand an zu installierender Motorleistung ist bei diesem System im Vergleich zum Einzelantrieb niedrig, da wegen der geringen Überlagerungsantelle die erforderlichen Drehzahlbereiche der Motoren klein sind und nur wenig Leistung verloren geht, wenn einige GerüsteThe total amount of engine power to be installed in this system is low compared to the single drive, since the required speed ranges of the motors are small due to the low superposition and little power is lost when some scaffolding
ERSATZBL nicht an der Umformung beteiligt sind. Außerdem führen wegen der Aufsummierung der Leistungsanteile In der Getriebereihe negative Drehmomente und Leistungen in den Walzgerüsten zumindest nicht not¬ wendigerweise auch zum generatorIschen Betrieb einzelner Motoren.REPLACEMENT BL are not involved in the forming. In addition, because of the summation of the power components in the gear row, negative torques and powers in the roll stands at least not necessarily also lead to generator operation of individual motors.
Auch kann durch geeignete Wahl der Übersetzungen von Gerüst zu Gerüs der für ein bestimmtes Walzprogramm erforderliche elektromotorische Aufwand nochmals minimiert werden.The electromotive effort required for a specific rolling program can also be minimized again by a suitable choice of the ratios from stand to stand.
Trotz des geringen Antriebsaufwandes Ist es mit diesem Antriebssyste möglich, die Walzendrehzahlen 1n jedem Gerüst Individuell einzustel¬ len, ohne gleichzeitig die Walzendrehzahlen in anderen Gerüsten ver¬ ändern zu müssen.Despite the low drive effort, it is possible with this drive system to individually set the roll speeds in each stand without having to change the roll speeds in other stands at the same time.
Günstige Ausgestaltungen des Antriebsschemas sind in den Unteransprü¬ chen definiert.Favorable configurations of the drive scheme are defined in the subclaims.
Das Prinzip des erfindungsgemäßen Antriebes ist der schematischen Darstellung zu entnehmen, die eine mögliche Ausgestaltung dieses An¬ triebskonzeptes wiedergibt. In diesem Beispiel werden an jedem der dargestellten Gerüstplätze zwei Antriebstelle mittels Differential¬ getriebestufe 1 zusammengefaßt und dem jeweiligen Walzgerüst 2 sowie Über Verteiler- und Übersetzungsgetriebeelemente 3 dem Sumnengetrieb zugeleitet, das auf dem in Walzrichtung folgenden Gerüstplatz vorge¬ sehen Ist. An diesem wird wiederum eine zusätzliche Antriebsbewegung, erzeugt durch einen Antriebsmotor 4 überlagert. Dieses Antriebsschema kann in gleicher Welse an beliebig vielen Gerüstplätzen angewendet werden. Darüber hinaus kann das System über eine Antriebswelle 5 von einem Motor 6 angetrieben werden.The principle of the drive according to the invention can be seen from the schematic illustration, which shows a possible embodiment of this drive concept. In this example, two drive points are combined at each of the stand locations shown by means of differential gear stage 1 and fed to the respective rolling stand 2 and, via distributor and transmission gear elements 3, to the summation gear which is provided on the stand location following in the rolling direction. An additional drive movement, generated by a drive motor 4, is in turn superimposed on this. This drive scheme can be used in any number of scaffolding locations in the same catfish. In addition, the system can be driven by a motor 6 via a drive shaft 5.
Während die Motoren 4 in der Drehzahl regelbar sein müssen, kann der Motor 6 ein nicht regelbarer Drehstrommotor sein.While the speed of the motors 4 must be adjustable, the motor 6 can be a non-adjustable three-phase motor.
ERSATZBLATT Es Ist auch denkbar, das beschriebene, der Erfindung zugrundeliegende Antriebsprinzip z. B. für Rohr-Streckreduzierwalzstraßen so zu rea¬ lisieren, daß ein Antriebsmotor als Hauptmotor für eine Basisdreh¬ zahlabstufung und einen für alle durchzuführenden Walzungen gemein¬ samen Leistungsanteil ausgelegt wird. Dieser Hauptmotor kann an ver¬ schiedenen Stellen, im Antriebssystem vorgesehen werden, so daß durch geeignete Getriebekonstruktion entsprechend den zu übertragenden Mo¬ menten der getriebetechnische Aufwand minimiert werden kann.REPLACEMENT LEAF It is also conceivable to use the drive principle described for the invention. B. for pipe-stretch-reducing rolling mills so that a drive motor is designed as the main motor for a base speed gradation and a common power share for all the rolling operations to be carried out. This main motor can be provided at various points in the drive system, so that the gearbox complexity can be minimized by suitable gearbox construction in accordance with the moments to be transmitted.
Die übrigen Motoren können als Nebenmotoren relativ klein ausgelegt werden. Sie müssen in der Drehzahl regelbar sein und können auch in der Drehrichtung veränderbar sein.The other motors can be designed as small auxiliary motors. The speed must be adjustable and the direction of rotation can also be changed.
Durch geeignete Wahl der Basisdrehzahlverhältnisse kann die erfor¬ derliche Antriebsleistung der Nebenmotoren minimiert und sogar in Ihrer gerüstplatzabhängigen unterschiedlichen Größe ausgeglichen werden.The required drive power of the secondary motors can be minimized by a suitable choice of the base speed ratios and even compensated for in their size depending on the scaffolding space.
Das Antriebssystem gemäß der Erfindung kann selbstverständlich auch gruppenweise oder in Kombination mit anderen AntriebsSystemen inner¬ halb einer Walzstraße eingesetzt werden. The drive system according to the invention can of course also be used in groups or in combination with other drive systems within a rolling mill.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Antrieb für kontinuierliche Walzstraßen, dadurch gekennzeichnet, daß mehreren Walzgerüsten oder Walzgerüstgruppen (2) je eine Suπmengetriebestufe (1) zugeordnet ist, deren Eingang von in¬ dividuell regelbaren Antrieben (4) gespeist und deren Ausgang mechanisch mit dem jeweils zugeordneten Walzgerüst (2) und gleichzeitig dem Eingang eines Summengetriebes (4) eines benachbarten Walzgerüstes (2) verbunden ist.1. Drive for continuous rolling mills, characterized in that a plurality of roll stands or roll stand groups (2) is assigned a sub-transmission stage (1), the input of which is fed by individually controllable drives (4) and the output of which is mechanically connected to the respectively assigned roll stand (2 ) and at the same time the input of a summation gear (4) of an adjacent roll stand (2) is connected.
2. Antrieb für kontinuierliche Walzstraßen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die individuell regelbaren Antriebe (4) durch eine gemeinsame Welle miteinander verbunden sind.2. Drive for continuous rolling mills according to claim 1, characterized in that the individually controllable drives (4) are interconnected by a common shaft.
3. Antrieb für kontinuierliche Walzstraßen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehreren Summengetrlebestufen (1) ein individuell regelbarer Antrieb (4) zugeordnet ist. 3. Drive for continuous rolling mills according to claim 1, characterized in that a plurality of aggregate levels (1) is assigned an individually controllable drive (4).
PCT/DE1987/000394 1986-08-29 1987-08-29 Drive for continuous rolling train WO1988001544A1 (en)

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