Устройство для измерения толщины проката

Союз Советских Социалистических Республик) Приоритет осударственнын комитет СССР по делам изобретений и открытий71) Заявитель 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЪ ПРОКАТА Изобретение относится к области прокатного производства и может быть использовано при автоматизации листовых прокатных станов и автомат-станов прокатки горячекатаных бесшовных труб.Известно устройство для измерения толщины проката, содержащее измерительные валки, между подшяпниками которых установлены гидр оцилиндры, включенные в замкнутую гидросистему, электромеханический задатчик объема жидкости с датчиком положения регулирующего органа и измеритель давления, устройство сравнения давления в гидросистеме с номинальным и сумматор, в котором для повышения точности измерения выход устройства сравнения подключен одновременно к входу электромеханического задатчика и к входу сумматора, к другому входу которого подключен выход датчика положения 1.Однако такое устройство це позволяет добиться точного измерения толщины проката из-за реально существующего ограничения по быстродействию электромеханического привода задатчика объема и це адекватностью характеристик датчика давления и датчика пути, отнесенных к толщине проката. Кроме того, погрешность измерения является функцией погрешности позиционирования электромеханического привода, погрешностей многократных преобразований сигналов, нестабильности модуля упругости приведенного столба жидкости в замкнутой гидросистеме, а также погрешности измери теля абсолютного давления рабочего тела взамкнутой гидросистеме. Не учитывается также погрешность, вносимая в измерительный канал собственно кннематической схемой устройства, реально существующей 10 эксцентричностью прокатных валков и подшипников их опор.Наиболее близкой к описываемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является электрогид равлическая следящая система автоматического регулирования толщины прокатываемой полосы, включающая гидроцилцндры локального предварительного напряжения рабочих валков, расположенные с обеих 20 сторон прокатной клети ц образующие впроцессе прокатки замкнутую гидросистему, цилиндр-индикатор давления рабочей жидкости, гцдравлическн соединенный с гидроцилццдрамц локального предваритель ного напряжения рабочих валков, размещенный вне опор с полостью гидравлического уравновешивания его поршня, датчик положения, кинематически взаимодействующий с поршнем цилиндра-индикатора, З 0 подключенный своим выходом к системЕниоматического регулирования толщины прокатываемой полосы,Недостатки такого устройства связаны с тем, что дифференциальный датчик положения рабочих валков измеряет усредненное значение биешш рабочих валков, порождаемых их эксцситриситетом и оиепием шпинделей приводов валков, с обратным знаком, т. е, в реальных условиях существуют биения валков в виде коленчатого вала - это биения бочек валков, не параллельные их оси и с разной амплитудой по кромкам валков в любой момент времени. Поскольку при измерении разнотолщииности возникает ошибка (биения рабочих валков учитываются с обратным знаком), то она отражается на точности регулирования автоматической системы и вносимая ошибка может достигать величины, соизмеримой с полем допусков по толщине.Целью изобретения является повышение точности при измерении разнотолщинности проката по положению опор рабочих валков в диапазоне скоростей прокатки.Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее гидроцилиндры локального предварительного напряжения рабочих валков, расположенные с обеих сторон прокатной клети, цнлиндр-индикатор давления рабочей жидкости, гидравлически соединенный с гпдроцилиндрами локального предварительного напряжения рабочих валков, размещенный вие опор валков с полостью гидравлического уравновешивания сго поршня, датчик положения, киисматически взаимодействующий с поршнем цплшдра-индикатора, и систему автоматического регулирования, выход которой подсоединен к регулятору раствора валков, введены управляемый разделительный клапан, образующий две независимые замкнутые гидросистемы с обеих сторон клети, одна полость которого подсосдинеиа к гидро- цилиндрам локального предварительного напряжения рабочих валков стороны привода, а другая - к гидроцилиндрам локального предварительного напряжения рабочих валков стороны перевалки, измеритель круговой частоты рабочих валков, вход которого кииематически соединен с рабочим валком, два преобразователя фазы и амплитуды биений противоположных кромок рабочих валков, входы которых подсоединены к соответствующим выходам измерителя круговой частоты рабочих валков, два сумматора, псрвые входы которых подсоединены к соответствующим выходам преобразователей фазы и амплитуды биений рабочих валков, вторые входы - к соответствующим выходам датчиков положения, а выходы сумматоров подсоединены к соответствующим входам систем автоматического регулирования.Введение управляемого разделительного клапана позволяет реализовать устройство,10 15 20 25 30 35 4 О 45 50 55 60 65 обеспечивающее выделение фазы и амйли туды биений по кромкам рабочих валков в виде коленчатого вала и повысить точность измерения разнотолщинности за счет устранения перстскапия жидкости из гидро- цилиндров локального предварительного напряжения рабочих валков, расположенных со стороны привода прокатной клети, в гидроцилиндры локального предварительного напряжения рабочих валков, расположенные со стороны перевалки прокатной клети, и наоборот, в моменты несовпадения фаз, а также амплитуд биений противоположных кромок рабочих валков.Введение измерителя круговой частоты позволяет синхронизировать биения рабочих валков с погррностью, накладываемой на измерение разнотолщинности, снимаемой с датчика положения.Введение преобразователей фазы и биений противоположных кромок рабочих валков позволяет выделить фазу и амплитуду биений кромок рабочих валков, порождаемых эксцеитричностью бочек валков и подшипников их опор, биением шпинделей главного привода.Введение сумматоров позволяет осуществить учет биений рабочих валков с необходимой фазой и удобную настройку устройства.На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для измерения толщины проката; на фиг. 2 - графическая иллюстрация преобразований при его настройке для одной стороны клети (для другой стороны клети функционирование устройства аналогично).Устройство содержит гидроцилиндры 1, расположенные между опорами рабочих валков 2. Гпдроцилиндры 1 через управляемый запориый клапан 3 гидравлически подключены к насосному агрегату (на чертеже ие показан), развивающему давление Ро, и соединены с дифференциальным датчиком 4 положсния рабочих валков. Выходное напряжение дифференциального датчика 4 положения рабочих валков пропорционально колебаниям поршня 5 цилиндра-индикатора б и считывателя с преобразователем 7 линейных перемещений. Для поддержания поршня 5 цилиндра-индикатора б в центральной области его внутренней полости используется уравновешивающий цилиндр 8, подключаемый к насосному агрегату через запорный клапан 3. Измеритель 9 круговой частоты, например сельсин, жестко сочленен с рабочим валком, выход которого через преобразователь 10 фазы и амплитуды биений рабочих валков, состоящий, например, из фазовращателя 11 и усилителя 12, коэффициент усиления которого может изменяться за счет регулируемого сопротивления 13 на его входе, подключен к первому входу сумматора 14. На второй вход сумматора 14 подключен выход с диффе 7514 ВОренциального датчика 4 полокения рабочих валков. С выхода сумматора 14 счцтывается сигнал разтготолцицности, который используется в системах автоматического управления 15 геометрическими параметрами проката (САУ ГП) илц регтлстрглруется индикатором 16, Дискретглое изменение коэффициента усиления усилителя 12 осугцествляется за счет шунтирования части сопротивления в цепи его обпзтттой связи ззмьгкающим контактом 17. Разделение замкнутой гилросистемьт локального предварительного напряжения рабочих валков на две незавтлсимьте замктутьте гтг,чпосттстемьт, расположенные с обеих сторон клети, осуществляется управляемым разделительным клапаном 18, тем самым обеспечивается контроль раствора валков цлп, что одно п то же, разноточттлтлности, порикчяемой биением рабочих валков в виде колеттчатого вала.Устройство работает слелуютпттм образом.В момент перестройки стана (после перевалки валков) гидросцстема рабочих валков нахоЛится в режиме уравгтовешиватия и является мягкой, когда в гидроттплгтнчры 1 и гтилитлдо 8 уравтговецтивяттия подается опрелеленной вслтлпиттт лзвлетттте о через управляемый запорньтй клапат 3 от пзсосного агрегата. Оп. ратором глли автомзттлтескц с помоцью цакимного мехаизлз устзцзвлцвяется валок ттэ валок с усттчттсм. пптблизитсльно равным усилито ппокзттси. Порцепь 5 гтллитллрз-гнликатора 6 лиффепеттсиэлт.того латчтткз 4 почокетгтгя рзботттх валков устанавливаются в среднее полокение, цапрттмсп, прелварительтто напряжеттцыми пружитгями ня небочьшое устллгте (ттз чертеже пе показано). При обкатке валков управляемый запорттьтй клапан 3 затсрьтвзется. В момегтт этого пепеключения лавление жидкости в гтллроттттлтлнлрзх 1 и в уравновептивающем цилттттчре 8 гэвттьт. Зэмтнутая гичросистема локзл"ного пре;тварительного напряжения клети посрелством прзвляемого запорного клапана 3 приобретает определенную жесткость, опреле.чяемуто паряметрямц элеметлтов гглпосистемьт тл рабочих валков. При врэтценцц валков раствор валков (расстояние мекдч их осями тгли давление, воспринимаемое месдозами. 1 стэновлеттцьтми под нажимными мехаттизмами) меняется из-зз реально существ ющего эксцецтотстттетз рабочих тл опорных волков, их полтпипттиков ц биений птпиплелей привола рабочих валков. Это приводит к тому, что по закону сообщающихся сосудов поршень 5 цилиндра-индикатора 6 смешается от нейтрального положения в ту илтл лругую сторону. В результате изменения толциньт проката А 6 переместится на величину Л, определяемую выражениемКРГ 1 р (1)1+ Л 4 гЛ 4 рггде 5 р, Л - приведенная п;тощадь гидроццлпндров 1 и площадь поршня 5;К; .М, - прцведешц.е молу,тц упругоюЭсти гпдросцстем уравновешивающего ццлицлра и предварительного напряжения рабочих валков.Атталоггтгьт.л выра жс ц нем опредс ляетсявлпяццс эксцецтрцстгтстз опорных валков ц полцтцпт.иков цх опор ца раствор валков.Ко.чебятгття раствора пзбочпх валков в рез 1 лг.тяте этсцстгтрисптстэ бочек Вэ,пков и подшцпццков цх опор, биения лггплгтдечей главного привода также определяются по выряжетццо (1), цо пегцстрируются дифференциальным латштком положения 4 с противоположттой фазой.Поскотц ту тзстотттьттг спектр колебзтцйраствора ряботгтх ва,чков значителен (цз-за измсттецця скоросттт прокатки, возмугпстцтй, вттосцмых в клеть полосой, ц дп.), я амплитуда колебаний раствора ва,чков, порожлаемая собствтгтто узлом пзбочггх валков, зцзчтттечт,гтз (отсоло 0,005 тм), необходимо выделять тзстот и змп,чтлт лг этих возм- щеццй и учитывать в САУ ГП по,чосы или в системс ццдпкяццп.Няпряжсцце ця выхоле измерителя кру говой частоты определяется выражениемс 1 - Л с 1 п огле Л - эмилтула выходного напряжения т:юсрггтеля круговоц часто 35 ты;сь, - частота вращения рабочих ва,чков.Экспертмс цтзльцымц тгсслсловацпямц установлено, что характер бцсций рабочихО валков носит гармонический характер с частотой, равной частоте и; гозшстгття ц с,чмчайной фазой, опредсляемой взаимным положением валков прц цх ззва,чке в клеть.Составляющая пзпряжепця ца вьгхоле диф 45 ферецццальцого латчцкз положецття рабочих валков. порождаем з я биением р абоч ихвалков, равнафврв - еК:втп( гв +,1)50 где б - амплитуда бцецця узла рабочихвалков, прцве,чсццзя к цх раствопу,На однц вход двухлучевого осциллографа (ця чертеже цс показано) подастся сцг 55 тгал с выхода преобразователя 7 линейныхперемецеццц, я ца другой - с усилителя12, прсдварцтельцо прокалцбровав коэффцциецты усцлсцця оспцллографя по входам1:1. Полстрацвая сгзззоврзтцзтслем 11 фазу60 выходного ттяпряжсггтгя таким образом, чтобы оца бь ла смсшсця относительно фазы,считыгасмой с датчика, пз 180, рсзцстором13 ампсцттуду с 1", равную ЛГр, (фпг. 2,график б), добцваю-ся практического исключения из сигнала ЛУ преобразователят 77 линейных перемещений на выходе сумматора 14 напряжения, обусловленного биением узла рабочих валков, В свою очередь этоисключает влияние рассмотренных возмущений на работу системы автоматическогоуправления геометрическими параметрамиполосы (исключается процесс абсолютноговпечатывания биений узла рабочих валковв полосу). При подаче управляющего сигнала на размыкание контакта 17 (цепь управления на чертеже не показана) сопротивление в цепи обратной связи усилителя12 возрастает в два раза (фиг. 2, графикд), чем определяется соответствующее увеличение амплитуды на его выходе 2 У,икак следствие появление на выходе сумматора 14 составляющей ЛУ ,ропределяющей фактические возмущения, узла рабочих валков (фиг, 2 график е).Такое устройство позволяет повыситьточность измерения разнотолщцнности проката по положению опор рабочих валков вдиапазоне скоростей прокатки за счет правильного учета погрешности, порождаемойсобственно биением рабочих валков.При практической реализации стабильность соотношения в знаменателе выражения (1) легко обеспечивается, например,реализацией плунжерного привода в гидросистеме предварительного напряжения рабочих валков, позволяющей регулироватьраствор прокатных валков нажимным механизмом без изменения объема в названнойзамкнутой гидросистеме. Приведенный модуль упругости Мдля реально существующих условий эксплуатации и периодического контроля - величина постоянная.Совместная реализация плунжерногопривода и дифференциального датчика положения рабочих валков позволяет осутцествить измерение абсолютной толщины проката, но для САУ ГП полосы и индикации,выведенной для оператора, это несущественно, так как принципиальным являютсявопросы регистрации продольной разнотолщинности и ее компенсации. Кроме того,такая инженерная задача не является проблематичной,Моделирование и экспериментальные исследования макетного образца измерителятолщины проката показали: длительностьнастройки составляет 40 - 60 с, что значительно меньше времени обкатки валков; погрешность измерения не превышает 1,5 -2,5 мкм.Данный измеритель вынесен за пределыочага деформации.Формула изобретенияУстройство для измерения толщины проката, содержащее гидроцилиндры локаль 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ного предварительного напряжения рабочих валков, расположенные с обеих сторон прокатной клети, цилиндр-индикатор давления рабочей жидкости, гидравлически соединенный с гидроцилиндрами локального предварительного напряжения рабочих валков, размещенный вне опор валков с полостью гидравлического уравновешивания его поршня, датчик положения, кинематически взаимодействующий с поршнем цилиндра- индикатора, и систему автоматического регулирования, выход которой подсоединен к регулятору валков, отл ич а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности измерения разнотолщинности проката по положению опор рабочих валков в диапазоне скорости прокатки, в него дополнительно введены управляемый разделительный клапан, образующий две независимые замкнутые гидросистемы с обеих сторон клети, измеритель круговой частоты рабочих валков, два преобразователя фазы и амплитуды биений противоположных кромок рабочих валков, два сумматора, причем одна полость управляемого клапана подсоединена к гидроцилиндрам локального предварительного напряжения рабочих валков стороны привода, а другая - к гидроцилиндрам локального предварительного напряжения рабочих валков стороны перевалки, цилиндр-индикатор давлепия рабочей жидкости с полостью гидравлитеского уравновешивания его поршня гидравлически соединен с гидроцилиндрами локального предварительного напряжения рабочих валков противоположной стороны прокатной клети, датчик положения, кинематически соединен с поршнем цилиндрапндикатора, выход системы автоматического регулирования подсоединен к регулятору раствора валков противоположной стороны прокатной клети, измеритель круговой частоты рабочих валков кинематически соединен с рабочим валком, входы преобразователей фазы и амплитуды биений противоположттых тсромок рабочих валков подсоединены к соответствующим выходам измерителя круговой тастоты рабочих валков, первые входы сумматоров подсоединены к соответствующим выходам преобразователей фазы и амплитуды биений рабочих валков, вторые входы - к соответствующим выходам датчиков положения, а вьтходь сумматоров подсоединены к соответствующим входам систем автоматического регулирования. ТТсто 1 тттттки информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Уо 279966, кл. В 21 В 11, 1969.2. Авторское свидетельство СССР М 470322, кл. В 21 В 3702 1973.