Система регулирования толщины и профиля полосы

Система регулирования толщины и профиля полосы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ ССВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕ(ЖИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 57136 А

3(5» В 21 В 37/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТ0РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbITMA (21 ) 3487462/22- 02 (22) 26.08.82 (46) 30.11.83 Бюл. Ь 44 (72) В.В. Данилюк, С.Н. Тропин, А.И. Чабанов, Н.П. Петров, О.Г. Хен, А.В..Долгов, А.Б. Кондаков, П.С.Гринчук, А.В. Дубейковский, П.Ф. Осмоловский, Б.И. Кузнецов, А.И. Гуль, А.ф. Страшко и А.Л. Закс (71) Научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт комплектного электропривода и Новокраматорский машинострои.тельный завод (53) 621.771 ° 23.62-52(088.8) (54)(57) СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОЛЦИНЫ И ПРОФИЛЛ ПОЛОСЫ, содержащая прокатную клеть, первый датчик давления, подключенный своим входом к первой паре гидроцилиндров рабочих валков, первый блок компенсации постоянной составляющей, подсоединенный своим входом к выходу первого датчика давления, запорный клапан, подсоединенный своим выходом к первой паре гидроцилиндров рабочих валков и входом к выходу насосной установки, второй датчик давления, подсоединенный csoим входом к второй паре гидроцилиндров рабочих валков, второй блок компенсации постоянной составляющей, подсоединенный своим входом к выходу второго. датчика давления, первый регуля ор давления, подсоединенный своим выходом к второй паре гидро. цилиндров рабочих валков, третий датчик давления, подсоединенный своим входом к гидроцилиндрам опорных вал" ков, третий блок компенсации постоянной составляющей, под,единенный своим входом к выходу третьего датчика давления, второй регулятор давления, подсоединенный своим первым выходом к гидроцилиндрам опорных валков, пер" вый блок формирования управляющего сигнала, подсоединенный своими входами к соответствующим выходам nep" вого и третьего блоков компенсации постоянной составляющей и выходом к первому входу второго регулятора давления, второй блок формирования управляющего сигнала, подсоединенный своими входами к соответствующим выходам первого, второго и третьего .блоков компенсации постоянной составляющей, выходом к первому входу первого регулятора давления, вторые входы первого и второго регуляторов давления соединены с входом насосной установки, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности прокатываемой .полосы в продольном и поперечном направлениях и провыше" ния ее качества, в нее введены двухкамерный гидравлический цилиндр на полное усилие прокатки, установленный между станиной и подушкой опорного валка, четвертый датчик давления, подсоединенный своим входом к второй полости гидроцилиндра опорных валков„ четвертый блок компенсации постоянной составляющей, подсоединенный своим входом к выходу четвертого датчика давления, третий регулятор давления, подсоединенный своим первым выходом к второй полости гидроцилиндра опорных валков, первый сумматор, подсоединенный своими входами к соответствующим выходам первого блока формирования управляющего сигнала и треть1057136

Ц

2Ь

его блока компенсации постоянной составляющей и выходом к первому входу третьего регулятора давления, электропривод нажимных винтов, подсоединенный своим выходом к нажимным винтам прокатной клети, датчик положения, подсоединенный своими входами к подуш-. ке нижнего опорного валка и станине клети, второй сумматор, подсоединенный своими соответствующими входами

Изобретение относится к автоматизации прокатного производства и может быть использовано в устройствах регулирования толщины и профиля полос на листопрокатных станах.

Известна система автоматического регулирования толщины и профиля проката, содержащая прокатную клеть, нажимные винты, электропривод нажимных винтов, гидроцилиндры распора опорных валков, гидроцилиндры принудительного изгиба рабочих валков, электрогидравлические регуляторы дав ления рабочего тела в гидроцилиндрах распора опорных валков и принудитель. ного изгиба рабочих валков и датчики толщины полосы на входе и выходе кле, ти. Недостатками данной системы являются удаленность датчиков толщины по-: лосы от очага деформации, что не позволяет производить регулирование высокочастотной составляющей разнотолщинности полосы и компенсацию эксцентриситета рабочих и опорных валков, а также невозможность в рамках одноканальной структуры воспроизводить требуемый спектр частот с заданной амплитудой и допустимым фазовым запаздыванием в связи с эффектами насыщения в усилительных и исполнительных устройствах.

Наиболее близкой к изобретению по технической. сущности и достигаемому результату является система автоматической стабилизации толщины полосы, содержащая прокатную клеть, первый датчик давления, подключенный своим входом к первой паре гидроцилиндроВ к выходам датчика положения и первого блока формирования управляющего сигнала и выходом к второму входу электропривода нажимных винтов, адаптивний регулятор толщины, подсоединенный своим выходом к первой паре гидроцилинд ров рабочих валков, и датчик толщины полосы, подсоединенный своим выходом к второму входу адаптивного регуля" тора толщины.

2 рабочих валков, первый блок компенсации постоянной составляющей, подсоединенный своим выходом к первой паре гидроцилиндров рабочих валков и входом к выходу насосной установки, втоФ рой датчик давления,, подсоединенный своим входом к второй паре гидроцилиндров, второй блок компенсации постоянной составляющей, подсоединенный своим входом к выходу второго датчика давления, первый регулятор давления, подсоединенный своим выходом к второй паре гидроцилиндров рабочих валков, третий датчик давления, подсоединенный своим входом к гидроцилиндрам опорных валков, третий блок компенсации постоянной составляющей, подсоединенный своим входом к выходу третьего датчика давления, второй регулятор давления, подсоединенный своим первым выходом к гидроцилиндрам опорных валков, первый блок формирования управляющего сигнала, подсоединенный выходом к первому входу второ го регулятора давления, второй блок формирования управляющего сигнала, подсоединенный своими входами к соот- ветствующим выходам первого, второго и трет ье го блоков компенсации постоянной составляющей и выходом к первому входу первого регулятора давления, вторые входы первого и второго регуляторов давления соединены с выходом насосной установки.

Однако известная система не позволяет производить высокоточную стабилизацию продольной толщины полосы изза ограничений энергетических параметров канала гидрораспора опорных

1057 1 валков, ошибки информационного канала продольной разнотолщинности, связанной с изгибом шеек рабочих валков при работе канала гидравлического изгиба рабочих валков. . 5

Система не дает возможности производить настройку,для прокатки на абсолютный размер.

Цель изобретения — повышение точности прокатываемой полосы в продоль- 1О ном и поперечном направлениях и повышение ее качества.

Поставленная цель достигается тем, что в систему, содержащую прокатную клеть, первый датчик давления, подключенный своим входом к первой паре гидроцилиндров рабочих валков, первый блок компенсации постоянной составляющей, подсоединенный своим sxo- 20 дом к выходу первого датчика давления, запорный клапан, подсоединенный своим выходом к первой паре гидроцилиндров рабочих валков и входом к

ВьхОду насОснОЙ устанОвки ° BTopoH g5 датчик давления, подсоединенный своим входом к второй паре гидроцилиндров рабочих валков, второй . блок компенсации постоянной составляющей, подсоединенный своим входом к выходу З0 второго датчика давления, первый регулятор давления, подсоединенный своим выходом к второй паре гидроцилиндров рабочих валков, третий датчик давления, подсоединенный своим еходом к гидроцилиндрам опорных валков, третий блок компенсации постоянной составляющей, подсоединенный своим входом к выходу третьего датчика давления, второй регулятор давления, под40 соединенный своим первым выходом к гидроцилиндрам опорных валков, первый блок формирования управляющего сигнала, подсоединенный своими входами к соответствующим выходам первого и третьего блоков компенсации постоян45 ной составляющей и выходом к первому входу второго регулятора давления, второй блок формирования управляющего сигнала, подсоединенный своими входами к соответствующим выходам перво- 50 го, второго и третьего блоков компенсации постоянной составляющей, выхо.дом к первому входу первого регулято" ра давления, вторые входы первого и второго регуляторов давления соединены с входом насосной установки, введены двухкамерный гидравлический цилиндр на полное усилие прокатки, 36 4 установленный между станиной и подушкой опорного валка, четвертый датчик давления, подсоединенный своим входом к второй полости гидроцилиндра опорных валков, четвертый блок компенсации постовнной составляющей, подсоединенный своим выходом к выходу четвертого датчика давления, третий регулятор давления, подсоединенный своим первым входом к второй полости гидроцилиндра опорных валков, первый сумматор, подсоединенный своими вхоами к соответствующим выходам первого блока формирования управляющего сигнала и третьего блока компенсации, постоянной составляющей и выходом к первому входу третьего регулятора давления, электропривод нажимных вин" тов, подсоединенный своим выходом к нажимным винтам прокатной клети, датчик положения, подсоединенный своими входами к подушке нижнего опорного валка и станине клети, второй сумматор, подсоединенный GBQNMN соответствующими входами к выходам датчика положения и первого блока формирования управляющего сигнала и выходом к второму входу электропривода нажимных винтов, адаптивный регулятор толщины, подсоединенный своим выходом к первой паре гидроцилиндров рабочих валков и датчик толщины полосы, подсоединенный своим выходом к второму входу адаптивного регулятора тол- . щины.

На чертеже представлена схема системы регулирования толщины и профиля полосы для одной стороны клети.

Для другой стороны клети схема системы и принцип ее работы аналогичны.

Система автоматического регулирования толщины и профиля полосы содержит прокатную клеть 1, измерительные гидроцилиндры 2, датчик 3 давления рабочего тела в измерительном контуре, преобразующий гидравлические сигналы изменения давления. в электрические импульсы, первый блок 4 компенсации постоянной составляющей, вырабатывающийна выходе сигнал отключения от начального давления в контуре, за-, порный клапан 5, отсекающий измерительный гидравлический контур от насосной установки, гидроцилиндры 6 противоизгиба датчик 7 давления рабочего тела в гидроцилиндрах противоизгиба, блок 8 компенсации постоянной составляющей, силовой двухкамерЭ 1057 ный гидроцилиндр 9, датчик 10 давления рабочего тела в малой полости (канале тонкого регулирования) силового гидроцилиндра, блок 11 компенсации постоянной составляющей, датчик 5

12 давления рабочего тела в большой полости силового гидроц14линдра, блок

13 компенсации постоянной составляющей, блок 14 формирования управляющего сигнала регулирования продольной 10 толщины проката, блок 15 формирования управляющего сигнала регулирования поперечного профиля полосы, электрогидравлический регулятор 16 давления рабочего тела в гидроцилиндрах противоизгиба рабочих валков, электрогидравлический регулятор 17 давления рабочего тела в малой полости силового гидроцилиндра, электрогидравлический регулятор 18 давления 20 рабочего тела в большой полости сило-.. вого двухкамерного гидроцилиндра, сумматор 19, датчик 20 положения силового гидроцилиндра, сумматор 21, формирующий сигнал управления электро- 25 приводом нажимных винтов, электропривод 22 нажимных винтов 23 ЭПНВ, датчик 24 толщины полосы, установленный на выходе клети, и адаптивный регулятор 25 толщины, служащий для на- З0 стройки стана на абсолютный параметр.

Система работает следующим образом.

В режиме настройки клети на заданный размер обеспечивается заполнение полостей гидравлических контуров измерительного канала, канала противоизгиба и двухкамерного силового гидроцилиндра. От насосной установки (не показана) через открытый 4 запорный клапан 5 и регуляторы 16-18 давления заполняются измерительный 2, противоизгиба 6 и двухкамерный силовой 9 гидравлические цилиндры. При этом в гидроцилиндре противоизгиба создается давление по сигналу блока

15 формирования управляющего сигнала в соответствии с выбранным с. ртаментом. Двухкамерный силовой цилиндр занимает требуемое положение по сигналу датчика 20 положения (связь датчика положения 20 и сумматора 19 не показана, так как она используется только при вспомогательном режиме настройки).

Электрогидравлический привод 22 нажимных винтов 23 устанавливает последние в соответствии с необходимым раствором валков.

136

B режиме прокатки при входе полосы в клеть запорный клапан 5 закрывается, создавая в измерительных гидроцилиндрах 2 замкнутый объем рабочего тела.

Блоки 4, 8, 11 и 13 компенсации производят компенсацию начальных давлений в соответствующих гидроцилиндррах 2, 6 и 9.

Рассмотрим работу системы автоматического регулирования толщины полосы, канала регулирования профиля и адаптивного регулятора толщины.

Каналы ЭПНВ и электрогидравлических приводов большой и малой камер гидроцилиндра гидравлического нажимного устройства (ГНУ) предназначены для регулирования продольной толщины проката, а канал противоизгиба рабочих валков — для формирования поперечного профиля проката.

Толщина полосы на выходе клети в результате снижения толщины подката на о11 изменяется на величину

Sh, М„.МР (1)

М и где М - приведенный модуль упругос" ти клети;

И„ — приведенный модуль жесткости измерительной системы;

И - условная жесткость полосы.

В результате на выходе датчика давления рабочего тела в указанной гидросистеме

Mp Shy 1 = и = и (2) где Sp - суммарная площадь измерительных гидроцилиндров.

Быстродействующий канал — электрогидравлический привод малой камеры гидроцилиндра отрабатывает разнотолщинность полосы и тем самым обусловливает увеличение напряжения на выходе датчика 3 давления рабочего те-, ла в измерительных. гидроцилиндрах.

В то же время напряжение на выходе датчика 10 давления уменьшается в результате снижения давления рабочего, тела в малой камере гидроцилиндра при отработке воздействия в виде ступенчатого уменьшения толщины полосы.

Соответствующим подбором коэффициентов передачи напряжения с выходов датчика 3 и 10 можно обеспечить по-стоянство суммы этих напряжений, подаваемых на вход сумматоров 19 и 21.

1057136

При этом электрогидравлический привод большой камеры гидроцилиндра и

ЭПНВ должны быть отключены.

При подключении второго канала электрогидравлического привода большой камеры гидроцилиндра полученное напряжение на выходе сумматора 19 обеспечивает автономную отработку ступенчатого уменьшения толщины полосы этим каналом, т.е. работу канала до тех пор, пока напряжение на выходах датчиков 3 и 10 не примет начальное значение. В результате в большой камере гидроцилиндра установится новое значение давления рабочего тела 15 и вся статическая нагрузка приращения усилия прокатки будет скомпенсирована изменением этого давления. Гидросистемы (измерительная и малой камеры гидроцилиндра) придут в исходное со- 20 стояние.

Однако регулирование толщины полосы с помощью только ГНУ трудно реализуемо из-за ограниченного хода собственно силового гидроцилиндра. Поэто- 25 му для перестройки гидроцилиндра (возврата в исходное положение) предусмотрена работа ЭПНВ ° Одновременно с ГНУ ЭПНВ осуществляет низкочастоную компенсацию. энергоемких возмуще- < ний. Полученное напряжение на выходе датчика 20 положения ГНУ обеспечивает автономную отработку ступенчатого уменьшения разнотолщинности (отработку ступенчатого уменьшения высоты гид

35 роцилиндра каналом ЭПНВ, т.е. работу до тех пор, пока напряжения датчиков

3 и 20 не примут прежние значения).

В результате нажимные винты займут новое положение. ГНУ займет исходное 40 положение.

Таким образом, алгоритм функционирования системы стабилизации продольной разнотолщинности позволяет осуществлять автономную работу кана- 45 лов системы, более рационально распределять усилие прокатки по каналам, наиболее полно использовать динамические и точностные возможности каждого канала и, следовательно, более качественно компенсировать частотные компоненты разнотолщинности l1po катываемой полосы.

Стабилизация продольной разнотолщинности 3 1 посредством силовых каналов приводит к изменению усилия прокатки и, как следствие, появлению поперечной разнотолщинности Вll проката. Компенсация указанного возму" щения осуществляется посредством гидравлического профилирования, основанного на принудительном противоизгибе валков путем приложения усилий к шнекам рабочих валков. Различие в жесткости клети у края и середины полосы, обусловленное изгибом осей рабочих валков, позволяет производить регулирование профиля активной образующей рабочих валков в основном за счет изменения неравномерности сплющивания по контакту рабочий валок — опорный валок.

При неизменных величинах тепловой выпуклости и исходного профиля валков стабильность поперечной разнотол" щинности прокатываемой полосы обеспечивается при услоаии (3) в где ьО - усилие противоизгиба;

P Я

Мв,М — коэффициенты жесткости валковой системы при действии металла на валки (Р) и усилия противоизгиба.

Алгоритм двухканальной системы совмещенного регулирования ГНУ вЂ” противоизгиб ьЯ aR 6 О (4) где Ь К - приращение результативного усилия ГНУ;

Ь Р - приращение усилия прокатки; приращение усилия противоизгиба.

Запишем выражение (4) применительно к предлагаемой системе как

K hF

F — усилие, развиваемое измерительной гидросистемой; усилия развиваемые гид роцилиндрами малого и большого диаметра соответственно.

Сигнал на управление противоизгибом рабочих валков представляет собой сумму выходных сигналов (в прира" щениях) датчиков 3,10 и 12 давления и формируется в блоке 15 формирования управляющего сигнала. При прокатке в результате реально .существующих возмущающих воздействий, например при уменьшении толщины в продольном на" правлении, давление в измерительных гидроцилиндрах 2 возрастает. Сигнал, 1057136

10 считываемый с выхода датчика 3 давления, управляет каналом электрогидравлического привода малой камеры гидроцилиндра, каналом электрогидравлического привода большой камеры гидроцилиндра и каналом ЭПНВ таким образом, что давление рабочего тела в гидроцилиндре 6 уменьшается. Этим обеспечивается упругая деформация клети и пластическая деформация по- 1О лосы, а следовательно, восстановление давления в гидроцилиндрах 2 и компенсация продольной раэнотолщинности, т.е. 8 h = О. Так как реальный канал имеет конечное быстродействие, то про15 цесс регулирования будет иметь определенную инерционность. Поэтому для высокочастотного информационного обеспечения системы .регулирования поперечной раэнотолщинности и для фор- 20 мирования безынерционного сигнала ожидаемой поперечной разнотолщинности необходима информация, исключающая фактор потери ее из-за указанной инерционности каналов. Это достигается 2S тем, что сигналы отклонения с выхода датчиков 3, 10 и 12 давления формируются в блоке 15 формирования управляющего сигнала и подаются на вход электрогидравлическогоз 50 регулятора 16 давления. Причем параметры схемы суммирования подбираются таким образом, чтобы обеспечить выполнение соотношения 12) .

Таким образом, в момент приложения 35 возмущающего воздействия (скачкообразного уменьшения продольной раэнотолщинности) на выходе блока формирования управляющего сигнала мгновенно появляется сигнал K<5F<. Далее, по мере 40 его компенсации, приоритетным становится сигнал K gF1, который достига" ет своего максимального значения при К 5 Q = О. Следовательно, уже в момент приложения возмущения на 45 выходе блока 15 формирования управляющего сигнала имеем сигнал К16Г1, величина которого с большой точностью характеризует ожидаемую поперечную разнотолщинность. Такое построение схемы реализует практически безынерционный информационный канал регистрации поперечной разнотолщинности проката.

В связи с тем, что связь между сис 5 темой регулирования продольной разнотолщинности и системой стабилизации профиля проката выполнена параметрической (соотношение (5), система стабилизации поперечной разнотолщинности выполнена как статическая (применительно к контуру противоизгиба рабочих валков). Статизм канала противоизгиба рабочих валков обусловлен наличием обратной связи по давлению рабочего тела в гидроцилиндрах 6 противоизгиба в выхода датчика 7 давления через блок 8 компенсации постоянной составляющей на вход блока 15, формирования управляющего сигнала.

Информационный канал, построенный по принципу контроля отклонений давления рабочего тела в измерительных гидроцилиндрах, обеспечивает прецизионное измерение отклонений толщины прокатываемой полосы от заданной, но не дает информации об абсолютной толщине прокатываемой полосы. Кроме того, возникающие во время прокатки возмущения, например тепловое расширение валков или неконтролируемые утечки рабочего тела из замкнутой измерительной гидросистемы, учитыва" . ются неправильно.

Для устранения указанных недостатков производится коррекция объема рабочего тела в измерительных гидроцилиндрах 2 с помощью адаптивного регулятора 25 толщины в функции показаний датчика 24 толщины, установленного на выходе клети;1;

Таким образом, введение двухкамерного гидравлического цилиндра на полное усилие прокатки, четвертого датчика давления, четвертого блока компенсации постоянной составляющей, третьего регулятора давления, первого сумматора и ЭПНВ позволяет осуществить трехканальный вариант подсистемы регулирования продольной толщины проката по инерционной структуре.

Построение регулятора на основе итерационного алгоритма функционирования каналов позволяет разделить требуемые энергетические параметры на низкочастотный, среднечастотный и высокочастотный диапазоны и разнести компенсацию возмущений по каналам. При этом осуществляется перераспределение энергетических и динамических параметров по контурам, т.е.,наиболее мощные и низкочастотные каналы работают одновременно с менее мощ- ными, но высокочастотными каналами.

В результате система способна отрабатывать возмущения в большом сило1057136

Составитель Г. Лызлов

Редактор А. Огар Техред И.Надь Корректор О. Тигор

Тираж 816 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Иосква, 8-35 „ Раушская наб., д. 4/5

Заказ f438/11 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 вом диапазоне и в широкой полосе частот, включая возмущения от биений опорных и рабочих валков. Конструкция силового двухкамерного гидроцилиндра выполнена таким образом, что 5 малая полость гидроцилиндра имеет небольшой объем и большую жесткость столба рабочего тела, поэтому небольшое приращение объема рабочего тела вызывает значительное приращение дав- 10 ления в малой полости. Это позволяет значительно. сократить расход рабочего тела при отработке высокочастотных воздействий, снизить мощность устройства при отработке последних, 15 т.е. мощность быстродействующего канала составляет порядка 15-20ь общей полезной мощности, затрачиваемой на регулирование, и, как следствие, сниэисть стон- 20 мость ГНУ.

Кроме того, при параллельной работе камер силового гидроцилиндра по" вышается надежность нажимного устройства, так как при отказе одного привода регулирования может осуществляться- с помощью другого.

Введение датчика положения и второго сумматора позволяет производить перестройку стана на прокатку различного сортамента. Введение датчика толщины и адаптивного регулятора толщины дает воэможность производить настройку стана на абсолютный размер прокатываемой полосы, что исключает разброс средней толщины прокатываемых полос в партии. Данное условие позволяет вести прокатку в суженых и минусовых допусках.

Годовой экономический эффект от использования изобретения составит. более 1 млн. руб.