УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ УСИЛИЙ НА ВАЛКИ В ПРОКАТНОМ СТАНЕ Российский патент 2001 года по МПК B21B38/08 

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для измерения нагрузок, в частности усилий на валки в прокатном стане, путем измерения деформации нажимных винтов клети стана.

Известно устройство контроля усилий на валки в прокатном стане, содержащее соединенные между собой кабельной сетью усилительно-преобразовательный блок, регистрирующий прибор и мессдозы, закрепленные на нажимных винтах клетей стана [1].

Недостатком этого известного устройства является многозвенность передачи усилия на силоизмеряющий элемент - нажимной винт, мессдоза, подушка, валок. Каждый переход в передаче усилия вносит свою погрешность в передаче измерения.

Кроме того, на известное устройство измерения усилий происходит воздействие воды, сажи, масла одновременно с повышенной температурой от раскаленного прокатываемого металла, что снижает надежность и длительность работы устройства.

Наиболее близким к настоящему изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство контроля усилий на валки в прокатном стане, содержащее соединенные между собой кабельной сетью усилительно-преобразовательный блок, регистрирующий прибор и датчики деформации, смонтированные на элементах клети стана [2].

Недостатками этого известного устройства, принятого за прототип, являются те же вышеприведенные недостатки: тензорезисторные датчики деформации в известном устройстве смонтированы на стойке станины клети; крепление их имеет несколько деталей для передачи деформации на датчик, что приводит к увеличению общей погрешности измерения вследствие обжатия деталей цепи передачи деформации от стойки станины клети к датчику под действием большого числа циклов нагружения и воздействия переменной температуры. Измерение производится на стойках клети, расположенных в стороне от места приложения усилия, поэтому трение во всех промежуточных звеньях значительно увеличивает погрешность измерения.

Надежность тензодатчиков снижается от возможного попадания загрязнений в виде воды, сажи, масла. Использование для герметизации датчиков, находящихся недалеко от зоны прокатки, уплотнительных колец, резиновых прокладок, внутренних дренажных каналов не решает проблемы защиты датчика от воздействия внешних факторов (охлаждения водой, присутствия смазочного масла с кислотами и окалины) при прокатке металла на стане в условиях меняющихся температур и при воздействии больших переменных нагрузок (до 3000 тс).

Кроме того, отсутствие контроля температуры тензодатчика в момент измерения приводит к увеличенной температурной погрешности.

Техническим результатом изобретения является повышение точности контроля усилий на валки в прокатном стане при выделке металла и повышение надежности устройства в работе.

Технический результат достигается тем, что в устройстве по настоящему изобретению датчики деформации установлены во внутренних полостях, выполненных в нажимных винтах клети стана.

При этом ось измерения каждого датчика совпадает с продольной осью винта или ось измерения каждого датчика расположена под углом 90^o по отношению к продольной оси винта и пересекает ее.

Сущность изобретения поясняется графическим материалом, где изображена блок-схема устройства по настоящему изобретению.

Устройство содержит датчик деформации 1, установленный во внутренней полости, выполненной в нажимном винте 2 прокатной клети, в которой установлен и датчик измерения температуры 3 в виде термосопротивления. Датчики 1, 3 посредством кабельной сети 4 соединены с усилительно-преобразовательным блоком 5 и далее с регистрирующим прибором 6. Датчик деформации 1 выполнен в виде индуктивного датчика линейного перемещения. Гайка 7 крепит датчик во внутренней полости винта 2 так, что его ось измерения, в частности, совпадает с продольной осью 8 винта для измерения осевых деформаций. Тяга 9 датчика 1 через шарик 10 упирается в дно отверстия в винте 2.

Датчик деформации 1 устанавливается во внутренней полости нажимного винта 2 в области равномерного распределения напряжений сжатия по его сечению, т. е. равноудаленно от нижнего нажимного торца винта 2 и первого витка его силовой резьбы.

Для этого в винте со стороны его верхнего торца выполнено глубокое отверстие диаметром не более 50 мм, не доходящее до нажимного (нижнего) торца винта 2 на расстояние порядка половины диаметра винта. У дна отверстия установлен один или несколько (дублирование) датчиков деформации 1, измеряющих осевую или радиальную деформацию винта на некоторой базе. Измерение радиальной деформации через коэффициент Пуассона также дает объективную информацию о действующем усилии.

База выбирается в диапазоне от 50 мм (для радиальной деформации) до 150 мм (для осевой деформации) и должна располагаться равноудаленно от нижнего торца винта и от первого нагруженного витка его силовой резьбы,
На верхнем торце винта 2 закреплена крышка 11, герметично закрывающая отверстие, с блоком сопряжения 12. Внутри блока сопряжения 12 находится бесконтактное устройство подвода энергопитания к датчикам 1, 3 и вывода информации от них, выполненное, например, в виде синусно-косинусного вращающегося трансформатора (СКВТ).

Преобразовательный блок 5 устанавливается на клети и соединяется с двумя блоками сопряжения 12 винтов 2. Преобразовательный блок 5 осуществляет выработку необходимого питания, обработку выходных сигналов датчиков 1, 3, преобразование этих сигналов в выходные напряжения 0 - 5 В, 0 - 10 В или токи 0 - 5 мА, 4 - 20 мА, либо в сигналы последовательного интерфейса RS-485, Profibus DP и т.п.

В качестве регистрирующего прибора 6 может быть использован IBM PC совместимый компьютер, который осуществляет тестирование оборудования при запуске системы, собирает и обрабатывает информацию от датчиков 1, 3 винтов всех клетей, осуществляет протоколирование результатов прокатки в реальном времени и хранение протоколов.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Под воздействием усилий прижима валков при прохождении слитка во время прокатки металла в клети происходит пропорциональная воздействующим усилиям деформация нажимного винта 2 клети на измерительной базе и перемещение тяги 9 через шар 10 датчика 1, закрепленного гайкой 7 относительно корпуса датчика. Деформация преобразуется индуктивным датчиком перемещения 1 в электрический сигнал. Электрические сигналы от датчиков деформации 1 и датчиков температуры 3 поступают через блок сопряжения 12, расположенный в крышке 11, в блок 5, где происходит преобразование и математическая обработка сигналов с целью компенсации технологических погрешностей и температурных зависимостей, и вычисление усилий. Измеренные каждым датчиком 1 усилия обрабатываются в суммирующем устройстве блока 5 с учетом компенсаций нелинейности и температурных зависимостей и передаются в компьютер 6 по кабельной сети (4).

Программно-математическое обеспечение компьютера позволяет провести предварительную настройку параметров устройства - установку индикации максимально допустимых значений усилий по каждому датчику 1, суммарных и разностных усилий на валки, границы допустимых температурных диапазонов.

В штатном режиме работы устройства на экран монитора компьютера 6 выводятся графические изображения величин усилий прижима валков на каждом винте, сумм и разности усилий для двух винтов каждого валка, индицируется положение слитка на стане, кроме того, можно проконтролировать техническое состояние узлов и блоков устройства, показания термодатчиков.

Предлагаемое устройство позволяет по сравнению с известным техническим решением значительно повысить надежность и срок службы такой технологической системы, а также точность измерения усилий прижима валков за счет измерения усилия в оптимальной зоне деформации нажимного винта клети, введения в расчет температурных компенсаций и линеаризующих коэффициентов и выведения датчиков деформации из зоны влияния негативных процессов прокатки.

Источники информации
1. Патент РФ N 2107568 В 21 В 38/08 от 18 апреля 1997 г. "Устройство контроля усилий на валки в прокатном стане"
2. В. И. Печук, Л. Д. Шевчук "Эксплуатация тензорезисторных датчиков контроля усилий прокатки на блюминге 1500 НТМК", журнал "Сталь" 1979 г., N 5, с. 365-366а

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для измерения нагрузок, в частности усилий на валки в прокатном стане, путем измерения деформации нажимных винтов клети стана. Технический результат - повышение точности измерений усилий и надежности устройства в работе. В устройстве датчики деформации смонтированы во внутренних полостях нажимных винтов клети прокатного стана, причем ось измерения каждого датчика совпадает с продольной осью винта или расположена под углом 90^o по отношению к продольной оси винта и пересекает ее. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Устройство контроля усилий на валки в прокатном стане, содержащее соединенные между собой кабельной сетью усилительно-преобразовательный блок, регистрирующий прибор и датчики деформации, смонтированные на элементах клети стана, отличающееся тем, что датчики деформации установлены во внутренних полостях, выполненных в нажимных винтах клети. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ось измерения каждого датчика совпадает с продольной осью винта. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ось измерения каждого датчика расположена под углом 90^o по отношению к продольной оси винта и пересекает ее.