Измеритель внутреннего диаметра обода железнодорожного колеса при прокатке Советский патент 1993 года по МПК G01B7/12 B21C51/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении внутреннего диаметра ободов железнодорожных колес в процессетфокат- ки на колесопрокатном стане.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На чертеже представлена блок-схема измерителя внутреннего диаметра обода железнодорожного колеса при прокатке на стане, оборудованном механизмами перемещения каретки коренных и салазок нажимных валков.

Измеритель содержит датчик 1 перемещения каретки, выход которого соединен со входами узла 2 сравнения, узла 3 вычитания, блока 4 определения направления движения каретки блока 5 определения скорости каретки, ключа 6. выход которого подсоединен ко входу регистра 7, выход которого подсоединен ко вторым входам уз- лов сравнения 2 и вычитания 3. выход узла 3 вычитания подсоединен ко входу ключа в, третий (управляющий) вход узла 3 вычитания подсоединен к выходу узла 2 сравнения и одному из входов элемента И 9, второй вход которого подсоединен к выходу узла 10 сравнения скорости каретки с уставной, вход которого подсоединен к выходу блока 5 определения скорости каретки, вход которого подсоединен к выходу блока 4 определения направления движения каретки, выход датчике 11 перемещения салазок нажимных валков подсоединен ко входам узла 12 сравнения, узла 43 вычитания и ключа 14, выход которого подсоединен ко входу регистра 15, выход «второго подсоединен ко вторым входам узлов сравнения 12 и узле 13 вычитания, выход которого подсоединен ко входу ключа 16, третий (управляющий) вход узла 13 вычитания подсоединен к выходу узда 12 сравнения и третьему входу элемента И 9, четвертый вход которого подсоединен к прямому выходу RS-триггера 17, к S-входу которого подсоединен выход узла 18 ввода сигнала ПУСК, а R-входу триггера через элемент 19 задержки сигнала под узел 20 ввода сигнала Полировка, выход элемента И 9 подсоединен к управляющим входам ключей 8, 16. выход ключа 8 подсоединён к первым входам узлов эычи- 21 и суммирования 22, выход ключа 10 подсоединен ко вторым входам у&лов вычитания 21 и суммирования 22, выход узла 21 вычитания подсоединен к входам преобразователя 23, узла 24 вычитания и .преобразователя 25 выход преобразователя 23 Соединен со вторым входом узла 24 вычитания, выход узла 22 суммирования соединен со входом узла 26 вычитания, второй

вход которого соединен с выходом преобразователя 25. выход узла 26 вычитания подсоединен к одному из входов узла 27 суммирования, ко второму входу которого

подсоединен выход узла 28 задания начального внутреннего диаметра обода колеса, выход узла 29 ввода шаблонов каретки и салазок подсоединен к управляющим входам ключей 6 и 14, а выход узла 30 сброса

0 .шаблонов каретки и салазок подсоединен ко входам сброса регистров 7 и 15.

Измеритель работает следующим обра- ЗОМ, ..-.,:-. . -.

; Перед началом прокатки партии колес в

5 стан загружается холодная заготовка с размерами внешнего и внутреннего диаметров обода, равными известным величинам соответствующих средних диаметров обода горячей заготовки. На заготовку опускается

0 верхний наклонный вал стана, затем нажимные валки стана подводят до упора в нее, а потом к этой заготовке подводятся коренные валки. Эти положения механизмов стана принимаются за начала отсчетов

5 перемещений каретки и салазок стана, тж. шаблон каретки Ш« и шаблон салазок Шс

При поступлении сигнала с узла 29 ввода шаблона данные с датчиков перемещения каретки Т и салазок 11 через ключи 6 и

0 14. соответственно, записываются в регистры 7 и 15. Учитывая, что RS-триггер 17 при первоначальном включении установлен в исходное состояние, сигнал на выходе элемента / 9 равен нулю. При этом данные на

5 выходах ключей 8, 1$ и на всех выходах измерителя AD, Да ,х равны нулю.

После ввода шаблонов все механизмы стана отводятся в исходное положение, в котором значения на выходе 11 датчика пё0 ремещения салазок имеют величину меньшую, чем Шс. а значения на выходе датчика 1 перемещения каретки стана имеют величину большую чем Шк.

На втором узле 12 сравнения сравнива5 тотся данные о текущем состоянии датчика 1 перемещения салазок стана-Хслек и данные шаблона салазок Шс. Так как в данный момент времени Хс.тек Шс сигнал на выхсг- де узла 12 равен логическому нулю. Соответ0 ственно,разница между Шс.тек. и Шс в этом режиме узлом 13 не вычисляется. Кроме этого, нулевой сигнал с выхода узла 12 через элемент 9 дополнительно блокирует ключи .8 и 16. На первом узле 2 сравнения сравни5 ваются между собой данные о текущем состоянии датчика 1 перемещения каретки -Хк.тек и данные шаблона каретки Шк. Так как в данный момент времени Хк.тек Шк. то сигнал на выходе узла 2 равен логической единице. Узел 3 при этом вычисляет разницу

между Хк.тек и Шк. Однако эти данные не подвергаются дальнейшей обработке, так как ключ 8 находится в закрытом состоянии.

В состоянии, когда каретка и салазки стана находятся в неподвижном состоянии, сигнал и на выходе блока 5 определения скорости равен логическому нулю. Соответственно, .сигнал на выходе узла сравнения скорости каретки с установкой 10 равен логической единице..

При появлении сигнала с узла 18 ввода команды ПУСК все механизмы стана начинают двигаться к заготовке, а RS-триггер 17 устанавливается в единичное состояние.

При движении каретки стана к заготов- ке на выходе блока 4 определения направления ее движения появляется сигнал равный логической единице. На выходе блока 5 определения скорости движения каретки сигнал имеет величину равную скорости .перемещения каретки. Соответственно, на выходе узла сравнения с уставкой сигнал равен логическому нулю.

Данные с выходов узлов 3 и 13 не обрабатываются при наличии любого из следую- щих трех условий:

Хс.тек Шс; Хк.тек Шк;

каретка движется к заготовке.

После того, как значение Хс.тек нажимных валков станет по величине больше, чём Шс, сигнал на выходе узла 12 станет равным логической единице и на выходе узла 13 появится сигнал, рабный приращению пе- ремещения салазок относительно Шс. Если в этом случае каретка стана ввиду неста- бильностей в работе его механизмом еще продолжает движение по направлению к за- готовке, то данные с выходов узлов 3 и 13 не обрабатываются. После того, как каретка стана остановится, сигнал на выходе узла 10 станет равным логической единице. При выполнении условия Хк.тек Шк собираются все условия необходимые для включения элемента 8 и ключей 8 и 16.

выходе узла 10 сигнал равен логической единице.

Таким образом, в процессе прокатки на выходах ключей 8 и 16 формируются сигналы соответственно пропорциональные при-, ращению перемещения каретки стана Дх относительно Шк и приращению перемещения салазок нажимных валков Дс относительно Шс

Определение величины приращения внешнего диаметра обода колеса осуществляется в соответствии с аналитическим выражением

Дк -Дс V(RT+Si);

+ 7+5

-V(Ro+SO2-a

(Ro+sTf1

|2

2

где RT - текущая величина внешнего радиуса обода колеса;

RO - известная величина внешнего радиуса обода заготовки перед прокаткой на стане;

Si, 82 радиусы коренных и нажимных валков соответственно;

a, b - расстояние между осью прокатки и осью коренного валка, осью прокатки и осью нажимного валка, соответственно, следующим образом.

Ё узле 21 из величины Д вычитается величина Дс ё 1-ом преобразовательном элементе 23 эта величина преобразуется в величину

Fi(RT+Si)2-a2 + V(RT + S2) -V(R0+Si)2-a2 -V(Ro-fS2)2-b2 -

Использование: измерение диаметров круглых изделий, в частности обода железнодорожного колеса. Сущность изобретения: устройство содержит: датчик перемещения каретки (1), два регистра (7, 15). четыре ключа (6, 8, 14, 16), два узла сравнения (2, 12), пять узлов вычитания (3, 13, 21, 24, 26), два узла суммирования (22, 27) два преобразователя (23, 25). узел задания начального; внутреннего Диаметра обода колеса (28). RS-триггер (17). узел ввода сигнала ПУСК (18), узел ввода сигнала Полировка (20), элемент задержки (19),. элемент И (9). узел сравнения с уставкой

При прокатке заготовки, диаметр которой меньше, чем диаметр эталонной заготовки, в момент времени когда Хс.тек Шс Хк.тек Шк и с выхода узла 2 сигналом логического нуля через элемент 9 обработка данных с выходов узлов 3 и 13 блокируется. Следует отметить, что в процессе раскатки заготовки каретка движется по направлению к своему исходному положению, соответственно, в этом режиме на выходах узлов 4 и 5 сигналы равны логическому нулю, а на

где ДО - приращение внешнего диаметра обода колеса,

ДО (RT - Ro) 2 t

FI определяется путем построения с исполь- зованием ЭВМ граничных зависимостей и определения средних значений FI внутри этого сектора.

Одна граничная зависимость этого сектора определяется путем задания в (1) изменении величины Д - Л: от нуля до максимального значения и получения в каждой точке задания значений RT при полном взаимном переборе значений Si и $2. При подстановке каждого значения RT в (2) определяются соответствующие значения F, из которых в качестве FI выбирается максимальное значение. Другая граничная зависимость этого сектора определяется аналогично, при этом в качестве ее точек выбирается значения F, имеющие минимальную величину.

В узле 24 из величины Дк - Дс вычитается величина FI, в результате чего на выходе этого узла получаем сигнал, пропорциональный приращению внешнего диаметра обода колеса ДО.

Определение величины приращения внутреннего диаметра обода колеса осуществляется в соответствии с аналитическим выражением

V(RT+Sl)

о f

+ v(RT+S2)2-b2 -(Ro+Si)2-a2 + + V(Ro + S2)2-br +2Ar,/

где Дг - приращение внутреннего радиуса обода.

В узле 22 величины Дк и Дс суммируются. Одновременно во 2-м преобразовательном элементе 25, на вход которого подается сигнал с выхода узла 21 формируется сигнал

f2- V(RT+Si)2-a + (Рт+52)2-Ь2 -(Ro+Si -a2 + + V(Ro+S2)2-b2

2

Fa определяется тем же самым методом, что и FL

В узле 26 из величины Д 4- Дс вычитается величина Fa, в результате чего на выходе этого узла получаем сигнал пропорциональный приращению внутреннего диаметра Да.

Таким образом/предлагаемое устройство выполняет измерения приращений внутреннего и наружного диаметров колеса с

учетом меняющих из-за переточек и износа радиусов коренных и нажимных валков.

В узле 27 выполняется суммирование сигнала приращения внутреннего диаметра

5 Да, который поступает на него с выхода узла 26, и сигнала начального внутреннего диаметра, который поступает нз другой вход узла 27 с выхода узла 28.

После достижения внутренним диамет10 ром колеса определенной величины с узла ввода Полировка 20 через элемент задержка 19 на R-вход RS-триггера 17 поступает сигнал, который устанавливает этот RS- триггер в нулевое состояние, блокир уя тем

15 самым обработку данных с выхода узлов 3, 13, Элемент задержка сигнала 19 необходим для обеспечения измерений, так как после поступления сигнала Полировка еще имеет место некоторый рост измеряе20 мых величин.

При этом все механизмы стана возвращаются в исходное состояние и процесс из- мерений повторяется только после поступления сигнала с узла 18 ввода сигна25 ла ПУСК.

Перед установкой на стан другой эталонной заготовки сигналов с узла 30 сброса шаблона данные в регистрах 7 и 15 обнуляются.

30По отношению к устройству-прототипу предлагаемое устройство обладает повышенной точностью в начальном интервале шкал измерений приращений внутреннего и наружного диаметров за счет исключения

35 влияния указанных выщенестабильностей в работе механизмов стана на процесс измерений.

Формула изобретения Измеритель внутреннего диаметра обо40 да железнодорожного колеса при прокатке на стане, оборудованном механизмами перемещения каретки коренных и салазок нажимных валков, содержащий датчик перемещения каретки, датчик перемещения

45 салазок, два узла суммирования, три узла вычитания, узел задания начального внутреннего диаметра обода колеса, два преобразователя, отличающийся тем, что снабжен двумя регистрами, двумя узлами

50 сравнения, двумя узлами вычитания, четырьмя ключами, блоком определения направления движения каретки, блоком определения скорости каретки, узлом сравнения скорости каретки с уставкой, элемен55 том И, RS-триггером, элементом задержки, узлами ввода сигналов ПУСК и Полировка, узлами ввода и сброса шаблонов каретки и салазок стана, причем выход датчика перемещения каретки подсоединен к входам первого узла сравнения, четвертого узла вычитания, блока определения направления движения каретки, блока определения скорости каретки, первого ключа, выход которого подсоединен к входу первого регист- ,ра, выход которого подсоединен.к вторым входам первого узла сравнения и четвертого узла вычитания, выход которого подсоединен к входу второго ключа, а третий (управляющий) вход которого - к выходу первого узла сравнения и одному из входов элемента И, второй вход которого подсоединен к выходу узла сравнения скорости каретки с уставкрй; вход которого подсоединен к выходу блока определения скорости каретки, вход которого подсоеди- нен к выходу блока определения направления движения каретки, выход датчика перемещения салазок подсоединен к входам второго узла сравнения, пятого узла вычитания и третьего ключа, выход которого подсоединен к входу второго регистра, выход которого подсоединен к вторым входам второго узла сравнения и пятого узда вычитания, выход которого подсоединён к входу четвертого ключа, третий (управляющий) вход - к выходу второго узла сравнения и третьему входу элемента И. четвертый вход которого подсоединен к прямому выходу RS-триггера, к S-входу которого подсоединен узел ввода сигнала ПУСК, а к R-входу через элемент задержка -узел ввода еигнэ- ла Полировка, выход элемента И подсоединен к управляющим входам второго и четвертого ключей, выход второго ключа подсоединен к первым входам первых узлов вычитания и суммирования, вторые входы которых соединены с выходом четвертого ключа, выход узла ввода шаблонов каретки и салазок подсоединен к управляющим входам первого и Третьего ключей, а выход узла сброса шаблонов каретки и салазок подсоединен к входам сброса первого и второго регистров.