УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ НАТЯЖЕНИЯ ПО ШИРИНЕ ПРОКАТЫВАЕМОЙ ПОЛОСЫ Советский патент 1969 года по МПК B21B38/06 

Известны устройства для измерения натяжения металла на прокатных станах с помощью измерительных роликов, которые являются одновременно исполнительными элементами, воздействующими на натяжение полосы.

Предложенное устройство отличается тем, что оно имеет один ролик со спиральной зоной, чувствительный к давлению, а также отличается конструкцией измерительной части ролика. В нем совмещены функции измерителя натяжения по щирине и измерителя среднего натяжения, а также имеется электрическая схема обработки информации, позволяющая получить на выходе величину, пропорциональную отклонению натяжения на данном участке от среднего натяжения по ширине полосы.

На фиг. 1 схематически изображен натяжной ролик к листопрокатному стану с зоной, чувствительной к давлению. Последняя имеет форму спирали, проходящей по поверхности ролика более чем на один виток. Полоса на натяжной ролик под углом около 10° и поэтому всегда находится в соприкосновении с поверхностью зоны, чувствительной к давлению, на коротком участке. Величина этого участка зависит от диаметра натяжного ролика, угла обхвата полосы и ширины зоны.

чувствительной к давлению. Когда полоса проходит по натяжному ролику, точки ее соприкосновения с зоной, чувствительной к давлению, периодически перемещаются по всей ширине полосы вдоль линии, проходящей под углом менее 90° к направлению движения полосы. Если спиральная линия, по которой расположена зона, чувствительная к давлению, имеет постоянный шаг, то точки соприкосновения полосы располагаются по прямой. Поскольку спиральная линия, по которой расположена чувствительная к давлению зона, имеет более одного полного витка, полоса за один оборот натяжного ролика прилегает на короткий промежуток времени к этой зоне одновременно в двух точках.

На фиг. 2 показан вариант выполнения чувствительной к давлению зоны в разрезе. На наружной поверхности натяжного ролика 1 имеется канавка 2 в форме спирали, в которой расположены один или несколько датчиков.

Если в канавке находится только один датчик, он может быть такой длины, что полоса

не будет выходить за его конечные точки. Если в канавке помещено несколько датчиков, то их соединяют последовательно. Датчики вырабатывают электрический сигнал под воздействием механического давления, причем величина сигнала ироиорциональна механическому воздействию на датчик. Поскольку полоса прилегает к чувствительной к давлеиию зоне на сравиительно ограниченном участке, обгций сигнал датчика пропорционален давлению полосы на ролик на этом участке, т. е. проиорционалеи патяжению полосы па том ее участке, который ложится на этот участок натяжного ролика. Этпм достигается периодический замер патяжения полосы на отдельных участках по илирине ее поверхности.

Канавка 2 имеет горизонтальную донную плоскость 3 и перпендикулярные к донной плоскости 3 боковые стенки с установочными кромками 4. Датчик изготовляется из магнитост;рикционного материала. Он состоит из измерительной части 5 и четырех упругих элементов 6, отходящих от измерительной части 5, причем последние изготовлены за одно целое с измерительной .частью датчика или соединены с ней любым способом, при котором возникновение гистерезиса исключено.

На удаленных от измерительной- части 5 концах упругие элементы 6 соедипяются иопарно концевыми выступами 7. Концевые выступы 7 имеют уступы 8, предпазначепные для взаимодействия с упомянутыми установочными кромками 4. Измерительиая часть 5 имеет в нижней части выступ 9, которым измерительная часть упирается в донную плоскость 3 канавки. Сверху измерительной части датчика имеется такой же выступ 10. Длина упругих элемептов 6 такая, ч го датчик удерживается от продольного перемещения вертикальными стенками канавки 2. Одиовременно высота концевых выступов 7 такая, что упругие элементы 6 держат датчик с помощью уступов 8, упирающихся в установочные кромки 4, и выстуна 9, упирающегося в донную плоскость 3 канавки в вертикальном полол ении. Датчик должен быть закреилен в канавке так, чтобы центробежные силы не могли превысить силу, с которой уиругие элементы 6 прижимают датчик к донной плоскости 3 канавки 2.

В измерительиой части 5 проделано четыре отверстия 11, 12, 13 и 14. В отверстиях // и 12 помещена обмотка возбуждения 15, которая соединяется с источником тока возбуждения 16. В отверстиях 13 н14 находится измерительная обмотка 17, которая соединяется с измерительным прибором 18. Обмотка возбуждения 15, помещенная в отверстия // и 12, генерирует известным образом магнитные силовые линии. Напряжение, индуктируемое в измерительной обмотке 17, в результате этого изменяется в зависимости от усилия, воздействующего на датчик.

Для того чтобы канавка 2 была закрыта и натяжной ролик имел ровную гладкую поверхность, иа цилиндрическое тело натяжного ролика 1 накладывается тонкая цилиндрическая оболочка 19, нрилегающая к верхней части выступа 10 на измерительной части датчика. Цилиндрическая оболочка 19 должна

быть настолько эластичной, чтобы большая часть давления, оказываемого на ролик полосой, передавалась иепосредственно датчику.

iia фиг. 3 показан второй вариаит выполиеПИЯ зоны, чувствительной к давлению. На цилиндрическое тело ролика надеты кольца 20, выштамповаииые из магнитострикциоииого материала. Внутреипий диаметр колец 20 равен наружному диаметру цилиндрического тела ролика. Около наружной поверхности каждого из колец 20 ироделаны продолговатые отверстия 21, разделенные узкой иерегородкой 22, которая и является зоной измерения.

Кольца 20 надеваются на цилиидрическое

тело таким образом, чтобы они плотно прилегали одно к другому и продолговатые отверстия в них были несколько смещены относительно друг друга и образовали два канала, проходящие спирально в иатяжиом ролике,

как это уже было описано выше. В каналы, образуемые отверстиями 21 вокруг узкой иерегородки 22, наматывается обмотка возбуждения 23, образующая элемент, ш-щуктивность которого зависит от силы давления на узкую

перегородку 22. Эта узкая перегородка, таким образом, образует зону измерения датчика. Чтобы повысить чувствительность датчика, зона измерения делается как можио уже. Перемычки 24, расположенные иад продолговатыми отверстиями 21, образуют элементы, которые удерживаюг датчик в оиределениом положении и Одиовременно служат для того, чтобы по ним от зоны нзмерения проходил магнитный поток.

Наружная поверхность колец 20 может служить рабочей поверхностью натяжного ролика. В этом случае полоса будет прилегать иепосредственно к перемычкам 24. Чтобы избежать изнашивания перемычек, иа наружиую поверхпость колец 20 надеть цилиндрическую оболочку 25, изготовленную из прочного материала.

При прохождении полосы по зоне измерения -22 вращающегося натяжиого ролика индуктивность обмотки возбуждения 23 меняется.

С помощью известных измерительиых устройств можно определить давление, оказываемое полосой на ролик. Можио также установить еще одну такую же индуктивность 26

в таком месте, где на нее ие оказывалось бы давление полосой, например внутри натяжного ролика, и соедииить обе иидуктивиости с известным измерительным устройством 27 через измерительный прибор 28 (см. фиг. 4).

Эта схема позволяет устранить ошибки, вызываемые изменением темиературы ролика, поскольку обе индуктивности имеют относительно одинаковую температуру. В качестве еще одного варианта настоящего изобретения в кольцах 20 проделывается еще по два продолговатых отверстия 29, иричем эти иродолговатые отверстия располагаются на противоположной стороне натяжного ролика .относительно нервых двух отверстий

говатыми отверстиями, помещается обмотка возбЗждения 30. Если каждая из обмоток возбужден 1Я 23 и 30 будет разделена на две самостоятельные обмотки и все четыре части этих обмоток будут соединены в мостик (см. фиг. 5), то неизбежно возникающее иереходное сопротивление будет компенсироваться. Щетки и токосъемные кольца соединяют питающие и измерительные выводы.

Недостаток этого варианта заключается в том, что зона, чувствительная к давлению, составляет менее ноловины окружности натяжного ролика, в результате чего точность измерения изменения натяжения составляет только половину при том же угле обхвата ролика полосой. Это обтоясняется тем, что в этом варианте имеются две зоны, и они не могут находить одна на другую.

Следующий вариант изобретения заключается в том, что датчик заменен сектором кольца, который показан на фиг. 3. Этот сектор должен Р1меть в этом случае два продолговатых отверстия 21 и быть такого размера, чтобы по обеим сторонам продолговатых отверстий оставались достаточные сплошные участки, которые должны обеспечить нужную механическую прочность сегменту, а также возможность прохода магнитных силовых линий от зоны измерения. Конструкция датчика может быть при этом такой же, как это показано на фиг. 2.

На фиг. 6 представлена схема передачи информации от измерительных элементов к осциллографу, который показывает изменение натяжения полосы иа отдельных участках jio щириие. Схема основывается на том, что существует определенная зависимость между вытяжкой и натяжением, индуктируемым в датчике при изменении давления полосы на отдельном ее участке по щирине. Это означает, что если величина натяжения полосы на отдельных ее участках по ширине определена, то будет известна и вытяжка полосы на различных ее участках по щирине. Участок полосы по ширине здесь можно принять как иродольную полоску прокатываемой полосы, причем эта полоска подвергается охлаждающему воздействию, в результате чего иатяжение каждой полоски может регулироваться индивидуально путем изменения охлаждающего потока, проходящего через сопло или группу охлаждающих сопел.

На фиг. 6 и 7 обозначен натяжной ролик / со спирально расположенным датчиком, изображенным на фиг. 1.

Натяжиой ролик соединен с устройством измерения натяжения 31 полосы, вырабатывающим информацию об общем рабочем натяжении полосы. Натяжной ролик, кроме того, имеет датчик угла поворота 32, управляющий устройством 55, вырабатывающим сигнал, который зависит от положения натяжного ролика и который поэтому повторяется периодически при каждом обороте натяжного ролика. Натяжной ролик имеет сигналопередающее

устройство 34, в качестве которого могут использоваться токосгемные кольца и щетки, или бесконтактное устройство или другие подходящие устройства. В регистрирующем устройстве 55 генерируется сигнал, пропорциональный натягкению полосы, воздействующей на датчик иа различных участках по щирине. Устройство измерения натяжения 31 полосы имеет приспособление 55 для ручной настройки в зависимости от ширины и толщины полосы, в результате чего сигнал, вырабатываемый известной схемой 37, отвечает среднему уровню натяжения (и поэтому средней вытяжке) полосы. Этот уровень здесь называется сигналом среднего уровня натяжения иолосы. Устройство измерения натяжеиия 31 полосы также имеет устройство для компенсации смещения сигналов датчика и изменения угла обхвата, изменяющегося с намоткой полосы

на барабан моталки Если сигнал, вырабатываемый известной схемой 37, правильно отрегулирован по щирипе полосы и ее толщине и натяжение полосы равномерно по всей ее ширине (т. е. полоса имеет одинаковую вытяжку), то измеряемое натяжение полосы на отдельных участках по ширине будет совпадать со средним уровнем натяжения полосы на каждом участке.

Стробирующее устройство 55 имеет три вывода 39, 40 и 41. Оно получает сигнал от устройства 55.

Вывод 39 открыт во время интервала А, изображенного на фиг. 8, т. е. в тот период, когда полоса не прилегает к датчику и когда

выходной сигнал этого датчика равеи нулю. Вывод 40 открыт во время интервала В, при котором полоса прилегает к датчику, причем этот интервал составляет относнтельио боль1пую часть оборота натяжного ролика. Вывод

41 открыт во время интервала С, который является относительно малой частью интервала В и отвечает тому периоду, во время которого центральная часть полосы прилегает к датчику. По этим выводам к управляющим устройcTBaiM схемы передаются сигналы, которые будут объяснены .

Выходной сигнал из устройства 55 попадает в суммирующее устройство 42, вывод 43 из которого соединен с корректором нуля 44. Корректор нуля 44 может иметь иотенциометр постоянного тока или другое известное электронное устройство. Корректор нуля 44 соединен с суммирующим устройством 42 и управляется выводом 39 стробирующего устройства

56. Когда вывод 39 открыт, корректор нуля 44 устанавливается сам, так как выходной сигнал суммирующего устройства 42 равен нулю. Эта корректировка происходит во время интервала /1 (см. фиг. 8), когда сигнал от устройства 55, вырабатывающего сигнал, пропорциональный натяжению полосы на различных ее участках по щирине, равен , и поэтому любое смещение сигнала датчика натягивающего ролика может быть компенсироСуммирующее устройство 42 соединено с устройством регулировки чувствительиости 45, которое управляется выводом 39 стробирующего устройства 38 и поэтому работает только во врел5я иитервала А. Сигнал от суммирующего устройства 42 проходит устройство регулировки чувствительности 45, и часть его попадает во второе суммирующее устройство

46,а часть в третье суммирующее устройство

47.В третье суммирующее устройство 47 попадает также сигнал, вырабатываемый схемой 37, который отвечает среднему уровню натяжения. Разница двух сигналов, поступающих в третье суммирующее устройство 47, вводится в интегратор 48. Последний включается нмпульсами от вывода 40 стробкрующего устройства 38 во время интервала В (см. фиг. 8). Таким образом, разница между этими двумя сигналами во время этого иитервала интегрируется, и результат вводится в устройство регулировки чувствительности 45.

Во время интервала А, когда вывод 39 стробирующего устройства 38 открыт, в устройстве 45 происходит регулировка чувствительности. Во время этого интервала измеоительный сигнал равен нулю, и регулировка устройства 45 ПРОИСХОДИТ, не затрагивая уровня измерения. С помощью существующего устройства регулировки чувствительности корректируется чувствительность стабильного сигнала, поступающего в осциллограф для каждого оборота направляющего ролика, а вертикальная ось экрана осциллографа калибруется на единицы вытяжки полосы вне зависимости от щирины и толщины полосы, угла обхвата полосой ролика и чувствительности датчика.

В суммирующем устройстве 46 генерируется разница между сигналом натяжения полосы на отдельных участках по ширине и сигналолт среднего уровня натяжения полосы, поступающим от устройства 37. Разница этих сигналов проходит через фильтр 49 и поступает в четвертое суммирующее устоойство 50, с которым соединено устройство 5/ для автоматической центровки изображения. Это устройство работает во время короткого интервала С, который длится в течение того периода, когда середина полосы прилегает к датчику на направляющем ролике, и направляет изображение на экране осциллографа вдоль оси X. Преимущество, получаемое в результате этого, заключается в том, что на экране осциллографа по оси У всегда остается достаточно места для изображения формы сигналов. После центровки изображения в устройстве 50 сигнал поступает на вертикальную развертку осциллографа 52. Управление горизонтальной разверткой осуществляется устройством 33, сигналы которого соответствуют осевому положению той части датчика на направляющем ролике, который находится в соприкосновении с полосой.

Таким образом, на экране осциллографа образуется изображение, показывающее изменение натяжения полосы по ширине, причем центр изображения находится в центре экрана. Сигналы, поступающие к осциллографу,

могут известным образом использоваться приборами управления прокатным сганом, например устройством для охлаждения, в результате чего полоса будет одинаковой но толщине и натяжение полосы будет равномерным по

всей ее ширине.

Предмет изобретения

1.Устройство для измерения натяжения по ширине прокатываемой полосы, включающее

натяжной ролик, датчик угла поворота ролика, измеритель натяжения и сигнализирующее устройство, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения натяжения по Щцрине полосы, натяжной ролик выполнен со

спиральной зоной на поверхности, чувствительной к давлению, и заключен в эластичную цилиндрическую оболочку.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что спиральная зона, чувствительная к давлению, выполнена в виде канавки, в которой распололсены магнитоупругие датчики, причем каждый из датчиков состоит из упругих эле ментов с измерительной частью, обмотки возбуждения и измерительной обмотки.

3.Устройство по п. Г, отличающееся тем, что иатяжной ролик выполнен со спиральными каналами на поверхности и состоит из набора магнитострикционных колец, пончед-т промежуток между каналами является зоной,

чувствительной к давлению, а обмотки возбуждения и сравнительная соединены в мостовую схему и расположены: первая в спиральных каналах, а вторая внутри натяжного ролика.

4. Устройство по пп. 1,2 или по пп. 1, 3, огличаюш ееся тем, что оно имеет электрическую схедту выработки сигналов общего и среднего натяжения и сигнала отклонения натял ения на данном участке по ширине полосы от среднего, в которой сигнализирующее устройство соединено с осциллографом, фиксирующим изменение натяжения но ширине полосы, через регистрирующее и суммируюитие устройства и фильтр, измеритель натяжения соединен с

осциллографом через узел ручной настройки, схему среднего натяжения и интегратор, а датчик угла поворота - через схему управления горизонтальной разверткой осциллографа.

, .

, , /7 /7«/

/9

« д. /f / гз

Q-i

.2

го

г-° 0 29 30 fuf.3

-u

ui-f

fue.5

-35

-33

-36

32