Устройство для контроля положения трубы на водоохлаждаемом стержне обкатного трубопрокатного стана Советский патент 1982 года по МПК B21B38/00 

ного охлаждения труб (созданных с целью улучшения их качества) не может быть применен, так как после охлаждения трубы датчиками не воспринимаются, контроль их осевого перемещения становится проблемным вопросим. Трудность заключается в том, что необходимо фиксировать положение холодной трубы на холодном стержне ъ условиях поперечных (по кольцевой траектории) колебаний стержня с выходящей из стана трубой в процессе ее прокатки, причем размах колебаний составляет (2-3) Дт где диаметр трубы. При этом, в зависимости от сортамента прокатываемых труб, диаметры стержней и труб неодинаковы: максимальный диаметр стержня Дс|ад(;больше, чем минимальный диаметр трубы Дт„ин с„акс )Целью изобретения является обеспечение возможности контроля положения охлажденной трубы в широком диапазоне величин диаметров стержней и труб в условиях их поперечных колебаний в процессе осевого перемещения трубы относительно стержня. Эта цель достигается тем, что устройство содержит чувствительный элемент и преобразователь электрического сигнала, а в стенке водоохлаждаемого стержня выполнены отверстия, обеспечивающие при отсутствии трубы образование струй, соединяющих электрически стерженьс чувствительным элементом, при этом чувствительный элемент, установленный против отверстий стержня на расстоянии, превышающем максимальные поперечные перемещения стержня с трубой, выполнен в виде изолированной металлической пластины; например, кольцевой формы, соединенной со входом преобразователя. На фиг. I схематически изображено устройство;. на фиг. 2 - схема преобразователя в качестве примера реализации. Относительно водоохлаждаемого стержня 1 (фиг. 1) в осевом направлении (по стрелке а) перемещается труба 2. В стенке стержня 1 в зоне, соответствующей координате контроля перемещения трубы, определяемой требованиями технологии, выполнены отверстия 3, вокруг стержня в той же зоне на изоляторе 4 установлена металлическая пластина, например, кольцевой формы. Для охлаждения стержня . внутрь его под давлением подается вода, которая, вьь текая из отверстия 3, замыкает на «землю изолированную пластину 5, образуя струю 6. Пластина 5 соединяется электрически со входом преобразователя 7, который преобразует сопротивление между пластиной 5 и «землей в стандартный выходной сигнал УВЫ , Металлическую пластину 5 целесообразно выполнить в виде незамкнутого кольца с разрывом снизу для предотвращения замыкания датчика водой, стекающей с оборудования и наружной поверхности стержня вниз, а также для возможности извлечения датчика из потока, не убирая стерженьиз проводок стана. Внутренний диаметр пластины 5 вьь бирается таким образом, чтобы он превьь шал максимально возможные поперечные перемещения стержня 1 и трубы 2 в проЦессе ее прокатки на обкатном стане. С.целью обеспечения надежности работы устройства количество отверстий на стержне целесообразно выбирать равным двум и более. Преобразователь 7 питается перемениым напряжением Up (фиг. 2), подаваемым на первичную обмотку трансформатора 8, имеющего две вторичных обмотки. Напряжение с одной из них выпрямляется диодом 9 и фильтруется конденсатором 10, образуя источник U) , подключенный с одной стороны к пластине 5, с другой через резистор 11, защитную цепь из двух включенных параллельно-встречноДИОДОВ 1.2 и 13- к «земле (на фиг. 2 показано условно подключение к заземленному стержню 1). Напряжение с другой вторичной обмотки выпрямляется диодом 14, фильтруется конденсатором 15 и стабилизируется параметрическим стабилизатором, состоящим из резистора 16 и стабилитрона 17, с которого снимается напряжение Uj , питающее остальпЫе узлы преобразователя. Параллельно защитной цепочке (диоды 12 и 13) подключены резистор 18 и часть резистора 19, образующего вместе с резистором 20 делитель напряжения, выход которого подключен к инверсному входу операционного усилителя 21, работающего в режиме компаратора. Выход усилителя 2.1 через ограничительный резистор 22 и стабилитрон 23 соединен с резистором 24 и базой выходного транзистора 25, коллектор которого через резистор 26 соединен с положительным полюсом источника Uj Выходной сигнал ЦвахДатчика снимается с коллекторно-эмиттерного перехода транзистора 25. Прямой вход операционного усилителя 21 подключен к точке соединения резисторов 11 и 18. В качестве операционного усилителя 21 используется серийно выпускаемый промыщленностью операционный усилитель типа К284 УД1. Устройство работает следующим образом. В процессе прокатки трубы 2 из закрытой упорной прокатки трубы 2 из закрытой упорной головки в водоохлаждаемый стержень 1, который упирается при прокатке в закрытую упорную головку (на фиг. 1 не показана), подающую в его внутреннюю полость охлаждающую воду, в осеBOM направлении перемещается труба. В исходном состоянии, когда труба 2 отсутствует, струи воды 6 через отверстия 3 в стержне 1 контактируютс изолированной пластиной 5 и тем самым электрически подключают ее к «земле (так как оборудование и в том числе стержень 1 заземлено). При этом вход преобразователя 7 через струю 6 подключается к «земле, и выходной сигнал и на выходе преобразователя отсутствует. Напряжение Ивхна входе операционного усилителя 21 (т. е. на прямом входе относительно инверсного входа) определяется следующим выражением и, -.--.-А., (1) + где Uu - напряжение уставки, снимаемое с сопротивления Rfg части резистора 19, за счет тока, протекающего через делитель Напряжения на резисторах 19 и 20; RII RIB RC - сопротивление соответственно резисторов 11, 18 И струи 6. Величины сопротивлений резисторов 11, 18 и 19 выбираются много меньще минимального значения сопротивления R. струи 6, поэтому формулу (1) можно записать в упрощенном виде Ц.«и,| -Ujf2) Когда труба 2 отсутствует, сопротивление струи 6 равно RC , напряжение уставки LJjf выбирается таким образом, чтобы выполнялось условие. и. в этом случае напряжение Ujx О, с выхода усилителя 21 снимается положительное напряжение, близкое, по величине к напряжению источника 2, в результате чего стабилитрон 23 пробивается, и через резистор 22 в базоэмиттерный переход транзистора 25 протекает ток, насыщая последний. На выходе устройства .нулевое напря: жение, т. е. сигнал Ugyx отсутствует (относительно точки U2). Когда труба 2 в процессе перемещения по стрелке а относительно стержня 1 перекрывает отверстия 3 и прерывает струю 6, пластина 5 электрически становится изолированной относительно «земли. Сопротивление струи 6 RC становится весьма большим (определяется сопротивлением изолятора 4, в пределе стремящемся к бесконечности), в результатет чего 1 Напряжение навходе операционного усилителя 21 становится отрицательным, на выходе усилителя 21 напряжение уменьшается почти до нуля, стабилитрон 23 запирается, падение напряжения на резисторе 24 и базоэмиттерном переходе, транзистора 25 становится равным нулю.Транзистор 25 закрывается, и на выходе преобразователя 7 (выход устройства) появляется единичный сигнал йвых, определяемый напряжением источника U2 и резистором 26, свидетельствующий о наличии трубы на стержне в рабочей зоне. Следовательно, состояние сигнала UBBIX однозначно зависит от наличия (Овых 1) или отсутствия трубы 2 (UBbi)t 0) напротив отверстий 3 в стержне 1. Выходной сигнал УЗЫД может быть использован в схеме автомагического управления. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет контролировать положение охлажденной /грубы (температура трубы в данном случае не имеет никакого значения и она не сказывается на работоспособности датчика) на водоохлаждаемом стержне. Тем самым обеспечивается возможность автоматизации выходной стороны обкатного трубопрокатного стана при выдаче из него термообработанных охлажденных труб. Ожидаемый экономический эффект от использования изобретения в раскатных станах трубопрокатного агрегата 250 составляет 25 тыс. руб. Формула изобретения Устройство.для контроля положения трубы на-водоохлаждаемом стержне обкатного трубопрокатного стана, содержащее чувствительный элемент и преобразователь электрического сигнала, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности контроля положения охлажденной трубы в широком диапазоне величин диаметров стержней и труб в условиях их поперечных колебаний в процессе осевого перемещения трубы относительно стержня, в стенке водоохлаждаемого стержня выполнены отверстия, при этом чувствительный элемент, установленный против отверстий стержня на расстоянии, превышающем максимальные поперечные перемещения стержня с трубой, выполнен в виде изолированной металлической пластины; например, кольцевой формы, соединенной со входом преобразоват.еля. Источники информации, принятые во .внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 561581, кл. В 21 В 37/00, 1975. 2.Озоль В. Л. Марцинчик Ф. Б. Механизация и автоматизация трубных цехов. «Металлургия, 1964, с. 132-139.

f(-/(