Локальные системы автоматического регулирования

Размеров и плоскостности полос и листов

Системы автоматического регулирования

Толщины полос и листов

Первые системы автоматического регулирования толщины (САРТ) полосы за рубежом появились в 50-х годах прошлого века, а в 60-х годах началась их разработка в СССР. Наибольшее распространение на ШСГП получили САРТ, в которых в качестве исполнительного силового механизма использовали электромеханическое нажимное устройство, измерителя (косвенного) толщины полосы – механическую систему валки-клеть с датчиком силы прокатки (месдозы), устанавливаемой на верхнюю (под нажимной винт) или под нижнюю подушки валков. В работе системы также были задействованы: измеритель толщины (а часто и ширины) полосы за последней клетью стана и измерители температуры перед и за чистовой группой клетей.

Основными недостатками электромеханических нажимных устройств являются малая скорость перемещения нажимных винтов и низкий КПД. Это обусловливает и недостаточную эффективность работы САРТ с использованием НУ этого типа.

Значительно эффективнее применение ГНУ. Их устанавливают как на верхней, так и под нижней подушкой опорных валков. Однако с точки зрения регулирования толщины эффективнее использовать гидравлические устройства распора подушек опорных валков (рис.78). В этом случае сила регулирования F будет значительно меньше.

Система регулирования толщины по схеме рис.78 работает следующим образом.

При прокатке на подушки 1 и 2 опорных валков прокатной клети 3 действует сила распора F со стороны гидроцилиндров 4. Сила распора определяется давлением жидкости в гидросистеме 5, создаваемым насосом 6 с приводом 7.

Избыток жидкости через регулирующий клапан 8 поступает в бак 10. Давление жидкости в цилиндрах 4 определяется положением управляющего элемента 9, на который действует разность двух сил: давления жидкости в системе 5 и силы, создаваемой электродвигателем 11 через рычаг 12.

Рис.78. Схема регулятора толщины полосы гидрораспором подушек опорных валков. Обозначения даны в тексте

При отклонении толщины полос от заданного для данной клети значения (для этой цели может быть использован принцип Головина-Симса и тогда датчиком является измеритель силы прокатки, устанавливаемый либо на верхнюю подушку опорного валка под нажимной винт, либо под нижнюю подушку опорного валка) изменяется напряжение 14, подаваемое на якорь электродвигателя 11 через сумматор 15, усилитель 16 и стабилизатор 17. Ток якоря стабилизируется по уровню как функция управляющего напряжения 14. Одновременно стабилизатор 13 выравнивает ток возбуждения двигателя 11. Изменением коэффициента передачи операционного усилителя 16 обеспечивается выбор соотношения между величиной управляющего напряжения 14 и давлением жидкости в гидросистеме 5. Для улучшения характеристик точности устройства и уменьшения влияния трения в клапане 8 и роторе двигателя 11 на вход ПИ-регулятора 20 через сумматор 19 подается напряжение 14 (через инвентор 18) и сигнал датчика 21. ПИ-регулятор формирует пропорционально-интегральную добавку с соответствующим знаком к управляющему сигналу через сумматор 15, которая обеспечивает линейность характеристики регулятора практически с точностью датчика 21.

Устройства гидрораспора размещают во всех клетях непрерывной группы или в 3-4 последних.

Возможны четыре режима работы гидрораспора и ГНУ на ШСГП и ТЛС.

1. Предварительное постоянное напряжение клети (повышение модуля жесткости клети). Чаще всего применяют при холодной прокатке листов.

2. Постоянное напряжение клети, устанавливаемое в зависимости от условий прокатки полосы (начальная и конечная толщина полосы, величина межклетевых натяжений, марка стали, температурные режимы прокатки).

3. Режим работы, обеспечивающий постоянство силы прокатки на нажимные винты

Р_н.в. = Р_мет+F_расп = const.

Если Р_мет растет, то F_расп уменьшается.

4. Режим работы, обеспечивающий постоянство зазора между валками. Постоянство S (или DS=0) обеспечивается изменением силы F.Обычно для этого режима необходим прибор, дающий прямую информацию о величине раствора валков. Чаще всего применяют на станах холодной прокатки.

Обычно при гидрораспоре и в ГНУ на листовых станах ход цилиндра составляет не более 50 мм. И их используют только для регулирования продольной разнотолщинности. Для изменения раствора валков при переходе на прокатку полос другого размера (на ШСГП) и для изменения раствора валков после каждого прохода (на ТЛС) используют электромеханические НУ.

ГНУ обладают высоким к.п.д. и высокой точностью установки положения валков что обеспечивает точность прокатки ±0,05 мм на 95-97% длины полосы.

САРТ полосы может работать в двух режимах

– регулировать толщину полосы в данной клети в соответствии с заданной уставкой по возмущению;

– регулировать (корректировать) толщину полосы по показаниям толщиномера - по отклонению.

Автономные регуляторы толщины устанавливают во всех клетях чистовой группы.

Схема регуляторов толщины РТ при использовании в качестве исполнительного механизма электромеханического НУ показана на рис.79.

 

а б Рис.79. САРТ с косвенным (а) и с прямым измерением толщины (б): Дп - датчик положения нажимных винтов (НВ); Д - двигатель нажимных винтов; ТГ - тахогенератор - датчик скорости НВ; СУ - суммирующее устройство; СУД - система управления двигателем НВ; М - месдоза; НУ - нажимное устройство; n - сигнал угловой скорости вращения НВ; n* - сигнал коррекции угловой скорости НВ; Мк - модуль жесткости клети; РТ - регулятор толщины; ИТ - измеритель толщины; hф, hзад - фактическая и заданная толщина полосы; Dh - сигнал изменения толщины полосы; S0 – начальный раствор ненагруженных валков; Р – сила прокатки

Работа регулятора толщины основана на зависимости Головина-Симса

.

Переходя к приращениям и принимая D h o = 0 (цель регулирования), получаем

или ,

где DS – необходимое перемещение НВ для компенсации разнотолщинности.

По этому принципу работали и еще работают САРТ как у нас в стране, так и за рубежом.

На практике РТ работает так.

По положению НУ, измеряемому датчиком положения ДП, и величине силы прокатки Р, измеряемой месдозой М, в суммирующем устройстве СУ рассчитывается зазор между валками, то есть толщина выходящей из валков полосы. При отклонении этого зазора (толщины полосы) от заданного значения h ₃ регулятор толщины вырабатывает сигнал, который поступает в систему управления приводом НУ СУД, устраняя это отклонение.