Устройство для контроля усилий и крутящих моментов горячей прокатки

Полезная модель относится к области горячей прокатки преимущественно сортовых профилей и может быть применена для автоматизированного определения и оперативного контроля усилий и крутящих моментов, возникающих в процессе прокатки. Необходимость такого контроля обусловлена тем, что в случае превышения определенных (допустимых) значений усилий и крутящих моментов прокатки происходят поломки оборудования (прокатных валков, нажимных винтов и т.п.), вызывающие простои стана и снижение производительности. Устройство для контроля усилий и крутящих моментов горячей прокатки, включающее датчик, аналого-цифровой преобразователь, вторичный преобразователь, компьютер и средство отображения информации, отличающееся тем, что в качестве датчика используют высокоточный пирометр. Технический эффект от предлагаемой полезной модели состоит в предотвращении поломок прокатного оборудования и улучшении условий его эксплуатации за счет постоянного контроля усилий и крутящих моментов прокатки с использованием в качестве датчиков высоконадежных пирометров.

Полезная модель относится к области горячей прокатки преимущественно сортовых профилей и может быть применена для автоматизированного определения и оперативного контроля усилий и крутящих моментов, возникающих в процессе прокатки. Необходимость такого контроля обусловлена тем, что в случае превышения определенных (допустимых) значений усилий и крутящих моментов прокатки происходят поломки оборудования (прокатных валков, нажимных винтов и т.п.), вызывающие простои стана и снижение производительности.

Известны устройства автоматизированного сбора и программной обработки технологической информации в процессе прокатки (см., например, [1], рис.73, 74; [2] с.136, 128 и др.). Указанные устройства включают датчики первичной аналоговой информации (тензорезисторы, термопары, токовые параметры приводов и т.п.), коммутаторы датчиков, аналого-цифровые преобразователи (АЦП), электронно-вычислительные машины (компьютеры) и средства отображения информации (мониторы).

Наиболее близким устройством, принятым за прототип полезной модели, является комплекс технических средств для экспериментального определения энергосиловых параметров прокатки: усилий, крутящих моментов, степени загрузки электродвигателей привода клетей и др. (см. [2], с.136, рис.1). В этом комплексе в качестве датчиков для измерения усилий используют тензометрические мессдозы (стаканы с наклеенными тензодатчиками), устанавливаемые под нажимные винты рабочих клетей, а для определения крутящих моментов - тензодатчики, наклеенные на вращающиеся шпиндели и снабженные специальными токосъемными устройствами. Полученные с указанных датчиков электрические сигналы обрабатывают в АЦП и других вторичных преобразователях, а затем передают в ЭВМ для программной обработки и отображения в цифровом или графическом виде на экране монитора.

Основным недостатком прототипа является низкая надежность работы тензометрических датчиков в производственных условиях. Под действием воды, охлаждающей валки рабочей клети, места наклейки тензодатчиков в мессдозах и на шпинделях увлажняются, что приводит к искажению электрических сигналов и к снижению срока эксплуатации мессдоз и торсиометров. Значительные трудности возникают при снятии электрических сигналов с вращающихся шпинделей. Известные контактные токосъемные устройства имеют весьма ограниченный срок эксплуатации. Вследствие отмеченных недостатков известные устройства измерения энергосиловых параметров оказываются непригодными в производственных условиях для постоянного, оперативного контроля усилий и моментов прокатки с целью предотвращения поломок прокатного оборудования. Наиболее надежные и стабильные результаты получаются при измерении температуры металла с использованием пирометров, например, ИК-пирометра «Термоскоп-004» [3].

Технической задачей изобретения является создание устройства для оперативного контроля усилий и моментов прокатки в производственных условиях без применения тензодатчиков.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в известном устройстве для контроля усилий и моментов прокатки, включающем датчик, аналого-цифровой преобразователь, компьютер и средства отображения информации, в качестве датчика используют пирометр, а для определения усилий и крутящих моментов в зависимости от показаний пирометра применяют современные математические модели и компьютерные программы расчетов. Пирометры в условиях прокатного цеха работают достаточно надежно. Поэтому использование их в качестве датчика позволяет осуществлять постоянный, оперативный контроль усилий и моментов прокатки.

Существо изобретения поясняется схемами на фиг.1 и фиг.2. На фиг.1 приведена схема устройства для определения и контроля усилий и моментов прокатки, которая включает датчик температуры 1 (пирометр), установленный над горячей полосой 2, прокатываемой в валках 3. Указанный датчик через аналого-цифровой преобразователь 4 и вторичный преобразователь 5 соединен с персональным компьютером 6, к которому подключен монитор 7. Таким образом сигнал о температуре прокатки от датчика 1 после обработки поступает в цифровом виде в компьютер.

Компьютер снабжен программой, блок-схема которой показана на фиг.2. Алгоритм этой программы основан на применении современной математической модели процесса прокатки [4], обладающей достаточно высокой точностью расчета усилий и крутящих моментов. Обработанный сигнал о температуре прокатываемого металла в цифровом виде является исходным для расчета усилий и крутящих моментов. Предварительно в компьютер в качестве исходных данных для расчета вводится информация о технических параметрах стана, размерах полосы и калибра, марке прокатываемой стали, а также о максимально допустимых значениях усилия Р_доп и момента М_доп прокатки.

На основе введенной информации по программе рассчитывается сопротивление металла деформации _S в зависимости от температуры металла, марки стали, степени и скорости деформации. Затем рассчитывается коэффициент напряженного состояния n в зависимости от параметров очага деформации и условий трения на контакте валков с полосой и определяется контактное давление р=1,15_Sn. Далее производится расчет контактной площади F и усилия прокатки Р=pF, а также крутящего момента деформации М_вал=Pl, момента трения в шейках валков М_тр=Pfd и полного крутящего момента прокатки М_пр=М_вал +М_тр (в приведенных формулах - коэффициент плеча приложения усилия прокатки; l - длина очага деформации; f - коэффициент трения в шейках валков; d - диаметр шеек валков).

Полученные расчетные величины отображаются в цифровом или графическом виде на экране монитора и хранятся в памяти компьютера. Быстродействие современных компьютеров позволяет получать и отображать указанную информацию в реальном масштабе времени.

В случае, если полученные значения усилий и крутящих моментов превышают допустимые, выдается соответствующая информация на экране монитора, сопровождаемая звуковым сигналом. В этом случае обслуживающий персонал вносит в технологический режим прокатки или настройку прокатного стана коррективы, обеспечивающие снижение усилий или крутящих моментов и предотвращающие тем самым поломки прокатного оборудования (валков, шпинделей, нажимных винтов, станин и других деталей прокатного стана).

Технический эффект от предлагаемой полезной модели состоит в предотвращении поломок прокатного оборудования и улучшении условий его эксплуатации за счет постоянного контроля усилий и крутящих моментов прокатки с использованием в качестве датчиков пирометров.

Устройство для контроля усилий и крутящих моментов горячей прокатки, включающее датчик, аналого-цифровой преобразователь, вторичный преобразователь, компьютер и средство отображения информации, отличающееся тем, что в качестве датчика используют пирометр.