-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein
Dickenregelsystem für ein hydraulisch belastetes Walzwerk, um eine
hochempfindliche Dickenregelung für ein Werkstück zu
gewährleisten.
-
Die Figur 1 ist eine schematische Seitenansicht eines
Beispiels eines bekannten, hydraulisch belasteten Walzwerks,
nämlich eines eingerüstigen Umkehr-Walzwerks 32, das eine
Abwickelhaspel 20 an der Einlaufseite und eine
Aufwickelhaspel 27 an der Auslaufseite hat. Im einzelnen wird ein zu
walzendes Werkstück 30 von der durch einen Motor
angetriebenen Haspel 20 zu- und über eine Leitwalze 21 geführt sowie
zwischen oberen und unteren Arbeitswalzen 3 und 4 gewalzt.
Das gewalzte Werkstück 30 läuft über eine weitere Leitwalze
26 und wird von der durch einen Motor 28 getriebenen Haspel
27 aufgewickelt. Den Haspel-Antriebsmotoren 19 und 28 sind
jeweils Haspelmotor-Zugspannungsregler 18 und 20 zugeordnet,
um die Zugspannung des Werkstücks an jeweils der Einlauf- und
Auslaufseite konstantzuhalten. Im allgemeinen dienen die
Zugspannungsregler 18 und 29 dazu, die Zugspannungen im
Verhältnis zu den Motorströmen zu regeln. Die Walzgeschwindigkeit in
der Walzstraße wird auf einen vorbestimmten Wert eingestellt,
indem ein Arbeitswalzen-Antriebsmotor 23 mittels eines
Geschwindigkeitsreglers 24 geregelt wird.
-
In Figur 1 bezeichnet die Bezugszahl 1 eine Kraftmeßdose, um
den Walzdruck zu ermitteln; 2 und 5 obere und untere
Stützwalzen; 6 einen Hydraulikzylinder zur Einstellung des Walzspalts
zwischen den Arbeitswalzen 3 und 4; 8 ein durch eine
Rohrleitung 7 mit dem Zylinder 6 verbundenes Servoventil; 9 ein
Verschiebungsmeßgerät, um eine Verlagerung eines
Stichabnahmekolbens 6' im Zylinder 6 zu erfassen; 10 einen Hilfsverstärker,
um einen Befehl in Form eines Stromsignals zum Servoventil 8
zu übertragen; und 11 einen Koeffizientenmultiplizierer, der
einen Regelverstärkungsfaktor KG liefert, um ein
Ausgangssignal von einem Vergleicher 12 zur Regelung der
Stichabnahmeposition S' des Stichabnahmekolbens 6' zu verstärken.
-
In einem Basisposition-Regelkreis wird ein Befehlssignal R
mit einem Ausgangssignal S vom Verschiebungsmeßgerät 9
vergleichen, und ein abgleitetes Signal e, das für irgendeine
Abweichung repräsentativ ist, wird durch den
Verstärkungsfaktor KG im Koeffizientenmultiplizierer 11 multipliziert. Die
Öffnung des Servoventils 8 wird mit dem multiplizierten
Signal durch den Hilfsverstärker 10 geregelt, um die Zufuhr von
Drucköl durch die Rohrleitung 7 zum Zylinder 6 quantitativ
einzustellen und dadurch die Position S' des Kolbens 6' zu
regeln. Als Ergebnis werden die untere Stützwalze 5 und
Arbeitswalze 4 verschoben, um den Walzspalt zwischen den
Arbeitswalzen 3 und 4 auf einen vorbestimmten Wert durch die
oben beschriebenen Bauteile, die zusammen ein hydraulisches
Walzspalt-Regelsystem 66 bilden, zu justieren.
-
Die Regelung von allein der Position S' des Kolbens 6' würde
aufgrund einer Längung von solchen Komponenten des Walzwerks,
die dem Walzdruck ausgesetzt sind, Fehler im Walzspalt
zwischen den Arbeitswalzen 3 und 4 hervorrufen. Für dieses
Problem wird üblicherweise ein Ausgleich vorgenommen, wie folgt:
ein Bezugswalzdruck Pref wird zu einer geeigneten Zeit nach
dem Beginn des Walzens gespeichert. Der Unterschied ΔP
zwischen dem Bezugswalzdruck Pref und dem Ist-Walzdruck während
des Walzens, der durch die Kraftmeßdose 1 in Form eines
Signals P ermittelt wird, wird durch einen Vergleicher oder
ein Addier-/Subtrahierwerk 17 berechnet und dann durch den
Walzwerkmodul Km, der für ein Walzwerk in der Art einer
Federkonstanten spezifisch ist und im voraus gemessen worden
ist, in einem Koeffizientenmultiplizierer 15 eines
Walzwerkmodul-Steuergeräts 54 dividiert, um die Längung des
Walzwerks zu berechnen. Die berechnete Längung wird durch einen
Korrekturverstärkungsfaktor c, der einen Korrekturprozentsatz
festsetzt, multipliziert, so daß ein Modifiziersignal Cp
erhalten wird, das dazu verwendet wird, die Position S' des
Kolbens 6' zu verändern. Dieses Signal Cp wird dem Addierwerk
13 als ein Befehl für den oben genannten
Basisposition-Regelkreis zugeführt, um die Position S' des Kolbens 6' zu
korrigieren. Dieser Vorgang wird im all gemeinen als
Walzwerkmodulregelung bezeichnet.
-
Um zu gewährleisten, daß die Dicke des Werkstücks 30 an der
Auslaufseite des Walzwerks einen gewünschten Wert oder
Bezugswert href hat, wird ein Signal h, das für die durch ein
Dickenmeßgerät 25 an der Auslaufseite (oder ein
Dickenmeßgerät 22, wenn in der entgegengesetzten Richtung gewalzt wird)
des Walzwerks ermittelte Ist-Dicke repräsentativ ist, mit
dem Bezugswert href durch einen Vergleicher oder ein
Addier-/Subtrahierwerk 31 verglichen, um eine Dickenabweichung Δh
zu erhalten. Diese Abweichung wird durch einen
Integralregler 15 geführt, und durch einen Korrekturverstärkungsfaktor
1 + (M/Ke) für eine Korrektur in eine
Ist-Stichabnahmestellung in einem Koeffizientenmultiplizierer 14 multipiliziert,
um ein Modifiziersignal Ch zur Korrektur der Position S'
des Kolbens 6' zu erhalten. Das Modifiziersignal Ch wird
auch dem Addierwerk 13 als ein Befehl für den oben genannten
Basisposition-Regelkreis zugeführt, um die Position S' des
Kolbens 6' zu korrigieren. Dieser Vorgang wird als Monitor-
AVR bezeichnet. M ist eine für die Härte des Werkstücks 30
repräsentative Konstante und ist im voraus gemessen worden.
Ke ist ein geregelter Walzwerkmodul und erfüllt die
Gleichung: Ke = Km/(1 - c).
-
Wenn die Position S' des Stichabnahmekolbens 6' geändert wird,
um die Dicke des Werkstücks 30 in dem Walzwerk der Figur 1 zu
regeln, schwanken die auf das Werkstück 30 an der Einlauf- und
Auslaufseite aufgebrachten Zugspannungen. Beispielsweise wird
sich, wenn der Walzspalt zwischen den Arbeitswalzen 3 und 4
verengt wird, um die Dicke des Werkstücks 30 zu vermindern,
das Werkstück 30 längen, und die Zugspannungen auf der
Einlauf-
sowie Auslaufseite werden abnehmen. Eine derartige
Schwankung der Zugspannungen kann durch eine Änderung der
Umfangsgeschwindigkeiten der Haspeln 20 und 27, die ein
großes Beharrungsvermögen haben, absorbiert werden; jedoch ist
dieses absorptive Ansprechverhalten im allgemeinen um eine
oder mehr Größenordnungen langsamer als die hydraulische
Walzspaltregelung. Das bedeutet, daß, wenn der Walzspalt
einmal verändert ist und die Zugspannungen des Werkstücks 30 auf
der Einlauf- und Auslaufseite schwanken, die Zugspannungen
nicht zu ihren vorgegebenen Werten so schnell wie die
hydraulische Walzspaltregelung zurückgeführt werden können.
Als Ergebnis wird die Verminderung in den Spannungen auf der
Einlauf- sowie Auslaufseite bewirken, daß der
Verformungswiderstand des Werkstücks 30 sich offensichtlich erhöht,
wodurch das Verengen des Walzspalts mit dem nachteiligen
Resultat, daß die Dicke des Werkstücks nicht vermindert wird,
aufgehoben wird. Folglich kann, wenn der Versuch gemacht wird,
die Dicke des dem Walzen unterliegenden Werkstücks durch ein
Walzwerk mit einer hochempfindlichen hydraulischen
Walzspaltregelung zu vermindern, die Werkstückdicke nicht in einem
Grad vermindert werden, der größer ist als der Grad der
reagierenden Veränderung in den Umfangsgeschwindigkeiten der
Haspeln 20 und 27. Deshalb kann eine Störung in der Dicke auf
der Einlaufseite von - angenommen - 2 bis 3 Hz oder mehr
nicht durch ein Versteifen des Walzwerks durch die oben
erwähnte Walzwerkmodulregelung eliminiert werden, weil die
Dickenregelung aus dem oben genannten Grund nicht
reaktionsfähig ist.
-
Man hört oft in Walzwerksanlagen, daß die Genauigkeit in der
Dickenregelung nicht wie erwartet verbessert werden kann,
selbst wenn die Position S' des Kolbens 6' rasch durch das
hydraulische Walzspalt-Regelsystem geregelt wird. Das ist
auf den oben diskutierten Grund zurückzuführen.
-
Die Figur 2 zeigt ein Computer-Simulationsbeispiel, das
durch den Erfinder abgewickelt wurde und die oben erwähnte
Tatsache stützt. Die simulierte Anlage ist das in Figur 1
gezeigte eingerüstige Umkehr-Kaltwalzwerk, in dem ein
Werkstück mit einer Breite von 1800 mm, einer einlaufseitigen
Dicke von 0,52 mm, einer einlaufseitigen Sollwertspannung von
1,36 t sowie einer auslaufseitigen Sollwertspannung von
2,35 mit einer Walzgeschwindigkeit von 1800 m/min auf eine
Dicke von 0,3 mm gewalzt wird, wobei der Walzspalt auf
halbem Wege und stufenweise um 10 um vermindert wird. Es wird
angenommen, daß die Ansprechempfindlichkeit der hydraulischen
Walzspaltregelung 20 Hz mit einer Phasennacheilung im
Frequenzgang von 90º beträgt und der gewünschte Wert innerhalb von
0,04 s oder weniger in einer Sprungantwort erreicht wird.
Gemäß den simulierten Ergebnissen erreicht die Dickenänderung
Δh auf der Auslaufseite einen Dauerwert innerhalb von etwa
1 s, wenn der Walzspalt um 10 um verändert wird. Bei dem
wirklichen hydraulischen Walzspalt-Regelsystem wird der
gewünschte Wert des Walzspalts innerhalb von 0,04 s erreicht,
während die Dickenänderung 25mal langsamer als diese
auftritt, was auf die Tatsache zurückzuführen ist, daß die
Ansprechempfindlichkeit hinsichtlich einer Änderung der
Umfangsgeschwindigkeiten der Haspeln 20 und 27 auf der Einlauf- und
Auslaufseite sehr langsam ist, wie oben beschrieben wurde.
Folglich haben die Haspeln 20 und 27, wobei die Zugspannungen
durch Konstanthalten der Motorströme geregelt werden, ein
beträchtliches Beharrungsvermögen einschließlich der Motoren
19 und 28, so daß Änderungen der Umfangsgeschwindigkeiten
der Haspeln zu irgendeinem Dauerwert, um Spannungsschwankungen
zu unterdrücken, über etwa 1 s auftreten.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die obigen, in
den bekannten Dickenregelsystemen auftretenden Probleme zu
überwinden und insbesondere ein Dickenregelsystem für ein
Walzwerk zu schaffen, das die Ansprechempfindlichkeit der
Dickenregelung steigern kann, wodurch ein gewalztes Produkt
von erhöhter Genauigkeit in der Dicke erzeugt wird.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Dickenregelsystem
für ein Walzwerk, das ein hydraulisches Walzspalt-Regelsystem
zur Einstellung des Walzspalts zwischen zwei Arbeitswalzen des
Walzwerks und ein Walzwerkmodul-Steuergerät zur Lieferung
eines Korrektursignals an das hydraulische
Walzspalt-Regelsystem auf der Grundlage des Unterschiedes zwischen einem
Bezugswalzdruck und dem von einer Kraftmeßdose während des
Walzens ermittelten Ist-Walzdruck besitzt, wobei das
Dickenregelsystem einen Zugspannungsregler an wenigstens der
Einlaufseite des Walzwerks zur Einstellung der Zugspannung im
Werkstück enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der
Zugspannungsregler Mittel zum Aufbringen einer Kraft auf das
Werkstück in der Richtung seiner Dicke, Mittel zur Erzeugung
eines die Zugspannung im Werkstück anzeigenden Signals,
Mittel zum Vergleichen dieses Signals mit einem Bezugssignal
sowie zum Erzeugen eines Differenzsignals und Mittel, die auf
das Differenzsignal ansprechen sowie zur Regelung der die
Kraft aufbringenden Mittel eingerichtet sind, um die
Zugspannung in dem Werkstück zu verändern, so daß sich der Wert des
Differenzsignals verringert, umfaßt.
-
Es wird bevorzugt, daß das Dickenregelsystem ein
Dickenmeßgerät zur Ermittlung der Dicke des zu walzenden Werkstücks,
einen Geschwindigkeitsfühler zur Ermittlung der
Geschwindigkeit des zu walzenden Werkstücks und ein
Walzspaltänderungsrechenglied, das zur Erzeugung eines Walzspaltänderungssignals
aus dem Signal vom Dickenmeßgerät eingerichtet ist, um den
Zeitpunkt einer Änderung im Walzspalt zur Aufnahme einer
vom Dickenmeßgerät ermittelten Änderung in der Dicke zu
berechnen und das Walzspaltänderungssignal dem hydraulischen
Walzspalt-Regelsystem in dem berechneten Zeitpunkt zuzuführen,
einschließt.
-
Der Zugspannungsregler gemäß der Erfindung kann lediglich
an der Einlaufseite oder sowohl an der Einlauf- als auch der
Auslaufseite des Walzwerks vorgesehen sein, und er wird zu
einer rapiden Unterdrückung von jeglichen
Spannungsschwankungen
im Werkstück, die durch eine Änderung im Walzspalt
hervorgerufen werden, beitragen.
-
Es wird bevorzugt, daß das Dickeregelsystem ein
Dickenmeßgerät zur Ermittlung der Dicke des gewalzten Werkstücks, ein
Walzwerkmodulrechenglied, das zur Erzeugung eines für einen
optimalen Walzwerkmodul repräsentativen Signals aus
wenigstens einem Signal aus dem von der Kraftmeßdose erzeugten
Signal sowie dem vom Dickenmeßgerät erzeugten Signal
eingerichtet ist, und ein Korrekturverstärkungsfaktor-Einstellelement,
das zur Erzeugung eines Korrekturverstärkungsfaktorsignals
auf der Grundlage des Walzverkmodulsignals sowie zur Zufuhr
dieses Signals zum Walzwerkmodul-Steuergerät eingerichtet
ist, einschließt.
-
Die vorliegende Erfindung erfaßt auch ein Walzwerk, das ein
Dickenregelsystem der oben beschriebenen Art enthält. Der
Zugspannungsregler gemäß der Erfindung wird vorzugsweise in
Verbindung mit einem Zugspannungsregler bekannter Art, der
auf die Zufuhrhaspel an der Einlaufseite und wahlfrei auch
auf die Aufwickelhaspel an der Auslaufseite des Walzwerks
wirkt, z.B. durch Konstanthalten des Stroms im Motor der oder
jeder Haspel, vorgesehen.
-
Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden aus
der folgenden Beschreibung von bestimmten besonderen
Ausführungsformen, die beispielhaft unter Bezugnahme auf die
Figuren 3 bis 23 der beigefügten Zeichnungen gegeben wird,
augenscheinlich. Es zeigen:
-
Figur 3 ein Blockschema einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
-
Figur 4 ein spezielles Beispiel der Zugspannungsregler 33
und 34 in Figur 3;
-
Figuren 5 bis 7 die Ergebnisse einer Computer-Simulation des
Ansprechverhaltens, wenn die Ansprechempfindlichkeit der
Haspelmotor-Zugspannungsregler 18 und 29 als dreimal höher als
in dem herkömmlichen System der Figur 1 angenommen wird,
wobei
-
Figur 5 den Fall darstellt, wobei die Ansprechempfindlichkeit
als höher in den Zugspannungsreglern 18 und 29 auf der
Einlauf- sowie Auslaufseite angenommen wird,
-
Figur 6 den Fall darstellt, wobei die
Ansprechempfindlichkeit als höher lediglich in dem Zugspannungsregler 29 auf der
Auslaufseite angenommen wird, und
-
Figur 7 den Fall darstellt, wobei die Ansprechempfindlichkeit
als höher lediglich in dem Zugspannungsregler 18 auf der
Einlaufseite angenommen wird;
-
Figur 8 ein Blockschema einer zweiten Ausfuhrungsform dieser
Erfindung;
-
Figur 9 ein spezielles Beispiel der Zugspannungsregler 48 und
49 in Figur 8;
-
Figur 10 ein spezielles Beispiel des Zugspannungsreglers
einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung;
-
Figur 11 ein Blockschema eines speziellen Beispiels, wonach
ein Elektromagnet oder Linearmotor als der
Zugspannungsregler einer vierten Ausführungsform dieser Erfindung
Verwendung findet;
-
Figur 12 ein Diagramm, das zur Erläuterung des Zugspannung-
Regelprinzips der Haspeln 20 und 27 verwendet wird;
-
Figur 13 ein Diagramm, das den Einfluß auf die
auslaufseitige Dicke Δh darstellt, wenn der Walzspalt ΔS geändert
wird;
-
Figur 14 ein Blockschema, das zur Erläuterung der
Wirkungsweise des Zugspannungsreglers dieser Erfindung verwendet wird;
-
Figur 15 ein Blockschema einer fünften Ausführungsform dieser
Erfindung, wobei der Regelverstärkungsfaktor in
Übereinstimmung mit dem Bandwickelradius korrigiert wird;
-
Figur 16 ein Blockschema einer sechsten Ausführungsform
dieser Erfindung, wobei der Regelverstärkungsfaktor in
Übereinstimmung mit der Walzwerksgeschwindigkeit geregelt wird;
-
Figur 17 ein Diagramm das die Ergebnisse einer Computer-
Simulation der auslaufseitigen Dickenänderung und der
einlaufseitigen Spannungsschwankung bei einlaufseitiger
Dickenänderung darstellt;
-
Figur 18 ein Diagramm, das die Ergebnisse einer Computer-
Simulation der auslaufseitigen Dickenänderung und der
einlaufseitigen Spannungsschwankung bei einlaufseitiger
Dickenänderung in dem System der Fig. 3 darstellt;
-
Figur 19 ein Diagramm, das die Ergebnisse einer Computer-
Simulation der auslaufseitigen Dickenänderung und der
einlaufseitigen Spannungsschwankung bei einem Walzenschlag in
dem herkömmlichen System der Figur 1 darstellt;
-
Figur 20 ein Diagramm, das die Ergebnisse einer Computer-
Simulation der auslaufseitigen Dickenänderung und der
einlaufseitigen Spannungsschwankung bei einem Walzenschlag im
System der Fig. 2 darstellt;
-
Figur 21 ein Blockschema einer siebenten Ausführungsform
dieser Erfindung;
-
Figur 22 ein Diagramm, das die Ergebnisse einer Computer-
Simulation in dem Fall darstellt, wobei der Walzwerkmodul
durch einen Faktor Drei im System der Figur 21 vergrößert
wird;
-
Figur 23 ein Diagramm, das die Ergebnisse einer Computer-
Simulation in dem Fall darstellt, wobei der natürliche
Walzwerkmodul in dem System der Figur 21 verwendet wird.
-
Die Figur 3 zeigt eine erste Ausführungsform dieser Erfindung
in Anwendung auf ein eingerüstiges Umkehr-Kaltwalzwerk, in
welchem Zugspannungsregler 33 und 34 sowohl an der Einlauf-
wie der Auslaufseite eines Walzwerks 32 angeordnet sind, das
ansonsten dasselbe wie das in Figur 1 gezeigte ist. Die in
Figur 1 gezeigten Bauteile werden mit denselben Bezugszahlen
bezeichnet und nicht erneut beschrieben.
-
Die Figur 4 zeigt eine Konstruktion der Zugspannungsregler
33 und 34, wobei eine Druckrolle 35 drehbar an einem Arm 36
gelagert und mit dem Werkstück 30 in Anlage ist. Ein
Lastfühler oder eine Kraftmeßdose 37 ist an einem Lager der
Druckrolle 35 angebracht, um die vom Werkstück 30 ausgeübte
Reaktionskraft zu ermitteln. Der Arm 36 ist mit einem Hebel
38 verbunden und um eine Weile 39 schwenkbar, um eine
Vertikalbewegung
der Rolle 35 zu bewirken. Der Hebel 38 ist ferner
mit einer durch einen Hydraulikzylinder 40 sich
erstreckenden Kolbenstange 41 verbunden und um die Welle 39 drehbar,
wenn die Zufuhr einer Flüssigkeit zum Zylinder 40 mittels
eines Servoventils 42 geregelt wird. Eine Drehbewegung des
Hebels 38 bewirkt eine Schwenkbewegung des mit diesem
verbundenen Armes 36, so daß die Druckrolle 35 vertikal bewegt
wird.
-
Das Servoventil 42 wird folgendermaßen eingestellt: auf der
Grundlage der Reaktionskraft des Werkstücks 30, die von der
Kraftmeßdose 37 erfaßt wird, wird die Zugspannung T des
Werkstücks 30 durch ein Spannungsberechnungselement 46 erhalten
und mit einem vorbestimmten Zugspannungswert Tref durch einen
Vergleicher oder ein Addier-/Subtrahierwerk 45 verglichen, um
eine Abweichung ΔT von diesem zu erlangen. Die Abweichung
ΔT wird in einem Koeffizientenmultiplizierer 44 mit einem
Koeffizienten KT multipliziert und zur Regelung des
Servoventils 42 durch einen Servoverstärker 43 verwendet, um die
Abweichung ΔT zu Null zu machen.
-
Dank der Zugspannungsregler 33 und 34, die in Figur 4 gezeigt
sind, ruft jegliche Änderung des Walzspalts eine
resultierende Spannungsschwankung hervor, die durch die Kraftmeßdose 37
am Lager der Druckrolle 35 erfaßt wird. Um diese gleich dem
gewünschten Wert Tref zu machen, wird das Ein- und Ausfließen
des Fluids in den und von dem Hydraulikzylinder 40 durch das
hochempfindliche Servoventil 42 so geregelt, daß die
Druckrolle 35 vertikal bewegt und die Spannung des Werkstücks 30
prompt verändert wird. Demzufolge beeinflußt jegliche
Walzspaltänderung durch die hydraulische Walzspaltregelung
augenblicklich die auslaufseitige Dicke des Werkstücks 30, so daß
eine hochempfindliche Dickenregelung im Vergleich mit der
herkömmlichen Zugspannungsregelung, wobei ein Motorstrom
verwendet wird, bewirkt werden kann. In dem System der Figur 3
unterdrücken die Haspelmotor-Zugspannungsregler 18 und 29
relativ langsame Spannungsschwankungen und absorbieren die
Zugspannungsregler 33 sowie 34 schnellere
Zugspannungsschwankungen.
-
Die Figur 5 zeigt eine Simulation, wobei die
Ansprechempfindlichkeit der Haspelmotor-Zugspannungsregler 18 und 29 auf der
Einlauf- sowie Auslaufseite des Walzwerks 32 der Figur 1 als
dreimal höher als in Figur 2 angenommen wird. Wenn der
Walzspalt schrittweise um 10 um vermindert wird, erreicht die
auslaßseitige Dicke Δh einen stabilen Wert nach etwa
0,3 s, d.h. dreimal so schnell wie in der Simulation der
Figur 2.
-
Die Zugspannungsregler 33 und 34 in der Figur 4, die so rapid
reaktionsfähig wie die hydrualische Walzspaltregelung sind,
können Spannungsschwankungen mit einer höheren Geschwindigkeit
als das Simulationsbeispiel in Figur 5 unterdrücken, um
dadurch die Dicke des Werkstücks zu regeln.
-
Die Figur 6 ist eine Simulation des Falls, wobei in dem
Walzwerk der Figur 1 die Ansprechempfindlichkeit von lediglich
dem auslaßseitigen Haspelmotor-Zugspannungsregler 29 als
dreimal höher angenommen wird, während die
Ansprechempfindlichkeit des einlaßseitigen Haspelmotor-Zugspannungsreglers 18
die gleiche wie in Figur 2 ist. Andererseits ist die Figur 7
eine Simulation des Falls, wobei die Ansprechempfindlichkeit
von lediglich dem einlaßseitigen Zugspannungsregler 18 als
dreifach angenommen wird, während die Ansprechempfindlichkeit
des auslaßseitigen Zugspannungsreglers 29 dieselbe wie in
Figur 2 ist.
-
Wie aus den Figuren 6 und 7 ersichtlich ist, wird das Vorsehen
einer raschen Ansprechzeit von lediglich dem einlaßseitigen
Zugspannungsregler, der einen größeren Einfluß auf das
Werkstück als der auslaßseitige Zugspannungsregler ausübt, im
wesentlichen dieselben Wirkungen erreichen lassen wie ein
Vorsehen eines raschen Ansprechens von sowohl dem einlaß- als
auch auslaßseitigen Zugspannungsregler in Figur 5. Das
bedeutet,
daß, soweit der einlaß- und auslaßseitige Regler 33 und
34 bei der Ausführungsform der Fig. 3 betroffen sind, eine
Regelung von nur dem einlaufseitigen Regler 33 genügen wird, um die
geforderte Wirkung im Fall der gezeigten Walzrichtung zu
erzielen. Deshalb wird, wenngleich ein Umkehr-Walzwerk
Zugspannungsregler auf beiden Seiten des Walzwerks erfordern
wird, lediglich ein einlaufseitiger Zugspannungsregler für
ein nicht umkehrbares Walzwerk genügen.
-
Die Figur 8 zeigt eine zweite Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, wobei Kraftmeßdosen 50 an den Lagern oder die
Leitwalzen 21 und 26 die Zugspannungen im Werkstück 30
erfassen. Auf der Grundlage der erfaßten Spannungen justieren
Zugspannungsregler 48 und 49 die vertikale Position der
Druckrollen 35 (s. Fig. 9), um die Spannung des Werkstücks 30 zu
regeln. Gleiche Bauteile wie bei der ersten, in den Figuren
3 und 4 gezeigten Ausführungsform sind mit denselben
Bezugszahlen bezeichnet.
-
Die Figur 9 zeigt ein Beispiel der Zugspannungsregler 48 und
49 von Figur 8, die im wesentlichen zu den Zugspannungsreglern
33 und 34 der ersten, in den Figuren 3 und 4 dargestellten
Ausführungsforrn gleichartig sind mit der Ausnahme, daß
anstelle der Kraftmeßdose 37 für die Druckrolle 35 eine
Kraftmeßdose 50 an jedem der Lager für die Leitwalzen 21 und 26
angebracht ist, um die Reaktionskraft vom Werkstück 30 zu
ermitteln.
-
Wenn der Walzspalt verändert wird, so wird folglich die
resultierende Spannungsschwankung durch die Kraftmeßdose 50 am
Lager der Leitwalze 21 (26) erfaßt. Um diese dem gewünschten
Wert Tref gleich zu machen, wird das Ein- und Ausfließen von
Fluid in den und aus dem Hydraulikzylinder 40 durch das
hochempfindliche Servoventil 42 so geregelt, daß die Druckrolle
35 vertikal verlagert wird, um augenblicklich die Zugspannung
am Werkstück 30 zu verändern. Demzufolge beeinflußt jegliche
Walzspaltänderung durch die hydraulische Walzspaltregelung
prompt die auslaufseitige Dicke des Werkstücks 30. Wie im
Fall der ersten Ausführungsform sind die Zugspannungsregler
48 und 49 mit den herkömmlichen
Haspelmotor-Zugspannungsreglern, die einen Motorstrom verwenden, kombiniert, um eine
hochempfindliche Dickenregelung zu erreichen.
-
Die Figur 10 zeigt eine dritte Ausführungsform dieser
Erfindung, wobei der Zugspannungsregler 61 einen Fluidfilm anstelle
einer Druckrolle verwendet und ein Fluidkissen 57, ein
Regelventil 58, eine Fluidquelle 59 und Leitungsrohre 60 zur
Verbindung dieser Bauteile umfaßt. Die Bauteile, die zu denen der
ersten und zweiten Ausführungsform gleich sind, werden durch
dieselben Bezugszahlen bezeichnet.
-
Das Fluidkissen 57 strahlt Fluid von der Quelle 59 mittels des
Ventils 58 gegen die untere Fläche des Werkstücks 30, um
einen flüssigen Film zu bilden. Dieser Film legt sich durch
seinen Druck gegen das Werkstück 30 an und vermittelt
diesem eine Spannung. Die Kraftmeßdose 50 am Lager für die
Leitwalze 21 (26) erfaßt die Reaktionskraft vom Werkstück 30.
-
Der Ausgang der Kraftmeßdose 50 wird in ein
Spannungsberechnungselement 62 eingegeben, um die Zugspannung T im Werkstück
30 zu erhalten. Die auf diese Weise erlangte Zugspannung T wird
mit dem Zugspannungsbezugswert Tref durch einen Vergleicher
oder ein Addier-/Substrahierwerk 63 verglichen, um eine
Abweichung ΔT von diesem zu erlangen. Der
Koeffizientenmultiplizierer 64 multipliziert diese Abweichung ΔT mit einem
Koeffizienten KTV und gibt das Ergebnis in ein Regelventil-
Stellglied 65 ein, das in Abhängigkeit von dem eingegebenen
Signal die Öffnung des Regelventils 58 reguliert und
quantitativ die vom Fluidkissen 57 ausgesandte Flüssigkeit regelt.
Im einzelnen wird in dem Fall, da die ermittelte Zugspannung T
kleiner als der Zugspannungsbezugswert Tref ist, das
Regelventil 58 geöffnet, um die Fluid-Durchflußmenge zu erhöhen,
so daß die Spannung vergrößert wird. Wenn andererseits die
ermittelte Zugspannung T größer ist als der
Zugspannungsbezugswert Tref,
so wird das Regelventil 58 gedrosselt, um die
Fluid-Durchflußmenge zur Verkleinerung der Spannung zu
vermindern. Auf diese Weise wird die Zugspannung des Werkstücks
30 durch den Druck des Fluidfilms geregelt, um die Abweichung
ΔT zu Null zu machen.
-
Die Figur 11 zeigt die vierte Ausführungsform, wobei der
Zugspannungsregler 100 die Anziehungskraft eines Elektromagneten
101 in Figur 11 verwendet und das Werkstück ein
ferromagnetisches Material, wie Eisen, ist. Die Bauteile, die zu denen
der Figur 10 gleich sind, werden mit denselben Bezugszahlen
bezeichnet. Mit der Bezugszahl 103 ist ein Regler, der die
elektromagnetische Flußdichte regelt, angegeben. Der
Elektromagnet 101 wird im Ansprechen auf die Abweichung ΔT der
ermittelten Zugspannung T vom Zugspannungsbezugswert Tref betätigt,
um eine vertikale Anziehungskraft am Werkstück 30 zur
Regelung dessen Zugspannung zu erzeugen. Anstelle des
Elektromagneten 101 können über und unter dem Werkstück Linearmotoren
angeordnet werden, um durch Aufbringen einer anziehenden oder
abstoßenden Kraft dem Werkstück eine Spannung zu vermitteln.
In diesem Fall ist das Werkstück auf elektrisch leitfähiges
Material beschränkt.
-
Es wurde im Zusammenhang mit den Figuren 5, 6, 7 und 2
erläutert, daß die Geschwindigkeit im Ansprechverhalten der
Dickenregelung verbesssert werden kann, indem das Ansprechverhalten
der Zugspannungsregelung beschleunigt wird. Das wird nun im
einzelnen erläutert.
-
Die Figur 12 zeigt das Prinzip der Zugspannungsregler für die
Haspeln 20 und 27. Das Drehmoment τ des Motors 19 (28), das
erforderlich ist, um eine Zugspannung T in einem Bandwickel 67
zu erzeugen, wenn der Radius des Wickels 67 gleich D ist,
ist dem Produkt aus D und T proportional und gegeben durch
-
τ ∞ T D (1)
-
Das Ausgangsdrehmoment des Motors 19 (28) wird ausgedrückt
durch:
-
τ ∞ i φ (2)
-
Aus (1) und (2) folgt:
-
τ ∞ i (φ/D) (3)
-
worin i den Motorstrom und φ den Motor-Feldmagnetfluß
wiedergeben. Wenn der Motor so geregelt wird, daß der
Bandwickelradius D dem Motor-Feldmagnetfluß φ proportional ist,
hat (φ/D) einen konstanten Wert und ist die Zugspannung T
dem Motorstrom i proportional. Folglich wird bei der
Zugspannungsregelung für die Haspeln 20 und 27 der
Bandwickelradius D dem Motor-Feldmagnetfluß φ proportional gemacht,
und die geforderte Zugspannung T wird durch Festsetzen des
Motorstroms erlangt. Das ist die herkömmliche
Zugspannungsregelung für die Haspeln 20 und 27 während eines Walzens im
Beharrungszustand.
-
Wie in Figur 2 gezeigt ist, wird bei der herkömmlichen
Zugspannungsregelung jegliche Walzspaltänderung in einer
Änderung der auslaufseitigen Dicke des gewalzten Bandes lediglich
nach der Reaktionszeit der Zugspannungsregelung resultieren,
weil die Haspeln 20 und 27 ein erhebliches
Beharrungsvermögen haben und die Ansprechempfindlichkeit der
Zugspannungsregelung deshalb relativ langsam ist. Demzufolge kann die
Dickengenauigkeit nicht mit einer hochempfindlichen
hydraulischen Walzspaltregelung verbessert werden.
-
Die Figur 13 ist ein Bode-Diagramm des Einflusses auf die
auslaufseitige Dicke Δh, wenn der Walzspalt ΔS verändert
wird. Die gestrichelte Linie zeigt die
Ansprechempfindlichkeit eines herkömmlichen Zugspannungsreglers, während die
ausgezogene Linie die Ansprechempfindlichkeit wiedergibt, wenn
der Zugspannungsregler der vorliegen Erfindung, z.B. 48 in
Figur 9, an der Einlaufseite des Walzwerks angeordnet wird.
Bei dem herkömmlichen, durch die gestrichelte Linie gezeigten
Beispiel wird der Einfluß des Walzspalts ΔS auf einen so
niedrigen Wert die 1/1000 bei 3,75 Hz gedämpft. Wie unten
beschrieben ist, tritt diese scharfe Abwärtsspitze aufgrund der
Trägheit der Haspel 20 (27) und der durch die Federkonstante
des Werkstücks 30 bestimmten Resonanz auf. Im Gegensatz
hierzu wird bei dieser Erfindung, wie durch die ausgezogene Linie
gezeigt ist, die Abwärtsspitze zu niedrigeren Frequenzen hin
verschoben und die Spitzendämpfung auf etwa 1/10 vermindert.
Bei 2 - 10 Hz wird die Kennkurve im wesentlichen bei
Δh/ΔS÷1 flach und bestimmt der Walzspalt ΔS im
wesentlichen die Dicke Δh.
-
Die Figur 14 ist ein Blockschema zur Erläuterung der
Wirkungsweise und Funktion des Zugspannungsreglers der vorliegenden
Erfindung. Wegen seines raschen Ansprechverhaltens wird der
Regler weggelassen. Der Bereich innerhalb der gestrichelten
Linie gibt die Kennwerte des Zugspannungsreglers, der bei
dieser Erfindung verwendet wird, an, während das Übrige
physikalische Erscheinungen während des Walzvorgangs
wiedergibt. Die verwendeten Symbole sind:
-
E : Elastizitätsmodul des Werkstücks
-
b : Werkstückbreite
-
H : Werkstückdicke
-
L&sub1; : Abstand zwischen Walzwerk und Haspel
-
J : Trägheitsmoment von Haspel einschließlich Wickel
-
R : Bandwickelradius (= D/2)
-
Kt : Verstärkungsfaktor des Zugspannungsreglers
-
S : Laplace-Operator
-
ΔV : Walzgeschwindigkeitsänderung
-
ΔTb : Rückwärtsspannungsschwankung
-
Die Erzeugung einer tatsächlichen Spannungsschwankung während
eines Walzvorgangs und die Funktionen oder die Wirkungsweise
des Zugspannungsreglers dieser Erfindung werden in diesem
Diagramm erläutert. Zuerst wird die Haspel 20 (27)
einschließlich des Bandwickels 57 (s. Fig.12) mit dem
Zugspannungswert Tb, der dem Motor-Stromwert von einem (nicht
dargestellten) Stromregler proportional sit, beschleunigt, um
eine Umfangsgeschwindigkeit v der Haspel im Block 69 zu
erhalten. Die Haspel-Umfangsgeschwindigkeit v wird durch eine
Geschwindigkeitsänderung ΔV des Werkstücks 30 aufgrund
der Spannungsschwankungen auf der Einlauf- und Auslaufseite
des Walzwerks 32 und/oder aufgrund der Dickenänderung des
Werkstücks 30 gestört, was eine
Geschwindigkeit-Unausgeglichenheit durch ein Addierwerk 72 hervorruft. Diese wird (durch
das Integrierglied 73) in eine Längungsdifferenz Δl in der
Längsrichtung des Werkstücks integriert, woraus im Block 76
die Spannungsbeanspruchungsänderung Δ berechnet wird.
Die berechnete Spannungsbeanspruchungsänderung Δ wird im
Block 78 durch bH multipliziert, so daß die
Rückwartsspannungsschwankung ΔTb erhalten wird, die im Addierer 80 mit
dem Spannungswert Tb verglichen wird, um die Abweichung
Tb - ΔTb zu erhalten. Folglich wird die Haspel 20 (27) mit
der Abweichung Tb - ΔTb betrieben, um den Einfluß von ΔV
zu kompensieren. Die kompensierende Ansprechempfindlichkeit
ist, wie bereits erwähnt wurde, langsam wegen der großen
Trägheit der Haspel 20 (27), wie im Block 69 gezeigt ist. Die
obige Beschreibung bezieht sich auf eine aktuelle
Spannungsschwankung während eines Walz vorgangs und die herkömmliche
Spannungschwankungskompensation durch die Haspel 20 (27). Im
Gegensatz hierzu wird bei dem Zugspannungsregelsystem dieser
Erfindung die Spannungsschwankung ΔTb ermittelt und mit einem
durch den Block 82 angegebenen Umwandlungskoeffizienten zu
einer Längungsänderung Δlr multipliziert. Die Längungsänderung
Δlr wird im Block 84 durch den Regelverstärkungsfaktor
Kt multipliziert, um eine Regelgröße Δlc zu erhalten, die
zur Zugspannungsregelung verwendet wird. Wie aus der Fig. 14
ersichtlich ist, ist das Ansprechverhalten viel schneller,
da die Trägheit der Haspeln (Block 69) nicht beteiligt ist.
-
Wenn die Kennwerte der Bauteile innerhalb der gestrichelten
Linie von Figur 14 nicht berücksichtigt werden, wird die
Übertragungsfunktion von ΔV zu ΔTb aus der folgenden
Gleichung erhalten:
-
Die Resonanzfrequenz ωn wird aus der Gleichung (4)
erhalten als:
-
und dieser Wert war im herkömmlichen System 3,75 Hz, wie
durch die gestrichelte Linie in Figur 13 gezeigt ist.
-
Die Übertragungsfunktion von ΔV zu ΔTb ist, wenn die
Kennwerte des Zugspannungsregelsystems dieser Erfindung innerhalb
der gestrichelten Linie von Figur 14 verwendet werden,
gegeben durch:
-
G gibt die dynamiscne Kennlinie des Zugspannungsreglers
(Block 86 in Figur 14) an und ist :
-
Aus der Gleichung (5) wird die Resonanzfrequenz ωn erhalten
als:
-
Somit dient der Zugspannungsregler dieser Erfindung dazu,
den Elastizitätsmodul des Werkstücks 30 zu verändern, so daß
er die durch die Trägheit der Haspel 20 (27) und die
Federkonstante (Elastizitätsmodul) des Werkstücks 30
hervorgeruffene Resonanzfrequenz ωn in einen Bereich ändert, in welchem
kein Einfluß auf die Dickenregelung ausgeübt wird. Wenn für
Kt ein positiver Wert genommen wird, wird die Resonanzfrequenz
zu einer niedrigeren Frequenz als der tatsächlichen
Resonanzfrequenz hin bewegt. Wird ein negativer Wert genommen, so wird
die Resonanzfrequenz zu einer höheren Frequenz hin bewegt.
Die Erscheinungen, daß sich die Zugspannung aufgrund der
Resonanz der Haspel 20 (27) in weitem Umfang ändert und daß die
Dicke nicht verändert wird, selbst wenn der Walzspalt einer
Änderung unterliegt, was bei dem herkömmlichen System in
Erscheinung tritt, werden somit verhindert. Da die Regelung des
Walzspalts unmittelbar die Dicke beeinflußt, können
herkömmliche Dickenregelungsarten, wie eine Vorwärts-AVR oder eine
BISRA-AVR (BISRA = British Iron and Steel Research
Association) leistungsfähig angewendet werden.
-
Die Figur 15 zeigt eine Weiterentwicklung der Erfindung, die
auf dem obigen Konzept beruht. Wie aus der Gleichung (5)
ersichtlich ist, wird sich die Trägheit einer Haspel ändern, wenn
sich der Bandwickelradius R ändert. Gemäß Fig. 15 wird der
Radius R durch beispielsweise einen optischen Fühler 90
ermittelt. Auf der Grundlage des erfaßten Werts erlangt ein
Rechenglied 91 einen Korrekturwert ΔKt des
Reglerverstärkungsfaktors Kt, und der Reglerverstärkungsfaktor Kt wird
dementsprechend geändert.
-
Die Figur 16 zeigt eine andere Weiterentwicklung der
Erfindung, wobei die Geschwindigkeit V des Werkstücks 30 durch
einen Fühler 93 erfaßt wird. Auf der Grundlage der erfaßten
Geschwindigkeit wird die Häufigkeit einer einlaufseitigen
Dikkenstörung berechnet, um einen geforderten Wert ωn zu
erhalten, aus welchem eine Korrekturgröße ΔKt des geforderten
Regelverstärkungsfaktors unter Verwendung der Gleichung (5)
durch das Rechenglied 94 berechnet wird, um dadurch den
Reglerverstärkungsfaktor Kt zu verändern.
-
Wenn ein Walzwerk härter gemacht wird, um jegliche
einlaufseitige Dickenstörung durch die Walzwerkmodulregelung zu
eliminieren, neigen Störungen, wie ein durch das Walzwerk
selbst erzeugter Walzenschlag, naturgemäß dazu, die Dicke
zu beeinflussen, was in nachteiliger Weise in einer
Verminderung der Dickengenauigkeit resultiert. Dieses Problem wird
herkömmlicherweise mit einem sog.
Walzenschlag-Beseitigungsregler gelöst, wobei die Walzenexzentrizität aus z.B. einem
Walzdrucksignal erlangt und auf der Grundlage der
erlangten Walzenexzentrizität der Walzspalt korrigiert wird, indem
er zyklisch bewegt wird, um die Exzentrizität zu
kompensieren. Jedoch kann dieses Verfahren nicht wirksam den Einfluß
einer Exzentrizität bei einem Walzen mit hoher Geschwindigkeit
beseitigen, weil die Änderungsperiode des Walzenschlags zu
schnell ist, als daß wirksam von der hydraulischen
Walzspaltregelung darauf angesprochen und diese ausgeglichen
werden könnte.
-
Die Figuren 17 bis 20 zeigen die Ergebnisse von Computer-
Simulationen, die der Erfinder durchgeführt hat, um das
obige Problem zu untersuchen. Die Simulation wurde an einem
eingerüstigen Kaltwalzwerk, wie es in den Figuren 1 und 3
gezeigt ist, durchgeführt. Das Werkstück mit einer
einlaufseitigen Dicke von 0,28 mm, einer Breite von 1800 mm, einer
einlaufseitigen Einstellspannung 1,24 t und einer
auslaßseitigen Einstellspannung von 3,04 t wurde mit einer
Walzgeschwindigkeit von 1800 m/min auf die gewünschte Dicke von 0,2 mm
gewalzt. Die Berechnung wurde mit der Annahme ausgeführt, daß
die einlaufseitige Dickenstörung eine Amplitude von ± 4 um
sowie eine Schwankungsfrequenz von 5 Hz und der Walzenschalg
eine Amplitude von ± 3 um sowie eine Schwankungsfrequenz von
6,53 Hz haben.
-
Die Figuren 17 und 18 zeigen Fälle, wobei lediglich der
Einfluß der einlaufseitigen Dickenschwankung untersucht wurde.
-
Die Figur 17 zeigt einen Fall, wobei der Walzwerkmodul
zehnmal härter durch die Walzwerkmodulregelung gemacht wird als
in dem herkömmlichen Walzwerk 32 der Figur 1, und wobei die
auslaufseitige Dickenschwankung 5,4 umP-P zur
einlaufseitigen Dickenschwankung von 8umP-P ist. Bei dem System dieser
Erfindung, wobei sich der Zugspannungsregler 33 auf der
Einlaufseite des Walzwerks befindet, wie in Figur 3 gezeigt ist,
kann die auslaufseitige Dickenschwankung auf 3,4 umP-P
vermindert werden, wie aus der Figur 18 deutlich wird. Das beruht
darauf, daß die einlaufseitige Dickenschwankung vermindert
werden kann, indem das Walzwerk durch die Walzwerkmodulregelung
härter gemacht wird, weit die einlaufseitige
Spannungsschwankung durch den Spannungsregler 32 unterdrückt werden kann.
-
Im Gegensatz hierzu zeigen die Figuren 19 und 20 Fälle, wobei
lediglich der Einfluß des Walzenschlags untersucht wurde.
-
Die Figur 19 zeigt einen Fall, wobei der Walzwerkmodul durch
die Walzwerkmodulregelung zehnmal härter als in dem
herkömmlichen Walzwerk 32 der Figur 1 gemacht wird und wobei der
Walzenschlag von 6 umP-P eigentlich überhaupt keine
auslaufseitige Dickenschwankung verursacht. Was die
einlaufseitige Spannungsschwankung angeht, fluktuiert die Spannung
so hoch wie 0,88 tP-P, so daß der Walzenschlag nahezu keinen
Einfluß auf die Dicke ausübt. Wenn andererseits der
Spannungsregler 33 an der Einlaufseite des Walzwerks 32 angeordnet
ist, wird, wie in Figur 20 gezeigt ist, die einlaufseitige
Spannungsschwankung im wesentlichen auf 0,2 tP-P vermindert,
so daß die auslaufseitige Dickenschwankung auf 3,2 umP-P
erhöht wird. Das heißt mit anderen Worten, daß eine Unterdrückung
der einlaufseitigen Spannungsschwankung die Änderung des
Walzspalts aufgrund des Walzenschlages hervorrufen wird, um einen
Einfluß auf die Dicke des Werkstücks auszuüben.
-
Das obige Ergebnis zeigt, daß dann, wenn die Spannungsregler
33 und/oder 34 an der Einlaufseite oder sowohl an der
Einlauf- wie auch der Auslaufseite angeordnet sind, um die
Spannung oder Spannungen im Werkstück 30 zu justieren, sowohl
die dem Werkstück selbst zuzuschreibenden Faktoren, wie
eine einlaufseitige Dickenstörung, als auch die dem Walzwerk
zuzuschreibenden Faktoren, wie ein Walzenschlag, in Betracht
zu ziehen sind.
-
Die Figur 21 ist ein Blockschema, das eine siebente
Ausführungsform dieser Erfindung zeigt, wobei diejenigen Bauteile,
die solchen in der Figur 3 gleich sind, mit denselben
Bezugszahlen bezeichnet sind.
-
Wie in Figur 21 gezeigt ist, sind die Zugspannungsregler 33
und 34, um die auf das Werkstück 30 aufgebrachten
Spannungen einzustellen, an der Einlaufseite oder sowohl an der
Einlauf- wie auch an der Auslaufseite des Walzwerks 32
angeordnet. Das Dickenmeßgerät 22 zum Ermitteln der Dicke des
Werkstücks 30 und der Geschwindigkeitsfühler 55 zum Ermitteln der
Vorschubgeschwindigkeit V des Werkstücks 30 sind an der
Einlaufseite des Walzwerks 32 angeordnet. Das Dickenmeßgerät 25
zum Erfassen der Dicke des gewalzten Werkstücks 30 ist an der
Auslaufseite des Walzwerks 32 angeordnet.
-
Auf der Grundlage eines Signals t vom einlaufseitigen
Dickenmeßgerät 22 berechnet ein Walzspaltänderungsrechenglied 51
eine Walzspaltänderungsgröße, die notwendig ist, um die
einlaufseitige Dickenstörung auszugleichen. Auf der Grundlage
eines Signals FS vom Geschwindigkeitsfühler 55 berechnet das
Rechenglied 51 den Zeitpunkt der Änderung des Walzspalts, d.h.
den Zeitpunkt, in welchem die einlaufseitige Dickenstörung
zwischen den Arbeitswalzen 3 und 4 des Walzwerks 32 durchgeht.
Das Rechenglied 51 überführt als einen Befehl an den
Basispositionregelkreis ein Walzspaltänderungssignal CF, das für
die berechnete Größe repräsentativ ist, zum berechneten
Zeitpunkt zum Addierwerk 13.
-
Ferner ist ein Walzwerkmodulrechenglied 52 vorgesehen, durch
das ein für den Walzdruck von der Kraftmeßdose 1
repräsentatives Ausgangssignal P und/oder ein für die auslaufseitige
Dicke vom Dickenmeßgerät 25 auf der Auslaßseite
repräsentatives Signal h analysiert wird, um die Frequenz der
auslaufseitigen Dickenschwankung zu erlangen und auf deren Grundlage
einen optimalen Walzwerkmodul zu berechnen. Ein
Walzwerkmodulsignal KB, das für den optimalen Walzwerkmodul
kennzeichnend ist, wird vom Rechenglied 52 zu einem
Korrekturverstärkungsfaktor-Einstellelement 53 überführt, welches einen
Korrekturverstärkungsfaktor auf der Grundlage des Signals KB
erzeugt und ein Korrekturverstärkungsfaktorsignal c an das
Walzwerkmodul-Steuergerät 54 abgibt.
-
Die obige Ausführungsform arbeitet folgendermaßen:
-
die Zugspannungsregler 33 und 34 messen Spannungsschwankungen
im Werkstück 30 und bewegen die Druckrolle oder -rollen 35,
die in Figur 4 gezeigt sind, um die Schwankungen zu reduzieren.
Demzufolge werden die auf die Walzspaltänderung
zurückzuführenden Spannungsschwankungen rasch unterdrückt, und die
Walzspaltänderung beeinflußt die auslaufseitige Dicke.
-
Die einlaufseitige Dickenschwankung wird durch das
Dickenmeßgerät 22 an der Einlaufseite des Walzwerks 32 gemessen,
während die Vorschubgeschwindigkeit V des Werkstücks 30 durch
den Geschwindigkeitsfühler 55 gemessen wird. Auf der Grundlage
der Signale t bzw. VS vom Dickenmeßgerät 22 bzw. vom
Geschwindigkeitsfühler 55 werden durch das
Walzspaltänderungsgröße-Rechenglied 51 die Walzspaltänderungsgröße und der
Zeitpunkt des Durchlaufens der einlaufseitigen Dickenschwankung
zwischen der oberen sowie unteren Arbeitswalze 3 und 4 des
Walzwerks 32 berechnet. Das Walzspaltänderungsgrößensignal
CF wird zum Addierwerk 13 des Basisposition-Regelkreises
ausgegeben. Folglich wird der Walzspalt zwischen den
Arbeitswalzen 3 sowie 4 eingestellt und die einlaufseitige
Dickenschwankung beseitigt. Auch wird auf der Grundlage des Signals P von
der Kraftmeßdose 1 und/oder des Signals h vom Dickenmeßgerät
25 auf der Auslaufseite die Frequenzkomponente der
auslaufseitigen Dickenschwankung erhalten, und der optimale
Walzwerkmodul zur Eliminierung des Einflusses von durch das Walzwerk 32
selbst hervorgerufenen Störungen, wie einem Walzenschlag,
wird durch das Walzwerkmodulrechenglied 52 erlangt. Auf der
Grundlage des Walzwerkmodulsignals KB, das vom
Walzwerkmodulrechenglied 52 ausgegeben wird, wird ein
Korrekturverstärkungsfaktor durch das Korrekturverstärkungsfaktor-Einstellelement
53 erzeugt, das ein Korrekturverstärkungsfaktorsignal c
ausgibt, auf dessen Grundlage wiederum der
Korrekturverstärkungsfaktor des Koeffizientenmultiplizierers 16 in dem
Walzwerkmodul-Steuergerät 54 verändert wird. Es besteht keine
Notwendigkeit, sowohl das Signal P von der Kraftmeßdose als auch
das Signal h vom auslaßseitigen Dickenmeßgerät 25 dem
Walzwerkmodulrechenglied 52 zuzuführen, und eines von diesen
wird ausreichend sein.
-
Wie in den Figuren 19 und 20 gezeigt ist, ist es nicht
erwünscht, wenn der Walzenschlag die Hauptursache einer
auslaufseitigen Dickenschwankung ist, das Walzwerk durch die
Walzwerkmodulregelung härter zu machen oder zu versteifen,
weil das die auslaufseitige Dickenschwankung verstärkt.
Jedoch wird bei der Ausführungsform der Figur 21 der
Walzwerkmodul durch die Walzerkmodulregelung so festgesetzt, daß das
Walzwerk in dem Fall, da der Einfluß des Walzenschlags
erheblich ist, weicher gemacht wird. Auf diese Weise wird die
auf einem Walzenschlag beruhende auslaufseitige
Dickenschwankung unterdrückt.
-
Andererseits bedeutet das Einstellen des Walzwerkmoduls
durch die Walzwerkmodulregelung derart, daß das Walzwerk
mehr oder weniger weicher gemacht wird, einen stärkeren
Einfluß der einlaufseitigen Dickenstörung auf die
auslaufseitige Dickenschwankung.
-
Bei der Ausführungsform der Figur 21 wird jedoch die
einlaufseitige Dickenschwankung durch das Dickenmeßgerät 22 gemessen,
während die Geschwindigkeit des Werkstücks 30 durch den
Geschwindigkeitsfühler 55 gemessen wird. Der Zeitpunkt des
Durchlaufs der einlaufseitigen Dickenschwankung zwischen den
Arbeitswalzen 3 und 4 des Walzwerks 32 wird durch das
Walzspaltänderungsgröße-Rechenglied 51 erhalten, und der Walzspalt
wird von Zeit zu Zeit in Übereinstimmung damit geändert.
Somit wird die einlaufseitige Dickenstörung unterdrückt und
kann der Einfluß der einlaufseitigen Dickenstörung auf die
auslaufseitige Dickenschwankung vermindert werden.
-
Die Figuren 22 und 23 zeigen die Ergebnisse von Computer-
Simulationen, die durchgeführt wurden, um die Wirkungen der
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in dem Fall
darzulegen, da eine einlaufseitige Dickenschwankung und ein
Walzenschlag gleichzeitig als Störungen vorhanden sind. Die
Bedingungen sind dieselben wie in den Figuren 17 bis 20. Die
Figur 22 zeigt den Fall, da der Walzwerkmodul durch die
Walzwerkmodulregelung im Vergleich zur Ausführungsform der
Fig. 21 um das Dreifache vergrößert wird (c = 0,67, wenn
Ke = Km/(1 - c)). Die Figur 23 zeigt den Fall, da der
natürliche Walzwerkmodul verwendet wird (c = 0). In Figur 22
beträgt die auslaufseitige Dickenschwankung aufgrund des
Einflusses
des Walzenschlags etwa 3,4 um, während in Figur 23,
wobei der Walzwerkmodul auf den optimalen Wert eingestellt
ist, die Schwankung auf etwa 2,6 um vermindert wird, und
das demonstriert die ausgezeichneten Wirkungen der
vorliegenden Erfindung.
-
Es besteht keine Notwendigkeit, allzeit den optimalen
Walzwerkmodul zu berechnen, und es kann ausreichend sein, den
optimalen Walzwerkmodul nur einmal in Übereinstimmung mit
dem Walzdruck oder der auslaufseitigen Dicke zu berechnen und
diesen vorzugeben.
-
Die obige Beschreibung bezieht sich auf ein eingerüstiges
Umkehr-Kaltwalzwerk; es ist jedoch einzusehen, daß die
vorliegende Erfindung auch auf ein nicht umkehrbares Walzwerk
für ein Walzen in einer einzigen Richtung, auf ein Tandem-
Walzwerk, das zwei oder mehr Gerüste umfaßt, und jegliche
andere Art eines Walzwerks, bei welchem die oben mit Bezug
auf den Stand der Technik beschriebenen Probleme auftreten
können, Anwendung finden kann. Die Zugspannung des Werkstücks
kann aus der Reaktionskraft des Werkstücks an einer Rolle
oder anderen Bauteilen in der Bearbeitungsbahn des Werkstücks
anstelle der Druckrolle und der Leitwalze ermittelt werden.