DE3422762A1

DE3422762A1 - Verfahren zur reibungskompensation in einem walzwerk

Info

Publication number: DE3422762A1
Application number: DE19843422762
Authority: DE
Inventors: Donald John Salem Va. Fapiano
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1983-06-30
Filing date: 1984-06-20
Publication date: 1985-01-03
Also published as: GB2142264A; JPS6049809A; US4487044A; GB8411222D0; JPH024367B2; SE8402849D0; GB2142264B; DE3422762C2; FR2548058A1; SE8402849L

Description

9352-21DSH-2652*

General Electric Company

Verfahren zur Reibungskompensation in einem Walzwerk

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Walzwerke und betrifft insbesondere ein Verfahren zum Kompensieren der Reibung in einem Metallwalzgerüst, das mit einer selbsttätigen Dickenregelung zum Regeln der Abgabe- oder Enddikke eines Metallbandes oder metallischen Walzgutes versehen ist.

Ein bekanntes Verfahren zum Regeln der Walzgutdicke ist das BISRA-Dickenmeßgerät-System mit automatischer Dickenregelung (automatic gage control oder AGC). In diesem System wird die Kraft, die dem Walzgut zugeordnet ist und durch dieses erzeugt wird, wenn es durch die Arbeitswalzen des Walzgerüstes hindurchgeführt wird, abgefühlt und mit einem Signal verknüpft, das zu der Walzenposition proportional ist, um ein Signal zu bilden, welches die Walzgutdicke dar-

stellt und in einem geschlossenen Regelkreis benutzt wird, um den Spalt oder die öffnung zwischen den einander gegenüberliegenden Arbeitswalzen einzustellen.

In Fällen, in denen Veränderungen der Härte und der Dicke des ankommenden Walzgutes weniger bedeutsam sind als Walzenunregelmäßigkeiten, wie beispielsweise Exzentrizität oder Ovalförmigkeit, kann die Dickenregelstrategie auf der Basis der Regulierung der Walzkraft erfolgen, wobei vorausgesetzt wird, daß eine konstante Walzkraft eine gleichmäßige Abgabe- oder Enddicke erzeugen wird.

In der Praxis haben sich diese Systeme als nicht so genau wie erwartet erwiesen, und eine der Hauptursachen für die üngenauigkeiten ist die Reibung. Bekanntlich ist Reibung zwischen dem Walzenständer des Walzgerüsts und den Lagerböcken, die die Walzen tragen, sowie in manchen Hydraulikelementen, wie beispielsweise Ausgleichshubvorrichtungen, die benutzt werden, um die Walzenlagerböcke in ihrer Position zu halten, und gegebenenfalls in der hydraulischen WaIzspalteinste11vorrichtung vorhanden. Da sowohl in Dickenmeßgerät- als auch in Kraftsteuersystemen ein Kraftrückführungssignal benutzt wird, ist klar, daß alle Kräfte, die der Kraftmeßfühler zusätzlich zu denjenigen Kräften abfühlt, welche durch die Verringerung der Werkstückdicke erzeugt werden, die Genauigkeit dieses Kraftsignals als eine echte Darstellung der tatsächlichen Walzkraft verschlechtern werden. Es sei daran erinnert, daß in allen Dickenregelsystemen der Spalt zwischen den Walzen wiederholt geändert wird, um dadurch zu versuchen, eine konstante Enddicke in Abhängigkeit von dem Kraftrückführungssignal zu erzielen.

Es ist außerdem bekannt, daß die Reibungskräfte in dem Walz-

Ai
- ζ -

gerüst in bezug auf die tatsächliche Walzgutwalzkraft additiv sind, wenn die Walzen in einer ersten Richtung bewegt werden, und subtraktiv sind, wenn die Walzen in der entgegengesetzten Richtung bewegt werden. Das ergibt einen Effekt, der im allgemeinen als Hysterese bezeichnet wird.

Das Ausmaß dieser Hysterese ist eine Funktion der relativen Mittellinienpositionen der Arbeits- und der Stützwalzen, was als WaIz-Offset oder -Versatz oder als Walzenverschiebung bezeichnet wird, des Walzkraftwertes, der vorwärts und rückwärts auf das Walzgut einwirkenden Zugspannungen, des Stützwalzenschmiermittels, des Walzgerüstfensters, des Lagerbockoberflächenzustands und der Schmierung derselben sowie des Dichtungszustands der WaI-zenausgleichshubvorrichtungen. Sie alle unterliegen Änderungen, insbesondere bei einem Wechsel der Walzenlagerböcke, und machen eine Vorhersage der Reibungskräfte sehr schwierig.

Wegen dieser Reibungskräfte ist das selbsttätige Dickenregelsystem bestenfalls ungenau und schlimmstenfalls unstabil. Ein unstabiler Betrieb resultiert beispielsweise aus Reibungskräften in Dickenmeßgerätsystemen, in denen der Kraftfühler und der Stellantrieb auf derselben Seite des Walzspalts angeordnet sind. In dieser Anordnung bewirken die Reibungskräfte, daß die Walzenposition in beiden Bewegungsrichtungen überschwingt. Infolgedessen ist es üblich, daß viele Betreiber von solchen Systemen die Regelung verstimmen, um weniger als eine vollständige Korrektur von abgefühlten Dickenmeßfehlern zu erzeugen. Das verbessert zwar die Stabilität, verringert jedoch die Genauigkeit.

Es gibt zwar offenbar eine bevorzugte Stelle für den Kraftfühler in bezug auf den Walzenpositionsstellantrieb bei einer bestimmten Dickenregelstrategie/ die Wahl kann jedoch schwierig sein, wenn sowohl mit einem Dickenmeßgerät als auch mit einer Konstantkraftregelung gearbeitet wird. Der bevorzugte Anbringungsort für den Kraftfühler in einem Fall wird einen unstabilen Betrieb in dem anderen Fall ergeben, wenn beträchtliche Reibung vorhanden ist. Selbst wenn der Kraftfühler an der bevorzugten Stelle angebracht ist, bewirken große Reibungen, daß das Dickenregelsystem unterkorrigiert, was zwar einen stabilen, jedoch ungenauen Betrieb ergibt.

Wie erwähnt sind die Reibungskräfte und der Hystereseeffekt derselben bekannt, und bezüglich einer vollständigeren Erläuterung derselben wird auf folgende Aufsätze verwiesen:

a) "Mill modulus variation and hysteresis - Their effect on hot strip mill AGC" von G.E. Wood et al., Iron and Steel Engineer Yearbook, 1977, S.33 bis 39; und

b) "Force sensing in rolling mills" von A. Zeltkalns et al., Iron and Steel Engineer Yearbook, 1977, S. 40 bis

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Kompensieren der Reibung in einem Walzgerüst eines Walzwerks zu schaffen.

Weiter soll für ein Walzwerk, bei dem ein selbsttätiges Dickenregelsystem benutzt wird, ein Verfahren zur Reibungskompensation geschaffen werden, um dadurch die Genauigkeit und die Stabilität des Dickenregelsystems zu verbessern. Ferner soll für ein Walzwerk mit selbsttätiger Dickenregelung ein Verfahren zur Reibungskompensa-

- J8 -

tion geschaffen werden, das Reibungsänderungen berücksichtigt, die auf Veränderungen der Walzbelastung und des Walzzuges in dem Walzgut, das gerade gewalzt wird, zurückzuführen sind.

Die vorstehenden und weitere Ziele werden erreicht, indem ein Walzgerüst geschaffen wird, das Walzen zum Verringern der Dicke von zwischen ihnen hindurchgeführtem Walzgut, eine Einrichtung zum Einstellen des Spalts zwischen den Walzen und zusätzliche Einrichtungen zum Abfühlen der Walzentrennkraft, die durch das Hindurchführen des Walzgutes zwischen den Walzen verursacht wird, sowie Einrichtungen zum Abfühlen der Walzenposition enthält. Diesem Walzgerüst ist gemäß der Erfindung eine selbsttätige Dickenregeleinrichtung, wie beispielsweise ein BISRA-Dickenmeßgerät-System, zum Regeln des Walzspalts in Abhängigkeit von der Walzentrennkraft zugeordnet. Das Kraftsignal, das an das selbsttätige Dickenregelsystem gemäß der Erfindung angelegt wird, wird durch Abfühlen der scheinbaren Walzkraft und Kompensieren dieses abgefühlten Wertes hinsichtlich Reibungskräften innerhalb des Walzgerüstes, die während der Bewegung der Walzen auftreten, gewonnen. Der Kompensationswert wird, nachdem er gewonnen worden ist, mit dem scheinbaren oder abgefühlten Kraftsignal in einer ersten Richtung verknüpft, wenn die Walzen in einer ersten Richtung bewegt werden, und davon subtrahiert, wenn die Walzen in einer zweiten Richtung bewegt werden.

Die Erfindung sorgt außerdem für eine Reibungskompensation in Abhängigkeit von der Walzbelastung, d.h. der auf das Walzgut ausgeübten Kraft.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Endansicht eines

typischen Walzgerüstes zur Erleichterung des Verständnisses der Erfindung ,

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Teils

eines Walzgerüstes mit verschiedenen Merkmalen und Effekten, die aus Verdeutlichungsgründen für die Erläuterung der Erfindung übertrieben dargestellt sind,

Fig. 3 ein Diagramm, das den Hystereseeffekt

der Reibung in einem Walzgerüst zeigt, und

Fig. 4 ein Logikdiagramm, das die erfin

dungsgemäße Reibungskompensation zeigt.

Fig. 1 zeigt in schematischer Form die Endansicht eines typischen Quartowalzgerüstes. Das Gerüst hat wie dargestellt einen Ständer 10, der die Gerüstelemente enthält, zu denen eine obere Stützwalze 12 gehört, die in einem Lagerbock gelagert ist. Eine untere Stützwalze 16 ist ebenso in einem Lagerbock 18 gelagert. Zwei Arbeitswalzen 20 und 24 sind in Lagerböcken 22 bzw. 26 gelagert. Zwei Paar Ausgleichshubvorrichtungen stützen die oberen Lagerböcke an dem Walzenständer 10 ab. Das erste Paar Ausgleichshubvorrichtungen 28 und 30 ist zwischen dem Walzenständer 10 und dem Lagerbock 14 der oberen Stützwalze 12 angeordnet. Die Arbeitswalzenausgleichshubvorrichtungen 36 und 38 tragen den oberen Arbeitswalzenlagerbock 22. Gleiche Lagerböcke und Hubvorrichtungen sind selbstverständlich an dem ande-

-Tf-

ren Ende des Walzgerüstes vorgesehen.

Wie üblich dient eine Spinde!vorrichtung 44, die über eine Mutter 46 wirkt, zur Grobeinstellung des Spalts oder Zwischenraums zwischen den beiden Arbeitswalzen 20 und 24, durch den Walzgut 60 hindurchgeführt wird. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist weiter unter der Spindel 44 ein Hydrauliksystem 48 vorgesehen, das im wesentlichen aus einem Kolben innerhalb eines Zylinder besteht (hier als "Zylinder" bezeichnet), das wie bekannt dazu dient, eine Einstellung gemäß dem selbsttätigen Dickenregelsystem vorzunehmen. Es ist außerdem bekannt, daß der Zylinder weggelassen werden und die selbsttätige Dickenregelung direkt über die Spindel 44 wirken kann. Die Spindel 44 und der Zylinder 48 wirken auf den Stützwalzenlagerbock 14 über eine Kraftmeßdose 50 ein. Die Kraftmeßdose liefert, was an sich bekannt ist, ein Ausgangskraftsignal (F - Leitung 56), das zu der Walzkraft proportional ist, die aus dem zwischen den Arbeitswalzen 20 und 24 hindurchgeführten Walzgut 60 resultiert, und zwar modifiziert durch die Reibungskräfte, die hier erläutert werden. (Am unteren Ende des Walzgerüstes ist zwischen dem unteren Stützwalzenlagerbock 18 und dem Walzenständer eine Kraftmeßdose 50' gestrichelt dargestellt. Das soll einen anderen Anbringungsort der Kraftmeßdose veranschaulichen, der manchmal benutzt wird.)

Dem Zylinder 48 sind zwei Meßfühler 51 und 53 zugeordnet, die üblicherweise mit dem Zylinder geliefert werden. Der Meßfühler 51 liefert ein Ausgangssignal S auf einer Leitung 52, das die Position des Kolbens innerhalb des Zylinders angibt und damit eine Angabe über den Walzspalt liefert. Der Meßfühler 53 ist ein Druckmeßfühler, der den inneren Druck in dem Zylinder abfühlt und ein Drucksignal F ' auf einer Ausgangsleitung 54 liefert, das auch als

eine Angabe über die Walzkraft benutzt werden kann. Hydrauliköl wird dem Zylinder 48 über eine Pumpe, die durch das selbsttätige Dickenregelsystem gesteuert wird, und über eine Leitung 58 zugeführt, was mit Bezug auf Fig. 4 noch ausführlicher erläutert wird.

Ein letztes Merkmal, das mit Bezug auf Fig. 1 zu erwähnen ist, ist, daß die Mittelpunkte der Arbeitswalzen gegenüber den Mittelpunkten der Stützwalzen in geringem Ausmaß versetzt sind, beispielsweise um 6,4 mm (one-quarter inch), um dem gesamten Walzgerüstsystem Stabilität zu verleihen. Die Gesamtdarstellung in Fig. 1 ist sehr üblich und dem einschlägigen Fachmann bekannt.

Die Reibungskräfte, mit denen sich die Erfindung befaßt, gehen hauptsächlich von zwei Gesamtbereichen aus. Der erste dieser Bereiche sind die Hydrauliksysteme, d.h. der Zylinder 48 und die Ausgleichshubvorrichtungen, die die Stütz- und Arbeitswalzenlagerböcke tragen. Diese Hubvorrichtungen sind normalerweise Hydraulikzylinder und haben wie das System 48 einen Kolben, der über eine Dichtung arbeitet. In Anbetracht der Drücke, die in dem Gesamtsystem notwendig sind, kann die Reibung zwischen dem Kolben und der Dichtung ziemlich groß sein. Dazu kommt noch, und wahrscheinlich mit noch größerer Auswirkung, die Reibung der Walzenlagerböcke, wenn diese bewegt und längs der Innenseiten (dem Fenster) des Walzenständers verschoben werden. Diese letztgenannten Reibungskräfte werden anhand von Fig. 2 besser verständlich.

Fig. 2 zeigt einen Teil der Elemente von Fig. 1, wobei einige Merkmale aus Veranschaulichungsgrunden übertrieben dargestellt sind. Gemäß Fig. 2 sind, wenn Walzgut 60 zwischen den Arbeitswalzen 20 und 24 angeordnet ist, die Walzenlagerböcke bestrebt, sich in bezug auf den Walzenstän-

- -ff -

der fehlauszurichten oder schrägzustellen, so daß Punktkontakte A bis H zwischen diesen Lagerböcken und dem Walzenständer gebildet werden. Aus dieser Darstellung ist zu erkennen, daß bei jeder Bewegung der Lagerböcke an dem Gehäuse, beispielsweise wenn die Walzenposition zu Dickenregelzwecken verändert wird, Reibungskräfte auftreten, die durch die Kraftmeßfühler abgefühlt werden, z.B. durch die Kraftmeßdose 50 (oder 50") oder durch den Druckmeßfühler 53 (Fig. 1). Das Signal aus dem Meßfühler ist dasjenige, das in dem selbsttätigen Dickenregelsystem benutzt wird, was an sich bekannt ist. Diese Reibungskräfte können beträchtlich sein und häufig in dem Bereich von 1,0 - 5,0 % der Gesamtkraft liegen, die durch die Meßfühler abgefühlt wird, und das gesamte selbsttätige Dickenregelsystem ernstlich verschlechtern. Diese Reibungskräfte sind wie erwähnt nicht konstant, da sie von dem Zustand des Fensters (d.h. der Seiten) des Walzenständers und der Walzenlagerböcke, dem Grad der Schmierung und von anderen Faktoren abhängen.

Die Reibungskräfte wirken, was oben bereits erwähnt wurde, in bezug auf die abgefühlte Gesamtkraft in unterschiedlichen Richtungen, je nach dem Anbringungsort des Kraftmeßfühlers und der Richtung der Lagerbock- oder Walzenbewegung. Wenn die Kraftmeßfühler und die Einrichtung zum Einstellen des Walzspalts auf derselben Seite des Walzspalts sind, werden sich die Reibungskräfte aufgrund der Berührung der Lagerböcke mit dem Walzengerüst, und zwar derjenigen, die den Ausglexchshubvorrichtungen zugeordnet sind, und derjenigen, die den Zylinderhubvorrichtungen zugeordnet sind, alle zu der tatsächlichen Walzentrennkraft addieren, die der Kraftmeßfühler abfühlt, wenn der Walzspalt geschlossen wird, und werden sich von der tatsächlichen Kraft subtrahieren, wenn der Walzspalt vergrößert wird. Umgekehrt, wenn sich der Meßfühler auf der zu der Spalteinstelleinrichtung entgegengesetzten Seite des Walzspalts

-Vd-

befindet, wie es in Fig. 1 durch die Kraftmeßdose 50' dargestellt ist, brauchen nur die Reibungskräfte, die den unteren Walzenlagerböcken zugeordnet sind, betrachtet zu werden, und diese werden sich von der tatsächlichen Kraft subtrahieren, wenn das Walzgerüst schließt, und sich zu der tatsächlichen Kraft addieren, wenn das Walzgerüst öffnet.

Mathematisch kann in dem zuerst erläuterten Fall, in welchem sich der Meßfühler auf derselben Seite des Walzspalts wie die Spalteinstelleinrichtung befindet und sich das Walzgerüst im Schließvorgang befindet, die abgefühlte Kraft folgendermaßen ausgedrückt werden:

^FS - ^FR ^{+ f}brb ^{+ f}wrb ^{+ f}c ^{+ f}h wobei

F- = Gesamtkraft, abgefühlt durch den Meßfühler 50

(oder den Meßfühler 53)
F = tatsächliche Walzentrennkraft, die durch Walzgut

zwischen den Walzen verursacht wird f_b , = Reibungskraft der Stützwalzenausgleichshubvor-

richtungen
^fwrb ^{= Reibun}9^{skraft der} Arbeitswalzenausgleichshubvorrichtungen

f = Reibungskraft des Zylinders f, = Reibungskraft der oberen Walzenlagerböcke, die sich gegen das Walzengerüst bewegen.

Für das obige Walzgerüst gilt, wenn der Walzspalt vergrössert wird, folgende Beziehung:

^FS ^{= F}R " ^fbrb " ^fwrb " ^fc " ^fh
Bei einem Walzgerüst mit einem Meßfühler auf der zu der

Einstellvorrichtung entgegengesetzten Seite des Walzspalts vereinfachen sich die Beziehungen folgendennassen:

F- = F_ - £,, (Schließen) , und

ο Κ XXi

^FS ^{= F}R ^{+ f}lh öffnen)
wobei

f., = Reibungskraft der unteren Walzenlagerböcke, die sich gegen das Walzengerüst bewegen.

Es ist zu beachten, daß die vorgenannten Beziehungen nur für dynamische Bedingungen gelten, bei denen der Walzspalt mit einer gewissen Geschwindigkeit verändert wird, der über einem empirisch gewonnenen vorbestimmten Minimum liegt. Bei sehr langsamen Walzspaltänderungsgeschwindigkeiten wird die Vibration in dem Walzgerüst, wenn das Walzgut gewalzt wird, die Reibungskräfte insofern, als sie durch die Kraftmeßfühler abgefühlt werden, unwirksam machen. Unter stationären Bedingungen gibt es selbstverständlich keine Reibungskräfte. Diese Reibungskräfte werden oberhalb einer vorbestimmten Geschwindigkeit beträchtlich, die normalerweise in dem Bereich von 0,03 mm/s (0.001 inch per second) liegt, aber tatsächlich von der Reibungsquelle und von dem Grad der Walzgerüstvibration abhängig ist.

Fig. 3 zeigt den Hystereseeffekt, der weiter oben erwähnt wurde und den die obigen Gleichungspaare veranschaulichen. In Fig. 3 ist die abgefühlte Walzkraft über dem sich ändernden Walzspalt als Ergebnis eines tatsächlichen WaIzgerüsttests dargestellt, und es ist zu erkennen, was auch die beiden Gleichungen verdeutlichen, daß die Walzkraft beim öffnen und Schließen unterschiedlich ist.

Faktoren, die weiter oben bereits erwähnt, aber noch nicht

-Vl-

erläutert worden sind, sind die Auswirkungen der Reibung in den Stützwalzenlagern und die Zugspannung in dem Walzgut. Diese Faktoren beeinflussen zwar den Wert der Reibungskräfte, die den Ausgleichshubvorrichtungen zugeordnet sind, nicht ernstlich, sie beeinflussen aber die Reibungskräfte, die auftreten, wenn sich die Lagerböcke gegen das Walzengeriist bewegen. Die tatsächliche Lage, die die Stütz- und die Arbeitswalzenlagerböcke einnehmen, ist von den Relativgrößen der vorderen und hinteren Walzgutzugspannungen abhängig, d.h. von dem Kräftepaar, das durch die Walzkraft erzeugt wird, die wegen des Walzenversatzes wirksam ist, und durch das Drehmoment, das erforderlich ist, um die Stützwalze in ihren Lagern, zu drehen. Änderungen in dieser Lage sowie die Größe der Zugspannungen und der Walzkraft werden die effektive Walzgerüstreibung beeinflussen.

Aus vorstehender Erläuterung ist zu erkennen, daß die Reibungskräfte die Genauigkeit und die Gültigkeit jedes abgefühlten Kraftsignals, das in einem selbsttätigen Dickenregelsystem benutzt wird, ernstlich verschlechtern können. Das Grundproblem ist dann, eine Darstellung der beteiligten Reibungskräfte zu gewinnen und diese zum Verbessern des abgefühlten Kraftsignals zu benutzen. Eine Maßnahme zum Gewinnen dieser Darstellung ist, das Walzgerüst einige Male arbeiten zu lassen, ohne daß sich Walzgut zwischen den Walzen befindet, und die beobachteten Kräfte zu messen. Dies ergibt zwar einen Wert für die Reibungskräfte, es werden jedoch nicht die weiter oben beschriebenen Effekte der Walzgerüstbelastung und der Zugspannung in dem Walzgut berücksichtigt. Die bevorzugte Ausführungsform besteht deshalb darin, einen Mittelwert der Reibungskräfte unter tatsächlichen Betriebsbedingungen zu nehmen, d.h. die Kraftveränderungen, die während

einer gewählten Anzahl von öffnungs- und Schließvorgängen des Walzgerüstes beobachtet werden/ festzuhalten und zu mitteln. Mathematisch kann das folgendermaßen ausgedrückt werden:

^f 1 - N. Σ. ^Fi I - N Z- ^Fi

v<-V

V>+V,

wobei: f.. = Reibungssignal

N, = Anzahl der Abtastungen in Schließrichtung N = Anzahl der Abtastungen in Öffnungsrichtung F. = abgefühlte Kraftsignalwerte ν = Walzspaltänderungsgeschwindigkeit V_T = Walzspaltänderungsgeschwindigkeitsschwellenwert.

Da der Wert von f-, der gemäß der letztgenannten Methode gewonnen wird, aus tatsächlichen Betriebsbedingungen stammt/ stellt er einen besseren Schätzwert der Reibungskräfte dar als der mit der zuvor beschriebenen Methode ermittelte. Die Berechnung, die für die unmittelbar oben angegebene Gleichung erforderlich ist, kann selbstverständlich mittels analoger Einrichtungen ausgeführt werden. Vorzugsweise wird diese Berechnung jedoch in einem Mikroprozessor oder irgendeiner Form von Datenverarbeitungseinheit ausgeführt.

Die oben für f- angegebene Beziehung ergibt Krafteinheiten. In einigen Fällen, wie beispielsweise dem in folgenden mit Bezug auf Fig. 4 beschriebenen, ist es praktischer, die Beziehung in bezogenen Werten auszudrücken. Eine Maßnahme, einen solchen bezogenen Wert zu gewinnen, besteht darin, einen mittleren Kraftwert ^F _aVCT zu bilden und aus diesem einen bezogenen Kraftwert f gemäß folgenden Beziehungen zu gewinnen:

	avg	-	X	U
F	f -	₁		^i=Nd^{+ N}w
^Nd ⁺	^Nw
avg

und

Wenn angenommen wird, daß eine bezogene Reibungskraft f bestimmt worden ist, die die tatsächlichen gegenwärtigen Reibungskräfte darstellt, welche dem Walzgerüst zugeordnet sind, so bleibt das Problem, dieses Signal zu benutzen, um das abgefühlte Kraftsignal auf ein tatsächliches Kraftsignal einzustellen, das von dem selbsttätigen Dickenregelsystem des Walzgerüsts beim Steuern der WaIzspalteinstelleinrichtung benutzt wird. Eine Methode, durch die das erreicht werden kann, ist in Fig. 4 gezeigt. Die Vorzeichen in Fig. 4 stellen den Fall dar, in welchem die Kraftabfühleinrichtungen und die Walzspalteinstelleinrichtung auf derselben Seite des Walzspalts sind. In dem Fall, in welchem ein Kraftmeßfühler auf der zu der Walzspalteinstelleinrichtung entgegengesetzten Seite des Walzspalts angeordnet ist, was durch die Kraftmeßdose 50' in Fig. 1 dargestellt ist, würde die mathematische Beziehung der Blöcke 114 und 116 vertauscht werden.

Gemäß Fig. 4 wird ein Signal S , das Positionssignal aus dem Meßfühler 51 des Zylinders 48 nach Fig. 1, an einen Differenzierblock 100 angelegt, der an seinem Ausgang ein Signal abgibt, welches die Walzspaltänderungsgeschwindigkeit angibt und eine Polarität (plus oder minus) gemäß der Richtung hat, in der sich der Walzspalt ändert. Dieses mit (-)v bezeichnete Signal wird an zwei Logikblöcke 102 und 104 angelegt, die feststellen, ob das Geschwindigkeitssignal ν kleiner als eine negative Endgeschwin-

-VS-

digkeit V- (Block 102) bzw. größer als der positive Wert von V_T (Block 104) ist. Wenn die logische Entscheidung der beiden Blöcke 102 und 104 "Nein" ist, ist die abgefühlte Kraft die Kraft, die tatsächlich benutzt wird, und dieses Signal wird dann über einen Block 106 an ein selbsttätiges Dickenregelsystern (AGC) 108 angelegt. Das selbsttätige Dickenregelsystem legt seinerseits ein Signal an eine Pumpensteuereinrichtung 110 zum Steuern einer Pumpe 112 an, die dem Zylinder 48 (Fig. 1) Druck über eine Leitung 58 liefert. Wenn angenommen wird, daß das Ausgangssignal des Blockes 100, das Signal v, einen negativen Wert hat, der kleiner als -V_T ist (der Walzspalt wird verkleinert) , dann ist gemäß der Darstellung durch den Block 114 das tatsächliche Kraftsignal F, das dem selbsttätigen Dickenregelsystem zuzuführen ist, gleich der abgefühlten Kraft F_ mal der Größe (1-f). Die andere Bedingung für diese besondere Gruppe von Umständen ist, daß das Geschwindigkeitssignal ν größer als +V_T ist (der Walzspalt wird vergrößert). In diesem Fall ist gemäß der Darstellung durch den Block 116 das Kraftsignal, das dem selbsttätigen Dickenregelsystem zuzuführen ist, gleich der tatsächlichen abgefühlten Kraft mal der Größe (1 + f). Da f eine bezogene Größe ist, wird die Veränderung der Reibungskraft mit dem Walzkraftwert durch dieses Verfahren automatisch berücksichtigt.

Der Übersichtlichkeit halber ist die logische Beziehung zum Anlegen und Entfernen des Reibungssignals f in Fig.4 in der einfachsten durchführbaren Form gezeigt worden. Eine modifizierte Ausführungsform würde dem Reibungssignal f gestatten, von dem vorhandenen Wert aus exponentiell abzunehmen, wenn das Geschwindigkeitssignal ν in der einen oder anderen Richtung unter den Schwellenwert V-, abnimmt. Dadurch wird die tatsächliche Abnahme der Reibung in den Walzgerüstelementen enger angenähert. Die Ab-

fallzeitkonstante kann aus einfachen Feldtests geschätzt werden und liegt typisch in der Größenordnung von 0,3 bis 1/0 s. Eine Methode zum Erzielen dieser modifizierten Ausführungsform besteht darin, ein bezogenes Reibungssignal zu benutzen, das durch folgende Beziehungen definiert ist:

f = f_m3v» wenn IvJ > Iv J ; und

max J-/T ·*·

f = f_max * e ' ,wenn jvl < Iv^ wobei

f = bezogener Reibungssignalmaximalwert ν = Walzspaltänderungsgeschwindigkeit V_T = Walzspaltänderungsgeschwindigkeitsschwellenwert t = Zeit, die verstrichen ist, seit |v| unter ίV„ | abfiel

T = Reibungsabnahmezeitkonstante f = bezogenes Reibungssignal e = mathematische Konstante.

Änderungen in der Zugspannung werden zwar Änderungen in f. und deshalb in f verursachen, es ist jedoch im allgemeinen zulässig, Zugspannungsänderungen außer Betracht zu lassen, so daß es der On-Line-Abschätzprozedur überlassen bleibt, Einstellungen zur Berücksichtigung von Zugspannungsänderungseffekten vorzunehmen.

Fig. 4 ist wie erwähnt eine logische Beschreibung der gemäß der Erfindung auszuführenden Operationen. Dem Fachmann ist ohne weiteres klar, daß diese Funktionen entweder durch eine analoge Schaltungsanordnung oder durch eine Datenverarbeitungsanlage mit vergleichbaren Ergebnissen erfüllt werden könnten. Es wird jedoch angenommen, daß im heutigen Stand der Technik eine Datenverarbeitungsanlage oder ein digitales System vorzuziehen ist, wobei in diesem Fall klar ist, daß die beiden Signale S„ und F^ sowie die Reibungs-

O S

signale f digitalisiert werden müßten.

Claims

Patentansprüche :

1.!Verfahren zum Kompensieren von Reibungskräften in ei- ^--nem Walzgerüst, die in diesem als Ergebnis der Bewegung der Walzen auftreten, um die Stabilität und die Genauigkeit einer selbsttätigen Dickenregeleinrichtung zu verbessern, wobei das Walzgerüst außer den Walzen zum Verringern der Dicke von dazwischen hindurchgeführtem Walzgut eine Einrichtung zum Einstellen des Spalts zwischen den Walzen, eine Einrichtung zum Abfühlen der Walzentrennkraft, die aufgrund des Hindurchführens des Walzgutes zwischen den Walzen auftritt, eine Einrichtung zum Abfühlen der Walzenposition und die selbsttätige Dickenregeleinrichtung zum Steuern der Einrichtung zum Einstellen des Walzspalts in Abhängigkeit von der Walzentrennkraft aufweist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Bilden eines Reibungssignals, das die Reibungskräfte darstellt;

b) Bilden eines abgefühlten Kraftsignals, das die abgefühlte Walzentrennkraft darstellt, welche durch das
Hindurchführen von Walzgut zwischen den Walzen verursacht wird;

c) Bilden eines Geschwindigkeitssignals, das eine Richtung und eine Größe hat und die Geschwindigkeit der Änderung des Walzspalts darstellt; und

d) Verknüpfen des Reibungssignals und des abgefühlten Kraftsignals in Abhängigkeit von der Richtung und der Größe des Geschwindigkeitssignals/ um ein kompensiertes Kraftsignal zur Verwendung in der selbsttätigen Dickenregeleinrichtung beim Steuern des Walzspalts zu liefern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Verknüpfens des Reibungssignals und des abgefühlten Kraftsignals nur ausgeführt wird, wenn das Geschwindigkeitssignal eine Größe hat, die einen vorbestimmten Wert übersteigt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß bei einem Walzgerüst, welches die Einrichtung zum Einstellen des Walzspalts und die Einrichtung zum Abfühlen der Walzentrennkraft auf derselben Seite des Walzspalts hat, der Schritt des Verknüpfens beinhaltet, das Reibungssignal von dem abgefühlten Kraftsignal zu subtrahieren, wenn der Walzspalt verkleinert wird, und das Reibungssignal zu dem abgefühlten Kraftsignal zu addieren, wenn der Walzspalt vergrößert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Walzgerüst, welches die Einrichtung zum Einstellen des Walzspalts und die Einrichtung zum Abfühlen der Walzentrennkraft auf derselben Seite des Walzspalts hat, der Schritt des Verknüpfens beinhaltet, das Reibungssignal von dem abgefühlten Kraftsignal zu subtrahieren, wenn der Walzspalt verkleinert wird, und das Reibungssignal zu dem abgefühlten Kraftsignal zu addie-

- 3 ren, wenn der Walzspalt vergrößert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Walzgerüst, welches die Einrichtung zum Einstellen des Walzspalts und die Einrichtung zum Abfühlen der Walzentrennkraft auf entgegengesetzten Seiten des Walzspalts hat, der Schritt des Verknüpfens beinhaltet, das Reibungssignal zu dem abgefühlten Kraftsignal zu addieren, wenn der Walzspalt verkleinert wird, und das Reibungssignal von dem abgeführten Kraftsignal zu subtrahieren, wenn der Walzspalt vergrößert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Walzgerüst, welches die Einrichtung zum Einstellen des Walzspalts und die Einrichtung zum Abühlen der Walzentrennkraft auf entgegengesetzten Seiten des Walzspalts hat, der Schritt des Verknüpfens beinhaltet, das Reibungssignal zu dem abgefühlten Kraftsignal zu addieren, wenn der Walzspalt verkleinert wird, und das Reibungssignal von dem abgefühlten Kraftsignal zu subtrahieren, wenn der Walzspalt vergrößert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reibungssignal gebildet wird, indem die Differenz in den abgefühlten Walzentrennkraftsignalen gemittelt wird, die während des öffnens und Schließens bei einer Geschwindigkeit, die über einer vorbestimmten Größe liegt, ohne daß sich Walzgut zwischen den Walzen befindet, gewonnen werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reibungssignal gebildet wird durch Verknüpfen des Mittelwerts der abgefühlten Kraftsignale, die gewonnen werden, während sich der Walzspalt mit einer Geschwindigkeit, die eine vorbestimmte Größe übersteigt,

schließt, mit dem Mittelwert der abgefühlten Kraftsignale, die gewonnen werden, während sich der Walzspalt mit einer Geschwindigkeit, die eine vorbestimmte Größe übersteigt, öffnet, und zwar während einer vorbestimmten Zeitspanne, während Walzgut gewalzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Reibungssignal gemäß folgender Beziehung gebildet wird:

₁ d ₁ w

■ = 1 ^r- pi - - Τ* Fi 1 N^ 2_ *^x N Z- ^ri

v<-V

v>+V_n

T
wobei: f.. = Reibungssignal

N, = Anzahl der Abtastungen in Schließrichtung N = Anzahl der Abtastungen in Öffnungsrichtung F. = abgefühlte Kraftsignalwerte ν = Walzspaltänderungsgeschwindigkeit V„ = Walzspaltänderungsgeschwindigkeitsschwellenwert.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reibungssignal einen Wert hat, der dem Wert der abgefühlten Walzentrennkraft zuzuschreiben ist.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Reibungssignal als das Produkt des bezogenen Mittelwerts der abgefühlten Kraftsignale, die über der vorbestimmten Zeitspanne gewonnen werden, und des Mittelwerts der abgefühlten Kraftsignale definiert ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Walzgerüst, welches die Einrichtung zum Einstellen des Walzspalts und die Einrichtung zum Abfüh-

len der Walzentrennkraft auf derselben Seite des Walzspalts hat, der Schritt der Verknüpfens des Reibungssignals und des abgefühlten Kraftsignals beinhaltet, das Reibungssignal von dem abgefühlten Kraftsignal zu subtrahieren, wenn der Walzspalt verkleinert wird, und das Reibungssignal zu dem abgefühlten Kraftsignal zu addieren, wenn der Walzspalt vergrößert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Walzgerüst, welches die Einrichtung zum Einstellen des Walzspalts und die Einrichtung zum Abfühlen der Walzentrennkraft auf entgegengesetzten Seiten des Walzspalts hat, der Schritt des Verknüpfens des Reibungssignals und des abgefühlten Kraftsignals beinhaltet, das Reibungssignal zu dem abgefühlten Kraftsignal zu addieren, wenn der Walzspalt verkleinert wird, und das Reibungssignal von dem abgefühlten Kraftsignal zu subtrahieren, wenn der Walzspalt vergrößert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Reibungssignal durch folgende Beziehungen bestimmt wird:

i=N_d i=N_w

¹^-F.

*d

v<-V

v>+V

^Favg ■ I₅TTg 2_
i= 1

f = =; , wobei:

avg

3A22762

f₁ = Reibungssignal

N, = Anzahl der Abtastungen in Schließrichtung N = Anzahl der Abtastungen in Öffnungsrichtung

F. = abgefühlte Kraftsignalwerte ν = Walzspaltänderungsgeschwindigkeit V_ = Walzspaltänderungsgeschwindigkeitsschwellenwert

F= Mittelwert der abgefühlten Kraftsignale f = bezogenes Reibungssignal.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reibungssignal einen Wert hat, der eine Funktion des Geschwindigkeitssignals ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Beziehung zwischen dem Reibungssignal und dem Geschwindigkeitssignal durch folgende Beziehungen bestimmt wird.

^{f = f}max ^wennJ^

^f - ^fmax * e ^/Twenn M< _T

f
max = bezogener Reibungssignalmaximal'-

wert

ν = Walzspaltänderungsgeschwindigkeit V_ = Walzspaltänderungsgeschwindigkeits-

s chwe1lenwert t = Zeit, die verstrichen ist, seit |vl

unter J V_T| fiel T = Reibungsabnahmezeitkonstante f = bezogenes Reibungssignal e = mathematische Konstante.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet/ daß das Reibungssignal gemäß folgenden Beziehungen bestimmt wird:

Ί N, 2—

^Fi

V<-V_T ⁱ⁼¹

^i=Nd^+Nw

⁼ dnc Σ ^Fi' ^

f.. = Reibungssignal

N-, = Anzahl der Abtastungen in Schließrichtung N = Anzahl der Abtastungen in Öffnungsrichtung F. = abgefühlte Kraftsignalwerte

ν = WalzSpaltänderungsgeschwindigkeit V_ = Walzspaltänderungsgeschwindigkeitsschwellenwert

F = Mittelwert der abgefühlten Kraftsignale f = bezogener Reibungssignalmaximalwert.

ΣΐΙα,Χ

18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Walzgerüst, welches die-Einrichtung zum Einstellen des Walzspalts und die Einrichtung zum Abfühlen der Walzentrennkraft auf derselben Seite des Walzspalts hat, der Schritt des Verknüpfens beinhaltet, das Reibungssignal von dem abgefühlten Kraftsignal zu subtrahieren, wenn der Walzspalt verkleinert wird, und das Reibungssignal zu dem abgefühlten Kraftsignal zu addieren, wenn der Walzspalt vergrößert wird.

19. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Walzgerüst, welches die Einrichtung zum Einstellen des Walzspalts und die Einrichtung zum Abfühlen der Walzentrennkraft auf entgegengesetzten Seiten des Walzspalts hat, der Schritt der Verknüpfens beinhaltet, das Reibungssignal zu dem abgefühlten Kraftsignal zu addieren, wenn der Walzspalt verkleinert wird, und das Reibungssignal von dem abgefühlten Kraftsignal zu subtrahieren, wenn der Walzspalt vergrößert wird.