×
27.08.2014
216.012.f041

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ТРЕНИЯ ПРИ ПРОКАТКЕ МЕТАЛЛОВ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002527324
Дата охранного документа
27.08.2014
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к измерительной и испытательной технике и предназначено для использования при исследовании сил трения в металлургическом производстве, а именно при прокатке металлов. Для определения силы трения при прокатке металлов измеряют токи якорной обмотки двигателя при различных скоростях при холостом ходе. Измеряют ток двигателя и угловую скорость при нагруженном состоянии. Дополнительно формируют зависимость тока холостого хода от угловой скорости двигателя в виде эмпирической формулы и хранят ее в памяти вычислительного устройства. Измеряют угловую скорость двигателя и зависимость тока якорной обмотки и угловой скорости от времени в процессе прокатки и вычисляют силу трения по формуле , где c - конструктивная постоянная двигателя; R - радиус валка. Технический результат заключается в повышении точности измерения силы трения при прокатке металлов. 4 ил.
Основные результаты: Способ определения силы трения при прокатке металлов, при котором измеряют токи якорной обмотки двигателя при различных скоростях при холостом ходе, измеряют ток двигателя и угловую скорость при нагруженном состоянии, отличающийся тем, что дополнительно формируют зависимость тока холостого хода от угловой скорости двигателя в виде эмпирической формулы и хранят ее в памяти вычислительного устройства, измеряют угловую скорость двигателя и зависимость тока якорной обмотки и угловой скорости от времени в процессе прокатки и вычисляют силу трения по формуле ,где c - конструктивная постоянная двигателя; R - радиус валка.
Реферат Свернуть Развернуть

Предлагаемое изобретение относится к измерительной и испытательной технике и предназначено для использования при исследовании сил трения в металлургическом производстве, а именно при прокатке металлов.

Известен способ измерения силы трения при прокатке металлов (метод принудительного торможения), при котором к заднему концу прокатываемой полосы прикладывается тормозящая сила Q, под действием которой полоса останавливается (Грудев А.П. Внешнее трение при прокатке. - М., Металлургия, 1973, с.192-200). В начальный момент буксования измеряется полное давление металла Р на валки и усилие торможения Q, а сила трения рассчитывается по формуле

,

где Δh - величина обжатия полосы, R - радиус валков.

При измерении характеристики трения при прокатке рассмотренным способом определяется конкретное численное значение силы трения, которая имеет случайный характер и изменяется при прохождении полосы через валки. Поэтому известный способ не позволяет выполнить измерение и регистрацию изменяющейся при быстром процессе прокатке силы трения. Кроме этого для реализации известного способа требуется сложное оборудование для измерения усилия торможения и давления металла на валки.

Следовательно, недостатками известного способа измерения силы трения при прокатке металлов являются ограниченные функциональные возможности и сложность технической реализации.

Известен способ измерения силы трения при прокатке металлов (метод крутящего момента), при котором измеряется чистый крутящий момент на бочке валка, а сила трения определяется по формуле

,

где M - крутящий момент на бочке валка, Мтп - момент силы трения в подшипнике валка, R - радиус валка (Грудев А.П. Внешнее трение при прокатке. - М., Металлургия, 1973, с.200-203).

При измерении характеристики трения при прокатке рассмотренным способом определяется конкретное численное значение силы трения, которая имеет случайный характер и изменяется при прохождении полосы через валки. Известный способ не позволяет выполнить измерение и регистрацию изменяющейся при быстром процессе прокатке силы трения. Кроме этого для реализации известного способа требуется сложное оборудование для измерения крутящего момента на бочке вала и момента сил трения в подшипниках.

Следовательно, недостатками известного способа измерения силы трения при прокатке металлов являются ограниченные функциональные возможности и сложность технической реализации.

Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому является способ определения силы трения при прокатке металлов, при котором измеряют токи I0 и напряжения U0 якорной обмотки двигателя при холостом ходе, измеряют ток двигателя I, напряжение U якорной обмотки двигателя и угловую скорость Ω при нагруженном состоянии, а силу трения вычисляют по формуле

,

где R - радиус трущейся вращающейся поверхности; r - активное сопротивление якорной обмотки приводного двигателя (Патент РФ №2408870, МПК G01N 19/02. - Опубл. 10.01.2011. Бюлл. №1).

При измерении характеристики трения при прокатке рассмотренным способом определяются конкретные численные значения силы трения при различных постоянных значениях тока и скорости, на основании которых формируется статическая характеристика силы трения в функции скорости. Сила трения имеет случайный характер и изменяется при прохождении полосы через валки. Известный способ не позволяет выполнить измерение и регистрацию изменяющейся при быстром процессе прокатке силы трения. В процессе прокатки скорость валков под действием нагрузки изменяется и, таким образом, точность определения сил трения рассмотренным способом является низкой.

Следовательно, недостатками известного способа измерения силы трения при прокатке металлов являются ограниченные функциональные возможности и низкая точность.

Цель предлагаемого изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение точности измерения силы трения при прокатке металлов.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе измерения силы трения при прокатке металлов, при котором измеряют токи якорной обмотки двигателя при различных скоростях при холостом ходе, измеряют ток двигателя и угловую скорость при нагруженном состоянии, дополнительно формируют зависимость тока холостого хода от угловой скорости двигателя в виде эмпирической формулы I0(Ω) и хранят ее в памяти вычислительного устройства, измеряют зависимости тока якорной обмотки I(t) и угловой скорости Ω(t) от времени в процессе прокатки и вычисляют силу трения по формуле

,

где c - конструктивная постоянная двигателя; R - радиус валка.

По сравнению с наиболее близким аналогичным техническим решением предлагаемое техническое решение имеет следующие новые операции:

- формирование зависимости тока холостого хода от скорости в виде эмпирической формулы I0(Ω);

- измерение зависимостей тока якорной обмотки I(t) и угловой скорости Ω(t) от времени в процессе прокатки;

- вычисление силы трения по формуле

.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию «новизна».

При реализации предлагаемого способа расширяются функциональные возможности и повышается точность измерения силы трения при прокатке. Это обеспечивается за счет реализации косвенных измерений и регистрации силы трения в функции времени непосредственно при прокатке с помощью рабочего оборудования клети с учетом изменений угловой скорости двигателя при его нагружении.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию «положительный эффект».

По каждому отличительному признаку проведен поиск известных технических решений в области электротехники, автоматики и электропривода.

Операции: формирование зависимости тока холостого хода от скорости в виде эмпирической формулы I0(Ω); измерение зависимостей тока якорной обмотки I(t) и угловой скорости Ω(t) от времени в процессе прокатки; вычисление силы трения по формуле

,

в известных способах аналогичного назначения не обнаружены.

Таким образом, указанные признаки обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие требованию «существенные отличия».

Сущность предлагаемого способа поясняется чертежами. На фиг.1 показана функциональная схема реализации предлагаемого способа. На фиг.2 приведены экспериментальные зависимости изменений тока якорной обмотки и угловой скорости двигателя при холостом ходе. На фиг.3 показаны экспериментальная и аналитическая зависимости тока якорной обмотки от угловой скорости при холостом ходе. На фиг.4 приведен пример экспериментальной характеристики силы трения при прокатке, полученной предлагаемым способом.

На функциональной схеме (фиг.1), иллюстрирующей измерение силы трения при прокатке, обозначено: 1 - приводной двигатель постоянного тока; 2 - преобразователь управления двигателем; 3 - датчик тока; 4 - датчик напряжения; 5 - датчик угловой скорости; 6 - контроллер; 7 - шестеренная клеть; 8 - компьютер; 9 - рабочая клеть.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Якорная обмотка двигателя постоянного тока 1 подключена к выходу преобразователя 2. Регулирование скорости двигателя 1 осуществляется путем изменения напряжения на выходе преобразователя управления двигателем 2. Измерение угловой скорости осуществляется с помощью датчика угловой скорости 5. Напряжение и ток якорной обмотки двигателя 1 измеряются с помощью датчиков соответственно тока 3 и напряжения 4. Выходные сигналы датчиков угловой скорости 5, тока 3 и напряжения 4 поступают на входы контроллера 6.

Контроллер 6 выполняет следующие функции:

- аналого-цифровое преобразование выходных сигналов датчиков тока 4, напряжения 3 и скорости 5;

- прием внешнего сигнала управления от компьютера 6;

- формирование сигнала управления для преобразователя 2 управления двигателем 1 по алгоритму стабилизации скорости в зависимости от сигналов тока I(t), угловой скорости Ω(t), напряжения U(t) и внешнего сигнала управления, поступающего от компьютера 8;

- формирование массивов данных о скорости Ω(t), токе I(t) и напряжении U(t) при выполнении цикла прокатки и передачу этих массивов в компьютер 8.

Компьютер 8 выполняет следующие функции:

- формирование программы управления приводным двигателем 1 при определении характеристики холостого хода;

- аппроксимацию характеристики холостого хода в виде эмпирической формулы I0(Ω);

- формирование программы управления приводным двигателем 1 при прокатке;

- обработку массивов данных, поступающих от контроллера 6, вычисление силы трения и формирование зависимости силы трения от времени F(t) за цикл прокатки;

- графическое представление, отображение и хранение измеренных и расчетных данных.

При холостом ходе рабочей клети компьютер 8 формирует программу эксперимента, в соответствии с которой контроллер 6 последовательно во времени устанавливает n различных сигналов задания скорости для приводного двигателя 1. При этом в установившемся режиме регистрируются токи двигателя. Массивы данных о n парных значениях тока и скорости от контроллера 6 передаются в компьютер 8. На основании этих данных компьютер 8 вычисляет аналитическую зависимость тока от скорости I0(Ω) при холостом ходе.

При выполнении цикла прокатки ротор приводного двигателя через шестеренную клеть 7 приводит во вращение валки рабочей клети 8. Момент нагрузки, создаваемый на валу двигателя 1, складывается из момента прокатки Мпр, вызванного пластической деформацией прокатываемого металла, и момента холостого хода M0, вызванного трением в элементах конструкции прокатного стана и зависящего от скорости:

.

Электромагнитный момент, создаваемый на валу двигателя постоянного тока, пропорционален току якорной обмотки:

,

где c - конструктивная постоянная двигателя.

Следовательно, момент прокатки определяется соотношением

.

Связь между силой трения и моментом прокатки описывается формулой

,

где R - радиус валка.

Таким образом, сила трения при прокатке равна

.

При прокатке металла с заданной скоростью за счет измерения нагрузки скорость двигателя всегда изменяется в пределах показателей качества регулирования. Для повышения точности измерения силы трения в формуле (1) используется эмпирическая зависимость тока холостого хода от скорости двигателя I0[Ω(t)]; в процессе прокатки угловая скорость двигателя регистрируется.

С целью подтверждения положительного эффекта, достигаемого при использовании предлагаемого технического решения, было выполнено экспериментальное исследование силы трения при прокатке нихрома на Владимирском заводе прецизионных сплавов. На фиг.2 представлены осциллограммы угловой скорости двигателя и тока якорной обмотки при холостом ходе. Полученная зависимость I0[Ω(t)] аппроксимирована квадратичной функцией:

.

Среднеквадратическая ошибка аппроксимации тока 13,3 A (3%); коэффициент детерминации 0,97.

Результаты аппроксимации зависимости тока холостого хода от угловой скорости двигателя представлены на фиг.3.

На фиг.4 представлена диаграмма силы трения при прокатке нихрома на стане 300 рассмотренным способом. По сравнению с традиционными способами (методом принудительного торможения и методом крутящего момента) погрешность измерения уменьшена на 15%.

Другим важным достоинством предлагаемого способа является упрощение технической реализации. Для проведения измерений используется типовое оборудование стана.

Таким образом, использование в известном способе определения силы трения при прокатке металлов, при котором измеряют токи якорной обмотки двигателя при различных скоростях при холостом ходе, измеряют ток двигателя и угловую скорость при нагруженном состоянии, дополнительно операций формирования зависимости тока холостого хода от угловой скорости двигателя в виде эмпирической формулы I0(Ω) и хранения ее в памяти вычислительного устройства, измерения угловой скорости Ω(t) двигателя и зависимости тока якорной обмотки I(t) и угловой скорости Ω(t) от времени в процессе прокатки и вычисления силы трения по формуле

,

где c - конструктивная постоянная двигателя; R - радиус валка,

обеспечивает расширение функциональных возможностей и повышение точности измерения силы трения при прокатке металлов.

Применение предлагаемого технического решения в металлургическом производстве позволит повысить точность оценивания характеристики трения и, следовательно, эффективность проектирования технологических процессов прокатки металлов.

Способ определения силы трения при прокатке металлов, при котором измеряют токи якорной обмотки двигателя при различных скоростях при холостом ходе, измеряют ток двигателя и угловую скорость при нагруженном состоянии, отличающийся тем, что дополнительно формируют зависимость тока холостого хода от угловой скорости двигателя в виде эмпирической формулы и хранят ее в памяти вычислительного устройства, измеряют угловую скорость двигателя и зависимость тока якорной обмотки и угловой скорости от времени в процессе прокатки и вычисляют силу трения по формуле ,где c - конструктивная постоянная двигателя; R - радиус валка.
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ТРЕНИЯ ПРИ ПРОКАТКЕ МЕТАЛЛОВ
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ТРЕНИЯ ПРИ ПРОКАТКЕ МЕТАЛЛОВ
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ТРЕНИЯ ПРИ ПРОКАТКЕ МЕТАЛЛОВ
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ТРЕНИЯ ПРИ ПРОКАТКЕ МЕТАЛЛОВ
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ТРЕНИЯ ПРИ ПРОКАТКЕ МЕТАЛЛОВ
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ТРЕНИЯ ПРИ ПРОКАТКЕ МЕТАЛЛОВ
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ТРЕНИЯ ПРИ ПРОКАТКЕ МЕТАЛЛОВ
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ТРЕНИЯ ПРИ ПРОКАТКЕ МЕТАЛЛОВ
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ТРЕНИЯ ПРИ ПРОКАТКЕ МЕТАЛЛОВ
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ТРЕНИЯ ПРИ ПРОКАТКЕ МЕТАЛЛОВ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 19.
27.04.2013
№216.012.3a91

Способ уборки снега с проезжей части

Изобретение относится к коммунальному хозяйству. На поверхность разделительной полосы 2 прямолинейно укладывают термокабель 3 и прикрывают конец и начало его щитом 4, между которым и термокабелем формируют зазор 6, при этом часть щита выдвигают за край 5 снежного сугроба и подключают...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480554
Дата охранного документа: 27.04.2013
27.04.2013
№216.012.3b71

Способ испытания электрических машин постоянного тока

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для испытания электрических машин постоянного тока. Способ испытания электрических машин постоянного тока методом взаимного нагружения, при котором якорные обмотки двигателей соединяются параллельно и подключаются к регулируемому источнику...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480778
Дата охранного документа: 27.04.2013
27.08.2013
№216.012.65d4

Электрический привод

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводах различных механизмов, исполнительных устройствах автоматических систем. Техническим результатом является повышение энергетической эффективности и надежности работы электрического привода постоянного тока....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491705
Дата охранного документа: 27.08.2013
20.07.2014
№216.012.df9e

Электропривод прокатного стана

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автоматизированном электроприводе, предназначенном для промышленных технологических комплексов прокатного производства. Техническим результатом является повышение качества регулирования скорости в электроприводе....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523032
Дата охранного документа: 20.07.2014
27.12.2014
№216.013.147d

Способ контроля и визуализации работы щеточно-коллекторного узла электрического двигателя постоянного тока

Изобретение относится к автоматизированному контролю и интеллектуальной диагностике электрических машин. Техническим результатом является повышение точности выявления причины искрения щеточно-коллекторного узла. В заявленном способе измеряют температуру обмоток ротора, ток якорной обмотки,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536669
Дата охранного документа: 27.12.2014
20.01.2015
№216.013.1ffe

Электрический привод прокатного стана

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автоматизированном электроприводе. Техническим результатом является уменьшение динамических нагрузок и повышение качества регулирования при прокатке металлов. Электрический привод прокатного стана содержит задатчик (1)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539631
Дата охранного документа: 20.01.2015
20.03.2015
№216.013.32d0

Автоматизированный электропривод прокатного стана

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в промышленных технологических комплексах прокатного производства. Технический результат - повышение качества регулирования и снижение динамических нагрузок путем ограничения колебаний, вызванных нелинейной зависимостью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544483
Дата охранного документа: 20.03.2015
27.03.2015
№216.013.3563

Способ погрузки сыпучих материалов из насыпи

Изобретение относится к погрузочным машинам и может быть использовано для погрузки сыпучих материалов в открытые транспортные средства с последующим предотвращением выдувания материала при транспортировании. При погрузке сыпучих материалов из насыпи подают на установку материал и перемещают...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002545151
Дата охранного документа: 27.03.2015
10.04.2015
№216.013.4094

Способ контроля износа щеток и работы щеточно-коллекторного узла электрической машины

Изобретение относится к автоматизированному контролю и диагностике коллекторных электрических машин и обеспечивает расширение функциональных возможностей путем организации непрерывного контроля остаточного ресурса и определения качества работы щеточно-коллекторного узла и повышение надежности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548020
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.05.2015
№216.013.498e

Способ определения остаточного ресурса автоматических выключателей

Способ определения остаточного ресурса автоматических выключателей в электроустановках предусматривает измерение и запоминание значения тока i, вызывавшего срабатывание выключателя при каждом j-м отключении, где j=1, …, n, и вычисление коэффициента k(i), характеризующего допустимое...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550337
Дата охранного документа: 10.05.2015
Показаны записи 1-10 из 19.
20.07.2014
№216.012.df9e

Электропривод прокатного стана

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автоматизированном электроприводе, предназначенном для промышленных технологических комплексов прокатного производства. Техническим результатом является повышение качества регулирования скорости в электроприводе....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523032
Дата охранного документа: 20.07.2014
27.12.2014
№216.013.147d

Способ контроля и визуализации работы щеточно-коллекторного узла электрического двигателя постоянного тока

Изобретение относится к автоматизированному контролю и интеллектуальной диагностике электрических машин. Техническим результатом является повышение точности выявления причины искрения щеточно-коллекторного узла. В заявленном способе измеряют температуру обмоток ротора, ток якорной обмотки,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536669
Дата охранного документа: 27.12.2014
20.01.2015
№216.013.1ffe

Электрический привод прокатного стана

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автоматизированном электроприводе. Техническим результатом является уменьшение динамических нагрузок и повышение качества регулирования при прокатке металлов. Электрический привод прокатного стана содержит задатчик (1)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539631
Дата охранного документа: 20.01.2015
20.03.2015
№216.013.32d0

Автоматизированный электропривод прокатного стана

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в промышленных технологических комплексах прокатного производства. Технический результат - повышение качества регулирования и снижение динамических нагрузок путем ограничения колебаний, вызванных нелинейной зависимостью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544483
Дата охранного документа: 20.03.2015
10.04.2015
№216.013.4094

Способ контроля износа щеток и работы щеточно-коллекторного узла электрической машины

Изобретение относится к автоматизированному контролю и диагностике коллекторных электрических машин и обеспечивает расширение функциональных возможностей путем организации непрерывного контроля остаточного ресурса и определения качества работы щеточно-коллекторного узла и повышение надежности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548020
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.05.2015
№216.013.498e

Способ определения остаточного ресурса автоматических выключателей

Способ определения остаточного ресурса автоматических выключателей в электроустановках предусматривает измерение и запоминание значения тока i, вызывавшего срабатывание выключателя при каждом j-м отключении, где j=1, …, n, и вычисление коэффициента k(i), характеризующего допустимое...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550337
Дата охранного документа: 10.05.2015
10.07.2015
№216.013.60a4

Способ идентификации параметров линии электропередачи, питающей экскаватор

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования в системах электроснабжения горных машин. Способ идентификации параметров линии электропередачи, питающей экскаватор, основан на регистрации массивов мгновенных значений токов и напряжений на приемном конце...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002556281
Дата охранного документа: 10.07.2015
10.08.2015
№216.013.6e43

Способ контроля ресурса изоляции силового трансформатора

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для контроля ресурса изоляции сухих силовых трансформаторов. Технический результат состоит в повышении точности контроля ресурса. Сигнал θ с датчика температуры наиболее нагретой точки трансформатора 2 поступает на вход контроллера 5,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559785
Дата охранного документа: 10.08.2015
27.08.2015
№216.013.73d7

Стенд для испытания электрических машин в динамическом режиме

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования при испытаниях электрических машин постоянного и переменного тока. Стенд содержит трансформатор, подключенный первичной обмоткой к питающей сети, а вторичной обмоткой - к входу управляемого выпрямителя, дроссель, один из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561230
Дата охранного документа: 27.08.2015
20.12.2015
№216.013.9b42

Регулирующее устройство

Изобретение относится к автоматическому регулированию. Технический результат - повышение качества процессов управления в различных системах автоматики. Регулирующее устройство содержит два интегратора, сумматор, нелинейный функциональный элемент, усилитель, нормально разомкнутый управляемый...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002571371
Дата охранного документа: 20.12.2015
+ добавить свой РИД