Brevet FR2129908A1 — publié le 19721103

La présente invention concerne un groupe de commande de laminoir hydraulique pour régler leintervalle entre cylindres en fonction de la charge de laminage. Les laminoirs hydrauliques étudiés et mis au point par quelques fabricants dans certains pays ressortent à deux types différents du point de vue de la commande en dépendance de la charge. Suivant l'un de ces types, en vue d'obtenir une réponse de réduction rapide, un cylindre hydraulique et un moteur hydraulique sont substitués comme dispositif de réduction hydraulique, au dispositif de réduction classique entrainé par moteur. La réduction peut alors être réglée en commandant la vitesse d'écoulement de l'huile dans le cylindre hydraunique au moyen du moteur hydraulique. L'antre type de laminoir hydraulique connu est du type à précontrainte et comporte, entre les cylindres doappuis, une vis sur laquelle on applique avant l'engagement de la pièce, une charge (charge de vis 5) équivalente à la charge de laminage (R), cette charge de vis (5) étant évaluée avec référence à la charge de poussée vers le haut (P), de manière à permettre immédiatement la commande de l'espacement entre cylindres dès que le laminage est démarré. D'une=manière plus précise, cette méthode emploie une servo-valve pour commander la course du cylindre hydraulique en fonction de la formule P- p / S = (1 + m)/m où S (charge de la vis) et P (charge de poussée hydraulique) sont liées par une relation P = R + S (R = charge de laminage) et sont détectées au moyen de-cellules de charge. La figure 1 représente la cellule de charge kDL pour mesurer la charge de poussée vers le haut, la cellule de charge (b) pour mesurer la charge de la vis, le cylindre de poussée vers le haut (d) et la vis (f). Il est remarquer que si m est réglé pour être E21/ KIL, la rigidité du laminoir deviendra infinie, K1 étant la constante élastique du système de cylindre et K12, la constante plastique du système de vis. La solution suivant le premier type décrit plus haut n'a pour différence avec la méthode classique, que le seul fait que son dispositif de réduction est simplement changé en pas sant du système entraîné par moteur au système hydraulique. Cette méthode présente deux inconvénients : dune d'une part, une réponse lente en comparaison avec la disposition de la servo-valve et d'autre part, le risque d'une fuite d'huile hors du cylindre luiomeme ou de la tuyauterie du cylindre. Dans les laminoirs du premier type mentionné, il faut que la vis soit pourvue daune rigidité suffisante pour supporter la force correspondant à la charge de laminage (R), cette force étant appliquée sur la vis avant lsopération de serrage de l'ébauche entre les cylindres. ce qui présente l'inconvénient de nécessiter une vis extrêmement massive l'invention a pour but de réaliser un groupe de commande de laminoir qui évite les inconvénients précédents. Elle a pour objet un groupe de commande de laminoir hydraulique pour laminoir dont l'ensemble de cylindre inférieur se déplace verticalement par rapport à l'ensemble de cylindre supérieur fixe, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de réglage automatique de l'écartement des cylindres en fonction de la charge de laminage, de la déformation des cylindres, qui fournit des signaux de compensation qui s'ajoutent aux signaux du circuit de commande pour assurer une correction en liaison avec les conditions à chaque instants Dans le laminoir dont l'ensemble de cylindre inférieur est disposé pour monter et descendre par rapport au cylindre supérieur fixe, est prévue une cellule de charge entre le support de cylindre d'appui et le carter de l'ensemble de cylindre supérieur pour mesurer la charge de laminage (Pr) et un cylindre hydraulique est prévu entre le support de rouleau d'appui et le carter de l'ensemble de cylindre inférieur de sorte que la position de ensemble de cylindre inférieur, mobile verticalement, peut être mesuréeindirectement, d'après la déformation de la barre de détection dont la position peut être modifiée, cette barre étant flexible de telle sorte quelle peut supporter un ensemble de cylindre beaucoup plus petit. La déformation de la barre de détection est mes- rée au moyen d'une cellule de charge montée sur son sommet pour mesurer la charge de la barre (PB) par exemple. Un circuit de commande principal est formé qui permet de commander le cylindre hydraulique par le servo-mécanisme oui est commandé en faisant varier C déterminé par la relation CPR - (PB - Pgo) = o où PR et PB peuvent être détectées comme expliqué ci-dessus et où PB0 est une charge de référence. De plus, pour régler arithmétiquement les signaux émis par le circuit pr-incipalD il est prévu un circuit de compensation qui comprend un régleur de charge de référence (PBo), un régleur de charge de laminage (PR) pour atteindre une valeur désirée d'épaisseur et de forme, un régleur de soulèvement de cylindre, un détecteur d'excentricité de cylindre, une jauge d'épaisseur, et un dispositif de mesure de la vitesse de laminage. La description se rapporte à titre d'exemple à un laminoir du type à réduction hydraulique équipé avec le groupe de commande de laminoir hydraulique suivant l'invention et avec référence aux dessins ci-joints dans lesquels * - la figure 1 est une vue de profil illustrant le laminoir hydraulique du type à précontrainte, - la figure 2 représente une vue de profil illustrant le laminoir hydraulique employant la commande hydraulique suivant l'invention, - la figure 3 représente un diagramme par blocs illustrant le circuit de commande principal, - la figure 4 représente un diagramme par blocs illustrant le laminoir hydraulique suivant la présente invention. La figure 2 représente un bâti (1) un cylindre supérieur (2) prévu sur ce bati (1), un support de cylindre supérieur (3) capable de supporter à rotation le dit cylindre supérieur (2), un cylindre de travail supérieur (4), un support de cylindre de travail supérieur (5) capable de supporter à rotation ce cylindre (4) et un ensemble de cylindre inférieur, disposé d'une façon analogue à l'ensemble de cylindre supérieur, comprenant un cylindre d'appui inférieur (2') sur la partie inférieure du bâti (1), un support e cylindre d'appui inférieur (3'), un cylindre de travail inférieur (4') et un support de cylindre de travail inférieur (5'). Be chaque côté de l'avant et de l'arrière du support de cylindre supérieur (3)5 est prévue une barre de détection (6) flexible de telle façon quelle peut porter une charge beaucoup plus petite que ensemble de cylindre qui est transpercé verticalement pour permettre son déplacement vertical. Sur chaque barre de détection (6) est prévue ure cellule de charge (7) pour mesurer la charge de la barre et une vis de barre (9) entrainée par un moteur (8), Sur le dessus du support de cylindre d'appui supérieur (3) est aussi prévue une cellule de charge (10) pour mesurer la charge de laminage. Le support de cylindre d'appui supérieur (8) et le support de cylindre de travail supérieur sont fixés sur le bati (1) par l'intermédiaire de la cellule de charge (10) mesurant la charge de laminage et sont disposés pour déplacer verticalement les dites barres de détection (6), le support de cylindre d'appui inférieur (3') et le support de cylindre de travail inférieur (5') au moyen d'un cylindre hydraulique (13) relié à la servo valve (1a par l'intermédiaire du tuyau d'huile sous pression (11) Le déplacement (vertical) de la position du cylindre d'appui inférieur (2') et du cylindre de travail inférieur (4') qui dotent être entrainés par le cylindre de réduction hydraulique (13) est détecté au moyen des barres dé détection (6). La contrainte et la déformation du cylindre doivent entre mesurées au moyen de la cellule de charge mesurant la charge de laminage (10) et le déplacement de la position du cylindre de travail inférieur (4'), au moyen de la contrainte et de la déformation des barres de détection (6), c'est-à-dire au moyen de la cellule de charge (7) mesurant la charge des barres. Pour maintenir le rapport entre la contrainte et la déformation des barres de détection (6) et celles du jeu de cylindres, le groupe de commande suivant la présente invention fonctionne pour commander l'alimentation dthuile au cylindre hydraulique (13) en entraînant la servo-valve (12) suivant ses signaux de sortie. Dans le laminoir du type à réduction hydraulique, l'épaisseur h de la tôle déchargée est exprimée par l'équation suivante : où - intervalle initial entre les cylindres de travail (4) et (4'). = R @ déformation du jeu de cylindres SB = déformation des barres de détection (6) (il représente la position du cylindre inférieur). Parmi ces termes, S R et S @ sont exprimés comme suit @R - PR/KR #B = (PB - PBO) / KB........(2) où 'R = = charge de laminage PB = charge des barres de détection (6) = = charge de référence des barres de détection (6)D c'est-à-dire la force à appliquer pour précontraindre les barres de détection (6) avant d'engager la t81e de travail. KR= constante élastique de l'ensemble de cylindres K = constante élastique des barres de détection (6). Théoriquement, P30, peut être réglé à la valeur zéro, mais ici il est appliqué une petite charge, de façon à empêcher le ballottement entre le support de cylindre d'appui inférieur (3') et de la cellule de charge (7) pour mesurer la charge des barres. En remplaçant l'équation (1) par l'équation (2) h = S o + PR/KR - (PB - PBo) /KB.................(3) Si PR et PB sont détectés au moyen d'un détecteur , et si C est défini pour repondre à la relation suivante, le système de cylindres peut être commandé par C (PB - PBO)/PR = C................. Des équations (3) et (45 on obtient l'équation suivante h = S o + (1/K@ - C/K@)P@ = So + PR/Ke...........(5) C'est-à-dire que Ke est lié à l'équation suivante 1/Ke = 1/KR - C/KB...............................(6) Ke est interprété comme une constante de laminoir et on peut le faire varier en changeant C. Par exemple si C = K3/KR, h = S o d'après l'équation (5). Cela implique que l'épaisseur h de la tôle déchargée peut être maintenue à une valeur constante de 5 o (intervalle initial des rouleaux) indépendamment de la grandeur de la charge de laminage PR. Cela implique aussi que 1/Ke = 0 d'après l'équa- tion (6), c'est-à-dire que la constante de laminoir Ke est infinie, tenant lieu d'un laminoir complètement rigide. La figure 3 représente un diagramme par blocs du circuit de commande principal relatif à l'explication ci-dessus. K apparaissant dans le diagramme indique un gain de commande. Pour arriver à la commande mentionnée cidessus, le circuit de commande disposé comme représenté dans la figure 4 est incorporé dans la configuration mécanique du groupe de réduction hydraulique, en rendant ainsi possible d'exécuter diverses opérations de réglage, des compensations ainsi que la commande de La servo-valve (12). En se référant au diagramme par blocs repré- senté dans la figure 4, # indique un détecteur, #1 une cellule de charge (10) pour mesurer la charge de laminage PRy j22 2 et 3 des cellules de charge (7) pour mesurer les charges de barres (PB) sur les côtés d'entrée et de sortie respectivement, # 4 et # 5 désignent des détecteurs de pression de cylindre répondant respectivement à un cintrage croissant et à un cintrage décroissant, 6 6 désigne un détecteur d'excentricité, # une jauge d'épaisseur et # 8 un dispositif de mesure de vitesse de laminages Co indique des régleurs ou ajusteurs, # 1 un régleur de charge de laminage (PR), # 2 un ajusteur d'intervalle des cylindres # 3 un ajusteur de manoeuvre des cylindres #@ un régleur de la charge de référence (PBO) des barres désigne un additionneur/soustracteur, un additionneur/soustracteur pour effectuer a+b = des multiplicateurs un multiplicateur pour effectuer a x b = c;; # indique des signaux électriques, # un transfert mécanique, # des circuits de gain et de constante pondérée, ~ o o - un contact de relais de commutateur inverseur (les codes a, b et c apparaissant ci-dessus sont des signaux), RGC et CPR désignent respectivement la "commande de l'écartement des cylindres" et le s'contrôle de la pression constante de laminage". KRGC désigne un gain de boucle de RGC KCPR un gain de boucle de la commande CPR C est une constante de commande pour faire varier la constante du laminoir C est une constante de commande avec une constante de laminoir fixe à nem- ployer que dans le cas d'une préparation de laminage, K1 et K2 sont des constantes pondérées. Les réglages de la constante de laminoir peuvent être modifiés en changeant C Si C est réglé manuellement, le servo-moteur # tourne et, simultanément , le gain de boucle et et la réciproque de la constante de laminoir équivalant (1/Ke = 1/KR - C/KB) sont aussi changés de façon solidaire Dans le présent groupe de commande, le signal de la cellule #1 1 de charge de laminage PR est transmis à la servo-valve (12) par l'intermédiaire du circuit de gain # et. le circuit de gain de boucle # et séparément par le circuit de gain de boucle constant de la charge de laminage # , les si- gnaux de charge des barres (P@) sur le côté d'entrée de la cellule de charge # 2 et sur le côté de sortie # 3 3 sont appliqués de façon soustractive au milieu du circuit de gain de boucle 13 | et du circuit de gain # Les signaux 4 et # @ répondant au fléchissement accru ou au fléchissement diminué de la pression du cylindre sont appliqués soustractivement, en référence à la charge de laminage (PR) et au signal 1 de la cellule de charge9 dans l'étage précédent du circuit de gain # Le système de compensation est disposé pour corriger la charge de réf érence des barres (PBo), les valeurs de compensation manuelle étant les signaux émis par le régleur d t intervalle des rouleaux ûo 2 et le régleur de nivellement des rouleaux Go 3' les valeurs de compensation automatique étant les signaux de réaction engendrés par la jauge d'épaisseur 7 (le gain de ce circuit de réaction varie en fonction de la vitesse de laminage) et par le détecteur d'excentricité des rou leaux # 6 6 Ces signaux sont fournis par la commande de compensation programmée au moyen de la vitesse de laminage pour corriger la va- riation de l'épaisseur de la tôle au moment du changement de vites- se de laminage (spécialement du moment de l'accélération et de la décélération) La correction est faite pour empêcher la variation de l'épaisseur de la tôle, également dans le cas où la constante du laminoir est changée pendant l'opération de laminage En se référant à la figura 49 # désigne un servomoteurS E un contrôleur et F un générateur de fonction de signal vitesse/manoeuvre. Le contact de relais du type inverseur CPR oo doit être fermé quand la préparation de laminage est exécutée, et le contact de relais RGC doit être fermé pour faire fonctionner oo le présent groupe de commande dans le cas du laminage réel Dans le cas du laminage RGC, le contact de relais RGC doit être fermé, tan oo dis que dans le cas du laminage CPR, CPR doit être fermé; oo En se référant à l'opération de commande principale de la disposition de commande mentionnée ci-dessus, le réglage de l'intervalle des cylindres les compensations et la variation de la constante de laminoir sont détaillées ci-dessous. I.- REGLAGE DE L'ECARTEMENT DES CYLINDRES Le réglage de l'écartement des cylindres a faire avant de commencer le laminage après remplacement des cylindres peut être fait en faisant tourner la vis de barre (9) au moyen du moteur (8) d'entrainement de vis, comme représenté dans la figure 2, C étant choisi arbitrairement, la charge de référence PBo est réglée par rapport au total des charges de barres d'entrée et de sortie. PB.Si dans ce cas la charge de laminage PR n'est pas encore engendrée le cylindre hydraulique (13) peut être souleve en commandant la servo-valve (12) ) pour rendre la charge de la barre PB égale à la charge de référence de la barre PBo suivant le diagramme par blocs donné dans la figure 4 (le sys- tème de signaux de compensation ayant été complétement remis en place si les barres de compression (6) sont relevées au moyen des vis (9). Notamment l'ensemble de cylindre inférieur monte oar rapport à l'ensemble de cylindre supérieur fixe, de sorte aue la charge de laminage PR est juste engendrée quand les cylindres supérieur et inférieur (4) et (4') viennent en contact l'un avec l'autre, en effectuant la commande représentée par la figure 4.Ainsi FB change à partir de FBO. Ou bien l'écartement des cylindres est mis à zéro, ou bien une quantité appropriée de la charge de laminage PR est mise à zéro. Ensuite en abaissant l'ensemble de cylindre inférieur en faisant tourner les vis (9) l'écartement des cylin- dres est préparé pour s'adapter à une épaisseur de tôle réglée. Dans ce cas les charges de barres du côté du travail et du côté d'entrainement deviennent égales respectivement à PBo, en Îacilitant l'équilibrage des cylindres Pour empêcher l'épaisseur de tôle réelle de devenir Elus épaisse que l'épaisseur de la tôle de de- charge réglée, du fait que la déformation des cylindres après que l'intervalle des cylindres a été réglé sur l'épaisseur de la tôle de décharge, l'ensemble de cylindre inférieur est soulevé au moyen du cylindre hydraulique (13) pour rétrécir l'écartement des cylin- dres de la quantité équivalente au terme PR/KC représenté dans l'équation (5). Cet accroissement est représenté comme suit en fonction de la charge des barres : PBO' = PBO + (KB/K@)PR...................(7) Ajtrernent dit, il arrive juste que P301 ait été réglé au lieu de PBO Naturellement, si la constante de laminoir Kt et le charge de laminage Pp sont réglées, la commande de la figure / est exé@utée automatiquement, au moyen du groupe de commande représenté dans la figure 4. Même dans le cas où le cylindre supérieur est entratné au moyen de la vis (9) placée au-dessus du centre d du carter (1), le réglage peut être exécuté de la même manière que ci-dessus. II. - DIVERSES OPERATIONS DE COMPENSATION Dans le laminoir du type à réduction hydraulique, tous les signaux de compensation y compris la compensation d'épaisseur, la compensation de nivellement des cylindres, etc..., supposent que les signaux de compensation sont additionnés à la charge de barre PB pour détecter la position du cylindre inférieur. La quantité de compensation peut être représentée par l'équation suivante fl P3 = KBXv (8) où#x = déplacement à donner au cylindre inférieur pour obtenirP3. Dans le cas où l'épaisseur de la tôle de sortie est sujette à changer du fait du changement de l'excentricité des cylindres et de l'épaisseur de la pellicule d'huile, le signal de compensation pour # #x est donné par la mesure de l'écartement des cylindres et de l'épaisseur de la tôle par l'application direc te de la jauge d'épaisseur # 7. Lors de l'accélération ou de la décélération, les coefficients d'élasticités de la tôle changeront, ce qui peut être attribué principalement au changement dans le coefficient de friction entre la tôle et le cylindre et au changement dans la tension. En conséquence, l'épaisseur de la tôle sera changée. Pour cette raison le dispositif de mesure de la vitesse de laminage 8 est employé pour détecter la vitesse de laminage, sur laquelle la quantité de compensation est programmée par l'intermédiaire du générateur de fonction de compensation de vitesse, pour empêcher la variation de l'épaisseur de la t81e. La cellule de charge (10) pour mesurer la charge de laminage détecte non seulement la charge de laminage mais aussi les forces de cintrage des cylindres. Les mesures de la cellule de charge doivent donc être corrigées en détectant séparément ces forces de cintrage au moyen des détecteurs de pression du cylindre 3 4 et #8. 8. Notammént La charge de laminage exacte est égale à charge de laminage mesurée - E'x (forces de cintrage) (9) où : K' = constante de poids, Les constantes de poids du cintrage croissant et du cintrage décroissant sont représentées respectivement par K1 et K2. (Remarque 0 D'après la description précédente, la constante de laminoir (Ke) sera changée en faisant varier C qui est employé pour choisir les modes de laminage. Chaque fois que le coefficient élastique de la matière à laminer change ou que le soudage à recouvrement a lieu pendant l'opération de laminage ou chaque fois que les cond- tions de laminage doivent être changées de celles pour le fonctionnement initial à celles pour le fonctionnement continu et vi;e ver- sa, la constante de laminoir (Ke) peut être changée, l'épaisseur de la tôle étant maintenue constante automatiquement ou manuellement. Pour être plus précis, du fait que P'Bo chant ge suivant l'équation (7) l'écartement des cylindres peut être changé pour maintenir constante l'épaisseur de la tOle déchargée, Il faut aussi remarquer que, quand la oons- tante de laminoir est soumise à un changement; le gain de la commande est également changé automatiquement pour arriver à une valeur optimale. Muni de la configuration spécifique mentionnée ci-dessus g le groupe de commande de laminoir suivant la présente invention présente les avantages suivants (a) laminage avec une rigidité de laminoir variable. Par un choix approprié de C, la rigidité du laminoir peut être réglée pour s'adapter à un programme spécifique de passes de laminage. Si C est réglé à KB/KR la rigidité du laminoir devient infinie,en rendant possible d'exécuter le laminage à épaisseur constant te sans relation avec l'épaisseur de la matière brute. Est également possible le laminage à allongement constant, tel qu'une pas superficielle correspondant à la rigidité de laminoir zéro. (b) Réponse de réduction rapide. Le mouvement vertical de l'ensemble de cylindre a recours a un système d'entrainement qui est équipé avec une servo-val:e et des cylindres hydraulique et est quelque dix fois plus élevé en réponse qu'il ne l'est dans le système classique entrainé par moteur et quelque trois fois plus élevé que dans le système hydraulique c'as sique. Par conséquent ce système peut répondre à des perturbations cycliques aussi rapides que 10 Hz Cela implique aussi la possibilité d'être débarassé des influences de l'excentricité des cylindres de la réduction hors-jauge dans le cas d'accélération, de décélération ou de passage de la tôle et de la commande sinueuse dans le cas d'enfilement automatique de la tôle, en facilitant fortement le travail de laminage comme un tout. (c) Compensation facile de l'épaisseur. En changeant la charge de référence P30, la compensation d'épaisseur peut être exécutée facilement et toutes les autres compensations sont faites en étant simplement basées sur (d) Réglage précis et facile de l'intervalle des cylindres. Le réglage de l'intervalle des cylindres qui a compté sur l'expé- rience de l'opérateur est maintenant exécuté de façon précise et facile seulement en réglant l'épaisseur de la tôle de décharge et la charge de laminage. La commande complètement automatique de l'intervalle sera réalisable si l'épaisseur d'entrée l'épaisseur de sortie, la largeur de la tôle et le genre de tôle ont réglés en plus du réglage de la charge de laminage par un simple opérateur arithmétique. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés D pour lesquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10) Groupe de commande de laminoir hydraulique pour laminoir dont l'ensemble de cylindre inférieur se déplace verticalement par rapport à l'ensemble de cylindre supérieur fixe, caractérisé en ce qu' il comprend un dispositif de réglage automatique de l'écartement des cylindres en fonction de la charge de laminage, de la déformation des cylindres, qui fournit des signaux de compensation qui s'ajoutent aux signaux du circuit de commande pour assurer une correction, ce dispositif de réglage comprenant des cellules de charge mesurant la charge de laminage ou en alternative un moyen prévu entre le support de cylindre d'appui et le bâti de l'ensemble de cylindre supérieur, pour mesurer la déformation de l'ensemble de cylindre , un cylindre hydraulique étant prévu entre le support de cylindre d'appui et le bâti de l'ensemble du cylindre inférieur coopérant avec une barre de détection très flexible ne pouvant supporter qu'une charge beaucoup plus petite que l'ensemble de cylindre, la déformat ion de la barre devenant un repère indirect pour déterminer un déplacement de position de l'ensemble de cylindre inférieur mobile verticalement. 20) Groupe de commande conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de réglage contrôle l'écartement des cylindres selon la formule = = pu - PBo la barre de détection très flexible formant levier de PBo comme moyen pratique de poussée vers le haut. 30) Groupe de commande conforme à l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par un dispositif destiné à réaliser le contrôle de fente de laminage en actionnant un cylindre de poussée vers le haut en changeant la valeur réglée de PBo pour cette fente de laminage, compensation comme RGC et contrôle électrique de laminage au cours du laminage. 40) Groupe de commande conforme à l'une quelconque des revendications de i à 3, caractérisé en ce que le dispositif change le gain de contrôle en parallèle avec le changement de modèle de laminage pour maintenir la stabilité et une réponse élevée du contrôle de poussée vers le haut. 50) Groupe de commande conforme à l'une quelconque des revendications de 1 à 4, caractérisé par un dispositif dans lequel le réglage initial de la fente de laminage est réalisé en règlant cette fente par une épaisseur délivrée désirée h au moyen d'une barre à vis, après quoi on règle la valeur pré-estimée de la force de laminage PR avec une opération automatique du résultat PR, marge dans laquelle le cylindre de poussée vers le K e haut se déplace pour régler la fente de laminage initiale suivant SO = h - PR/K. e 60) Groupe de commande conforme à l'une quelconque des revendications de 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif de réglage comporte un détecteur de la force de flexion, la valeur de cette force étant déduite de la force de laminage, qui est détectée en vue d'obtenir la force de laminage réelle.