Brevet FR2504034A1 — publié le 19821022

La présente invention concerne une installation de détection de la rupture d'un axe pour un laminoir réversible à entraînement jumelé. Dans une cage de laminoir, les cylindres qui réduisent une bande de matière sont entraînés par des moteurs à courant continu, l'un étant relié au cylindre supérieur et l'autre au cylindre inférieur. Dans un laminoir réversible, les moteurs qui coopèrent inversent leur vitesse des centaines de fois par jour. Tous les entraînements de laminoirs utilisent des axes pour relier mécaniquement les cylindres du laminoir au moteur ou à un ensemble à pignon. Dans un laminoir réversible, les moyens d'entraînement nécessitent en général des axes de grande longueur pour être compatibles avec l'ouverture importante des cylindres et permettre d'arriver à des angles d'axs faibles. Dans le même ordre d'idée, des couples de laminage élevés se créent au cours de l'inversion de la vitesse et cela de nombreuses fois par jour. A chaque inversion du laminoir, il y a un choc sur la charge du laminoir lorsque la pièce pénètre de nouveau dans la cage. Ce choc engendre des couples importants dans les éléments d'entraînement du laminoir du fait de l'amplification du couple dans l'installation. Avec l'usure, les retours augmentent dans les liaisons des axes et les couples engendrés par les chocs augmentent également. I1 en résulte une très forte sollicitation susceptible d'entraîner la rupture d'un axe par suite de la fatigue après une utilisation prolongée et des chocs permanents. De façon caractéristique, les axes de la plupart des laminoirs réversibles à entraînement jumelé, ont une longueur de l'ordre de 7 à 12 mètres. En cas de rupture, il est souhaitable de pouvoir arrêter très rapidement l'entraînement car les extrémités cassées de 'axe sont éjectées et tournent suivant un angle qui est dangereux. Le cas échéant, cela peut endommager très gravement les moteurs d'entralnement. Par exemple, l'axe peut frapper un obstacle mécanique, par exemple le sol, ou un autre axe. Il peut également déformer des axes, endommager les potences des paliers, ou encore les paliers, les fondations, les fixations des fondations, etc. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des solutions connues, en cas de rupture d'axe dans un laminoir réversible à entraînement jumelé, en permettant une détection quasi-instantanée d'une rupture d'axe dans un tel laminoir, pour arrêter immédiatement le laminoir. A cet effet, l'invention concerne un laminoir réversible à entraînement jumelé, comportant deux entraînements à moteur coopérant, commandés de façon statique par une commande à thyristors, et fonctionnant de façon équilibrée pour répartir le couple et la vitesse sur deux liaisons mécaniques parallèles pour les cylindres opposés et coopérant, dans une cage, r combinaison de moyens étant prévue pour répondre à au moins un déséquilibre critique dans la combinaison formée par un déséquilibre du courant moteur, un déséquilibre de la vitesse, un déséquilibre du courant de commande du moteur, de façon à détecter un incident et pouvoir répondre à un tel incident en arrêtant immédiatement les deux entraînements à moteur électrique. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est un schéma d'un dispositif d'entraînement à moteurs à courant continu, jumelés, pour un laminoir réversible selon l'art antérieur - la figure 2 montre l'installation de détection selon l'invention appliquée au dispositif d'entraînement à moteurs selon la figure 1 - la figure 3 montre par des courbes l'effet d'une rupture d'axe sur le déséquilibre de vitesse détecté dans le cas de l'installation de la figure 1 - la figure 4 représente les intensités du courant des moteurs avant et après la rupture de l'axe dans le cas de deux moteurs à courant continu assurant l'entrainement dans le cadre de l'installation de la figure 1. DESCRIPTION D'UN MODE DE REALISATION PREFERENTIEL DE L'INVENTION La figure 1 montre une installation d'entraînement de laminoir, réversible, à deux moteurs selon l'art antérieur cette installation comporte-un moteur supérieur TM et un moteur inférieur BM réunis par un axe (non représenté) respectivement au cylindre supérieur et au cylindre inférieur d'une cage de laminoir. Les moteurs sont des moteurs jumelés à courant continu ; chaque moteur est commandé par un régulateur de champ et un régulateur d'excitation (FRE, FRE') et de courant (CR, CR') réglant l'intensité du courant d'armature par l'intermédiaire des thyristors d'un convertisseur (CV, CV'). L'inversion simultanée du sens de rotation du moteur se fait à l'aide d'un régulateur de vitesse (SR, SR') associé à chaque moteur chaque régulateur est lui-même commandé par un générateur de signal en rampe RG par l'intermédiaire d'une ligne de commande respective 1, 1'. La rampe est déterminée, déclenchée ou modifiée soit à partir de l'ordinateur par la ligne 17, soit par une commande de l'opérateur suivant la ligne 18.Chaque régulateur de vitesse est stabilisé par une réaction à partir du générateur pilote PG monté sur l'axe du moteur, par l'intermédiaire d'une ligne 8 ou 8'. I1 y a également une boucle intérieure entre un capteur de courant (capteur de courant supérieur TCS recevant le courant de l'armature du moteur supérieur TM par l'intermédiaire de la ligne 6 ; capteur de courant inférieur BCS recevant le courant de l'armature du moteur inférieur BM par la ligne 6') et les régulateurs de courant correspondants CR, CR'. Le régulateur de champ et le circuit d'excitation FRE, FRE' se règlent en fonction de la tension d'armature à l'aide d'un signal de commande dans les lignes 5 ou 5' à partir du chemin de courant dans l'armature. Le fonctionnement des deux moteurs est maintenu équilibré en différentiant les signaux de sortie des régulateurs de vitesse et en fournissant un circuit d'équilibrage de charge 12 répondant au signal de commande du régulateur de courant par la ligne 2 et par l'intermédiaire de la ligne 18 pour le moteur supérieur alors que pour le moteur inférieur on a une valeur inversée du signal de commande du régulateur de courant par la ligne 2' et la ligne 17 ainsi que l'inverseur INV de la ligne 19. La sortie du circuit d'équilibrage de charge 12 indique tout équilibre entre les signaux de commande des lignes 2 et 2'. Ce signal d'erreur est appliqué par la ligne 16 au régulateur de vitesse SR' et par la ligne 15 et après inversion dans l'inverseur INV, au régulateur de vitesse SR pour un effet de correction sur le régulateur de vitesse correspondant. Pourun courant de laminoir à vide, le relais CT (non représenté) ferme les contacts CT1, CT2 des lignes de sortie respectives 14, 13 du circuit 11 de correction du déséquilibre des vitesses, pour rétablir le cas échéant le déséquilibre initial entre les moteurs. Selon la figure 2, l'installation de détection de rupture d'axe selon l'invention prévoit l'adjonction au système d'entrainement jumelé de la figure 1, des éléments suivants 1) un détecteur de rupture d'axe SB3 qui répond par la ligne 26 à un déséquilibre du signal de sortie du circuit d'équilibrage de charge 12 2) un détecteur de rupture d'axe SB1 répondant\ à un déséquilibre de vitesse entre les générateurs pilotes des deux moteurs. Les lignes de sortie 32, 33 des boucles respectives 8, 8' sont appliquées après différentiation, par un inverseur (INV par exemple sur la ligne 32) à un comparateur de différence de vitesse SD qui fournit en sortie un signal de déséquilibre par la ligne 35 au détecteur SB1 ; 3) Un détecteur de rupture d'axe SB2 recevant le courant de déséquilibre entre les signaux de commande des capteurs de courant supérieur et inférieur TCS, BCS sur les lignes 7, 7'. Pour cela, les courants des lignes 7, 7' sont comparés de façon différentielle à celui des lignes 21, 22 après par exemple, inversion par l'inverseur INV sur la ligne 21, par un comparateur de différence de courant 4 qui reçoit en entre un signal correspondant au déséquilibre, sur la ligne 2 ligne 25 du détecteur SB . Le détecteur de rupture d'axe SB1 peut être formé d'un relais ou d'un dispositif statique mis en oeuvre par un déséquilibre correspondant. Ces trois circuits supplémentaires reposent sur les faits constatés à l'observation de l'installation de la figure 1, dans l'hypothèse d'une rupture d'axe sur l'un des deux moteurs. On suppose une rupture de l'axe inférieur ce qui entraîne la suite d'évènements ci-après 1) Toute la charge de laminage exercée par les cylindres est reportée sur l'entraînement supérieur au même instant que l'entraînement inférieur perd sa charge. 2) Le moteur inférieur accélère jusqu'à une vitesse déterminée par l'inertie de l'entraînement et le courant d'armature qui passait au moment de la rupture. Le moteur supérieur décélère essentiellement de la même manière. Il en résulte un effet de correction intégré et les vitesses finales des entraînements sont déterminées par le générateur de rampe en fonction de la référence de vitesse principale modifiée par le signal d'équilibrage de charge sur les lignes 15, 16 respectives. 3) Au moment de la rupture, par exemple pour l'axe inférieur, le régulateur de vitesse SR' n'entraîne aucune action pour éviter le changement de vitesse jusqu'au moment où ce régulateur a reconnu une erreur de vitesse. C'est pourquoi la référence aux deux régulateurs de courant CR, CR' reste constante le temps qu'il faut aux régulateurs de vitesse SR, SR' de répondre. Ce léger retard se traduit par une augmentation de la différence de vitesse transitoire entre les deux moteurs après la rupture comme représenté à la figure 3 pour les signaux des lignes 8 et 8'. 4) Dès que les régulateurs de vitesse détectent une déviation de la vitesse par rapport à la vitesse de référence ou de consigne, les régulateurs tentent de rétablir les vitesses conformément à la référence principale fixée par le générateur du signal de rampe du laminoir. Cela se traduit par une augmentation rapide du courant du moteur supérieur pour tenter d'arrêter la diminution de vitesse et revenir à la vitesse de référence. Les opérations inverses se produisent pour le moteur inférieur ; son courant sera forcé à zéro. Toutefois à mesure que le courant change, l'amplificateur d'équilibre de charge 12 s'oppose à cette variation du courant. Selon le graphique de la figure 3, les signaux dans les lignes 8, 8' qui représentent la vitesse, varient en sens opposé à partir de l'instant t0 correspondant à la rupture de l'axe inférieur. Cette augmentation de vitesse du moteur inférieur est représentée par la courbe A dans la partie supérieure du schéma ; la réduction de la vitesse du moteur supérieur est représentée par la courbe B dans la partie inférieure du schéma. En fait, un tel déséauilibre des vitesses existe dans le cours normal d'une opération de régulation à l'aide de l'installation de la figure 1.Toutefois, après l'instant t1, le déséquilibre atteint ou dépasse un niveau critique indiqué par les références T1, T1' ; la saturation se produit pour le courant d'équilibrage de charge LB et le système n'est plus sensible à un déséquilibre important entre les lignes 8 et 8'. Les deux courbes de vitesse restent à un niveau constant comme cela apparaît à la figure 3. Cette situation permanente traduit le fait qu'entre l'instant t0 jusqu'à l'instant tl, le système n'a pu se rétablir. C'est pourquoi cela traduit fortement une situation irréversible telle qu'une rupture d'axe. En conséquence, l'amplificateur de déséquilibre de charge qui se sature provoque une variation nette de-la référence du générateur de rampe de sorte que le moteur supérieur tournera plus lentement que la référence de rampe et le moteur inférieur tournera plus rapidement que la référence de rampe comme cela est indiqué par les niveaux T2, T2'. 5) La figure 4 montre les courants dans les lignes 21 et 22 de la figure 2 déterminant le fonctionnement du détecteur de rupture d'axe SB2 ; ces courants sont repré sentés à partir d'un niveau d'équilibre qui, à titre d'exemple, correspond à 100 % du courant suivant l'axe des ordonnées. Il apparaît qu'au moment de la rupture de l'axe, chaque moteur est charge pour un courant de 100 %, ce qui est équivalent à un couple de 100 %. Au moment de la rupture, le couple demandé par le moteur supérieur augmente instantanément jusqu'à 200 % alors que le couple demandé par le moteur inférieur chute pratiquement à 0. La zone à hachures horizontales * 1 représente une surface couple-temps qui aboutit à la survitesse du moteur inférieur. La zone * 2 représente une surface couple-temps qui correspond à la décélération du moteur supérieur avant que le régulateur ne puisse fixer le courant à la valeur correcte. Ces deux zones sont déjà représentées par les caractéristiques de vitesse de la figure 3 t en général, ces zones ont les caractéristiques de fonctionnement du détecteur SB1. La zone &num; 3 représente une zone de couple-temps pour laquelle le moteur supérieur réaccélère à la nouvelle vitesse constante après avoir chuté comme cela est représenté à l'instant tl à la figure 3. C'est pourquoi la zone o 3 donne une infor- mation complémentaire. Plus'agit de l'entrée du détecteur d'axe SB2. Les indications précédentes montrent qu'il y a au moins trois variations brusques dans le circuit du régulateur lors des la rupture d'un axe et de la disparition brusque de la charge exercée sur un moteur. 1) Une différence de vitesse transitoire importante entre les moteurs que le détecteur SB1 doit détecter 2) Une différence importante du courant entre les moteurs que le détecteur SB2 doit détecter 3) Le régulateur d'équilibre des charges se sature si le laminoir n'est soumis à aucune charge de laminage importante, ce qui fait apparaître une tension perceptible sur le détecteur SB3. Ces modifications se produisent essentiellement dans l'ordre suivant î)différence de vitesse, 2) différence entre les courants, 3) saturation de l'équilibre de charge. La figure 2 montre qu'un circuit simple à amplificateur opérationnel s'ajoute facilement au système d'entratnement de base du moteur selon la figure 1 pour autoriser la détection d'une variation ou de toutes les variations ci-dessus. Toutefois, il faut veiller au calibrage du circuit pour être certain de détecter une véritable rupture d'axe et non pas un incident de concordance qui se produit toujours dans le fonctionnement normal. C'est pourquoi si l'on utilise un courant ou une vitesse différentielle pour détecter la rupture de l'axe, il faut prévoir en pratique une zone inutilisée pour éviter une éventuelle erreur de détection. Lors du fonctionnement du laminoir, les moteurs -étant chargés suivant au moins 75 %, les différences de vitesse et de courant seront rapides et très importantes. Par contre, pour des charges plus faibles, la saturation de l'équilibre des charges dominera par sa fiabilité même si son effet pouvait être légèrement inférieur aux variations de vitesse et de courant. Bien que cela-ne soit pas explicité à la figure 2, des moyens sont prévus pour que le fonctionnement par les lignes L1 et L2 de l'un des détecteurs SB1, SB2, SB3 mette en oeuvre immédiatement la commande principale et assure l'arrêt du laminoir. On a vu qu'un laminoir d'inversion, caractéristique travaillant avec un couple de 100 % et à une vitesse aé rotation de 40 tours par minute, peut être arrêté sensiblement sur un 1/4 de tour après une rupture d'axe. La rotation qui se poursuit après la rupture augmente sensiblement sur l'augmentation de la vitesse de fonctionnement et/ou suivant la réduction du couple de travail. REVENDICATIONS l} Laminoir réversible à entraînement jumelé, ayant au moins une cage de laminoir, avec deux cylindres opposés, entraînés par des axes par deux circuits d'entraînement (CV, CV'), de deux moteurs (TM, BM), travaillant de façon équilibrée pour répartir également le couple et la vitesse entre les axes des cylindres opposés respectifs de la cage de laminoir, installation caractérisée par un moyen pour contrôler les paramètres différentiels comprenant les courants différentiels, les couples différentiels et les vitesses différentielles des deux entraînements de moteur (CV, CV', TM, BM), un moyen (SB1, SB2, SB3) pour détecter un- déséquilibre critique des paramètres différentiels comprenant les vitesses et les couplesexercés par les entraînements (CV, CV') des moteurs (TM, BM) sur la cage comme indiquant une rupture d'axe de l'une des liaisons des moteurs, un moyen pour arrêter les entraînements à moteur (CV, CV', TM, BM) lors de la détection d'une telle rupture d'axe par un moyen de détection. 2) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les entraînements de moteur (CV, CV') sont des entralnements de moteur à courant continu à commande statique, chaque entraînement ayant un courant d'armature régulé, un régulateur de courant (CR, CR') pour établir le courant d'armature et un régulateur de vitesse (SR, SR') pour régler le régulateur de courant et fixer le courant d'armature fonction de la vitesse, le moyen de détection comprenant un premier détecteur (SB2) mis en oeuvre par un déséquilibre entre les courants d'armature. respectifs, un second détecteur (SB3) répondant à un déséquilibre des sorties de commande desrégwlateurs-de vitesse respectifs et un troisième détecteur (SBl) répondant--à un déséquilibre entre les vitesses des entraînements de moteur (CV, CV', TM, BM), et le moyen de commande d'arrêt est mis en oeuvre par la détection déséquilibrée fournie par le premier, le second et le troisième détecteurs (SB1, SB2, 8B3).