Файл: Железнов, Ю. Д. Статистические исследования точности тонколистовой прокатки.pdf

Рис. 36. Спектральная плотность продольной разнотолщинности холоднокатаной полосы (а), амплитудно-частотные характеристики приводов нажимных устройств (б) и измерителей толщины (в)

непрерывных станах горячей прокатки отклонение в толщине полосы по всей ее длине было в пределах ±0,05 мм, случайная составляющая погрешности ИТ должна равняться примерно щ0,025 мм.

Учитывая возможности новых прокатных станов, при про­

±0,012 мм. Полная погрешность ИТ, определяемая полем до­ пусков, может лежать в пределах от ±1,0 до ±0,3% в зависимости от толщины полосы.

В настоящее время на АПР используют в основном ИТ с по­ грешностью ± 1 %. Так как поле допусков по стандартам на основ­ ную продукцию проката находится в пределах от ± 10 до ±5 % но­ минала, в большинстве случаев такую погрешность можно считать допустимой для толщин до 3 мм. Для толщин выше 3 мм необ­ ходимо использовать ИТ с меньшей погрешностью, например ±0,5% , иначе автоматическая сортировка будет некачественной.

Для реализации точности показаний бесконтактных ИТ необ­ ходимо при установке и эксплуатации их на прокатном стане или агрегате предотвращать появление ошибок, связанных с методом измерения толщин по поглощению излучения.

70

Ошибка вследствие изменения наклона полосы на угол а0 опи­ сывается формулой

Для уменьшения этой ошибки при установке ИТ следует до­ биваться, чтобы после перевалок и при изменении диаметра рулона изменение наклона полосы не превышало ±2°. Для этой же цели имеются стабилизирующие ролики на агрегатах резки и травления.

При наличии на полосе воды, масла, эмульсии измеритель толщины дает завышенные показания:

Если на полосе имеется масло, то ошибка измерения рентге­ новским измерителем толщины будет значительно меньше. Эмуль­ сию с полосы в месте измерения необходимо удалять сжатым воз­ духом.

Относительная ошибка в измерении толщины вследствие раз­ личия температур полосы и образцов составляет St = 2аt [15], где а — коэффициент линейного расширения; t — разность тем­ пературы полосы и образцов.

Для стали ошибка составляет около 1 % при нагреве на 400° С, для алюминия — примерно 1 % на 200° С.

В измерителях толщины горячего проката эта ошибка практи­ чески исключается при предварительном введении коррекции на заранее известную технологическую температуру полосы при про­ катке; в некоторых моделях ИТ имеется автокоррекция от встроен­ ного пирометра. На станах холодной прокатки такую ошибку не учитывают; между тем при температуре полосы 150° С после клети эта ошибка достигнет примерно 0,35%. Следовало бы в процессе эксплуатации ИТ уточнять температуру полосы при разных ре­ жимах прокатки и вводить соответствующую коррекцию в пока­ зания ИТ при помощи ручной регулировки.

Разброс химического состава полос в пределах, предусмотрен­ ных стандартом, вносит погрешность в показания бесконтактного измерителя толщины. Градуировка ИТ при каждом положении корректоров и определение поправок производятся в цехе по мере прохождения всего сортамента проката. При измерении тол­ щины полосы с содержанием 0,1 и 0,3% С ошибка может составить 0,2%. Значительно большая ошибка возникает при измерении толщины полосы из легированных сталей разных плавок

(табл. 11).

Целесообразно устанавливать на станах и агрегатах парал­ лельно с бесконтактным ИТ электроконтактные микрометры

71

Т а б л и ц а 11. Ошибки, возникающие при измерении толщины Полос из легированных сталей различных плавок *

(например, М-211 завода «Калибр») с дистанционным управлением перемещения и пользоваться ими (в целях сохранения точности) только для сверки бесконтактных ИТ во время заправки полосы.

4, Динамические характеристики микрометра и их влияние на качество измерения толщины

Качество измерения толщины проката с помощью автомати­ ческих, контактных, изотопных и рентгеновских микрометров за­ висит от параметров, определяющих поведение измерителей как в установившемся, так и в переходном режиме измерения. К та­ ким параметрам относятся коэффициент передачи kMи постоянная времени Тм. Коэффициент передачи kMхарактеризует данный ми­ крометр в статике, т. е. определяет связь между выходным на­ пряжением измерителя и измеряемой толщиной. Эта зависимость линейная и имеет следующий вид:

Uк == kjlo-

Постоянная времени влияет на быстродействие измерителя толщины. Параметры определяются следующим образом.

72

В измерительную головку прибора за очень короткое время внезапно вводятся эталонные образцы с определенной толщиной. Показания прибора осциллографируются и в момент высвечива­ ния с экрана осциллографа с помощью фотокамеры снимается кривая переходного процесса. На рис. 37 показана одна из таких кривых. Как видно из рисунка, в общем микрометр является зве­ ном II— III порядка. Это обусловлено наличием в устройстве микрометра реверсивных двигателей (привод клиньев). На прак­ тике кривые переходного процесса аппроксимируются экспонен­ той первого порядка, как показано на рис. 37.

Постоянная времени определяется из условия

U (ЗТМ) = 0,95(7 (оо).

Из рисунка определяется, когда выходное напряжение измери­ теля достигает своего 95%-ного значения и формулой

Коэффициент передачи kMтакже определяется из рис. 37 по формуле

и _ им(оо)

м~ ~ h ^ -

Следовательно, микрометр можно рассматривать как инер­ ционное звено первого порядка с передаточной функцией

К

ИЧ р) = I + р7м

Для определения влияния быстродействия и коэффициента усиления на качество измерения толщины были проведены экспе­ рименты в заводских условиях. В этих опытах определяли также влияние скорости движения полосы на качество измерения тол­ щины микрометра, который является датчиком толщины в САРТ на непрерывном стане.

Рис. 37. Кривая переходного процесса измерения толщины рентгеновского измерителя.

/ — осциллограмма; 2 — аппроксимация

73

Для проведения эксперимента была исследована холоднока­ таная полоса длиной 600 м и сортамента 1,4 х 1040 мм (сталь марки 08сп).

В эксперименте были использованы изотопные микрометры типа ИТ-5250 с постоянной времени, равной соответственно 0,38

и0,2 с. Постоянные времени измерителей толщины устанавливали

врадиоизотопной лаборатории ЦХП Череповецкого металлурги­

ческого завода с помощью образцов различной толщины по выше­ приведенной методике.

Эксперимент проводили на агрегате продольной резки Черепо­ вецкого металлургического завода для измерения полосы при раз­ личных скоростях ее движения. Показания измерителя записыва­ лись на осциллографе Н-700. После перемотки при одной скорости полосу снимали с моталки и снова наматывали на разматыватель.

Чтобы измерения толщины проводились с одного и того же края, полосу второй раз перематывали вхолостую без записи тол­ щины. Таким образом, толщина записывалась при скоростях 2, 4, 6 и 8 м/с. Верхний предел скорости ограничивался возможностью АПР. Постоянство скорости полосы при перемотке поддерживалось оператором вручную.

В одном и том же режиме прокатки толщина записывалась обоими измерителями. Как было показано выше и в работе [41, изменение толщины по длине рулона носит случайный характер.

Таким образом, записи толщины можно рассматривать как реализацию случайных процессов (см. рис. 16).

Микрометр с большим быстродействием имеет полосу пропу­ скания частот большую, чем измеритель с меньшим быстродей­ ствием. Поэтому быстродействующий микрометр измерит тол­ щину полосы более «подробно», т. е. измерит толщину более высо­ кочастотными составляющими из-за малой инерционности. Не­ посредственно из записи толщины трудно оценить разность между двумя измерениями, так как эти записи, как было сказано выше, носят случайный характер. Рассчитав автокорреляционную функ­ цию и использовав то ее свойство, что более высокочастотный слу­ чайный процесс имеет меньшее время положительной корреляции, чем низкочастотный, можем дать качественную оценку измере­ ниям. Автокорреляционную кривую рассчитывали по формуле (67), приведенной на стр. 36.

Как видно из автокоррелограмм, с увеличением скорости из­ мерения и постоянной времени микрометра показание толщины сглаживается. Но сравнение автокоррелограмм не дает количе­ ственной связи между истинной и измеренной разнотолщинностью, а также между скоростью и требуемым быстродействием

(рис. 38).

Количественное сравнение можно производить с помощью спек­ трального или дисперсионного анализа. В работе [16] рекомен­ дуется использовать автокоррелограммы в качестве промежуточ­ ного этапа спектрального анализа.

74

R(r)

вручную

На основе формул (67) и (77) была рассчитана спектральная плотность и дисперсия каждой записи. Дисперсию рассчитывали по формуле (79).

Результаты расчета приведены в табл. 12.

Полученные спектральные плотности, соответственно и дис­ персии, рассчитаны на выходе измерителя. Известно [8], что при этом входная спектральная плотность рассчитывается по фор­ муле (99), которая учитывает уменьшение дисперсии за счет инер­ ции микрометра при какой-либо фиксированной скорости.

Для расчета абсолютной дисперсии продольной разнотолщинности полосу разрезали на листы и измеряли ручным микрометром через 1 м.

По полученной продольной профилограмме были рассчитаны дисперсия и спектральная плотность:

£>„ = 3,1-КГ4 мм2.

На рис. 39 показано изменение дисперсии из-за увеличения скорости при различных быстродействиях микрометра.

Дисперсия, рассчитанная по формуле (79) (D = 2,9 -10“ 4 мм2), отличается от абсолютной дисперсии на

£>0 — D = 3,1 •КГ4 — 2 9- КГ4 = 0.2• 10"4,

что обусловлено скоростью измерения полосы.

75

Зная коэффициентпёрёдачи кг — AD/Avnk2 ~ ADIAT, можно Определить, насколько надо увеличить быстродействие (умень­ шить постоянную времени) микрометра при увеличении скорости полосы для измерения толщины без искажения продольной разноТигнцинности. Для иЗмериГелй с Т — 0,2 с коэффициенты пере­ дачи равны:

Это означает, что при увеличении скорости прокатки на 1 м/с

Зная значения kx и k2, можно построить номограмму для определения постоянной времени с целью компенсации влияния скорости прокатки на погрешность измерения толщины (рис. 40).

На агрегате поперечной резки была замерена полоса парал­ лельно двумя микрометрами: рентгеновским с постоянной вре­ мени Т = 0,2 с и изотопным с постоянной времени Т = 0,3 с; запись толщины проводилась одновременно на два шлейфа осцил­ лографа Н-700 (рис. 41).

Из рис. 41 видно, что время отработки одного итого же воз­ мущения микрометрами различно.

Увеличение времени отработки приводит к некачественному измерению толщины, особенно при больших скоростях прокатки. На агрегатах резки из-за большой инерционности микрометра лист, выходящий за допуск, может быть принят как годный.

На агрегате продольной резки изотопным измерителем ИТ-5250 с постоянной времени 0,2 с была измерена толщина полосы при коэффициенте усиления микрометра kmax = 25 В/мм, 0,7/гП]ах и 0,5&гаах (рис. 42). Как видно из рис. 42, при максимальном коэф­ фициенте усиления показания прибора сильно колеблются, а при заниженном коэффициенте усиления колебания сглаживаются.

77