NL8301497A

NL8301497A - Haspelsysteem.

Info

Publication number: NL8301497A
Application number: NL8301497A
Authority: NL
Original assignee: Hoogovens Groep Bv
Priority date: 1983-04-28
Filing date: 1983-04-28
Publication date: 1984-11-16

Description

• * * « ί HO 516

HASPELSYSTEEM

Door aanvraagster wordt als uitvinder genoemd: K. Herrebrugh te Castricum

De uitvinding heeft betrekking op een haspelsysteem voor 5 een vlakke band, omvattende een band-toevoerinrichting, een haspel met aandrijving, en daartussen een omleidrol welke aan een veersy-steem is gekoppeld.

De uitvinding zal in het navolgende in hoofdzaak worden toegelicht aan de hand van een toepassing bij het ophaspelen van een 10 door walsen verkregen metaalband, doch hiertoe is de uitvinding niet beperkt. Met name zijn ook toepassingen denkbaar bij het opwikkelen van papierbanen, kunststoffolie e.d.

Bij het ophaspelen van bijv. koudgewalst staalband is het van belang dat de opwikkelspanning zo gelijkmatig mogelijk is. Hier-15 door is het dan mogelijk om deze opwikkelspanning extra laag te houden, hetgeen de mogelijkheid verschaft om het zogenaamd "kleven" van opeenvolgende wikkelingen te vermijden, terwijl tevens een minder vastgewikkelde rol voordelen biedt indien het koudgewalste staal in een volgende procesgang moet uitgegloeid worden.

20 Een probleem dat zich voordoet bij het opwikkelen van een staalband op een haspel bestaat daarin dat in de praktijk veelal ongelijkmatigheden in de opbouw van de wikkel optreden. Variaties in de straal van de wikkel op verschillende punten van de wikkelomtrek veroorzaken bij een constant aandrijfkoppel van de haspel wisselingen 25 in de handtrek. In de praktijk kunnen deze bandtrekvariaties oplopen tot ca. 100% van de nominale waarde van de handtrek, hetgeen dan op zijn beurt weer leidt tot grote trekkrachtpieken en de noodzaak om een hoge nominale handtrek aan te houden.

Door aanvraagster is eerder overwogen om deze trekkracht af 30 te vlakken door de band tussen de bandtoevoerinrichting en de haspel ever een omleidrol te leiden welke aan een weersysteem is gekoppeld.

/2

..............«__I

8301497 , Ί , * 2 HO 516 \

Hiermee is een zekere afvlakking van de piekkrachten denkbaar.

In de praktijk is echter gebleken dat het zo ontstane massa-veersysteem, bij het volwikkelen van de wikkel, een of meer kritische frequenties kan doorlopen, waardoor extra hoge piekkrachten kunnen 5 optreden.

Tot nu toe is het niet gelukt bij hoge haspelsnelheden een gelijkmatige lege handtrek te realiseren.

De uitvinding stelt zich nu ten doel de hierboven beschreven bezwaren op te heffen. De uitvinding bestaat daartoe daarin dat het 10 veersysteem een mechanische veer omvat waarvan de veerkarakteristiek, in afhankelijkheid van de gehaspelde pakketdiameter, bij benadering overeenkomt met de, in bijgaande tekst omschreven, "optimale veerkarakteristiek" , en waarbij het veersysteem verder een regelbaar element en een regelsysteem omvat, waarmee, in afhankelijkheid 15 van de momentane pakketdiameter D, de bandsnelheid V en de handtrek S, de veerkarakteristiek van het veersysteem gelijk aan de "optimale veerkarakteristiek" kan geregeld worden.

Ter toelichting van het begrip "optimale veerkarakteristiek" volgt hier een nadere omschrijving met toelichting van het haspelsy-20 steem aan de hand van fig. 1.

In deze fig. is met verwijzingscijfer 1 een laatste walstuig van een koudbandwalserij aangegeven, welk walstuig als een oneindig stijve bandtoevoerinrichting kan beschouwd worden voor de toevoer van koudgewalste staalband met een snelheid V. Een haspel 2 wikkelt de 25 band met een handtrek s op op een straal R. Met toenemende wikkel-diameter D, en aannemende dat straal R ongelijkmatig verloopt over de omtrek van de wikkel, betekent dit dat de opname van band door de haspel op de v/ikkel tijdsafhankelijk is van de hoekverdraaiing 8. De band v/ordt verder over een omleidrol 3 geleid, welke gekoppeld is aan 30 een systeem met een veer 6 en een demper 7. Opgemerkt wordt dat de toepassing van dergelijke dempers bij haspelsystemen van het beschreven type nieuw is. Voor een duidelijker begrip van de uitvinding zijn in fig. 1 tevens vast-opgestelde omleidrollen 4 en 5 getekend, welke echter in een werkelijke uitvoeringsvorm van het nieuwe haspelsysteem 35 niet behoeven voor te komen. Deze rollen 4 en 5 zijn op een afstand k^van omleidrol 3 gedacht. Aangenomen is dat in een evenv/ichtssituatie 830 1 49 7 /3 , ' '""ΊΙ 3 HO 516 * rol 3 een zogenaamde insteekdiepte Yo heeft t.o.v. de onbelemmerde baan van de band over de rollen 4 en 5.

Het zo geschetste systeem kan beheerst gedacht worden door een drietal simultane differentiaal-vergelijkingen welke elk resp.

5 betrekking hebben op : - de bewegingsvergelijking van de haspel met wikkel 2 onder invloed van een constant gedacht aandrijfkoppel M en de variabele handtrek S; - de bewegingsvergelijking van omleidrol 3 in een richting Y dwars 10 op de bewegingsrichting van de band, in afhankelijkheid van de insteekdiepte van omleidrol 3, de handtrek S, de karakteristiek, van veer 6 en de demping door de demper 7; - de continuïteitsvergelijking van de massa van het bewegende bandmateriaal.

15 Het samenstelsel van deze drie vergelijkingen blijkt in de praktijk slechts voor concrete bedrijfssiruaties numeriek oplosbaar te zijn, zodat hieruit geen algemene aanwijzingen voor de constructie van de installatie zijn te verkrijgen.

Gebleken is echter dat het beschreven systeem met behulp van 20 (je hiernavolgende formule met een voor de praktijk voldoend nauwkeurige benadering kan worden beschreven, vooralsnog onder verwaarlozing van een aan te brengen demping.

A

S = 1 + B (cos Ω2 t - cos τ ) - A (cos τ - cos Ω2 τ ) hierin stellen de diverse symbolen het volgende voor: a 25 s = een dimensieloze vorm voor de handtrek S τ = een dimensieloze tijdfunctie = de hoogste eigenfrequentie van het systeem in een dimenrieloae « vorm Ω2 = de laagste eigenfrequentie van het systeem in een dimensieloze 30 vorm A en B = systeemgrootheden

Hieruit blijkt dat de amplitude van de handtrek de vclger.de tijdsfuncties als componenten bevat: — een component A cos τ die door de oneffenheid van de wikkel aan 35 het systeem wordt opgedrongen.

— een component (A -r 3) cos $2 ~ welke in de laagste eigenfrequentie van het systeem trilt. Voor » 1 kan deze component in resonantie geraken met de opgedrongen trilling.

— een component B cos Ωι .τ welke in de hoogste eigenfrequentie van 40 het systeem trilt...

830 1 49 7 /a /4 . s . · , 4 HO 516

Uit het bovenstaande blijkt dat de handtrek zo gelijkmatig mogelijk wordt indien de factoren A en B zo klein mogelijk zijn, liefst gelijk aan 0.

Afgeleid kan worden dat de voorwaarde B = 0 betekent dat 5 de hoogste eigen frequentie van het systeem zo hoog mogelijk moet zijn, hetgeen bereikt wordt indien de massa van de omleidrol 3 zo klein mogelijk is, en de nominale insteekdiepte Yo zo groot mogelijk is.

De voorwaarde A = 0 blijkt herleid te kunnen worden tot de 10 volgende relatie: C , =4mf 2 Sn opt. —g---^ waarin:

Copt = k*erb°ven genoemd "optimale veerkarakteristiek"van veer 6.

m = massa van omleidrol 3 15 V = bandsnelheid D = momentane wikkeldiameter S0 = de in afhankelijkheid van het haspelkoppel gekozen nominale handtrek ,1.1 = een voor het systeem karakteristieke lengtemaat (zie fig. 1) 20 Uit het bovenstaande zal duidelijk zijn dat de optimale veerkarakteristiek, in afhankelijkheid van enkele instelgrootheden van het systeem resp. van het haspelproces, daarnaast in sterke mate afhankelijk is van de wikkeldiameter. In feite beschrijft de bovenstaande formule de voorwaarde waaronder omleidrol 3 en veer 6 25 van tijdstip tot tijdstip moeten worden aangepast opdat zij in het systeem als trillingsdemper kunnen fungeren. Met een eenvoudige mechanische veer kan niet aan deze voorwaarde worden voldaan. De uitvinding omschrijft nu een constructie waarbij een mechanische veer zodanig wordt geconstrueerd dat zijn veerkarakteristiek een zo rede-30 lijk mogelijke benadering geeft van de "optimale veerkarakteristiek" doch waarbij verder m.b.v. een regelsysteem een zodanige correctie wordt aangebracht dat het veersysteem als geheel de "optimale veerkarakteristiek" vertoont.

Het zal duidelijk zijn dat in de praktijk de opstelling van 35 de omleidrol 3 en de constructie van veer 6 veelal anders moeten zijn dan in fig. 1 aangegeven in afhankelijkheid van de gegeven plaatuelij-ke omstandigheden.

/5 8301497 5 HO 516 * % -

Steeds echter zal het systeem van een verend opgesteld omleidrol herleid kunnen worden tot het in fig. 1 geschetste model. De hierboven gegeven betrekking voor de "optimale veerkarakteristiek" zal dan ook bij afwijkende constructies moeten worden aangepast. Deze aanpassing 5 is echter voor de deskundige voor de hand liggend.

Het regelbare verende element, hetwelk in combinatie met een regelsysteem voor de aanpassing op de "optimale veex'karakteris-tiek" moet zorgdragen kan diverse constructieve uitvoeringsvormen hebben. Denkbaar zijn electromagnetische uitvoeringsvormen, waarbij een electrische regelstroom de sterkte van een magneetveld beïnvloed.

Gebleken is echter dat de voorkeur uitgaat naar een constructie, waarbij het verend element uit een pneumatische veer met regelbare luchtdruk bestaat. Door verder in het veersysteem een demper op te nemen kunnen slingeringen met de hoogste eigenfrequentie sterk 1® gereduceerd worden, terwijl tevens hiermee onvolkomenheden in de aanpassing aan de "optimale veerkarakteristiek" kunnen worden uitgedempt. De beste resultaten zijn hierbij verkregen indien de demper een dempingscoëfficient van ca. 0,25 bezit. Zoals reeds hiervoor werd opgemerkt, kunnen trillingen in de hoogste eigen frequentie 20 van het systeem worden tegengegaan, indien, afhankelijk van de con- mogelijkheden, de massa van de omleidrol zo klein mogelijk en de uitwijking ervan t.o.v. de rechte baan van de band zo groot mogelijk worden gekozen.

Zoals tevens reeds hierboven is opgemerkt, zijn diverse prak-25 tische uitvoeringsvormen van het nieuwe haspelsysteem mogelijk die afwijken van de principe-schets volgens fig. 1. Met name is gebleken dat een uitvoeringsvorm constructief aanbeveling verdient, waarbij de omleidrol draaibaar is om het uiteinde van een zwenkbaar juk, waarvan de zwenkas in verbinding staat met een torsieveer, welke tor-30 sieveer rubber-elastische elementen met dempingseigenschappen bevat.

In dat geval kan een pneumatische veer pneumatische balgcylinders ter weerszijden van het zwenkbare juk omvatten.

Laatstgenoemde constructie kan vervolgens worden toegelicht aan de hand van fig. 2.

35 De omleidrol 3 is daarbij op ongeveer dezelfde plaats tus sen het laatste walstuig 1 en haspel 2 geplaatst als in fig. 1 is aange- 850 1 4 9 7 /6 , . 6 HO 516 5 l geven. De rol 3 is draaibaar'om een as welke zich bevindt aan het uiteinde van een juk 8. Het andere uiteinde van juk 8 is d.m.v. een torsieveer 9 zwenkbaar t.o.v. het machinegestel.

Tussen de omleidrol 3 en de torsieveer 9 zijn ter weerszijden 5 van het juk 8 twee balgcylinders 10 en 11 geplaatst. De inhoud van de balgcylinders 10 en 11 is aangesloten op een bron voor perslucht, waardoor de balgcylinder 10 een kracht P2 en balgcylinder 11 een kracht PI resp. op het juk 8 kan uitoefenen in de richting als in fig. 2 aangegeven. De luchtleidingen naar de balgcylinders 10 en 11 10 zijn aangesloten op een regelsysteem, hetwelk de krachten PI resp.

P2 zodanig regelt dat het gehele massa veersysteem hetwelk gevormd ' wordt door omleidrol 3, juk 8, torsieveer 9 en de balgcylinders 10 en j.1 een "optimale veerkarakteristiek", als hierboven omschreven, bezit.

1 In de constructie van de torsieveer 9 zijn rubber elastische • 15 elementen opgenomen, weke het massa veersysteem een demping met dempings- coëfficient van ca. 0,25 bezorgt.

De schematische constructie volgens fig. 2 , doch nader uitgewerkt, zal worden toegelicht aan de hand van verdere figuren.

Fig. 3 toont deze constructie in een aanzicht overeenkomstig 20 fig· 2 en deels in doorsnede volgens III-III in fig. 4.

Fig. 4 toont een bovenaanzicht van de constructie volgens fig. 3.

Fig. 5 toont een doorsnede volgens V-V in fig. 4. Overeenkomstige verwijzingscijfers in de figuren verwijzen naar over-25 eenkomstige elementen van de inrichting, hetgeen zonder meer duidelijk is voor rol 3, juk 8 en staalband 12.

Juk 8 is draaibaar met as 15, die aan weerszijden is gelagerd in rollagers 16, welke zelf zijn opgesloten in de huizen 14. Deze huizen 14 zijn aan het machine-gestel van het haspelsysteem bevestigd.

30 De lageringen van as 15 in de huizen 14, en deze huizen 14 zelf zijn •in fig. 4 eenmaal in aanzicht en eenmaal in langsdoorsnede afgebeeld.

Op de as 15 zijn, nabij de rollagers 16, veersystemen 18, 19 en 20 t aangebracht, en wel van een type hetwelk in de handel wordt gebracht door de firma Holset Engineering Ltd. in Huddersfield, Engeland. Daar-35 bij is, zie fig. 5, een binnenstuk 19 bevestigd aan as 15 en een buitenstuk 18 aan huis 14. Tussen uitstekende vleugels aan binnen- en bui- /7 8301497 -/- nu oxo tenstuk zijn cylindrische proppen 20 uit een rubber-elastisch materiaal geplaatst, waardoor de veersystemen (18, 19 en 20) een torsieveer vormen met een progressieve veerkarakteristiek die bepaald wordt door de afmetingen van binnen- en buitenstukken 18 en 19 en de materiaalkeuze van 5 proppen 20.

Eveneens zijn aan as 15 koppelarmen 21 bevestigd. Tussen telkens een koppelarm 21 en twee afsteuningen 22 zijn resp. pneumatische balgcylinders 10 en 11 geplaatst (zie figuren 3 en 4).

In fig. 3 is met 24 een procescomputer aangegeven, welke ge- 10 voed wordt met de momentane waarden van roldiameter D; handtrek S en bandsnelheid V. Op grond van de in de computer 24 geprogrammeerde "optimale veerkarakteristiek" worden signalen i^ en berekend, welke drukre-gelaars en (verwijzingscijfer 23) sturen. Drukregelaars 23 zijn aangesloten op een persluchtnet 25 met een bedrijfsdruk Pq van ca. 6 bar.

15 De geregelde luchtdrukken en P2 worden via leidingen 26 en 27 aan de balgcylinders 10 en 11 gevoed. De geregelde balgreacties P en P2 op de koppelarm, in combinatie met de karakteristiek van torsieveer (18; 19; 20) vormen nu samen voor het beschreven systeem de, als hierboven omschreven, "optimale veerkarakteristiek".

/8 8301497

Claims

8. HO 516

1. Haspelsysteem voor een vlakke band, omvattende een band-toevoerinrich-ting, een haspel met aandrijving, en daartussen een omleidrol welke aan een veersysteem is gekoppeld, met het kenmerk, dat het veersysteem een 5 mechanische veer omvat waarvan de veerkarakteristiek, in afhankelijkheid van de gehaspelde pakketdiameter, bij benadering overeenkomt met de, in bijgaande tekst omschreven, "optimale veerkarakteristiek" en waarbij hèt veersysteem verder een regelbaar element en een regelsysteem omvat, waarmee in afhankelijkheid van de momentane pakketdiameter D, de band-10 ' snelheid V en de handtrek S, de veerkarakteristiek van het veersysteem gelijk aan de "optimale veerkarakteristiek" kan geregeld worden.

2. Haspelsysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het verend element uit een pneumatische veer met regelbare luchtdruk, bestaat.

3. Haspelsysteem volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het veersy-15 steem tevens een demper omvat.

4. Haspelsysteem volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de demper een dempingscoëfficient van ca. 0, 25 bezit.

5. Haspelsysteem volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk,dat afhankelijk van de constructieve mogelijkheden, de massa van de omleidrol 20 zo klein mogelijk en de uitwijking ervan t.o.v. de rechte baan van de band zo groot mogelijk worden gekozen.

6. Haspelsysteem volgens een of meer der conclusies 3, 4 of 5, met het kenmerk , dat de omleidrol draaibaar is om het uiteinde van een zwenkbaar juk, waarvan de zwenkas in verbinding staat met een torsieveer, welke 25 torsieveer rubber-elastische elementen met dempingseigenschappen bevat.

7. Haspelsysteem volgens conclusie 2 in combinatie met 6, met het kenmerk, dat de pneumatische veer pneumatische balgcylinders ter weerszijden van het zwenkbare juk omvat. 8301497