Eccentricita' Cilindri Laminazione - Compensazione eccentricita' cilindri

[simtad]

Un problema che ho riscontrato nel settore dei laminati e' la compensazione dell'eccentricita' dei cilindri (lavoro o spinta che sia) se ne sentono e se ne vedono da parte di varie ditte di tutti i colori, compensazioni fisse, media variazione pressioni, rilievo fisico posizione cilindro (encoder), ma finora non ho mai avuto il privilegio di assistere ad una reale compensazione dell'eccentricita' cilindri; vorrei avere varie opinioni in merito o esperienze in campo in modo da chiarirmi le idee.

[Livio Orsini]

Se analizzi i cilindri di laminazione mentre stanno laminando, potrai osservare che la linea tangente al materiale è una retta (o quasi), mentre la linea diametralmete opposta è una curva. Questo per effetto della deformazione dovuta alla pressione che viene esercitata agli estremi del cilindro. Per realizzare questa funzione il cilindro viene rettificato in modo.... non cilindrico. In altre parole la superficie laterale del cilindro è convessa, secondo un legge ben precisa che dipende dal cilindro, dal materiale in lavorazione, dalla lavorazione, etc. Questa curva viene detta in gergo "bonbatura". Le rettifiche per cilindri di alminazine hanno tutte la possibilità di inserire questa funzione, secondo profili che verranno stabiliti dai tecnologi.

In funzione delle tabelle tecnologiche del materiale, della lavorazione e del tipo di laminatoio, della curvatura del cilindro verrà impostata la forza che verrà esercitata dai vitoni che determinano la posizione del cilindro. La posizione dei cilindri viene determinata in funzione dello spessore da raggiungere considerendo la superficie del cilindro "rettilinea", cioè con la deformazione prevista per la lavorazione.

Spero di essere stoto sufficientemente chiaro.

[bit]

Ma allora la bombatura compensa la deformazione del cilindro solo per una determinata pressione....

[simtad]

Io non sto parlando di deformazione cilindro dovuto alle forze a cui viene sottoposto o a forme che assume dopo essere stato lavorato alla rettifica, parlo di una reale eccentricita' del cilindro che a volte e' dovuta alla metodologia con cui viene rettificato o in pochi casi all'accoppiamento non perfetto fra cilindro e guarnitura.

[Livio Orsini]

Io non sto parlando di deformazione cilindro dovuto alle forze a cui viene sottoposto o a forme che assume dopo essere stato lavorato alla rettifica, parlo di una reale eccentricita' del cilindro che a volte e' dovuta alla metodologia con cui viene rettificato o in pochi casi all'accoppiamento non perfetto fra cilindro e guarnitura

Per mia esperienza escludo una rettificazione eccentrica. Eventuali eccentricità dovute a difetti di accoppiamento denotano una macchina in cattivo stato di esercizio. Si può tentare una parziale correzzione disassando i cilindri, cioè spostando in avanti o in dietro, in senso orizzontale, il centro di rotazione di un lato del cilindro rispetto all'altro lato, e/o del cilindro superiore rispetto al cilindro inferiore. Non è una correzzione semplice, dipende dalla macchina, dal materiale, dalla lavorozione; in ultima analisi è un problema di tecnologia di lavorazione che solo un esperto tecnologo può approcciare.

Ma allora la bombatura compensa la deformazione del cilindro solo per una determinata pressione...

No! La bmobatura è esclusiva per una particolare lavorazione. I parametri in gioco sono parecchi, la pressione è solo uno di questi.

Tieni presente che i cilindri vengono sempre rettificati a coppie, e che le tolleranze di lavorazione relative alla coppia sono molto ristrette. Inoltre una curva di un cilindro con lunghezza di circa 2200mm è "alta", nel suo punto massimo che corrisponde a circa il centro della lunghezza (ma non sempre), a 200um-300um (valori tipici per certe lavorazioni).

Modificato: 4 marzo 2004 da Livio Orsini

[Mario Maggi]

Caro simtad,

se ho capito bene, vorresti muovere verticalmente (supposto che i cilindri abbiano gli assi orizzontali) il supporto di un cilindro con un movimento avente una legge di moto che compensa l'eccentricita'. Questo movimento deve essere lineare, la forza deve essere notevole, la ripetibilita' ottima. E' praticamente obbligatorio usare una vite, ma deve essere di elevata precisione e deve essere altamente resistente all'usura, in quanto la vite farebbe due inversioni di moto per ogni giro del cilindro, comandata da un servomotore.

Confermami se fin qui ci sono, o se sono fuori strada.

Non sapendo se parli di laminati metallici o plastici, non ho neanche l'idea dei diametri dei rulli e quindi della velocita' di rotazione, e di conseguenza del numero di inversioni sulla vite.

Ciao

Mario

[simtad]

Salve Maggi, ha ragione non mi sono espresso presentando totalmente ne l'applicazione in dettaglio ne la reale problematica dell'eccenytricita': l'applicazione e' nel settore dei laminati ferrosi, parlo in particolare di quarti dove sviluppo il 90% del mio lavoro, cilindri di lavoro con variazioni da 100mm fino a 250mm, cilindri di spinta da 400mm fino a 800mm.

Per la movimentazione dei cilindri nel 99,9% dei casi vengono utilizzati capsule idrauliche (i cosi detti vitoni oltre ad essere antichi come concezzione non danno le performance delle capsule)

Tali capsule idrauliche vengono movimentate tramite servovalvola (con portata l/m adeguata alla capsula) con segnale analogico, il controllo e' prevalentemente in posizione (anche perche' in pressione il problema dell'eccentricita' viene attenuato per la filosofia di regolazione stessa), la posizione (FBK) viene data da trasduttori di posizione lineari (ne esistono di varia natura e forma)analogici (LVDT classici) o digitali (Encoder con risoluzione 1bit=0.5um), uno o piu' trasduttori di pressione per camera (principale e di controspinta), la servovalvola puo' in certe applicazioni pilotare le due camere, in altre solo la camera principale (in questo caso nella camera di controspinta viene applicata una pressione fissa)

L'eccentricita' da compensare si puo' aggirare con valori approssimativi minimi di 2-3um fino ad arrivare ad eccentricita' disastrose dell'ordine di 100um.

Nell'applicazione specifica ho la necessita' di mantenere in uscita uno spessore di 90/100um con tolleranza +/-2um, materiale lavorato di tipo ferroso ad alto contenuto carbonio e quindi duro, forze di separazione attorno alle 7t, velocita' di rotazione dei rulli lavoro attorno ai 600m/'.

Lo spessore in uscita viene mantenuto costante attraverso l'uso di regolatori su base PID, comprese varie compensazioni di elasticita' gabbia, durezza materiale, ecc

Oltre a tutte queste problematiche si aggiunge l'eccentricita' cilindri. Questo "rumore" nel processo comporta un oscillazione dei regolatori tarati fino ad arrivare all'esaltazione di questo disturbo che determina la rottura del nastro.

Per quanto riguarda l'opinione del cattivo stato della macchina non sono perfettamente daccordo, piu' volte mi sono scontrato con questo problema (piu' o meno accentuato) e non sempre erano macchine vecchie o maltenute quindi escludo il cattivo stato di esercizio.

Faccio notare inoltre che ditte di automazione multinazionali di cui non faccio il nome usano nel loro settore "industria" regolatori o accorgimenti per compensare l'effetto eccentricita', questo per me' e' sintomo che il problema non e' legato solo ad un cattivo stato. Grazie

[Mario Maggi]

Caro simtad,

ottima descrizione!

Purtroppo non e' il mio pane, mi ritiro.

P.S.: non e' che ci sono delle allunghe cardaniche disassate che esaltano l'effetto?

ciao

Mario

[adross]

L'applicazione prevede la laminazione controllata del materiale, (nastro continuo) tra due cilindri.

Quello inferiore è fisso mentre quello superiore è mosso da un sistema di servovalvole che lo muovono in senso verticale. La regolazione della distanza, e quindi dello spessore del materiale è data dalla distanza regolata

del cilindro superiore verso quello inferiore. Le componenti non desiderate che tendono a muovere il cilindro superiore dalla sua posizione ideale sono diverse e di vario tipo. Lo spessore del materiale in uscita è abbastanza sottile e la tolleranza di 2-3 microm è abbastanza ristretta sia da misurare con precisione che da mantenere regolata. A proposito con che tecnica misuri lo spessore del metallo in uscita?

La tecnica che descrivi è solo sperimentale oppure non esiste ancora o infine solo qualcuno lo sa fare, o probabilmente l'impianto è al massimo delle sue prestazioni e tu stai cercando di migliorarlo.

Sono sulla strada giusta dell'applicazione o no.

Ciao

[simtad]

Salve adross

Il processo da me descritto e' un normale processo di laminazione per materiale ferroso.

Tutte le caratteristiche che ho descritto sono reali e tutt'ora governano il laminatoio. Non e' un applicazione estrema ne sperimentale, e' una normale situazione di un laminatoio per laminati a freddo di origine ferrosa.

Salve Maggi

Si ha ragione ancora una volta ho tralasciato delle cose, mi sono soffermato nel descrivere il sistema vedendone solo la componente di formazione spessore nastro dimenticando di descrivere chi comanda il moto dei cilindri e come.

I cilindri di laminazione (lavoro) sono collegati attraverso allunghe, che possono essere di diverso diametro e lunghezza, ad un riduttore al quale e' calettato nel lato dell'albero veloce un motore elettrico pilotato in velocita' pura.

In nastro viene avvolto da un aspo (classica rappresentazione di un aspo con Motore elettrico regolato in coppia, riduttore, mandrino) e avvolto a sua volta dopo la gabbia di laminazione da un altro aspo con le stesse caratteristiche meccaniche ed elettriche dello svolgitore. Ma torniamo alla questione eccentricita'/disassamento allunghe. Questo quesito, piu' volte da me affrontato e proposto come soluzione alternativa(ma non definitiva) nel cercare di ridurre il reale problema di eccentricita' cilindri, anche se realmente presente in determinate macchine specialmente "vecchie" o mal progettate, non partecipa alla formazioe di disturbi durante il processo inquanto la forza centrifuga a cui e' sottoposta l'allunga e le ridotte dimensioni diametrali (le piu' grosse che ho visto sono su laminatoi per alluminio con tavola 2200mm, erano di 200mm) non riescono a produrre forze tali da smuovere il cilindro sottoposto a su volta a forze di schiacciamneto di 4.....6.....10t, impensabile. Inoltre analizzando i segnali di posizione/ pressione proveniente dal sistema con un trend si nota molto chiaramente che il "rumore" nel sistema (con pressione pressoche' costante e posizione costante)e' legato chiaramente alla velocita' ma non cambia la sua ampiezza ma solo la frequenza, questo e' indubbiamente indice che il problema si trova all'interno del pacco cilindri in pressione, se il problema derivasse dalle allunghe non essendo in pressione fra loro ma sottoposte solo a forza torcente il problema cambierebbe infatti vedremmo il variare della frequenza f(velocita') e l'ampiezza f(forza centrifuga). Tale conclusione mi e' stata avvallata anche da confronti con altri tecnici che lavorano nel settore e da un costruttore meccanico che e' nel settore anchesso .

[Mario Maggi]

Caro simtad,

dirai che cerco il pelo nell'uovo, ma se chiedi aiuto e' perche' il problema non e' risolto, a magari trascuri qualcosa.

non e' che ci sono delle allunghe cardaniche disassate che esaltano l'effetto?

[adross]

Scusa simitad ti ringrazio del chiarimento. Il mio intervento era anche mirato a capire per me

l'aspetto della applicazione, in quanto non ho esperienza diretta di attività di laminazione su metalli.

Ho avuto varie esperienze di lavoro su sistemi a calandratura ma tutti su materiale plastico o a tappetto

sintetico, quindi cerco di capirne l'analogia, (se c'è) delle applicazioni. Sono interessato per mia cultura a sapere qual'è la tecnica di misura dello spessore per il metallo. I sistemi con cui ho avuto a che fare

nell'industria plastica erano ipercostosi e alcuni utilizzano sorgenti radioattive o a raggi x.

saluti

[simtad]

Salve Maggi, non si preoccupi di chiedere, se ho aperto questa discussione e' perche' ho bisogno di idee diverse dalle solite. Dunque vediamo: le allunghe non sono di tipo cardanico, sono fra loro ad "incastro" non so come spiegarlo , vediamo se ci riesco, dal lato cilindro ho un sezione rettangolare che si allunga per circa 70mm, dal lato dell'allunga ho una sede ad U in cui viene incastrata e fissata la sezione rettangolare del cilindro.

Le allunghe non hanno angoli di inclinazione durante la lavorazione, arriveranno forse a 1.....1.5° ma ritengo irrilevante questo particolare.

Il problema non e' capire da dove proviene questa "sinusoide di rumore" ma come compensarla efficacemente.

Mi e' molto chiara la provenienza del problema, proviene nel 90% dei casi dai cilindri di spinta, posso affermare questo inquanto la frequenza del disturbo e' pari al valore della circonferenza di questo cilindro.

I cilindri di lavoro (calettati con le allunghe) lavorano a frequenza maggiore inquanto hanno diametro notevolmente piu' piccoli dei cilindri di spinta.

Per quanto riguarda il filmato mi farebbe molto piacere riceverlo grazie mille, ogni idea nuova e valida e' ben accetta.

[bit]

Ciao Mario!

Manderesti anche a me il filmato? Sono incuriosito dalla cosa...

Ciao!

[Livio Orsini]

..... l'applicazione e' nel settore dei laminati ferrosi, parlo in particolare di quarti dove sviluppo il 90% del mio lavoro, cilindri di lavoro con variazioni da 100mm fino a 250mm, cilindri di spinta da 400mm fino a 800mm.

....

Potresti aggiungere ancora qualche precisazione? Ora comincio ad inquadrare meglio sia la macchina che il problema. Inizialmente ho pensato che la tua fosse una curiosità generica.

Il materiale in lavorazione è: ferro, acciaio o acciaio speciale (inox?)

Gli spessori sono ligth o heavy?

Parli di un quarto ma la descrizione potrebbe anche adattarsi ad uno skinpass.

Dici che vuoi ottenere una precisione di 1-2um e che il rumore è di tipo sinusoidale, dipendente dal cilindro di spinta, ma non ho trovato dati sulla velocità di laminazione su quella gabbia, o su quelle gabbie.

Donque riandando alle mie esperienze di siderurgia (E. MArelli, Ansaldo) e di rettifiche per cilindri (Giustina-Pomini), l'eccentricità più la rugosità del cilidro, al termine dell'operazione di rettifica, dovrebbe essere dell'ordine di 1um. E' anche vero che, statisticamente, la media delle irregolarità viene diminuita dalla specularità della coppia.

Il runore, purtroppo, non è dato tutto dalle irregolarità dei cilindri, ma anche dagli accoppiamenti e dai cuscinetti.

Pensa che il motore che aziona la mola della rettifica dei cilindri necessita di cuscinetti (bronzine) speciali proprio per ridurre il rumore.

Cercare di correggere dinamicamente gli effetti causati dal runore, anche se di tipo sinusoidale e quindi prevedibile come andamento, non è semplice, spece se le tolleraze sono quelle che hai indicato.

[simtad]

Salve Orsini, grazie per il suo intervento, dunque vediamo, il laminatoio in questione lavora 70% di ferro a basso tenore carbonio (e quindi dolce) e il rimanente 30% acciaio (no inox)

Velociata' massima cilindri di lavoro 650m/', velocita' massima lamiera processata all'incirca 720,730m/' dipende dalla riduzione applicata

Ripeto il laminatoio e' un quarto reversibile e non uno skinpass

Indubbiamente il rumore non e' dato interamente dal cilindro ma anche dai cuscinetti pero', il disturbo nel processo provocato da questi non e' niente (a meno di gravi problemi di accoppiamento) se paragonato all'effetiva eccentricita' cilindri di spinta.

Precisazione: il target di arrivare a 100um di spessore con tolleranza di +/-2 um e' stato raggiunto. Il processo per la riduzione della lamiera prevede piu' passate, il problema si riscontra maggiormente nelle prime passate cioe' con nastri dolci, a mano a mano che lo spessore si riduce, lo sa anche lei che il materiale tende ad indurire e a diventare "acciaioso".

Quando il materiale e' duro, questo rumore non riesce a trasmettersi nella lamiera ma si vede effettivamente una variazione a sinusoide delle pressioni delle spalle.

Perche' voglio compensarlo? Innanzitutto un disturbo nel sistema comporta una taratura degli altri regolatori che lavorano per lo spessore, non ottimale e quindi un decremento delle performance della macchina stessa.

In secondo luogo , mi sono trovato di fronte a tale problema varie volte, gli spessori cambiano, cambiano i materiali lavorati, le tolleranze ecc

Conclusione: ho la necessita' di qualche idea di partenza per poter generare un qualcosa che compensi tale eccentricita'

[Livio Orsini]

Il quadro ora mi è poco più chiaro. Sto rispondendo al volo e non ho fatto calcoli. Quello che segue è come se stessi pensando a voce alta.

Il primo punto da prendere in cosiderazione è: come posso compensare il disturbo? La via più semplice e redditizia dovrebbe essere quella di generare un controdisturbo sulla pressione agendo sulle capsule. Ne segue una prima domanda: la dinamica delle capsule è tale da consentire una simile regoalzione? In altri termini posso "spostare" i cilindri, agendo sulle capsule, in modo da annullare il disturbo sinusoidale? Se la risposta è positiva bisogna pensare alla rivelazione del disturbo, mentre se la risposta è negativa non vedo via d'uscita.

Come rivelatore dell'eccentricità si potrbbe ipotizzare una misura di pressione, tramite celle di carico. Non sarà facile, perchè è necessario disporre di celle sufficientemente veloci, poi sarà necessario estrarre il segnale dl rumore di fondo, che sicuramente è notevole. Però essendo il segnale di tipo preiodico e simil sinusoidale, con frequenza legata all'omega del cilindro, è abbastanza agevole con un filtraggio digitale estrarlo con buona precisione e pulizia. Una volta ottenuto un livello proporzionale all'eccentricità è abbastanza agevole costruirsi il regolatore.

In alternativa, per la misura, si potrebbe ipotizzare l'uso di calibri laser sulla periferia dei cilindri.

Seguono ora alcune domande.

Essendo il disturbo di tipo sinusoidale, questo dovrebbe variare di ampiezza in funzione della fase relativa delle coppie dei cilindri. Ci sono dati relativi alle varie coppie di cilindri ed ad eventuali vairazioni della fase della medeisma coppia?

Con il consumo dei cilindri, tra cilindro appena montato e cilindro prossimo alla rettificatura, c'è variazione di ampiezza del disturbo? Dovrebbe, a rigor di logica, ridursi .

Da ultimo, ma non meno importante, economicamente il gioco vale la candela?

[simtad]

Salve Orsini, iniziero' per ordine a rispondere alle sue conclusioni:

Si, il sistema permette una regolazione molto precisa, posso muovere il cilindro con variazioni minime di 1um e controllarlo a mio piacere, anche la dinamica del sistema risponde bene, riesco a effettuare variazioni di posizione controllate senza overshot dell'ordine di 30/40um in 1/2ms.

Si , in funzione di varie coppie cilindri di spinta ho "rumori" differenti, piu' o meno accentuati (80% dei cilindri di spinta ha eccentricita' praticamente nulla). Parlo di cilindri di spinta ma ritengo che percentualmente anche altre parti collegate mecanicamente a tali cilindri portino ad aumentere tale rumore.

Non ho bisogno di calibri laser inquanto il sistema permette regolazioni molto fini.

Per quanto riguarda la domanda "...a cilindro consumato l'eccentricita' diminuisce...." non sempre, mi spiego meglio, certe volte l'eccentricita' tende un po a diminuire, altre rimane stabile o cambia praticamente pochissimo.

Secondo l'esperienza che mi sto' facendo qui, il cilindro scaldandosi tende a "perdere" l'eccentricita' che "rovina" il sistema, ma questa permane nel sistema.

[Livio Orsini]

Dalle risposte sembrerebbe quasi banale effettuare la correzzione: il sistema risposnde olto più velocemente del disturbo, il disturbo può essere misurato con precisione, quindi è sufficiente retroazionare il sistema, magari basandosi più sulla derivata dell'errore che sull'errore vero e proprio.

Mi sembra strano, comunque, che con l'usura non diminuisca il disturbo causato dall'eccentricità. Però non avendo una visione diretta della macchina e del materiale non voglio azzardare ipotesi.

[simtad]

Salve Orsini, innanzitutto grazie per le risposte.

No non e' banale visto che ci sto' ancora lavorando, sfugge ancora qualcosa al controllo, sto' provando due idee che mi sono venute in mente e che ho sviluppato qui in cantiere rileggendo le sue risposte, le comunichero' i risultati se riesco a raggiungere i target che mi sono prefissato. Grazie ancora

Se le venissero in mente a lei o a qualsiasi altra persona altre idee sarebbero ben accette.

[Livio Orsini]

Ho scritto "sembrerebbe quasi banale" proprio per la ragione che se lo fosse veramente il problema ..non esisterebbe.

Mi farebbe piacere avere un'idea di massima sulle soluzioni impiegate e sui risultati ottenuti: è una curiosità intellettuale perchè è un pezzo che ho smesso di occiparmi di problemi siderirgici.