Измерение усилия прокатки необходимо для определения действительного запаса прочности деталей и узлов прокатного стана, правильной загрузки главного электродвигателя, оценки точности готового проката и т. д. Рабочая клеть является упругой системой. Измерение усилия прокатки связано с измерением упругих деформаций деталей рабочей клети. Упругая деформация металлического образца площадью поперечного сечения S и длиной I при действии силы P согласно закону Гука равна AI=PlfSE, где E — модуль упругости материала образца.
Деформация растяжения или сжатия образца пропорциональна приложенной силе. Следовательно, если каким-то способом замерить деформацию детали прокатного стана, то однозначно можно определить действующее усилие прокатки.
Станина рабочей клети прокатного стана представляет собой жесткую упругую раму (рис. 122,а), стойки которой подвергаются в процессе работы растяжению усилием Р/4 и изгибу реактивным моментом M0. Если измерение деформаций стойки производить по нейтральной оси, проходящей через центры тяжести сечений стойки, то деформация будет определяться только значением растягивающего усилия Р/4. Измерение деформации стойки станины производят при помощи индикаторной головки с ценой деления 1 мкм. При нагружении стойки станины силой Р/4 станина на базовой длине измерения /б получит удлинение А/б и торец стержня получит перемещение относительно верхнего кронштейна, равное А/б. При перемещении стержня в процессе нагру – жения стойки станины штифт индикаторной головки будет следовать за стержнем. При известном удлинении стойки Д/б определяется усилие прокатки: P=(4SEf //б) А/б.
Рис. 122. Схема измерения усиления прокатки при помощи механического тензометра (а), тензодатчик сопротивления (б)
Измерение деформаций деталей прокатного стана, пресса, волочильной машины производится при помощи тензодатчиков. Метод основан на изменении электрического сопротивления датчиков при их совместной деформации с исследуемой деталью. Датчик сопротивления выполняется в виде плоской спирали (рис. 122,6) из проволоки или фольги. Значительно большей чувствительностью отличаются датчики, изготовленные из полупроводниковых материалов. Датчики закрепляются на поверхности исследуемой детали при помощи клея. После термической обработки тонкая клеевая прослойка хорошо передает перемещение точек поверхности детали датчикам. Датчики наклеиваются на упругие элементы. Элементы, выполненные в виде пустотелых, сплошных цилиндров или балок равного момента сопротивления изгибу, устанавливают между подушкой прокатного валка и нажимным винтом. На поверхности упругого элемента наклеивается несколько датчиков (четыре, восемь и т. д.), которые соединяются в измерительный мост Уитстона. Тензометрические датчики в некоторых случаях наклеивают на детали металлургических машин, например валок.
На выходе сбалансированного моста Уитстона после нагружения появится ток, пропорциональный приложенному усилию. Сила тока, пропорциональная усилию, измеряется стрелочным прибором или записывается на осциллографе на фотопленку (фотобумагу). Имея зависимость силы тока от усилия, представляется возможным определять неизвестное усилие по силе тока в измерительной диагонали моста.
17—398