МНОГОДВИГАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД МНОГОКРАТНОГО ПРЯМОТОЧНОГО ВОЛОЧИЛЬНОГО СТАНА Российский патент 2000 года по МПК H02P5/46 B21B35/00 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам управления многодвигательными электроприводами, и может быть использовано в волочильном производстве, а именно в прямоточных волочильных станах по изготовлению порошковой проволоки.

Известен многодвигательный агрегат непрерывной обработки материала, содержащий электродвигатели постоянного тока, связанные между собой через обрабатываемый материал, датчики скорости каждого электродвигателя подключены к устройству выделения максимального сигнала, выход которого подключен к первому входу ограничителя, к второму входу ограничителя подключен через ключ задатчик рабочего напряжения якорных обмоток электродвигателей, соединенных параллельно, выход ограничителя подключен к первому входу регулируемого источника напряжения якорных обмоток, к второму входу которого подключен задатчик заправочного напряжения, задатчик минимального тока возбуждения подключен к первым входам регулируемых источников напряжения обмоток возбуждения, а на вторые входы подключены соответствующие корректоры, первые входы корректоров подключены к соответствующим датчикам тока якорных обмоток, вторые входы корректоров объединены и подключены к задатчику загрузки. (Авторское свидетельство СССР N 1064850, H 02 P 5/46, 1991 г.).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является многодвигательный электропривод многократного прямоточного волочильного стана, содержащий электродвигатели, связанные между собой через обрабатываемый материал и снабженные датчиками тока якоря и датчиками частоты вращения, соединенными с входом блока выделения максимального сигнала, выход которого подключен к первому входу блока ограничения, к другому входу которого подключен задатчик рабочего напряжения, а к выходу - первый вход регулируемого источника напряжения, выход которого соединен с якорями электродвигателей, а второй вход - с задатчиком заправочного напряжения, задатчик минимального тока возбуждения, соединенный с первыми входами регулируемых источников напряжения возбуждения, подключенных к обмоткам независимого возбуждения электродвигателей, вторые входы которых подключены к корректорам, первый вход каждого из которых связан с датчиком тока якоря соответствующего электродвигателя, а вторые входы корректоров объединены и подключены к задатчикам загрузок, датчик напряжения, подключенный к выходу регулируемого источника напряжения якорей электродвигателей, регулятор переключения структуры системы автоматического регулирования и два диодных ключа, один из которых соединен с выходом датчика напряжения, другой - с выходом регулятора переключения структуры системы автоматического регулирования, вход которого соединен с выходом блока выделения максимального сигнала, а выходы обоих ключей объединены и подключены к третьему входу регулируемого источника напряжения якорей электродвигателей. (Авторское свидетельство СССР N 1166649, H 02 P 5/46, 1991 г.).

Недостатками известных устройств является то, что необходима ручная подстройка токов возбуждения электродвигателей с помощью задатчика загрузки после заправки волочильного стана, для того чтобы величина натяжения проволоки (противонатяжение) перед входом в волоки была в пределах от 0 до 10% от величины силы волочения, но визуально величину противонатяжения определить трудно, поэтому ее устанавливают близкой к нулю при величине противонатяжения значительно большей нуля, (в пределах от 30-50% от величины силы волочения, что имеет место при волочении сплошной проволоки) будет происходить обрыв проволоки из-за низкого коэффициента запаса прочности порошковой проволоки при волочении, а при величине противонатяжения, равной нулю и меньшей нуля, происходит образование петли проволоки перед входом в волоку, что вызывает ее проскальзывание на барабане и значительный износ барабана. Барабан эксплуатируется не более 200-400 часов и в дальнейшем заменяется на новый. Подстройка токов возбуждения требуется также и в тех случаях, когда изменяются величины параметров заготовки (ленты). Так при увеличении величины предела прочности, заготовки или ее поперечного сечения величина противонатяжения увеличивается, что может вызвать обрыв проволоки, а при их уменьшении - величина противонатяжения уменьшается до нуля и при этом происходит образование петель, т.е. проскальзывание проволоки на барабанах, а это вызывает их износ. Кроме того, образование петель сопровождается раскрытием шва порошковой проволоки и частичным высыпанием порошка, а изменение коэффициента заполнения проволоки порошком также ухудшает качество готовой продукции. Таким образом, при работе на прямоточном волочильном стане, оснащенном электроприводом без автоматической подстройки токов возбуждения оператор должен обладать очень высокой квалификацией и постоянно следить за технологическим процессом и своевременной подстройкой токов возбуждения для исключения возможных обрывов проволоки или образования петель.

Задача и технический результат предлагаемого изобретения заключается в том, чтобы разработать конструкцию многодвигательного электропривода многократного прямоточного волочильного стана, позволяющего автоматизировать процесс задания величины противонатяжения, обеспечивающую ее стабилизацию.

Задача и технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что в известном многодвигательном электроприводе многократного прямоточного волочильного стана, содержащем электродвигатели, связанные между собой через обрабатываемый материал и снабженные датчиками тока якоря и датчиками частоты вращения, соединенными с входом блока выделения максимального сигнала, выход которого подключен к первому входу блока ограничения, к другому входу которого подключен задатчик рабочего напряжения, а к выходу - первый вход регулируемого источника напряжения выходом соединенного с якорями электродвигателей, а второй вход - с задатчиком заправочного напряжения, датчик напряжения подключен к выходу регулируемого источника напряжения якорей электродвигателей, а один из двух диодных ключей соединен о выходом датчика напряжения, другой - с выходом регулятора переключения структуры системы автоматического регулирования, вход которого соединен с выходом блока выделения максимального сигнала, а выходы обоих диодных ключей объединены и подключены к третьему входу регулируемого источника напряжения, входы регулируемых источников напряжения возбуждения, подключенные выходами к обмоткам независимого возбуждения электродвигателей, подключены к корректорам, первый вход каждого из которых связан с датчиком тока якоря соответствующего электродвигателя, в него дополнительно введен датчик натяжения заготовки, выход которого одновременно соединен с первым входом блока деления, с блоком памяти и вторым входом блока сравнения, на первый вход которого подключен выход блока памяти, а выход блока сравнения одновременно подключен к входу задержки и первым входам негативной и позитивной схем И, на вторые входы которых подключен выход блока задержки, выходы негативной и позитивной схем И подключены к первому реле времени, второй вход блока деления подключен к выходу блока памяти, а выход блока деления через замыкающие контакты первого реле времени подключен к соответствующим блокам умножения, второй вход блоков умножения подключен к выходу формирователя напряжений, соответствующих умножению на единицу и меньше, а третьи входы блоков умножения через блоки памяти и замыкающие контакты второго реле подключены к выходу сумматора, а выходы блоков умножения через замыкающие контакты второго реле подключены ко вторым входам корректоров, на эти же входы корректоров через замкнутые контакты второго реле подключены выходы сумматоров, на первые входы сумматоров подключен задатчик напряжения, соответствующего заданию номинального тока возбуждения, а на вторые входы сумматоров - задатчик напряжения обратного знака, входы вторых реле подключены к выходам узлов сравнения, на первый вход которых подключен задатчик напряжения, соответствующий номинальному току якоря, а на вторые входы блоков сравнения подключены выходы соответствующих датчиков токов якорей электродвигателей.

Введение в многодвигательный электропривод устройства автоматического запоминания задания на ток возбуждения, соответствующий реальной загрузке электродвигателей при заправке, при номинальном токе якоря, позволяет формировать задания на токи возбуждения, соответствующие реальным нагрузкам каждого блока и устанавливать с помощью формирователя напряжений нормированные величины противонатяжения, а введение датчика натяжения заготовки и устройства для определения изменения ее величин параметров позволяет вносить корректирующие сигналы, пропорциональные этим изменениям величин параметров заготовки, все это позволяет стабилизировать величину противонатяжений на заданном уровне, и исключить обрывы проволоки из-за чрезмерного повышения величин противонатяжений и повысить производительность волочильного стана, кроме того, исключить проскальзывание проволоки на барабанах, повысить их стойкость, исключить изгибы проволоки, раскрытие шва и высыпание порошка из проволоки, тем самым повысить качество готовой проволоки, а также облегчить работу оператора.

На чертеже представлена схема многодвигательного электропривода многократного прямоточного волочильного стана.

Многодвигательный электропривод содержит электродвигатели 1, связанные между собой с помощью обрабатываемого материала и снабженные датчиками 2 тока якоря и датчиками 3 частоты вращения, соединенными с входом блока 4 выделения максимального сигнала, выход которого подключен к первому входу блока ограничения 5, к другому входу которого подключен задатчик 6 рабочего напряжения, а к выходу - первый вход регулируемого источника 7 напряжения, выходом соединенный с якорями электродвигателей 1, а также с входами датчика 8 напряжения, выход датчика 8 напряжения подключен к диодному ключу 9, выход которого объединен с выходом другого ключа 10 и подключен к второму входу регулируемого источника 7 напряжения, а третий вход регулируемого источника 7 напряжения соединен с выходом задатчика 11 заправочной скорости, на вход диодного ключа 10 подключен выход регулятора 12 переключения структуры системы автоматического регулирования, а его вход соединен с выходом блока 4 выделения максимального сигнала, выходы датчиков 2 токов якорей соединены с первыми входами соответствующих корректоров 13, выход которых соединен с входом регулируемого источника 14 напряжения возбуждения, подключенных к обмоткам 15 независимого возбуждения электродвигателей 1, выход датчиков 2 токов якорей соединены также с первыми входами соответствующих узлов 16 сравнения, на вторые входы которых подключен задатчик 17 напряжения, соответствующего номинальному значению тока якоря, а выходы узлов 16 сравнения соединены со входами вторых реле 18; на вторые входы корректоров 13 через размыкающие контакты 19 вторых реле 18 подключены выходы сумматоров 20, на первые входы сумматоров 20 подключен задатчик 21 напряжения соответствующего заданию номинального тока возбуждения, а на вторые входы сумматоров 20 через размыкающие контакты 22 педали заправочной скорости (на чертеже не показаны) подключены выходы задатчиков 23 тока возбуждения с обратным знаком; выходы сумматоров 20 через замыкающие контакты 24 вторых реле 18 подключены к входам блоков 25 памяти, а выходы блоков 25 памяти подключены к первым входам блоков 26 умножения. Ко вторым входам блоков 26 умножения подключены формирователи 27 напряжений, соответствующих умножению на единицу и меньше, а выходы блоков 26 умножения через замыкающие контакты 28 вторых реле 18 подключены ко вторым входам соответствующих корректоров 13, на третьи входы блоков 26 умножения через разомкнутые контакты 29 первого реле 30 времени подключен выход блока 31 деления; выход датчика 32 натяжения заготовки одновременно подключен к первому входу блока 31 деления, к входу блока 33 памяти и второму входу блока 34 сравнения, а выход блока 33 памяти одновременно подключен к первому входу блока 34 сравнения и второму входу блока 31 деления, выход блока 34 сравнения одновременно соединен с входом блока 35 задержки и первыми входами негативной 36 и позитивной 37 схем И, выходы которых соединены с входами первого реле 30 времени, а на вторые входы негативной 36 и позитивной 37 схем И подключен выход блока 35 задержки. Электродвигатели 1 через редукторы 38 соединены с волочильными барабанами 39, которые протягивают проволоку 40 через волоки 31. Датчик 32 смонтирован в петле-регуляторе и связан с роликом 42, подвижный (в вертикальной плоскости) ролик 43 терморегулятора связан с датчиком петли (на чертеже не показан), который вместе с системой управления электроприводом размотки (на чертеже не показана) обеспечивает согласование скоростей размотки и волочильного стана. Лента 44 после петлерегулятора поступает в формующее устройство 45.

Устройство работает следующим образом.

Лента 44 с разматывающего устройства протягивается через петлерегулятор, формующее устройство 45, в котором формируется трубчатая заготовка и заполняется порошком. При заправке первого по ходу волочения барабана 39 порошковая проволока 40 протягивается через волоку 41 и зацепляется клещами, укрепленными на барабане 39. Включается режим заправки. Оператор нажимает педаль (на чертеже не показана) заправки первого блока, при этом сигнал с задатчика 11 заправочной скорости поступает на вход регулируемого источника 7 напряжения. Выходное напряжение источника 7 увеличивается и с датчика 8 напряжения через диодный ключ 9 на вход регулируемого источника 7 напряжения поступает сигнал отрицательной обратной связи по напряжению. Ток якоря электродвигателя 1 первого блока плавно увеличивается. Одновременно с нажатием на педаль заправочной скорости первого блока на вход регулируемого источника 14 напряжения возбуждения через корректор 13, замкнутые контакты 19 второго реле 18 через сумматор 20 поступает напряжение, соответствующее заданию номинального тока возбуждения с задатчика 21 напряжения. Ток возбуждения устанавливается на номинальном значении. Одновременно на второй вход сумматора 20 через замкнутые контакты 22 педали заправки с задатчика 23 тока возбуждения начинает поступать напряжение противоположного знака (по отношению к напряжению, поступаемому с задатчика 21 напряжения) и плавно возрастающее от нуля. После достижения тока якоря значения, определяющего момент загрузки электродвигателя 1 (при номинальном токе возбуждения), он плавно начинает вращаться и наматывать проволоку на барабан 39. При этом значение тока якоря будет значительно меньше номинального (так как при управлении электродвигателями 1 по полю их номинальная мощность завышается на 25-30% по отношению к максимальной нагрузке). Одновременно с этим продолжает плавно увеличиваться напряжение на задатчике 23 тока возбуждения, это вызывает уменьшение напряжения на выходе сумматора 20 и тока возбуждения в обмотке 15 возбуждения и одновременному увеличению тока якоря. При достижении тока якоря электродвигателя 1 номинального значения на выходе узла 16 сравнения появится сигнал, включающий второе реле 18, так как на второй вход узла 16 сравнения поступает напряжение с задатчика 17 напряжения, соответствующее номинальному значению тока якоря. При включении второго реле 18 замыкаются его замыкающие контакты 24, блоком 25 памяти запоминается значение напряжения задания, поступающее в этот момент с сумматора 20. Запомненное значение напряжения с выхода блока 25 памяти поступает на вход блока 26 умножения, на второй вход которого с формирователя 27 поступает напряжение, соответствующее умножению на единицу. На выходе блока 26 умножения появляется сигнал, равный по величине сигналу, который имел место на выходе сумматора 20. Этот сигнал поступает на вход корректора 13 через замкнувшиеся контакты 28 второго реле 18, а замкнутые контакты 19 второго реле 18 размыкаются и отключают выход сумматора 20 от входа корректора 13. Запомненное значение напряжения блоком 25 памяти будет сохраняться до следующей заправки. После набора необходимого количества витков на барабане 39 оператор останавливает барабан 39 и начинает заправку следующего барабана 39. Формирователь 27 первого блока оставляется в том же положении, если величина противонатяжения перед второй волокой 41 устанавливается равной нулю, или переводится в положение, при котором выходное напряжение будет соответствовать умножению на величину, меньшую единице, т.е. создается недостаток момента на первом электродвигателе 1, который будет компенсироваться при волочении проволоки электродвигателем 1 второго блока. Таким образом, имеется возможность задания нормированных величин противонатяжений. Заправка последующих блоков проводится аналогично. После окончания заправки волочильного стана переключатель режимов работы переводится из положения "режим-заправка" в положение "режим-работа" при этом блокируются контакты 28 второго реле 18 и сигнал с блока 26 умножения постоянно поступает на вход корректора 13. При запуске волочильного стана на рабочую скорость сигнал от задатчика 6 рабочей скорости поступает на вход блока ограничения 5, а с его выхода - на вход регулируемого источника 7, напряжение плавно увеличивается с интенсивностью установленной задатчиком 6 рабочей скорости. Начинается процесс волочения. По мере разгона волочильного стана увеличивается частота вращения датчиков 3 и сигнал поступает с входа блока 4 выделения максимального сигнала на вход регулятора 12 переключения структуры системы автоматического регулирования. Когда величина напряжения на выходе ключа 10 будет больше величины напряжения отрицательной обратной связи по напряжению с датчика 8 напряжения, ключ 9 закрывается, а на вход регулируемого источника 7 будет поступать сигнал отрицательной обратной связи по частоте вращения. Система переходит с регулирования напряжения якорных обмоток электродвигателей 1 на регулирование скорости волочения. Регулятор 12 переключения структуры системы автоматического регулирования определяет уровень сопряжения сигнала отрицательной обратной связи по напряжению с сигналом отрицательной обратной связи по скорости и переход с регулирования напряжения на регулирование скорости. В процессе волочения проволоки 40 датчик 32 натяжения ленты постоянно измеряет натяжение ленты 44. Текущее значение напряжения на выходе датчика 32 натяжения, пропорциональное натяжению ленты 44, поступает с датчика 32 натяжения на вход блока 34 сравнения, в блоке 34 сравнения текущее значение натяжения сравнивается с запомненным в процессе заправки значением натяжения, результат сравнения поступает на блок 35 задержки и первые входы негативной 36 и позитивной 37 схем И. Одновременно текущее значение натяжения ленты 44 с датчика 32 натяжения поступает на вход блока 31 деления, где производится деление текущего значения натяжения на значение натяжения, запомненное в процессе заправки стана. Значение натяжения ленты 44 пропорционально ее пределу прочности σ_в и ее геометрическим размерам, т. е. площади поперечного сечения S. Сила волочения трубчатой заготовки определяется по следующей формуле: (И.А.Юховец. Волочильное производство. - М.: Металлургия, 1965, стр. 92)

где α - угол волоки; f - коэффициент трения, ε - относительное изменение диаметра заготовки и готовой трубы; σ_вcp - среднее значение предела прочности до и после волочения; S₁ - площадь конечного сечения трубы.

Таким образом, сила волочения пропорциональна пределу прочности и площади поперечного сечения, измеряя натяжение ленты 44, которое также пропорционально пределу прочности и площади поперечного сечения, можно получать информацию об изменениях параметров заготовки и вносить в систему управления корректирующие сигналы.

При изменении величины натяжения, например ее увеличении, ленты 44, измеренной датчиком 32 натяжения в результате деления текущего значения величины натяжения ленты 44 на значение вличины, запомненной в процессе заправки, получим на выходе блока 31 деления результат больше единицы. Одновременно на выходе блока 34 сравнения получим значение положительного сигнала, который поступает на входы позитивной 37 и негативной 36 схем И и блока 35 задержки, который предназначен для исключения коррекции кратковременных изменений натяжения ленты 44, например, прохождения места сварки ленты 44. Далее, если величина натяжения ленты 44 остается также больше запомненного значения, с выхода блока 35 задержки положительный сигнал поступает на входы позитивной 37 и негативной 36 схем И. На выходе позитивной 37 схемы И появится сигнал, который поступает на первое реле 30 времени. Первое реле 30 времени срабатывает и через контакты 29 подключит выход блока 31 деления, на выходе которого значение напряжения, соответствующее умножению на величину, большую единицы, к входу множительного блока 26. Это соответствует тому, что задание на ток возбуждения, поступающее с блока 25 памяти через корректор 13 на вход регулируемого источника 14 увеличивается пропорционально изменению параметров заготовки. Аналогично предлагаемое устройство работает при уменьшении величины натяжения ленты 44. В этом случае негативная 36 схема И включит первое реле 30 времени, которое подключит выход блока 31 деления, на выходе которого будет значение напряжения, соответствующее умножению на величину, меньшую единице, через контакты 29 к множительному блоку 26.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет вносить корректирующие сигналы при изменении величин параметров заготовки, обеспечивает задание и поддержание величины противонатяжения на заданном уровне, что позволяет исключить обрывы проволоки из-за чрезмерного увеличения величины противонатяжения и тем самым повысить производительность волочильного стана, исключить проскальзывание проволоки на барабанах, что повышает стойкость барабанов, исключить расширение шва порошковой проволоки и высыпание порошка, что улучшает качество готовой проволоки, автоматизация процесса задания величины противонатяжения и настройки работы волочильного стана облегчает работу оператора.

Изобретение может быть использовано в прямоточных волочильных станах по изготовлению порошковой проволоки. Электропривод содержит электродвигатели, связанные между собой через обрабатываемый материал. Дополнительно введен датчик натяжения заготовки, выход которого одновременно соединен с входом блока деления, с блоком памяти и также входом блока сравнения, на вход которого подключен выход блока памяти, а выход блока сравнения одновременно подключен к входу задержки и первым входам негативной и позитивной схем И, на вторые входы которых подключен выход блока задержки, выходы негативной и позитивной схем И подключены к первому реле времени, второй вход блока деления подключен к выходу блока памяти, а выход блока деления через контакты первого реле времени подключен к соответствующим блокам умножения, второй вход блоков умножения подключен к выходу формирователя напряжений, соответствующих умножению на единицу и меньше, а третьи входы блоков умножения через блоки памяти и контакты второго реле подключены к выходу сумматора, а выходы блоков умножения через контакты второго реле подключены к вторым входам корректоров, на эти же входы корректоров через контакты второго реле подключены выходы сумматоров, на первые входы сумматоров подключен задатчик напряжения, соответствующего заданию номинального тока возбуждения, а на вторые входы сумматоров - задатчик напряжения обратного знака, входы вторых реле подключены к выходам узлов сравнения, на первый вход которых подключен задатчик напряжения, соответствующего номинальному току якоря, а на вторые входы блоков сравнения подключены выходы соответствующих датчиков токов якорей электродвигателей. Технический результат - обеспечение автоматизации процесса задания величины противонатяжения и повышение производительности волочильного стана. 1 ил.

Многодвигательный электропривод прямоточного волочильного стана, содержащий электродвигатели, связанные между собой через обрабатываемый материал, снабженные датчиками тока якоря и датчиками частоты вращения, соединенными с входом блока выделения максимального сигнала, выход которого подключен к первому входу блока ограничения, к другому входу которого подключен задатчик рабочего напряжения, а к выходу - первый вход регулируемого источника напряжения, выходом соединенного с якорями электродвигателей, а второй вход - с задатчиком заправочной скорости, датчик напряжения подключен к выходу регулируемого источника напряжения якорей электродвигателей, а один из двух диодных ключей соединен с выходом датчика напряжения, другой - с выходом регулятора переключения структуры системы автоматического регулирования, вход которого соединен с выходом блока выделения максимального сигнала, а выходы обоих диодных ключей объединены и подключены к третьему входу регулируемого источника напряжения, входы регулируемых источников напряжения возбуждения, подключенные выходами к обмоткам независимого возбуждения электродвигателей, подключены к корректорам, первый вход каждого из которых связан с датчиком тока якоря соответствующего электродвигателя, отличающийся тем, что в него дополнительно введен датчик натяжения заготовки, выход которого одновременно соединен с первым входом блока деления, с блоком памяти и вторым входом блока сравнения, на первый вход которого подключен выход блока памяти, а выход блока сравнения одновременно подключен к входу блока задержки и первым входам негативной и позитивной схем И, на вторые входы которых подключен выход блока задержки, выходы негативной и позитивной схем И подключены к первому реле времени, второй вход блока деления подключен к выходу блока памяти, а выход блока деления через замыкающие контакты первого реле времени подключен к соответствующим блокам умножения, второй вход блоков умножения подключен к выходу формирователя напряжений, соответствующих умножению на единицу и меньше, а третьи входы блоков умножения через другие блоки памяти и замыкающие контакты второго реле подключены к выходу сумматора, а выходы блоков умножения через замыкающие контакты второго реле подключены ко вторым входам корректоров, на эти же входы корректоров через размыкающие контакты второго реле подключены выходы сумматоров, на первые входы сумматоров подключен задатчик напряжения, соответствующего заданию номинального тока возбуждения, а на вторые входы сумматоров - задатчик напряжений обратного знака, входы вторых реле подключены к выходам узлов сравнения, на первый вход которых подключен задатчик напряжения, соответствующего номинальному току якоря, а на вторые входы узлов сравнения подключены выходы соответствующих датчиков тока якорей электродвигателей.