Электропривод отрезного устройства Советский патент 1983 года по МПК B23D25/16 

Изобретение относится к машинос роению, в частности к конструкции оборудования для обработки давлением, Известен электропривод отрезног устройства, содержащий электродвигатель постоянного тока, блок управ ления и датчики перемещения изделия и положения отрезного устройства, а также датчик окончания реза l . Известный электропривод.характеризуется большими потерями энергии в переходных режимах из-за отсутствия оптимизации скоростных режимов работы электропривода. Пель изобретения - повышение КОД привода за счет оптимизации скорост ных режимов. Для достижения цели электроприво отрезного устройства, содержгидий электродвигатель постоянного тока, блок 5травления и датчики переметден изделии и положения отрезного уст ройства, а -также датчик окончания реза, снабжен ограничителем сигнало обратного хода, квадратором, двумя регистрами и двумя пифроаналоговыми преобразователями, причем входы ограничителя сипналрв обратного хода соединены с выходами квгщратора и обоих цифроаналоговы с преобразовате лей, входы которых связаны с выходами обоих регистров, соединенных своими входами с блоком управле ния и датчиком окончания реза, причем блок управления соединен сво им выходом с электродвигателем, а входами - с указанными тремя датчиками у. ограничителем сигналов обратного хода. На фиг.1 приведена функциональная с.хема предлагаемого электропри вода; на фиг.2 - диаграммы скоростей; на фиг.З и 4 - структурно-прин гипиальные схемы позиционного регулятора, входящего в состав блока уп равления электроприводом. Электропривод содержит рабочий орган 1 устройства с электродвигате лем 2 продольного хода, импульсный датчик 3 положения рабочего органа и датчик 4 окончания реза; а также изделие 5, перемещение которого контролируется с помощью импульсног датчика 6. Электродвигателем 2 управляет блок 7 управления, содерл:ащий последовательно соединенные задатчик 8 мерных длин сумматор 9, счетчик 10, позиционный регулятор 11 и схему 12 управления скоростью электродвигателя 2. Датчик 6 перемещения изделия 5 соединен со счетHbW входом счетчика 10, а через преобразователь 13 частота-напряжение - со входом позииионного регулятора 11. Датчик 3 перемещения рабочего органа отрезного устройства .1, имеющий два выхода, соответствующие направлениям движения отрезного устройства 1 вперед и назад, соединен со счетными входс1МЦ + и -счетчика 14, а через преобразователь 15 частота-напряжение по схеме отрицательной обратной связи со входом схемы 12 управления скоростью электродвигателя 2. С С-входом счетчика 10 соединен командный блок 16, который также соединен с позиционным регулятором 11, с датчиком 4 окончания реза и с выходс 1 счетчика 14. Oгpaн rчитeль 17 сигналов обратного хода, выход которого связан со входом позиционного регулятора 11 блока 7 управления, обеспечивает ограничение выходного сигнала регулятора при обратном ходе рабочего органа 1 огрезного устройства на уровг не, соответствующем минимально допустимой скорости обратного хода его в данном п.икле реза. Ограничитель 17 содержит интегратор 18 и связанные с ним сумматор 19, множительно-делительное звено 20, квадратор 21, а также сумматор 22, связанный со входом множительно-делительного звена SO. Выход последнего, а также выход квадратора 21 связаны со входами сумматора 19. Ко входу множительно-делительного звена 20 подключен выход преобразователя 13 частота-напряжение блока 7 управления. Ко входам сумматоров 19 и 22 подключен выход квадратора 23, вход которого связан с преобразователем 13 частота - напряжение. Кроме того, ко входу сумматора 19 подключен выход цифроаналогового преобразователя 24, а ко входу сумматора 22 выход цифроаналогового преобразователя 25. Да вход сумматора 22 подается также постоянный сигнал. Ко входам гифроаналоговых преобразователей 24 и 25 подключены соответственно выходы регистров 26 и 27, D-ВХОДЫ которых связаны соответственно с выxoдal « счетчика 14 и сумматора 9, а С-входы - с датчиком 4 окончания Позиционный регулятор 11 имеет входы 28-33, выходы 34 и 35 и содержит (фиг.З) последовательно включенные селектор 36 сигналов, на второй вход которого подается нулевой сигнал, сумматор 37, пифроаналоговый преобразователь 38, нелинейный преобразователь 39, к выходу подключены усилительные блоки 40 и 41. Второй вход блока 41 подключен ко вхоу 28 регулятора 11, к остальным входам которого плдключены: ко входу 29 - второй вход селектора 36 сигналов; ко входу 30 - второй вход сумматора 37; ко входу 31 - трети вход

селектора 36 сигналов и третий вход усилительного блока 41; ко входу 32 второй вход блока 40; ко входу 33 третий вход блока 40. Выходы 34 и 35 регулятора 11 подключены к выходам усилительных блоков 40 и 41 соответственно.

На фиг.4 представлена схема усилительньк блоков 40 и 41, в состав которых входят соответственно операционные усилители 42 и 43 с входными резисторами 44 и резисторами 45 обратной связи. Параллельно резисторам 45 обратной связи включены бесконтактные ключи 46 и 47 соответст-венно, а также у блока 40 - управляемое звено 48 ограничения, у блока 41 - диод 49.

Звено ограничения обеспечивает ограничение выходного сигнала усилительного блока 40 и управляется выходным сигналом ограничителя 17. Диод 49 пропускает выходной сигнал усилительного блока 41 одной полярности и шунтирует .блок 41 при появлении выходного сигнала противополог ной полярности.

Бесконтактные ключи 46 и 47 предназначены для шунтирования (отключения) усилительных блоков 40 и 41 соответственно при подаче сигнала на управляющие входы ключей (входы 31 и 32 Е егулятора 11).

Нелинейный преобразователь 39с параболлической характеристикой позиционного регулятора 11 предназначен для оптимальной отработки заданных перемещений отрезного устройства 1 при включении его на рез и возврата в исходное положение.

Работа электропривода происходит следующим образом.

I В точке а фиг. 2 позииионн.1М регулятором 11 осуществляется слежение за перемещением линии реза на изделии 5 с помощью датчика 6 и счетчика 10, в KOTOptif в момент окончания реза от задатчика 8 через сумматор 9 по команде блока 16 вводится начальное положение линии относительно исходного положения рабочего органа 1 отрезного устройства. Слежение за перемещением рабочего органа 1 осуп1ествляется с помощью датчика 3 и счетчика 14, для чего в схему 12 управления подается сигнал на разгон электродвигателя 2 отрезного устройства из исходного положения для синхрониза: ии положения и скорости рабочего органа 1 отрезного устройства и линии реза на изделии 5.

В точке S фиг.2 достигается соответствие положений рабочего органа 1 отрезного устройства и линии реза на изделии 5, а также синхронизаг.ия их скоростей и начинается процесс отрезания мерной д ины изделия

Длительность процесса резания зависит от размеров поперечного сечения изделия 5 или характеристик его материала. Этим соответственно определяется величина перемещения изделия 5 и отрезного устройства 1 за время реза. Поскольку поперечное сечение изделия 5 или прочность его .материала могут изменяться в различных пиклах реза, то соответственно может изменяться и величина хода рабочего органа 1 отрезного устройства На фиг.2 показано, что процесс отрезания мерной длины заканчивается в точке Ь или Б;) . Во втором случае изделке имеет меньшее поперечное сечение, чем в первом. В точках Ъ или Ь срабатывает датчик 4 окончания реза.

По сигналу датчика 4 кс андный блок 16 выдает сигнал на вход 31 позипионного регулятора 11 и снимает сигнал с его входа 32. При этом селектор 36 сигналов отключает от входа сумматора 37 выход счетчика 10 и подключает ко входу сумматора 37 задающий нулевой сигнал. Включается ключ 47 и шунтируется усилитель 43 - усилительный блок 41 и выход 35 позиционного регулятора 11 выводятся иэ работы, отключается ключ 46 - к блоку 12 подключается выход 34 позиционного регулятора 11 т.е. вводится в работу усилительный блок 40.

Поскольку ко входу сумматора-37 позиционного регулятора 11 подключен задающий нулевой сигнал, что соответствует заданию исходного положения рабочего органа 1 отрезного устройства, а последний не находится в исходном положении - выходной сигнал, счртчика 14, подаваемый к сумматору 37, не нулевой, выход1 ной сигнал усилительного блока 40 1И позиционного регулятора 11, подаваемый к блоку 12 управления в точке Ь или Ь, Лиг.2, обеспечивает реверс электродвигателя 2 для возврата рабочего органа 1 в исходное положение. Одновременно по команде блока 16 в счетчик 10 от сумматора 9 вводится число

1р 1„-1„, (1)

где Ьр - начальное расстояние лоследующей линии реза на изделии 5 относительно исходного положения рабочего орга отрезного устройства 1 (в точке Ь или &( ) ; Lщ - мерная длина изделия 5, задаваемая задатчиком 8; Lп - текущее расстояние рабочег органа 1 отрезного устройсва относительно своего исх ного положения в точке Ь или bi , измеряемое счетчиком 14 .

Кооме того, по сигналу датчика 4 в регистры 26 и 27 вводятся числа соответственно L от счетчика 14 и LP от суг.матора 9. На фиг. 2 величина ,L соответствует площади фигурыаб&Ь либо а ЬЬ, Ь , а величина Lp - площад Фигури Ь, .а, а либо bj .

При перемещении изделия 5 по сигналам датчика б, подаваемым на вычитамций вход счетчика 10, введенное в счетчик 10 число LP уменьшается, что соответствует слежению с помо1дью счетчика 10 за текущим расстоянием Ер линии реза на изделии 5 относително исходного положения рабочего органа 1.

в процессе замедления для реверса (до точки 1 или 1 на фиг.2)рабочий орган 1 проходит в том же направлении путь, равный площади треугольника b Ь Z или Ь Ь 1 Этот путь равен величине V /2сз, где V - скорость изделия 5 и рабочего органа 1 при синхронном .ходе, измеряемая датчиком б и преобразователем 13 частота напряжение; Q - величина ускорения при замедлении рабочего органа, задаваемого блоком 12, является постоянной. За это же время ( Ьq или ) линия реза на изделии 5 приближается к исходному положению рабочего органа 1 на величину V /Q (площадь фигуры Ы)1г либо Ь( Ь ч 21J

Величины Vj /а измеряются с. помощью квадратора 23, к которому подведен сигнал преобразователя 13, пропорциональный Vn, При возврате рабочего органа 1 в исходное положение им должен быть пройден путь .

,,. . (2)

который соответствует площади фигуры aSbi илиабЬ г на Фиг.2,

Путь L g (2) может быть пройден с различньми скоростями возврата... VQ. Максимальная величина скорости BO3Bp та 1д соответствует режиму отрезания на максимальной скорости V наименьшей мерной длины Lм с наибольшим поперечным сечением изделия 5, Если 0ри сохранении всех остальных параметров и соответственно времени цикла реза уменьшается поперечное сечение изделия 5, т.е. уменьшается ход рабочего органа 1 в процессе резания , то при этом можно уменьшить скорость обратного хода Vg . На

фиг.2 первый случай соответствует скорости возврата VQ , а второй - скорости Vfl . Однако и во втором случае можно возвращать рабочий орган 1 в исходное положение на, максимальной скорости VQ (этот случай показан пунктиром). Но при этом увеличиваются времена процессов разгона и замедления рабочего органа 1 и электродвигателя 2 в каждом цикле реза и соответственно увеличиваются в каждом цикле тепловые потери в электродвигателе 2 и расход электроэнергии.

В периоды разгона и замедления электродвигателя его увеличивается, так как появляется динамическая составляюцая

.4

(3)

где IP , 1

соответственно статичесgкая и динамическая сос-г тавлякадие тока.

Во время установившегося движени привода (уг астки е или cj е , на фиг,2) динамическая составляющая тока I „- Он 1-1с.

о

. Поскольку 1 с ; 1 г то тепловыу1и потерями в электродвигателе, 2 в период устсшовившегося движения можно пренебречь по сравнению с потерями в периоды разгонов и замедлений (поскольку они пропорцинальны квадрату тока якоря). Поэтому величина тепловых потерь в электродвигателе 2 определяется практически потерями в периоды разгонов и замедлений электродвигателя 2. При сокращении времени разгона и замедления снижаются тгеплоБые потери в электродвигателе 2 и уменьшается расход электроэнергии. Для сокращения времени разгона и замедления при постоянном ускорении Q и при обратном ходе необходимо снижать величину скорости обратного хода Vg , т.е. выбират ее всегда минимально возможной в любых режимах (при любых скоростях движения изделия 5 -V ), при любых мерных длинах f / изделия 5 и при любых; перемещениях рабочего органа 1 в процессе резания L (), Определение минимально возможной скорости обратного хода Vg для , режимов разрезания изделия 5 и задания ее величины узлу 7 управления электродвигателем 2 обеспечивается функциональный блоком 17.

Работа ограничителя 17 основана на следукнци х предпосЕллках.

Время возврата рабочего органа 1 в исходное положение от точки г или 1( на фиг. 2 должно быть таким, чтобы за это время линия реза на изделии 5 переместилась в направлении к исходному положению рабочсзго органа 1 не больше, чем на расстояние

Lp-Vj/ci

(4)

(на фиг.2 зто расстояние соответствует площади фигуры 11 а d /либо 11 а q;).

Для гарантированного возврат, его в исходное положение до момента подхода к линии реза пере1 ещение (4J линии реза за время возврата рабочего

органа 1 следует уменьшить и принять paBHfcjvi I u2 U ,

(5) где1дл,д(, - постоянная величина запаса (на фиг.2 соответствует ; площади фигуры )Чжа, а, ). Исходя из изложенного, установившаяся минимально возможная скорость обратного хрда рабочего органа 1 (У) обеспечивающая перемещение линии на расстоние (5) за врегля возврата рабочего органа 1 в исходное положение при любых режимах резки изделия 5, может быть вычислена из квадратного уравнения (в зависимости от. скорости Vn , мерной длины LM Lp+-Lo и перемещения отрезного устройства L)

-1ч4-ц.

Уравнение (6) получено, исходя из баланса площадей фигур (с либог жЧ ,е на фиг.2, при условии, если площадь фигуры-г либо142.( XXt изменить в отношении VQ/V п , а затем уменьшить полученную величину на Vo /а . Это же уравнение соответствует равенству времен: возврата рабочего органа 1 в исходное положение и перемещения изделия 5 ,на расстояние (5).

Решение уравнения (6) относительно величины Vfl производится ограничителем 17. Сигнал, пропорциональный скорости VQ , образуется на выходе интегратора 18, для чего на входы сумматора 22 подводятся сигналы, пропорциональные в каждом цикле реза: Ьр - с выхода цифроаналогового преобразователя 25; V /а - с выхода квадратора 23; L -jan постоянный сигнал. На входы множительно-делительного звена 20 подводятся сигналы: (Lp Vn/a-L an) - с выхода сумматора 22; V(5 - с выхода преобразователя 13 частота - напряжение узла 7 управления- Va - с выхода интегратора 18. На входы сумматора 19 подаются сигналы: ,1, - с выхода и.ифроаналогового преобразователя 24; Y /201 - с выхода квадратора 23; ( L р - I а - L, ап Vf/Vrfс выхода множительного звена 20 и VQ/O - с выхода квадратора 21. .

Выходной сигнал интегратора 18 подводится ко входу 33 позиционного регулятора 11 и соответственно ко входу управления звеном 48 ограничения выходного сигнала усилителя U2 и усилительного блока 40. Звено 48 ограничения ограничивает выход- ной сигнал усилителя 42 и соответственно усилительного блока 40 величиной, пропорциональной скорости V,, независимо от величины входного сигнала усилителя 42, так что сигнал на выходе 34 позиционного регулятора 11 не может превысить величину VQ . При этом задающий сигнал скорости,

подаваемый к блоку 12 управления электродвигателем 2 от позиционного регулятора 11 на участке Ьв либо Ь, е ч фиг. 2, пропорционален величине. Vj либо Vo . Схема 12 управления отрабатывает этот задающий сигнал с помощью обратной связи по скорости электродвигателя 2, вводимой от преобразователя 15 частота - напряжение. При этом на участок qe или установившаяся скорость обратного хода рабочего органа 1 соответствует регламентированной ограничителем 17 величине VQ лИбоУ, т.е. является минимально возможной. За счет этого снижается время переходных режимов (разгонов и замедления) при обратном ходе рабочего органа 1, уменьшаются тепловые потери в электродвигателе 2 и соответственно расход электроэнергии. По мере приближения рабочего-органа 1 к исходному положению уменыйается выходной сигнал счетчика 14 и соответственно входной сигнал усилительного блока 40 (при реверюе электродвигателя 2 импульсы со второго выхода датчика 3 поступают на вычитающий вход счетчика 14) . В точках е или е. входной сигнал усыпительного блока 40 уменьшается до такой величины, что при дальнейшем перемещении рабочего органа 1 выходные сигналы усилительного блока 40 и позиционного регулятора 11 начинают снижаться (ниже- Vg ) и уменьшать скорость электродвигателя 2. Нелинейньм преобразовате.пем 39 позиционного регулятора 11 обеспечивается выбор точки начала замедления (е либо в ), так что к моменту обнуления счетчика 14 электродвигатель 2 останавливается в исходном полоеении рабочего органа 1 (точка ж на фиг.2). По нулевому сигналу счетчика 14 командный блок 16 выдает сигнал на вход 32 позиционного регулятора 11 и снимает сигнал с его выхода 31. При селектор 36 сигналов подклчает ко входу сумматора 37 выход счетчика 10 и отключает нулевой сигнал, отключается ключ 47 и вводи.ся в работу усилитель 43 - подключается ко входу блока 12 управления усилительный блок 41 и выход 35 позиционного регулятора 11, включается ключ 46 - шунтируется усилитель 42 и усилительный блок 40 выводится из работы.

При вводе в работу усилительного блока 41 позиционного регулятора 11 на входах блока 41 сравниваются с противоположными знаками сигналы задания скорости электродвигателя 2 от датчика 6 через преобразовател 13 частота - напряжение соответствено скорости движения изделия 5

ЭЛЕКТРОПРИВОД ОТРЕЗНОГОУС РОЙСТВА, содержащий электродвигател ..постоянного тока, блок управления и датчики перемещения изделия и положения отрезного устройства, а также датчик окончания реза, о т л и ч ел ос ю щ и и с я тем, что, с целью повы-, шения КПД., привода путем оптимизации скоростних режимов, он снабжен orpart ничителем сигналов обратного хода, квадратором,двумя регистрами и двумя г.ифроаналоговьми преобразователями, причем входы ограничителя сигналов обратного хода соединены с выходами квадратора и, обоих цифроаналоговых преобразователей, входы которых связаны с выходами обоих регистров, соединенных своими входами с блоком управления и датчиком окончания реза причем блок управления соединен своим вьЕХодом с электродвигателем, а входами - с указанными тремя датчи-ками и ограничителем сигналов обратного хода.