Регулятор натяжения Советский патент 1987 года по МПК B65H77/00 

Ш

f5

20

25

Изобретение относится к устройтвам для автоматической размотки абельных барабанов и может быть исользовано в кабелеукладчиках.

Цель изобретения - повьшение точности управления путем коррекции веичины натяжения кабеля в зависимости от угла поворота рамы и нагрузки на ось колес кабелеукладчика.

На фиг 1 представлен кабелеуклад- ик и блок-схема регулятора натяжения, общий вид-| на фиг. 2 - вычисительный блок; на фиг. 3 - датчик нагрузки на ось колес; на фиг. 4 - синусньш преобразователь вычислительного блока.

Регулятор натяжения содержит датчик 1 угла отклонения рамы кабелеукладчика, аналоговый ключ 2, блок 3 памяти, аналоговый ключ ч, блок 5 сравнения,аналоговый ключ 6 комнара- тор 7, элемент НЕ 8, элемент ИЛИ 9, аналоговьй ключ 10, датчик 11 натяжения, блок 12 сравнения, аналоговый ключ 13, блок 14 задания постоянных величин, вычислительны блок 15, аналоговый ключ 16, элемент,НЕ 17, датчик 18 радиуса намотки кабельного барабана, блок 19 рех улирования, привод 20 кабельного барабана, датчик 21 нагрузки на ось колес кабелеукладчика, кабельньй барабан 22, щуп 23 датчика радиуса намотки кабельного барабана, раму 24 кабелеукладчика, рабочий орган 25 (кабелепро- кладочный нож) кабелеукладчика, колесо 26 и кабель 27,

Выход датчика 1 угла отклонения рамы через аналоговый ключ 2 подклю- 40 чен к входу блока 3 памяти, выход которого через аналоговый ключ 4 подключен к первому входу блока 5 сравнения, ко второму входу которого через аналогоЕьй ключ 6 аодклю-ген кы- ход датчика 1 угла отклонения рамы кабелеукладчика.

Выход блока 5 сравнения подключен к входу вычислительного блока 15 и к входу компаратора 7, выход которого подклгоче : к управляющему входу аналогового ключа I6 и через элемент НЕ 8 к входу элемента ИЛИ 9.

К другому входу элемента ИЛИ 9 через аналоговый ключ 16 и элемент НЕ 17 подклю 1ен вьпсод вычислительного блока 15, а выход, элемента 11ПИ 9 подключен к управля1о ;еку входу аналогового ключа 10,

55

30

45

50

5

0

5

0

К входу аналогового ключа 10 подключен выход блока 1-2 сравнения, а выход аналогового ключа 10 подсоединен к входу блока 19, с которьм связан такяче выход аналогового ключа 16.

Выход датчика 11. натяжения через аналоговьй ключ 13 подсоединен к вхо- ,ду вычислительного блока 15, а также к входу блока 12 сравнения, к другому входу которого подключен первый выход блока 14 задания постоянных величин, являющийся выходом за- датчика натяжения кабеля (не показан), другие выходы блока 14 подклю- .чены к соответствую1цим входам вычислительного блока 15,

К входу вычислительного блока 15 подключен выход датчика 18. Выход блока 19 подключен к входу привода 20 кабельного барабана. Первый выход датчика 21 нагрузки на ось колес подключен к управляющим входам аналоговых ключей 4,6 и 13, а второй вход датчика 21,- к управляющему входу аналогового ключа 2.

Вычислительный блок 15 содержит интегратор 28, умножитель 29, усилитель 30, с коэффициентом усиления два, блок 31 вычитания, блок 32 умножения, сумматор 33s четырекквад- ратньш умножитель 34, операциониьй усилитель 35, умножитель 36, усилитель 37 с коэффициентом,усиления два, сумматор 38,блок 39умножения,че- тырехквадратные умножители 40 и 41, операционньй усилитель 42, блок 43 умножения, сумматор 44, делитель 45 на два, усилитель 46 с регулируемьЕ коэффициентом усиления, операционньй усилитель 47, четырехквадратньй умножитель 48, синусньм преобразователь 49, инвертор 50, сумматор 51, задатчик 52 напряжения, блок 53 умножения, блок 54 вычитания, компаратор 55, аналоговый ключ 56, линию 57 задержки, сумматор 58. Датчик 21 нагрузки на ось колес кабелеукладчика содержит магнитоупругий преобразователь 59, ключевой усилитель 60, элемент НЕ 61,

Синусньй преобразователь 49 вычислительного блока 15 содержит четырехквадратньй усилитель 62J блок 5 63 умножения, делитель 64 на шесть, инвертор 65, сумматор 66.

Датчик 18 выполнен в виде потенциометра со ступенчатым каркасом, сопротивление которого изменяется в

0

5

0

А-

зависимости от перемещения ползунка по закону ломаной линии. К ползунку одним концом жестко прикреплен подпружиненный щуп. 23, второй конец которого лежит на разматываемом слое кабеля,

Блок 14 задания постоянных величи выполнен в виде источников постоянного напряжения с регулируемыми уровнями выходного напряжения, причем |Напряжение на выходе первого источника (задатчика натяжения) пропорционально заданному значению натяжения кабеля, напряжение на выходе второго источника - расстоянию точки прицепа кабелеукладчика к тяговому среству до носка кабелеукладочного ножа (j), напряжение на выходе третьего источника равно: SinG, где QO - угол, образованный рамой кабелеуклад чика и линией, соединяющей точку прицепа с носком ножа напряжение на выходе четвертого источника равно Cos б,Блок 19 регулирования с приводом 20 кабельного барабана выполнен в ви де гидравлического привода с серводвигателем и насосом переменной производительности, изменение которой производится рычагом, перемещающимся при помощи электрозолотника с серво- двигателем.

Регулятор работает следующим образом,

Дo начала работы в зависимости от марки кабелеукладчика и требуемой глубины заложения кабеля в грунт устанавливается коэффициент усиления усилителя 46 вычислительного блока 15, напряжения на выходах блока 14 зада- нйя постоянных величин, пропорциональных соответственно заданному значению натяжения кабеля, , SinS, Соз8„.

Когда на кабелеукладчик не дей- ствуют возмущающие силы, его колеса катятся по поверхности грунта и нож 25 движется на заданной глубине.

Регулирование скорости вращения кабельного барабана 22 производится по натяжению кабеля 27, Напряжение с выхода датчика 11 натяжения, пропорциональное натяжению кабеля 27, поступает на вход блока 12 сравнения, на другой вход которого с первого выхода блока 14 задания постоянных величин поступает напряжение, пропорциональное заданному значению натяжения кабеля. Если напряжения с вы15

5

О20

-зг 4045

50 ходов блоков 11 и 14 не равны, то на выходе блока 12 сравнения появляется напряжение рассогласования через аиалоговьш ключ 10 поступающее на вход блока 19, который изметгяет скорость вращения выходного вала привода 20 кабельного барабана 22 и, следовательно, скорость самого барабана таким образом, чтобы достичь равенства выходных напряжений с блока 14 и датчика 11 ,

При этом датчик 1 измеряет угол отклонения рамы 24 кабелеукладчика относительно гравитационной вертикали и напряжение с его выхода, про- порциональное углу, через аналоговый ключ 2 поступает на вход блока 3 памятиj где и запоминается.

При определенных условиях под действием возмущающих сил происходит потеря продольной устойчивости кабелеукладчика. В результате этого глубина хода кабелепрокладочного ножа 25 в грунте уменьшается и происходит отрыв колес поверхности грунта. Рама кабелеукладчика поворачивается относительно линии тяги на угол об.

Ось колбе 26 разгружается и срабатывает датчик 21 нагрузки на ось колес кабелеукладчика, подавая напряжение на управляющие входы аналоговых ключей 4,6 и 13. На-вход аналогового ключа 2 прекращается подача напряжения с выхода датчика 21, нагрузки на ось колес, -Б результате этого происходит отключение выхода датчика 1 от входа блока 3 памяти и подключение выхода датчика 1 через аналоговый ключ 6 к входу блока 5 сравнения, к входу которого через аналоговьй ключ 4 подключается выход блока 3 памяти, а также подключение выхода датчика 11 натяжения через аналоговый ключ 13 к входу вычислительного блока 15.

На один вход блока 5 сравнения поступает запомненное напряжение, пропорциональное углу отклонения рамы кабелеукладчика относительно гра- .витационной вертикали р, а .на его другой вход подается напряжение,пропорциональное текущему углу (ы-+в) В результате этого на выходе блока 5 сравнения будет напряжение, пропорциональное углу об , поступающее на соответствующий вход вычислительного

51

блока 15 и на вход компаратора 7.Под действием этого напряжения происходит срабатывание компаратора 7, и напряжение с его выхода поступает на управляющий вход аналогового ключа 16 и через элемент НЕ 8 - на вход элемента ИЛИ 9. Этим производится подключение через аналоговый ключ 16 выхода вычислительного блока 15

)9т|.2еЦ1-со5(1-.;пу1,

у агссоэ г-

ЛН

fp -4pet

29o-oiV- /о Si). 1+26 0-COS ос)

R Н

ЬН где Р

радиус качения колеса кабеле- укладчика}

номинальная глубина заложения кабеля в грунтi величина выглубления кабеле- прокладочного ножа,

Ьц Р J Pdt,

Ьч - скорость изменения натяжения

кабеля; t время начала выглубления,

. t время конца выглубления.

Вьгаисление uS блоком 15.производится по приближенному выражению, полученному в результате замены в формуле (,О sin ы и cos «1 членами ряда разложения этих функций по формуле Тейлора соответственно на Ы. и

г

1- -- ) и имеющему вид

,(p-2ej,c,-6; neoV6b« 42Pco5e e,)x- . - :()

1 - р.} ...-.-.-.....-..-----.-....-. t.

I (-5iTieoU2b 42Pco597

Интегратор 28 предназначен, для получения напряжения, пропорционального Р, а четырехквадратньй умножи- тель 40 - для получения напряжения, пропорционального ot. Блоки 28-32 формируют напряжение, пропорциональное Р ( ) а блоки 28,36- 40 - напряжение, пропорциональное Л (2PcosQ(,+f). Сумматор 33 и опе- рационньй усилитель 34 с включенным в цепь его обратной связи четырех- квьдратным умножителем 35 предназна- чен для получения напряжения, пропор- 1Щональн6го

k- 2. (vH(R4 H)(Uct 9o5ino(,-созос)

-fp (P-2rj o6sinQ + ( 2Pcos9o+ 7)

20

которое подается на вход блока 53

умножения И на вход четырехквадрат го умножителя 48. Операционный уси .тель-42 с включенным в его цепь об

25 ратной связью четырехквадратньм ум жителем 41 предназначен для получе ния напряжения, пропорционального ctR9g, и совместно с блоками 43-46 формирует напряжение, пропорциовал

ЗС ное (R+R) (ctgSg oi + a:V2) .

Операционный усилитель 47 с вкл ченным в цепь его обратной связи ч тырехквадратньм умножителем 48 пре назначен для получения напряжения,

35 пропорционального отношению (R+H) ..V2).K S in QQ) + + (2Рсоз во+), и совместно с б ками 49-52 формирует напряжение,пр порциональное второму сомножителю

40 выражения (2), которое поступает н второй вход блока 53 умножения. На его выходе будет напряжение, пропо циональное US.

Если обозначить вырая ение

45„ .

(R+H)(ctg9ooi+oi/2)

fF((,sin 9)+f(2Pcos

через и, то вычисление sinU синусн 50 преобразователем 49 производится п приблилсенной формуле

sin и и - -

Предположим, что в момент време

кабелепрокладочный нож выглуби на йН . На выходе блока 53 умножен будет напряжение, пропорциональное US,, которое поступает на вход бло

55

8 9266

к входу блока 19 и через элемент НЕ 17 - к входу элемента ИЛИ 9.

Вычислительный блок 15 формирует сигнал, под действием которого с кабельного барабана сматывается отрезок uS кабеля, равньй суммарному пути,

пройденному носком кабелепрокладочного ножа при его выглублении. Длина ЛS определяется выражением

(1)

29o-oiV- /о Si). 1+26 0-COS ос)

- 2. ino(,-созос)

-fp (P-2rj o6sinQ + ( 2Pcos9o+ 7)

20

которое подается на вход блока 53

умножения И на вход четырехквадратно го умножителя 48. Операционный усили .тель-42 с включенным в его цепь об25 ратной связью четырехквадратньм умно жителем 41 предназначен для получения напряжения, пропорционального ctR9g, и совместно с блоками 43-46 формирует напряжение, пропорциовальЗС ное (R+R) (ctgSg oi + a:V2) .

Операционный усилитель 47 с включенным в цепь его обратной связи че- тырехквадратньм умножителем 48 предназначен для получения напряжения,

35 пропорционального отношению (R+H) ..V2).K S in QQ) + + (2Рсоз во+), и совместно с блоками 49-52 формирует напряжение,пропорциональное второму сомножителю

40 выражения (2), которое поступает на второй вход блока 53 умножения. На его выходе будет напряжение, пропорциональное US.

Если обозначить вырая ение

45„ .

(R+H)(ctg9ooi+oi/2)

fF((,sin 9)+f(2Pcos

через и, то вычисление sinU синусным 50 преобразователем 49 производится по приблилсенной формуле

sin и и - -

Предположим, что в момент времени

кабелепрокладочный нож выглубилс на йН . На выходе блока 53 умножения будет напряжение, пропорциональное US,, которое поступает на вход блока

55

7

5А вычитания и на вхол лнннн 57 задержки, На выходе блока 54 будет напряжение, пропорциональное iS,, которое поступает на вход сумматора 58 и на вход компаратора 55. При пр выгаении уровнем этого напряжения порога срабатывания компаратора 55 на его выходе появится напряжение, поступающее на управляющий вход аналогового ключа 56, которое подключит тем самым выход датчика 18 к вх ду сумматора 58.

Датчик 18 предназначен для корректировки скорости вращения барабана 22 таким образом, чтобы с него размотался отрезок кабеля длиной fiS, независимо от того, какой в данньй момент разматывается слой. Это достигается путем ступенчатого изменения выходного напряжения датчика 16 в зависимости от радиуса разматываемого слоя кабеля.

Сумматор 58 производит сложение напряжений с выходов блока 54 вычи- .тания и датчика 18 и под действием суммарного напряжения с его выхода происходит при помощи блока 19 изменение скорости вращения кабельного барабана.

Одновременно суммарное напряжение с выхода сумматора 58 поступает на вход элемента НЕ 17, на выходе которого будет нулевое по уровню напряжение, поступающее на вход элемента ИЛИ 9, на вход которого с выхода элемента НЕ 8 поступает также нулевое по уровню напряжение. В результате этого с выхода элемента ИЛИ 9 на управляющий вход аналогового ключа 10 не поступает напряжение, и он возвращается в исходное состояние, отключая тем самым вьгход блока 1 сравнения от входа блока 19.

В момент времени t t, на выходе блока 53 будет напряжение, пропорциональное bS uS, +Л5,, которое поступает на вход блока 54, иа дру- Гой вход которого с выхода блока 57 поступит задержанное напряжение, пропорциональное Д S| . На выходе блока 54 будет напряжение, пропорциональное bS.j -Л5,ЛЗ, +bs -Л8,ЛЗ ,суммирующееся в блоке 58 с напряжением с выхода датчика 18 и поступающее на вход блока 19, под действием которого происходит изменение скорости вращения кабельного барабана 22 и т.

8

5

fO

д. до тех пор, пока не зако} чится вы- ;глублепне кабелепрокладочного ножа и с кабельного барабана не размотается кусок кабеля длиной ЛЯ. Тогда напря- ,жение на выходе линии 57 задержки будет равно или больше напряжения на выходе блока 53 умножения, и на выходе блока 54 вычитания (благодаря, например, соответствующему вклю- чению диода на его выходе), будет нулевое по уровню напряжение, которое поступает на входы компаратора 55 и сумматора 58.

5

0

5

0

5

0

5

0

5

В результате этого компаратор 55 возвращается в исходное состояние и с его выхода на управляющий вход аналогового ключа 56 не будет поступать напряжение. Он вернется в исходное состояние, отключая тем самым выход датчика 18 от входа сумматора 58. Следовательно, на его входы будут поступать нулевые по уроврю напряжения и на его выходе также будет нулевое по уровню напряжение, кото- торое, одновременно поступает на вход блока 19 и через аналоговый ключ 16 - на вход элемента НЕ 17, на выходе которого будет высокое по уровню напряжение, поступающее на вход элемента ИЛИ 9, на выходе которого также будет высокое по уровню напряжение, поступающее на управляющий вход аналогового ключа 10, который срабатывает, подключая тем самым выход блока 12 сравнения к входу блока 19. В дальнейщем регулирование происходит по натяжению кабеля.

Далее кабелепрокладочньш нож заглубляется колеса касаются поверхности грунта и нож движется на заданной глубине. Ось колес 26 нагружается, и срабатьтает датчик 21 нагрузки на ось колеса, в результате чего происходит прекращение подачи напряжения с его первого выхода на управляющие . входы 4, 6 и 13 аналоговых ключей, тем самым отключаются выход датчика 1 угла отклонения от входа блока 5 сравнения, выход блока 3 памяти от входа блока 5 сравнения, выход датчика 11 натяжения, от входа вычислительного блока 15. На управляющий - 1ВХОД аналогового ключа 2 с второго выхода датчика 21 нагрузки на ось колес подается напряжение, подключая тем самым выход датчика 1 угла отклонения к входу блока 3 памяти.

Рег лирование скорости врап1,ения кабельного барабана 22 осуществляет- с -.ч по натяжению кабеля 27, как описано в случае, когда на кабелеуклад- чик не действуют возмущающие силы, т,р-,„ нет выглубления кабеленрокла- дочного ножа,

Ф. ормула изобретения

Регулятор натяжения преимущественно при .ческой размотке кабельных барабанов, устаи.овлелтньп-с на ка- бе-Х1еу2сладч1лке, содержащий датчик и;т;И .1::ь,я ;ч;н еля, пыходом подключенный к п../ о входу блока сравнения, Б1О1)ьи-т г-хо/ .ом овязанпого с вьпсодом ; aii,fiT4HKa яатяжепип кабеля, входяще- ; и is (ЗЛ .;;-; -. nocTo iiiiLi X величии датчик падиуса намотк.и кабельного ., вычислительгшп блок и по- cacAOBa rejibuo соединеииг.-1е блок регу- .Hiii;u.iuniii м привод кабельного бара- i: aH.-j , о i ч и ч а га щ и и с я тем, чао, с 1лелью повышения точности ре- гулнроь .Hj..;i путем коррекции величины натяжения кабпля в завиОимости от уг J а пиястотя рамы и нагрузки на ось колес KaOejieукладчика, он снабжен угла noBOpoi a рамы и нагрузки ) ось колес кабелеукладчика, элекен iiE и ИЛИ, блоком памяти, дополните.т1ьнъ2 1 блоком пямяти, допол- -(телыгым блоком сравлеиии, компара- : ором и аналоговыми кл очами, при этом выводы первого аналогового к,гаоча, п.г,,.1кя :.1Я)| 1ния поставленных велич1-п1, дополнительного блока сравнения и датчика радиуга намоткп г:абельного

Ш

15

20

25

30

35

40

барабана подключены к соответствующим входам вычислительного блока, выход которого соединен с информадион- ным входом второго аналогового ключа, управляющим входом связанного с выходом компаратора, а выходом - через первый элемент ЕЕ - с первым входом элемента ИЛИ, вторг 1м входом подключенного к выходу второго элемента НЕ, а выходом связанного с управляющим выходом третьего аналогового ключа, информационный вход которого .соединен с выходом блока управления, первый выход датчика нагрузки на ось колес кабелеукладчика связан с управляющими входами четвертого и пятого аналоговых ключей, выходы которьгх через дополнительный блок сравнения и компаратор связаны с входом второго элемента НЕ, второй вьгход датчика нагрузки на ось крлес кабелеукладчика и выход датчика угла поворота рамы кабелеукладчика связаны соот- ветственно с управляющим и с информационным входами шестого аналогового ключаJ выход которого через блок памяти соединен с информационным входом пятого аналогового ключа, причем первый выход датчика нагрузки на ось колес кабелеукладчика и вькод датчика натяжения кабеля подключены соответственно к управляющему и к информационному входам первого аналогового ключа, выходы второго и третьего аналоговых ключей объединены н связаны с входом блока регулирования, а выход датчика угла поворота рамы кабе- леукла,цчика подключен к информационному входу четвертого аналогового ключа.

fui.t

Изобретение относится к средствам регулирования натяжения длинномерных материалов и позволяет повысить точность регулирования путем коррекции величины натяжения кабеля в зависимости от угла поворота рамы и нагрузки на ось колес кабелеуклад- чика. Датчик натяжения кабеля выходом подключен к первому входу блока сравнения и вторым входом связан с выходом задатчика натяжения кабеля, входящего в блок задания постоянных величин. Выходы первого аналогового ключа (АК), блока задания постоянных величин, дополнительного блока управления и датчика радиуса намотки кабельного барабана подключены к соответствую1цим входам вычислительного блока, ВЫХОД которого сое;динен с информационным входом (ив) второго АК, управляющий вход (УВ) которого связан с выходом компаратора, а выход - через первый элемент НЕ с первым входом элемента ИЛИ, вторым входом подключенного к выходу второго элемента НЕ, а выходом связанного с УВ третьего АК, ИВ третьего АК соединен с выходом блока урав- нения. Первый выход датчика нагрузки на ось колес связан с УВ четвертого и пятого АК, выходы которых через дополнительный блок сравнения и компаратор связаны с входом второго элемента НЕ. Второй выход датчика нагрузки на ось колес и выход датчика угла поворота рамы связаны соответственно с УЪ и ИВ шестого АК, выход которого через блок памяти соединен с ИВ пятого АК. Первый выход датчика нагрузки на ось колес кабелеукладчика и выход датчика натяжения кабеля подключены соответственно к УВ и ИВ первого АК. Выходы второго и третьего АК объединены и связаны с выходом блока регулирования. Вход датчика угла поворота рамы подключен к ИВ четвертого АК. 4 ил. (О ю 00 ю оь

От датчика 18

JT - «.

Редактор Н. Егорова

Составитель Б. Кисин

Техред И.Попович Корректор М. Максимишинец

Заказ 7548/23Тираж 590. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

fi ,6jfd

61

21

Фиг.З