Устройство управления летучими ножницами с механизмом выравнивания скоростей Советский патент 1991 года по МПК B23D25/00 B23D36/00 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к системам управления электроприводом летучих ножниц, производящих порезку полосового материала на ходу на заданные мерные длины и снабженных механизмом выравнивания скоростей.

Цель изобретения - повышение надежности за счет упрощения устройства и повышения производительности летучих ножниц за счет увеличения скорости путем снижения потерь энергии в якорной цепи двигателя.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства, на фиг.2 - функциональная схема блока вычисления средней скорости привода; на фиг.З - циклограммы изменения скоростей двигателя и ножниц; на фиг,4 - циклограммы изменения передаточного числа.

Устройство содержит двигатель 1, сочлененный через механизм 2 выравнивания скоросУей с барабанами летучих ножниц 3. С валом двигателя связан датчик 4 скорости двигателя, а с валом барабанов ножниц - датчик 5 скорости ножниц. С полосой 6 посредством мерительного ролика 7 связан датчик 8 скорости полосы. Канал задания скорости содержит блок 9 задания средней скорости, управляемый от задатчика 10 длины, В контур регулирования тока двигателя входят регулятор 11 тока, усилитель 12 мощо

00

ю о ел

00

ности, двигатель 1 и датчик 13 тока. В контур регулирования средней скорости привода входят регулятор 14 скорости, датчик 4 скорости двигателя и датчик 5 скорости ножниц, а также блок 15 вычисления средней скорости привода. Канал компенсации внутренней обратной связи по ЭДС двигателя содержит звено 16 компенсации ЭДС, В свою очередь блок вычисления средней скорости привода содержит масштабные звенья 17 и 18 и сумматор 19.

Устройство работает следующим образом.

При непрерывном вращении привода наличие механизма выравнивания скоростей с переменным в цикле порезки передаточным числом приводит к периодическим колебаниям скорости (период соответствует времени одного оборота) двухмассовой системы электропривода, первую массу которого определяет момент инерции на валу приводного двигателя, а вторую - момент инерции на валу барабанов ножниц. В основу работы устройства положено регулирование некоторой средней скорости двухмассовой системы привода.

Под средней скоростью вращающейся системы, состоящей из двух масс, связанных между собой редуктором с переменным передаточным числом, понимается угловая скорость условной одномассовой системы, момент инерции которой равен сумме моментов инерции составляющих системы, а момент количества движения (момент импульса) этой условной системы равен сумме моментов количества движения обеих масс исходной системы. Математически это определение выражается формулой

(J1 + J2) 0)с J1 а) + J2 «2 , (1) откуда

J2

We , , 0)1 + , . Jl +J2Jl +J2

ufc,

(2)

где ft)i, - угловые скорости соответственно вала двигателя и вала барабанов ножниц;

J i, Ja - моменты инерции соответственно на валу двигателя и на валу барабанов ножниц;

(DC - средняя скорость системы.

Блок 15 вычисления средней скорости системы на основании выходных сигналов ал и 0)2 датчиков скорости двигателя и ножниц при помощи масштабных звеньев 17 и 18 и сумматора 19 формирует в соответствии с выражением (2) сигнал обратной связи ok при регулировании средней скорости привода.

Порезка проката на заданные мерные длины осуществляется за счет регулирования требуемого соотношения средней за цикл порезки угловой скорости привода и скорости полосы в соответствии с выражением

Шзс (Ос 27Г-г-,

О)

где V - скорость полосы; L - заданная длина порезки:

Ofec - заданное значение средней скорости привода.

Из выражения (2) с учетом (3) угловая скорость вала барабанов ножниц равна

й)2(Узс|Л,.(4)

«и - Среднее значение скорости вала бара- банов ножниц определяется выражением

(01с In

Ь,

о

(5)

где t - период вращения вала барабанов ножниц.

Подставляя в (5) значение dt -f-, a

30™

также учитывая (4), получим

ОЬс

)зс(1 +Л)

2Л

/ (1 +A)dp

о

(6)

55

где р - угол поворота вала барабанов ножниц.

Передаточное число i может быть любой 40 функцией угла р, имеющей среднее за один оборот вала значение, равное единице. Возьмем, например, механизм выравнивания скоростей, в котором

I 1 + A sin р,(7)

где А - коэффициент, зависящий от заданной длины порезки.

Подставляя это значение в выражение (6), получим

(02с (Оэс , (8)

° т.е. среднее значение угловой скорости ножниц соответствует требуемой длине порезки.

Сигнал (the формируется в соответствии с выражением (3) на выходе блока 9

задания средней скорости привода, который представляет собой известное множи- тельно-делительное устройство.

При пуске агрегата с полосой сигнал Шзс увеличивается (например, линейно) от

нулевого до некоторого заданного значения. Электропривод разгоняется под воздействием регулятора скорости, обеспечивающего равенство заданной и фактической (Ос средних скоростей двух- массовой системы. При этом с выхода регулятора скорости на вход регулятора тока подается сигнал задания тока 3. Ввиду ограниченного быстродействия контура регулирования тока и наличия внутренней отрицательной связи по ЭДС двигателя заданный ток отрабатывается с некоторой динамической ошибкой, пропорциональной скорости изменения ЭДС. Для устранения этой ошибки на вход регулятора тока подается сигнал Ек гибкой положительной связи по ЭДС, формируемый с помощью звена 16 компенсации ЭДС в соответствии с передаточной функцией

Ю1 (Р)

КЕ

ТМР

+

,-

где КЕ - коэффициент пропорциональности между ЭДС и угловой скоростью двигателя;

Тм - сумма малых некомпенсированных постоянных времени в контуре регулирования тока;

постоянная времени фильтра.

В результате ток двигателя I поддержи- вается равным заданному 3 и на валу двигателя создается момент, переменная составляющая которого пропорциональна ускорению агрегата и суммарному моменту инерции привода, а постоянная составляющая определяется трением в механических звеньях. В моменты реза полосы системой регулирования формируются импульсы тока, необходимые для создания момента реза. В период разгона агрегата потреб- ляемая из сети электрическая энергия преобразуется в кинетическую энергию вращающейся двухмассовой системы, а также расходуется на преодоление сил трения и на разрезание полосы.

После окончания разгона агрегата скорость полосы становится постоянной и двухмассовая система привода вращается с постоянной средней скоростью ok, равной заданной скорости (Озс . соответствующей требуемой длине порезки. Если пренебречь трением и возмущением, возникающим в момент реза, потребление энергии из сети будет отсутствовать. На выходе регулятора скорости сигнал задания тока будет равен нулю и это нулевое задание будет точно отрабатываться контуром регулирования тока благодаря действию звена компенсации ЭДС. При этом выходное напряжение

10

15

20

35

25

304045

50

усилителя мощности будет следить за изменением ЭДС двигателя, пропорциональной его скорости. В этом случае дзухмассовую систему привода можно рассматривать как изолированную от внешних возмущений. Такая система имеет в любой момент времени постоянное значение момента количества движения, а скорости вращающихся масс изменяются противофазно в результате действия внутренних динамических сил, возникающих благодаря тому, что эти массы связаны между собой через редуктор с переменным передаточным числом,

Что касается кинетической энергии системы, то она, сохраняя среднее значение, изменяется периодически с частотой, определяемой частотой вращения барабанов ножниц, частично преобразуясь в потенциальную энергию упругой деформации механических звеньев.

Таким образом, в устройстве упругая знакопеременная деформация механических звеньев осуществляется за счет кинетической энергии вращающихся масс.

С учетом возмущающих воздействий регулирование заданной средней скорости двухмассовой системы в устройстве приводит к тому, что колебания скоростей двигателя и барабанов ножниц в каждом цикле порезки сопровождаются только обменом кинетической энергии между обеими массами без перекачки энергии из сети и обратно на разгон и торможение привода. Из сети потребляется лишь энергия, необходимая для восполнения фрикционных потерь и потерь энергии при резе полосы, а также энергия на создание (ликвидацию) запаса кинетической энергии электропривода при разгоне (торможении) агрегата резки.

Формула изобретения

Устройство управления летучими ножницами с механизмом выравнивания скоростей, содержащее приводной двигатель, на валу которого установлен датчик частоты вращения двигателя, последовательно соединенные регулятор тока и усилитель мощности, связанный через датчик тока якоря с приводным двигателем, датчик скорости барабана ножниц, датчик скорости проката, соединенный с первым входом блока задания средней скорости привода, второй вход которого подключен к задатчику длины, регулятор скорости, выходом связанный с первым входом регулятора тока, второй вход которого соединен с выходом датчика тока, а третий вход соединен с выходом звена компенсации ЭДС двигателя, вход которого подключен к выходу датчика частоты вращения двигателя, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства, упрощения конструкции и повышения производительности летучих ножниц за счет увеличения скорости привода, в него введен блок вычисления средней скорости привода, при этом выход блока задания средней скорости привода соединен с первым входом регулятора скорости, а первый вход блока вычисления средней скорости привода связан с датчиком скорости барабана ножниц, второй вход - с датчиком частоты вращения двигателя, выход - с вторым входом регулятора скорости.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к системам управления электроприводом летучих ножниц, производящих порезку полосового материала на ходу на заданные мерные длины и снабженных механизмом выравнивания скоростей. Цель изобретения - повышение надежности устройства и производительности летучих ножниц за счет увеличения скорости двигателя. Устройство содержит летучие ножницы с электроприводом, датчики перемещения полосы, скорости летучих ножниц, частоты вращения двигателя, регулятор скорости и задатчик мерной длины. В устройство введены блоки задания и вычисления средней скорости, определяющие суммарный момент количества движения (момент импульса) двухмассовой системы привода. При этом колебание скорости электродвигателя и барабанов ножниц в каждом цикле порезки, вызванное действием механизма выравнивания скоростей, сопровождается только обменом кинетической энергии между обеими массами без перекачки энергии из сети и обратно на разгон и торможение привода. Из сети потребляется энергия на выполнение фрикционных потерь и потерь энергии при резе полосового материала. 4 ил. (Л С

/

Ј

)3

О

ФигЛ.

-We

J

фаг.I

MuMtHtn pftt

Фаг. 3

i 1+Allnf

W

zir