Цифроаналоговое устройство управления летучими ножницами с механизмом выравнивания скоростей Советский патент 1992 года по МПК B23D25/00 B23D36/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкции систем управления оборудованием летучих ножниц, производящих порезку проката на ходу и снабженных механизмом выравнивания скоростей, представляющим собой механическое устройство для передачи вращательного движения с передаточным числом, изменяющимся циклически в пределах каждого оборота выходного вала, например двухкривошипный кулисный механизм или редуктор, с некруглыми зубчатыми колесами.

Известно цифроаналоговое. устройство управления летучими ножницами.

Однако такое устройство имеет недостатки, ограничивающие его применение: наличие громоздких механизмов (скорость поступательного движения, развиваемого с их помощью мала, а привод работает в старт-стопном режиме с периодической фиксацией исходного положения ножей), недостаточная производительность при применении на современных агрегатах поперечной резки рулонного полосового проката.

Известна установка для резки полосового проката, в которой для синхронизации скоростей проката и ножей ножниц в момент реза применены два упругодемпфирующих элемента, один из которых соединен с правильной машиной, а другой - с валом ведущего барабана ножниц.

Недостатком устройства является наличие специального тормозного двигателя и системы управления к нему, что существенно усложняет устройство, а также малый диапазон отрезаемых длин, определяемый весьма ограниченной зоной деформации упругодемпфирующих элементов.

Известно устройство управления летучими ножницами, которое представляет собой сложное цифроаналоговоеустройство, содержащее блоки согласования по положению и скорости, а также блоки коррекции. Устройство фиксирует ошибку в длине порезки, сравнивает ее с допуском и при необходимости осуществляет ее устране-ние.

Недостатком устройства является его сложность, а также недостаточная точность порезки, вызванная медленным устранением ошибки в длине. (

Наиболее близким к предлагаемому является устройство управления летучими ножницами, работающими в режиме непрерывного вращения, которое содержит связанные с валом ножниц через механизм выравнивания скоростей привод, тахогенератор, импульсный датчик перемещения ножниц и датчик реза, импульсный датчик перемещения проката, преобразователь код-частота, реверсивный счетчик, два.преобразователя код-напряжение, регулятор скорости, нереверсивный счетчик, блок компенсации динамического момента, блок умножения, квадратор, преобразователь частота-напряжение и задатчик длины. Устройство работает как цифроаналоговая ,следящая система регулирования скорости двигателя ножниц в соответствии с заданной длиной порезки, а для устранения влияния на вал приводного двигателя переменного в цикле порезки динaм 1чecкoго момента, обусловленного неравномерностью вращения валабарабанов ножниц, производится его компенсация путем формирования в каждом цикле порезки сигнала задания динамического тока и подачи его на

5 второй вход регулятора тока привода ножниц.

Недостаток такого устройства - значительные потери электрической энергии в якорной цепи двигателя, определяемые током компенсации динамического момента. При этом в каждом цикле порезки имеет место как двигательный ток с потреблением энергии из сети, так и тормозной ток с рекуперацией энергии в сеть, т.е. имеет место

5 перекачка энергии из сети в двигатель и обратно. В результате потерь энергии, вызванных указанным током ввиду наличия омического сопротивления якорной цепи, существенно повышается нагрев приводного двигателя, чем ограничивается возможность повышения скорости резки проката.

Цель изобретения - снижение потерь энергии в якорной цепи электродвигателя. , Поставленная цель достигается тем, что

5 в цифроаналоговое устройство управления летучими ножницами с механизмом выравнивания скоростей, содержащее связанные с валом ножниц через механизм выравнивания скоростей привод ножниц, тахогенера0 тор, импульсный датчик перемещения ножниц и датчик.реза, импульсный датчик перемещения проката, связанный с прокатом посредством мерительного ролика, последовательно соединенные преобразователь код-частота, реверсивный счетчик, первый преобразователь код-напряжение и регулятор скорости, последовательно соединенные нереверсивный счетчик, блок вычисления динамического момента, второй

0 преобразователь код-напряжение и блок умножения, а также квадратор, преобразователь частота-напряжение и задатчик длины, выход которого подсоединен к второму входу блока вычисления динамического момента и к кодовому входу преобразователя код-частота, импульсный вход которого подсоединен к выходу импульсного датчика перемещения проката, а выход подсоединен к входу преобразователя час0 тота-напряжение, выход которого подсоединен к второму входу регулятора скорости, третий вход которого подсоединен к выходу тахогенератора, а выход подсоединен к первому входу привода ножниц, выход импульсного датчика перемещения ножниц подсоединен к второму входу реверсивного счетчика и счетному входу нереверсивного счетчика, вход сброса которого подсоединен к выходу датчика реза, а выход квадраг

тора подсоединен к второму входу блока умножения, дополнительно введен блок компенсации ЭДС двигателя, вход которого подсоединен к выходу тахогенератора, а выход - к второму входу привода ножниц, и блок коррекции скорости привода, вход которого подсоединен к выходу блока умножения, а выход - к четвертому входу регулятора скорости, выход преобразователя частота-напряжение подсоединен к входу квадратора. На .фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 - схема привода ножниц. Устройство содержит привод 1 ножниц, летучие ножницы 2, сочлененные с при одом через Механизм 3 выравнивания Ci opoстей. С валом привода 1 ножниц связайы тахогенератор4, импульсный датчик 5 перемещения ножниц и датчик 6 реза. С прокатом 7 посредством мерительного ролика 8 связан импульсный датчик 9 перемещения проката. В контур цифрового регулирования средней скорости привода ножниц входят преобразователь 10 код-частота, связанный с задатчиком 11 длины, реве|рсивный счетчик 12, первый преобразователь 13 код-напряжение, замкнутый аналоговый контур регулирования скорости и импульсный датчик 5 перемещения ножниц. В контур аналогового регулирования скорости входят регулятор 14 скорости, привод 1 ножниц и тахогенератор 4, блок 22 компенсации ЭДС двигателя и преобразователь 15 частота-напряжение. Канал коррекции скорости привода включает нереверсивный счетчик 16, блок 17 вычисления динамического момента, второй преобразователь 18 код-напряжение, квадратор 19, блок 20 умножения и блок 21 коррекции скорости. Привод 1 ножниц (фиг.2) представляет собой известное устройство и содержит приводной двигатель 23, питаемый of усилителя 24 мощности, в качестве которого может быть использован, например, тиристорный преобразователь, и контур регули-. рования тока двигателя, включающий в себя регулятор 25 тока и Датчик 26 тока. Устройство работает следующим обрезом. Мерная порезка полосы на заданные длины осуществляется за счет непрерывного цифрового регулирования средней за цикл порезки угловой скорости природа ножниц в соответствии с выражением ,. -Уп -U.Vn Шс р-п- 2 KH -з1-3 где Vn - скорость полосы; RH, LO - радиус и периметр барабанов ножниц соответственно; 1з - заданная длина отрезаемых листов. Реализация соотношения (1) осуществляется путем формирования частотного сигнала задания скорости привода ножниц в соответствии с выражением - LO где fn - частотный сигнал на выходе датчика перемещения проката 9, пропорциональный скорости полосы. Преобразователь 15 частота-напряжение преобразует сигнал fa в аналоговый сиг нал задания скорости Ua, пропорциональный величине а)с. Точное поддержание средней за цикл порезки скорости привода, соответствующей величине fa, осуществляется путем астатического цифрового регулирования при помощи реверсивного счетчика 12, в котором сравниваются частоты задания fa и обратной связи по скорости fn (поступает от импульсного датчика 5 перемещения ножниц). Первый преобразователь 13 код-напряжение преобразует выходной сигнал реверсивного счетчика 12 в аналоговый сигнал AU, непрерывно компенсирующий погрешность аналогового контура регулирования скорости ножниц. При непрерывном вращении привода наличие механизма выравнивания скоростей 3 с переменным в цикле порезки пере: даточным числом вызывает неравномерное вращение вала барабанов ножниц таким образом, чтобы при сохранении средней за цикл (период одного оборота) скорости обеспечить в момент реза равенство линейных скоростей ножей ножниц и полосы. Неравномерность вращения вала барабанов ножниц вызывает появление динамического момента на валу приводного двигателя. Если исключить реакцию системы регулирования на колебания скорости привода, вызванные динамическим моментом, а также пренебречь силами трения, реза и другими возмущениями, то при постоянной скорости полосы момент количества движения вращающихся масс устройства, пропорциональный средней угловой скорости, будет также постоянным. При этом устройство можно рассматривать как двухмассовую систему, первую массу которой определяет момент инерции И на валу приводного двигателя, а вторую - момент инерции 12 на валу барабанов ножниц. Суммарное значение момента количества

движения этой системы определяется выражением

(h +12) Wc ll -Wl +12UJ2. (3)

где u)i, Ч2 - угловые скорости вала двигателя и вала барабанов ножниц соответственно;

li, 2 - моменты инерции на валу двигателя и на валу барабанов ножниц соответственно;

(Ос- средняя за цикл порезки угловая скорость вала двигателя и вала барабанов ножниц.

Связь между величинами определяется выражением

СУ1

(4)

(02

i(«.U)

где 1(0:, La) - передаточное число механизма выравнивания скоростей, являющееся функцией поворота а, вала двигателя и заданной длины порезки полосы Ls. ,

Из выражения (3) с учетом (4) угловая скорость вала двигателя будет равна

,.. («.и)-(11-И2) ,5)

a) (0с i(a,L3) Ii + l2

а производная по углу поворота вала а равна

:1аЛв1Ч2111±Ю, (6) d« (i(a,L3)-li+l2)2

Изменение во времени динамического момента, приложенного к валу двигателя, определяется выражением

Mд(t) h

(7)

1 duJi d« . ,,

которое с учетом (5) и (6) имеет вид

Мд(г)

-.;,2 i(g.L3)-i4a.U)-iii2(ii-H2)()

- U/ -

(|(«Лз) -11 -Ы2)

где i (ее, La) - производная передаточного числа 1 по углу а.

Переменная составляющая угловой скорости вала двигателя, вызванная динамическим моментом, определяется выражением

1 (

MA(t)dt,

(9) 1- J

где tu - время цикла порезки.

Для реализации выражения (8) в нереверсивном счетчике 16с момента времени, определяемого сигналом датчика 6 реза,

формируется кода угла поворота вала двигателя путем подсчета импульсов частоты fn. В блоке 17 вычисления динамического момента по величине кодов а и La, а также с учетом постоянных для данного устройства

величин моментов инерции И и 12 формирутся код Nofl,относительного динамического момента в соответствии с выражением

l(o:,U)-i(«.b) -112(11 +12)

Ыод

(i(a,L3)-li +12)

(10)

Код NOA .преобразуется вторым преобразователем 18 код-напряжение в пропорциональное ему напряжение Уод, которое в блоке 20 умножения умножается на сигнал

УЗ , пропорциональный величине од и поступающий с выхода квадратора 19. Таким

образом, на выходе блока умножения 20 образуется аналоговый сигнал Уд, пропорциональный динамическому моменту в соответствии с выражением (8). Этот сигнал подается на вход блока 21 коррекции скорости, на выходе которого формируется сигнал УК коррекции скорости привода в соответствии с выражением

ик Уд iHi(11)

МТцсР

где Тцс - постоянная времени цифрового регулятора скорости, включающего в себя реверсивный счетчик 12 и первый преобразователь 13 код-напряжение.

Сигнал УК подается на вход аналогового регулятора 14 скорости, в результате чего осуществляется компенсация переменной составляющей сигналов обратной связи по

скорости УН и fn, пропорциональной колебаниям угловой скорости вала двигателя, определяемым выражением (9). При этом на входе регулятора 14 скорости сигнал задания тока равен нулю. Этот сигнал подается

на первый вход регулятора 25 тока привода 1 ножниц.

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 (угловой скорости двигателя). Для устранения этой ошибки на второй вход регулятора тока подается сигнал UKS гибкой положительной связи по ЭДС, формируемый с пом.ощькз блока 22 компенсации ЭДС в соответствии с выражением Окэ ft)1 К етнР + 1 где КЕ - коэффициент пропорциональности между ЭДС и угловой скоростью двигателя; Ты- сумма малых некомпенсируемых постоянных времени в контуре регулирова ния тока. В результате нулевое задание с достаточной точностью отрабатывается контуром регулирования тока, а выходное напряжение усилителя мощноЬти 24 следит за изменением ЭДС двигателя. , Таким образом, регулирование заданг ной средней скорости двухмассовой системы 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 для разгона и торможения барабанов ножниц. Из сети потребляется лишь энергия, необходимая для восполнения потерь энергии на трение и рез полосы, а также энергия на создание запаса кинетической энергии при разгоне агрегата-резки. Применение устройства позволяет уменьшить потери энергии в якорной цепи электродвигателя, снизить его нагрев и создать тем самым предпосылки для повышения производительности агрегата резки. Формула изобретения Цифроаналоговое устройство управления летучими ножницами с механизмом выравнивания скоростей, содержащее связанные с валом ножниц через механизм выравнивания скоростей привод ножниц, тахогенератор, импульсный датчик перемещения ножниц и датчик реза, импульсный датчик перемещения проката, связанный с прокатом посредством мерительного ролика, последовательно соединенные преобразователь код-частота, реверсивный счетчик, первый преобразователь код-напряжение и регулятор скорости, последовательно соединенные нереверсивный счетчик, блок вычисления динамического момента, второй .преобразователь код-напряжение и блок умножения, а также квадратор, преобразователь частота-напряжение и задатчик длины, выход которого подсоединен к второму входу блока вычисления динамического момента и второму входу преобразователя код-частота, импульсный вход которого подсоединен к выходу импульсного датчика перемещения проката, а выход - входу преобразователя частота-напряжения, выход которого подсоединен к второму входу регулятора скорости, третий вход которого подсоединен к выходу тахогенератора, а выход подсоединен к первому входу привода ножниц, выход импульсного датчика перемещения ножниц подсоединен к второму входу реверсивного счетчика и счетному входу нереверсивного счетчика, вход сброса которого подсоединен к выхг ду датчика реза, а вход квадратора подсоединен к второму входу блока умножения, отличающееся тем, что, с целью снижения потерь энергии, оно снабжено блоком компенсации ЭДС двигателя, вход которого подсоединен к выходу тахргенератора, а выход - к второму входу привода ножниц, и блоком коррекции скорости привода, вход которого подсоединен к выходу блока умножения, а выход - к четвертому входу регулятора скорости, выход преобразователя частота-напряжение подсоединен к входу квадратора.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкции систем управления оборудованием летучих ножниц, производящих порезку проката на ходу и снабженных механизмом выравнивания скоростей, установленным между валом привода и валом барабанов ножниц. Цель изобретения - снижение потерь энергии в якорной цепи электродвигателя. В устройство управления летучими ножницами введены блок коррекции скорости и блок компенсации ЭДС двигателя. Снижение потерь энергии в якорной цепи обеспечивается за счет исключения влияния системы регулирования скорости электропривода на колебания скорости двигателя, вызванные динамическим моментом, возникающим из- за неравномерного вращения вала барабанов ножниц. Это достигается путем циклического формирования сигнала- коррекции заданной скорости, определяемого динамическим моментом на валу двигателя, а также сигнала, компенсирующего влияние ЭДС на контур регулирования тока..2 ил.^Ёю о VI00