CN101921978B - 铜管高速连续感应退火炉微张力控制系统 - Google Patents

铜管高速连续感应退火炉微张力控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种铜管高速连续感应退火炉微张力控制系统，包括：夹送机构、测速装置、退火炉、牵引张紧装置和可编程逻辑控制器；牵引张紧装置和测速装置分别位于退火炉炉腔的两侧；夹送机构位于测速装置之前；可编程逻辑控制器分别与夹送机构、测速装置和牵引张紧装置相连；本发明使铜管在连续感应退火全速度范围内，平稳、均匀通过感应退火炉，不产生拉伸变形、悬垂擦伤和堆缩，实测退火速度控制精度小于1％。

Description

铜管高速连续感应退火炉微张力控制系统
技术领域
本发明涉及铜管高速连续感应退火炉微张力控制系统，尤其涉及用于高精度铜盘管及空调内螺纹铜管的成品及管坯的光亮退火的铜管高速连续感应退火炉中的微张力控制。 
背景技术
内螺纹铜管加工过程中，为保证精密的成型质量，对成型前铜管退火晶粒度及其力学性能提出了严格的要求。传统辊底式成卷退火工艺，盘卷内外层铜管晶粒度一致性差，很难保证高精度内螺纹成型的质量，且在内螺纹成型前后须两次复绕工序，工艺流程复杂、生产能耗高、效率低；二十世纪九十年代初，出现了铜管连续感应退火技术，在保护气氛下，通过6kHz中频感应加热对铜管进行“盘到盘”的连续展开退火，简化了生产工艺流程，具有显著的节能降耗优势，使退火效率大幅提高，并通过对输入功率的精确控制，实现了对成盘铜管退火晶粒度的准确控制，退火后管材晶粒细小均匀，极大地提高了高精度内螺纹铜管的成型质量，成为目前高精铜盘管及空调制冷用内螺纹铜管领域的先进生产技术，得到了广泛应用。 
随着铜管连续感应退火技术的不断进步，虽然铜管连续感应退火的最高线速度从最初的200m/min逐步发展到了500m/min，但是仍然不能满足当前用户的要求，针对当前的现实情况北京建莱机电技术有限公司致力于开发最高退火线速度为600m/min的高速连续感应退火生产线。当退火线速度达到600m/min时，随之而来的问题是要求在退火过程中退火张力控制精度越来越高。如果张力控制不稳定，铜管易产生堆缩或者拉伸等现象。 
发明内容
发明目的：为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种使铜管在退火状态下始终处于微张力控制的，不被拉伸或堆缩的高速连续感应退火炉的微张力控制系统。 
技术方案：为了实现以上目的，本发明所述的一种铜管高速连续感应退火炉微张力控制系统，它包括：夹送机构、测速装置、退火炉、牵引张紧装置和可编 程逻辑控制器； 
牵引张紧装置和测速装置分别位于退火炉炉腔的两侧；夹送机构位于测速装置之前；可编程逻辑控制器分别与夹送机构、测速装置和牵引张紧装置相连； 
工作时，铜管从夹送机构中穿过，经过测速装置，进入退火炉的炉腔，再从退火炉的炉腔中穿出，经过牵引张紧装置。 
本发明中，可编程逻辑控制器给定夹送机构一初速度，夹送机构带动铜管进行运动；测速装置对通过的铜管进行测速，可编程逻辑控制器接收测速装置测得的运动速度信号，将该运动速度信号与可编程逻辑控制器中设定的速度信号进行对比，然后可编程逻辑控制器向夹送机构和牵引张紧装置发出控制信号，实时控制夹送机构和牵引张紧装置的运动速度。 
本发明中，所述铜管高速连续感应退火炉微张力控制系统还包括：用于驱动牵引张紧装置的变频电机和变频调速数字控制系统；牵引张紧装置与变频电机相连接，变频电机与变频调速数字控制系统相连接； 
牵引张紧装置得到可编程逻辑控制器发出的控制信号后，将控制信号传送到变频调速数字控制系统，变频调速数字控制系统控制变频电机的转矩和速度；进而通过变频电机控制牵引张紧装置的运动速度。变频电机通过变频调速数字控制系统进行转矩和速度的调节，以保持在这二部位之间的铜管有一定的微张力，使铜管平稳、均匀通过感应退火炉，不产生拉伸变形、悬垂擦伤和堆缩，实测退火速度控制精度小于1％。 
本发明中为了保证测速装置的测量精度，所述测速装置上设有两轮，该两轮采用铝合金轮觳，表面覆胶，布置于铜管的上下两侧，双向对中，采用气缸预紧；采用这种设计确保了高速运行时测速装置贴合铜管表面，提高了测量精度。 
本发明中所述夹送机构优选采用三相交流变频电机驱动。 
并且，本发明中所述牵引张紧装置和夹送机构上还可设有可调节精密夹紧装置，更有效的控制压下力，保证张力稳定。 
有益效果：本发明提供的铜管高速连续感应退火炉的微张力控制系统，与现有技术相比，其优点是： 
1、采用测速装置自动追踪铜管退火线的速度，由可编程逻辑控制器控制夹送机构和牵引张紧装置，在铜管连续感应退火全速度范围内，确保在退火炉出口方向的铜管退火过程中实现自动建张，从而保证铜管在退火状 态下不被拉伸或堆缩，实测退火速度控制精度小于1％； 
2、利用变频调速数字控制系统，调节变频电机的转矩和速度，控制牵引张紧装置，确保铜管在加热段中保持稳定的张力控制； 
3、本发明可广泛用于有色及黑色金属管、棒、线材的连续感应退火炉中的微张力控制。 
附图说明
图1为本发明所述铜管高速连续感应退火炉微张力控制系统的结构示意图； 
图2为本发明中变频调速数字控制系统的控制原理图。 
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。 
参照附图1和2所述的一种铜管高速连续感应退火炉微张力控制系统，夹送机构2、测速装置3、退火炉4、牵引张紧装置5、变频电机6、变频调速数字控制系统7、和可编程逻辑控制器；牵引张紧装置5上设有可调节精密夹紧装置8。 
本实施例中，测速装置3上设有两轮，该两轮采用铝合金轮觳，表面覆胶布，置于铜管1的上下两侧，双向对中，采用气缸预紧。 
在铜管1的退火行进方向，上述装置按照如下顺序排列：夹送机构2、测速装置3、退火炉4、牵引张紧装置5； 
本实施例中，可编程逻辑控制器分别与夹送机构2、测速装置3和牵引张紧装置5相连；变频电机6与牵引张紧装置5相连接，变频调速数字控制系统7与变频电机6相连接； 
本实施例中，铜管高速连续感应退火炉微张力控制系统按照如下工作流程运行： 
铜管1从夹送机构2中穿过，经过测速装置3，进入退火炉4的炉腔，再从退火炉4的炉腔中穿出，经过牵引张紧装置5； 
开启运行时，可编程逻辑控制器给定夹送机构2一初速度V0，然后接收测速装置3测得的运动速度信号，将该运动速度信号与可编程逻辑控制器中设定的速 度信号进行对比，然后可编程逻辑控制器向夹送机构2和牵引张紧装置5发出控制信号，实时控制夹送机构2和牵引张紧装置5的运动速度。 
变频调速数字控制系统7控制变频电机6的转矩和速度；变频电机6控制牵引张紧装置5的运动速度。 
本实施例中，所述变频调速数字控制系统7调节变频电机6的转矩和速度有两种途径： 
1、设定可编程逻辑控制器(PLC)给定变频电动机6的线速度为V(即为测速装置3测得的速度V)，变频电机内的编码器反馈给变频调速数字控制系统7的值为V。当可编程逻辑控制器给定变频调速数字控制系统7的线速度同样为V时，系统为速度自动闭环数字控制模型，速度信号经速度调节器9，不产生速度饱和，通过正、反转矩限幅10后输出电流，与三相电源的输出电流经三相交流电流转换后经整流逆变器13输出稳定的电机转矩，实现铜管退火速度同步运行； 
2、设定可编程逻辑控制器(PLC)给定变频电动机6的线速度为V(即为测速装置测得的速度V)，变频电机编码器反馈给变频调速数字控制系统7的值为V。当PLC给定变频调速数字控制系统7的速度为Vt(Vt＝V+ΔV，ΔV＞0)时，由于输入速度给定值Vt大于电机反馈速度V使速度调节器9出现积分饱和，而进入转矩振幅状态，经过电流调节器12后经整流逆变器13输出电机转矩。从而使张紧电机高速稳定的工作在力矩控制模式下，保证铜管1在高速退火过程中始终处于微张力控制状态，使铜管平稳、均匀通过退火炉腔4，不产生拉伸堆缩变形和悬垂擦伤。 
所述的铜管高速连续感应退火炉微张力控制系统是不需要张力传感器的转矩开环控制。所述铜管建张条件是料位信号SQ1、SQ2光电开关均置“1”。 
所述电机转矩限幅的计算式通过管材的管重和摩擦补偿在不同速度下计算的张力力矩。转矩限幅值为T＝Ts+K*(V-Vs)，Ts：管重和摩擦补偿，K：调节系数，V：电机转速，Vs引管速度。 
初始工作状态是在铜管退火前后的速度同步下进行的，由可编程逻辑控制器给定夹送机构2中铜管1运行速度，经测速装置3测得的速度由可编程逻辑控制器接受反馈给所述的变频调速数字控制系统7，使变频调速数字控制系统7在第一种工作状态下，给定牵引张紧机构5同样的速度，进而实现了速度自动闭环控制。 
铜管进入高速退火状态后，由可编程逻辑控制器设定的退火张力，变频调速数字控制系统7进入第二种工作状态，变频电机6自动保持张紧力矩电流的稳定，以保持这二部位的铜管有一定的张力，保证了铜管在加热过程中始终处于微张力控制状态，实测退火速度控制精度小于1％，使铜管平稳、均匀地通过感应退火炉，不产生拉伸堆缩变形和悬垂擦伤。 
显然，本发明的铜管高速连续感应退火炉微张力控制系统也可用于有色及黑色金属管、棒、线材的中间产品和最终成品的光亮退火炉中的微张力控制。 

Claims (5)

1.一种铜管高速连续感应退火炉微张力控制系统，其特征在于：它包括：夹送机构(2)、测速装置(3)、退火炉(4)、牵引张紧装置(5)和可编程逻辑控制器；
牵引张紧装置(5)和测速装置(3)分别位于退火炉(4)炉腔的两侧；夹送机构(2)位于测速装置(3)之前；可编程逻辑控制器分别与夹送机构(2)、测速装置(3)和牵引张紧装置(5)相连；
可编程逻辑控制器给定夹送机构(2)一初速度，接收测速装置(3)测得的运动速度信号，将该运动速度信号与可编程逻辑控制器中设定的速度信号进行对比，然后可编程逻辑控制器向夹送机构(2)和牵引张紧装置(5)发出控制信号，实时控制夹送机构(2)和牵引张紧装置(5)的运动速度；所述铜管高速连续感应退火炉微张力控制系统还包括：用于驱动牵引张紧装置(5)的变频电机(6)和变频调速数字控制系统(7)；牵引张紧装置(5)与变频电机(6)相连接，变频电机(6)与变频调速数字控制系统(7)相连接；
变频调速数字控制系统(7)控制变频电机(6)的转矩和速度；变频电机(6)控制牵引张紧装置(5)的运动速度。
2.根据权利要求1所述的铜管高速连续感应退火炉微张力控制系统，其特征在于：测速装置(3)上设有两轮，该两轮布置于铜管(1)的上下两侧，双向对中，采用气缸预紧；两轮采用铝合金轮觳，并且两轮表面覆胶。
3.根据权利要求2所述的铜管高速连续感应退火炉微张力控制系统，其特征在于：所述夹送机构(2)采用三相交流变频电机驱动。
4.根据权利要求2所述的铜管高速连续感应退火炉微张力控制系统，其特征在于：所述牵引张紧装置(5)还设有可调节精密夹紧装置(8)。
5.根据权利要求2所述的铜管高速连续感应退火炉微张力控制系统，其特征在于：所述夹送机构(2)还设有可调节精密夹紧装置。
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