CN102430661B - 弯管机送料助推伺服电机的选型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种对弯管机送料助推的伺服电机进行选型的选型装置及选型方法，在弯管机具有的管件的上下表面贴有两电桥工作片，在与管件位于同一温度环境内且型号相同的管件材料片的上表面分别贴有两电桥温度补偿片，由两电桥工作片及两电桥温度补偿片组成应变计惠斯顿测量电桥；先预先估选一伺服电机，管件以最大推进速度v过程中受压产生弯曲，测量电桥输出电压信号，由单片机将电压信号转换为推动管件实际所需的推力F，根据公式p＝Fv计算出功率p，再根据传动总效率η计算出伺服电机在最大负载下实际所需的功率Pw＝p/η，即完成选型；本发明可较快、较高精度地获取各类弯管机所需伺服电动机的性能参数，从而提高了弯管机的设计效率和性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种弯管机的送料助推装置的选型方法，尤其涉及对弯管机送料助推的伺服电机进行选型的方法。
背景技术
现有弯管机的送料助推装置通常是由与弯管机机身导轨齿条相连的伺服电机来驱动，伺服电机在电脑自动控制装置的指令下转动，并通过传动机构来实现送料小车移动，进而完成弯管机的送料功能。在整个送料助推装置中，伺服电机是核心，伺服电机的选型直接与弯管机加工管件的管径、壁厚、送料速度、弯曲直径等参数有关。若所选伺服电机的额定功率较小，则不能完成弯管机的送料助推工作；反之，若所选伺服电机的额定功率较大，虽然能完全实现送料助推工作，但存在浪费能源、加大产品开发成本的问题。
目前，在对弯管机送料助推装置中的伺服电机进行选型时，通常是利用ABAQUS等相关有限元软件，根据所弯管件的材料、管径、送料速度等参数进行建模、仿真、计算，从而获得弯管机在工作过程中作用到管件上所需送料功率，然后再根据传动机构参数转换到伺服电机本身所需功率，进而实现伺服电机的选型。在基于有限元的伺服电机选型方法中，往往需要对各种管件进行结构参数测量，建模复杂，迭代计算麻烦且费时。此外，在建模过程中还存在一定的简化，使得计算结果与实际所需电机的功率不一致，进而造成弯管机送料助推装置中伺服电机选型有误。
发明内容
本发明的目的在于提高弯管机送料助推装置中伺服电机选型的合理性，进而提供一种简单的伺服电机选型装置，精确地对伺服电机进行选型。本发明的另一目的是提供一种基于该选型装置的选型方法。
本发明的伺服电机的选型装置采用的技术方案是：在弯管机具有的管件的上下表面贴有R1电桥工作片和R2电桥工作片，在管件材料片的上表面分别贴有R3电桥温度补偿片和R4电桥温度补偿片，R1电桥工作片和R2电桥工作片以及R3电桥温度补偿片和R4电桥温度补偿片组成应变计惠斯顿测量电桥，R1电桥工作片和R2电桥工作片布 置在相对两桥臂上，R3电桥温度补偿片和R4电桥温度补偿片布置在相对另两桥臂上，所述管件材料片与所述管件位于在同一温度环境内且型号相同，应变计惠斯顿测量电桥串接于管件材料片和信号调理电路之间，信号调理电路依次串接数据采集模块、单片机和数据显示模块。
上述选型装置的选型方法的技术方案是采用如下步骤：A、预先估选一伺服电机，由弯管机控制器给预先估选的伺服电机发送启动控制命令，使管件向前以弯管机设定的最大推进速度v送料；B、管件在向前送料工作过程中受压产生弯曲，使应变计惠斯顿测量电桥输出电压信号，该电压信号送入信号调理电路进行前置放大和二级放大滤波处理，由单片机利用数据采集模块对处理好的信号进行采集，并将采集的电压信号转换为推动管件实际所需的推力F；C、根据公式p＝Fv计算出管件所需的功率p；D、根据预先估选的伺服电机及其关联传动部件之间的传动总效率η计算出伺服电机在最大负载下实际所需的功率Pw＝p/η，根据功率Pw完成伺服电机选型。
本发明的有益效果是：本发明可在已有弯管机设备基础上进行改造，伺服电机的选型装置结构简单，测试速度快、结果准确，可以较快、较高精度地获取各类型弯管机所需伺服电动机的性能参数，从而提高弯管机的设计效率和设计性能。
附图说明
图1是弯管机及本发明选型装置的结构示意图；
图2是本发明选型装置的电路结构连接图；
图中：1.机身；2.转管齿轮箱；3.齿轮；4.伺服电机减速装置；5.伺服电机；6.减速装置；7.夹紧气缸；8.气缸连杆；9.转管电机；10.送料小车；11.推紧套；12.导轨；13.齿条；14.夹钳；15.管件；16.R1电桥工作片；17.R2电桥工作片；18.R3电桥温度补偿片；19.R4电桥温度补偿片；20.管件材料片；21.信号处理和显示盒；22.机头；23.弯管机构；24.应变计惠斯顿测量电桥；25.信号调理电路；26.数据采集模块；27.单片机；28.数据显示模块。
具体实施方式
如图1所示，弯管机包括机身1、伺服电机5、机头22和弯管机构23；机身1上安装导轨12，导轨12上是送料小车10，导轨12一侧有齿条13，送料小车10的底侧装有与齿条13相啮合的齿轮3，齿轮3通过伺服电机减速装置4与弯管机送料助推伺服电机5相连。管件15由夹钳14夹紧，而夹钳14后端与转管齿轮箱2相连，转管齿轮箱2由转管电机9通过减速装置6驱动，进而实现管件15在夹紧的情况下转动。转管电机9 与减速装置6之间，以及减速装置6与转管齿轮箱2之间都是通过轴进行刚性连接。送料小车10上设置有推紧套11，推紧套11前端有夹钳14，设置在送料小车10上的夹紧气缸7通过气缸连杆8、以及传动件与推进套11相连接。管件15的夹紧与松开由夹钳14在夹紧气缸7驱动下实现，管件15由夹钳14夹住实现转动和送料。当气缸连杆8向后移动时，通过传动件使得推进套11向后移动，从而使得推进套11前端脱离夹钳14，实现了夹钳14的松开；反之当气缸连杆8向前移动时，可以实现推进套11向前移动，从而套紧夹钳14，完成了夹钳14的闭合。管件15的顶端是弯管机的机头22和弯管机构23。
为了实现对上述伺服电机5的选型，首先选择某待设计型号的弯管机可能需要弯的最大直径管材，然后利用夹钳14将管件15夹持住，接着在管件15的上下表面贴上R1电桥工作片16和R2电桥工作片17两电桥工作片，并在同一温度环境内备有与管件15相同型号的管件材料片20，在管件材料片20上表面分别贴R3电桥温度补偿片18和R4电桥温度补偿片19两温度补偿片。如图2所示，然后将R1电桥工作片16和R2电桥工作片17、R3电桥温度补偿片18和R4电桥温度补偿片19接成应变计惠斯顿测量电桥24。在搭建应变计惠斯顿测量电桥24时，考虑到R3电桥温度补偿片18和R4电桥温度补偿片19不产生工作应变，只有温度应变，因此将R1电桥工作片16和R2电桥工作片17分别布置在两个相对桥臂上，以消除可能因推力造成管件微小弯矩的影响，并将R3电桥温度补偿片18和R4电桥温度补偿片19分别布置在另外两个相对桥臂上，解决环境温度的改变严重影响测量精度的问题，从而组成惠斯顿全桥。R1电桥工作片16与R3电桥温度补偿片18之间的A点和R2电桥工作片17与R4电桥温度补偿片19之间的C点之间是输出电压U，两并联点B和D之间是供桥电压E。再将应变计惠斯顿测量电桥24接入信号处理和显示盒21，信号处理和显示盒21固定安装在机身1侧，信号处理和显示盒21内部设置了信号调理电路25、数据采集模块26、单片机27和数据显示模块28，信号调理电路25依次串接数据采集模块26、单片机27和数据显示模块28，应变计惠斯顿测量电桥24连接信号调理电路25，串接在管件材料片20和信号调理电路25之间。
在对伺服电机5选型时，首先预先估选一伺服电机5，由弯管机控制器给预先估选的伺服电机5发送启动控制命令，预先估选的伺服电机5通过伺服电机减速装置4作用于齿轮3，并依靠齿轮3与齿条13的啮合，使送料小车10带动推紧套11、夹钳14及其管件15向前以弯管机设定的最大推进速度v送料。管件15在工作过程中受压，在推 送过程中存在一定微小的弯曲，由于R1电桥工作片16和R2电桥工作片17贴在管件15的上下表面上，所以基于R1电桥工作片16和R2电桥工作片17、R3电桥温度补偿片18和R4电桥温度补偿片19组成的应变计惠斯顿测量电桥24便输出微弱的电压信号，该电压信号被送入信号调理电路25进行前置放大和二级放大滤波的信号处理，然后单片机27利用数据采集模块26对处理好的信号进行采集，并将电压信号转换为推动管件15实际所需的推力F，根据推力F以及管件15的推进速度v进而计算出夹钳14助推管件15所需的功率p＝Fv，然后，采用弯管机设计时的常规方法计算出预先估选的伺服电机及其关联传动部件之间的传动总效率η，即预先估选的伺服电机5、伺服电机减速装置4、齿轮3、齿条13之间的传动总效率η，再根据该传动总效率η计算出预先估选的伺服电机5在最大负载下实际所需的功率Pw＝p/η，并由数据显示模块28输出，根据该测试和计算结果即可完成弯管机送料助推装置中实际伺服电机5的选型，进而可以确定弯管机针对该类管材进行送料助推时所需伺服电机的型号，实际伺服电机5为一拥有最大功率的预选电机，其拥有对不同管件15在不同送料速度下进行送料助推所需功率。
Claims (1)
1.一种弯管机送料助推伺服电机的选型方法，采用弯管机送料助推伺服电机的选型装置，该选型装置在弯管机具有的管件（15）的上下表面贴有R1电桥工作片（16）和R2电桥工作片（17），在管件材料片（20）的上表面分别贴有R3电桥温度补偿片（18）和R4电桥温度补偿片（19）；R1电桥工作片（16）和R2电桥工作片（17）以及R3电桥温度补偿片（18）和R4电桥温度补偿片（19）组成应变计惠斯顿测量电桥（24），R1电桥工作片（16）和R2电桥工作片（17）布置在相对两桥臂上，R3电桥温度补偿片（18）和 R4电桥温度补偿片（19）布置在相对另两桥臂上；所述管件材料片（20）与所述管件（15）位于同一温度环境内且型号相同；应变计惠斯顿测量电桥（24）串接于管件材料片（20）和信号调理电路（25）之间，信号调理电路（25）依次串接数据采集模块（26）、单片机（27）和数据显示模块（28），其特征是采用如下步骤：
A、预先估选一伺服电机，由弯管机控制器给预先估选的伺服电机发送启动控制命令，使管件（15）向前以弯管机设定的最大推进速度v送料；
B、管件（15）在向前送料工作过程中受压产生弯曲，使应变计惠斯顿测量电桥（24）输出电压信号，该电压信号送入信号调理电路（25）进行前置放大和二级放大滤波处理，由单片机（27）利用数据采集模块（26）对处理好的信号进行采集，并将采集的电压信号转换为推动管件（15）实际所需的推力F；
C、根据公式p=Fv计算出管件（15）所需的功率p；
D、根据预先估选的伺服电机及其关联传动部件之间的传动总效率η计算出伺服电机在最大负载下实际所需的功率P w = p/η，根据功率P w 完成伺服电机选型。
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