CN103785590B - 三层pe钢管涂覆生产线匀速段同步控制机构 - Google Patents

Abstract

三层PE钢管涂覆生产线匀速段同步控制机构，属于三层PE钢管涂覆生产设备领域，具体涉及三层PE钢管涂覆生产线匀速段机械同步机构。包括电机（1）、传动机构和转动辊，转动辊上放置待涂覆的钢管，钢管通过转动辊的转动实现轴向移动和径向转动，并完成三层PE涂覆工序，其特征在于：所述的传动机构并排设有多组，多组传动机构一端通过转轴连接电机（1）输出端，另一端同时连接转动辊，电机（1）的接线端子连接变速器，控制器通过变速器调节电机（1）转速。本发明通过耦合机构对多组并排设置的传动机构进行强制耦合，精确保证所有转动辊的转速一致，进而实现所有转动辊的转速同步和钢管轴向速度控制。

Description

三层PE钢管涂覆生产线匀速段同步控制机构

技术领域

三层PE钢管涂覆生产线匀速段同步控制机构，属于三层PE钢管涂覆生产设备领域，具体涉及三层PE钢管涂覆生产线匀速段机械同步机构。

背景技术

三层PE防腐钢管主要用于天然气、成品油等石油石化产品的运输，而三层PE钢管涂覆生产线的生产质量是制约这类管道寿命的关键因素之一。三层PE钢管涂覆生产线包括快追段、匀速段等，由于匀速段决定了钢管涂覆、包裹的均匀性，因此工艺中对于匀速段的要求非常严格。而在实际生产中，在所难免的会存在各种形式的干扰，因此对于匀速段的控制的好坏以及其抗干扰能力的大小有决定性意义。

在三层PE涂覆生产过程，匀速段传动速度决定了钢管的加热时间、FBE粉末的胶化时间、中间胶层与融化环氧树脂粉末（FBE）的反应时间，是决定钢管三层PE防腐涂层质量的重要环节。生产过程即要求钢管轴向速度稳定在工艺设定值上，又要求匀速段各个转动转动辊转速一致；如果不考虑主动转动辊转速一致，将会导致钢管轴向前进速度出现较大波动，进而对生产的钢管质量造成影响。

传统生产过程中，所有转动辊的驱动力由电机提供，电机通过一定型号的变频器得到固定的输入信号，变频器由PLC控制，当所有变频器输出频率相同时，即认为转动辊转速相同。因此，可以视为所有转动辊的输入信号一致，即所有转动辊的转速相同，实现转动辊运动的同步，进而保证匀速段钢管速度的均匀性和一致性。而在实际的生产线上，由于装配精度、环境和人工操作因素的影响，各个转动辊转速之间不可避免的存在偏差，由于此系统是没有考虑转动辊的同步问题，该偏差不可能被测量以及消除，进而就会对钢管的刚度及涂覆、包裹的均匀性造成较大的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种的能够控制所有转动辊同步转动、提高钢管刚度、保证涂覆、包裹均匀性的三层PE钢管涂覆生产线匀速段同步控制机构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该三层PE钢管涂覆生产线匀速段同步控制机构，包括电机、传动机构和转动辊，转动辊上放置待涂覆的钢管，钢管通过转动辊的转动实现轴向移动和径向转动，并完成三层PE涂覆工序，其特征在于：所述的传动机构并排设有多组，多组传动机构一端通过转轴连接电机输出端，另一端同时连接转动辊，电机的接线端子连接变速器，控制器通过变速器调节电机转速，转动辊一侧设有检测其转速的电位器，钢管上方一侧设有检测其轴向前进位置变化的电磁传感器。通过多组传动机构连接转动辊，采用PLC作为集中控制器，变频器作为电机调速的执行器，电机作为一级被控对象，经过机械同步传动机构进行传动后，以一定的传动比将电机的转速转化为转动辊的转速；转动辊作为二级被控对象，转动辊的转速同时决定了钢管轴向速度的均匀性；电位器和电磁传感器检测信号反馈给控制器，形成一个串级控制系统，主回路以钢管的轴向前进速度作为反馈信号，副回路以转动辊的转速作为反馈信号。

转动辊与钢管以一定的倾斜角相接触，转动辊做旋转运动，钢管做轴向前进运动，转动辊的转速可以分解为钢管的轴向速度和钢管的旋转运动，转动辊的转速和钢管直线速度存在数学上的对应关系，因此通过控制转动辊速度可以精确控制钢管的轴向前进速度。

所述的传动机构为并排设置的三组或三组以上齿轮传动机构。

所述的齿轮传动机构包括套装在转轴上锥形齿轮和与锥形齿轮相啮合的圆锥齿轮，圆锥齿轮通过中心的传动轴连接转动辊。

所述的传动机构为并排设置的三组或三组以上蜗轮蜗杆传动机构。

所述的蜗轮蜗杆传动机构包括套装在转轴上的蜗轮和安装在蜗轮下方并与蜗轮相啮合的蜗杆，蜗杆另一端连接转动辊。

所述的传动机构下部还设有耦合机构。

所述的耦合机构包括中间齿轮、校正轮和校正支架，每组传动机构的下部分别套装中间齿轮，相邻两中间齿轮之间啮合安装校正轮，多组校正轮连接校正支架。通过耦合机构对多组并排设置的传动机构进行强制耦合，在由于外界干扰或其他因素影响转动辊同步转动时，强迫其同步转动，充分保证多组传动机构传动的一致性。

所述的耦合机构为链轮链条机构，包括链轮、校正轮、链条和校正支架，多个链轮通过链条连接为一体，相邻链轮之间通过校正轮张紧，校正轮连接校正支架。

所述的转轴的数量与传动机构的数量相匹配，相邻两转轴之间通过联轴器连接。转轴的数量与传动机构的数量相匹配，设有三组或三组以上，将连接电机输出端的转轴由原来的长度较大的一根分成与多组传动机构数量相适应的多根，并通过联轴器连接，减少了转动轴在旋转时会出现的颠簸、振动等因素，提高钢管的刚度。

有现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1、通过多组传动机构连接转动辊，采用PLC作为集中控制器，变频器作为电机调速的执行器，电机作为一级被控对象，经过传动机构进行传动后，以一定的传动比将电机的转速转化为转动辊的转速；转动辊作为二级被控对象，转动辊的转速同时决定了钢管轴向速度的均匀性；电位器和电磁传感器检测信号反馈给控制器，形成一个串级控制系统，主回路以钢管的轴向前进速度作为反馈信号，副回路以转动辊的转速作为反馈信号；同时检测了转动辊转速与钢管的转速便于后续的调节；能够极大的克服系统中各转动辊转速的干扰。

2、通过耦合机构对多组并排设置的传动机构进行强制耦合，利用机械强制耦合的方法可以精确保证所有转动辊的转速一致，进而实现对钢管转速的控制要求，能够实现所有转动辊的转速同步和钢管轴向速度控制；在由于外界干扰或其他因素影响转动辊同步转动时，强迫其同步转动，充分保证多组传动机构传动的一致性；相比于传统的控制方案，本发明、更适用于情况较恶劣、外界干扰因素多且复杂的环境，因为机械系统有着高度的精密性，在控制系统中增加这一机械强制可以很好的克服干扰，增加精度，可以解决匀速段控制主动转动辊转速一致和钢管轴向速度稳定在工艺值上的问题。

3、提高了钢管的刚度，将连接电机输出端的转轴由原来的长度较大的一根分成与多组传动机构数量相适应的多根，并通过联轴器连接，减少了转动轴在旋转时会出现的颠簸、振动等因素。

附图说明

图1为实施例1的连接关系示意图。

图2是实施例1的系统控制方框图。

图3为实施例3的连接关系示意图。

其中：1、电机  2、第一转轴  3、第一锥形齿轮  4、第一圆锥齿轮  5、第一联轴器  6、第二转轴  7、第二锥形齿轮  8、第二圆锥齿轮  9、第二联轴器  10、第三转轴  11、第三锥形齿轮  12、第三圆锥齿轮  13、第三中间齿轮  14、第三传动轴  15、第三转动辊  22、第一中间齿轮  17、校正支架  18、第二传动轴  19、第二中间齿轮  20、第二转动辊  16、第二校正轮   21、第一校正轮   23、第一传动轴  24、第一转动辊  25、链条  26、链轮。

具体实施方式

图1~2是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~3对本发明做进一步说明。

实施例1

参照附图1~2：三层PE钢管涂覆生产线匀速段同步控制机构，包括电机1、传动机构和转动辊，转动辊上放置待涂覆的钢管，钢管放置在由多条转动辊形成的平面上，转动辊与钢管以一定的倾斜角相接触，转动辊做旋转运动，钢管做轴向前进运动，转动辊的转速可以分解为钢管的轴向速度和钢管的旋转运动，转动辊的转速和钢管直线速度存在数学上的对应关系，因此通过控制转动辊速度可以精确控制钢管的轴向前进速度，钢管通过转动辊的转动实现轴向移动和径向转动，并完成三层PE涂覆工序。

传动机构并排设有多组，多组传动机构均一端通过转轴连接电机1输出端，且另一端同时连接转动辊，转轴的数量与传动机构的数量相匹配，设有三组或三组以上，分别为第一转轴2、第二转轴6和第三转轴10，相邻两转轴之间通过第一联轴器5和第二联轴器9连接；电机1的接线端子连接变速器的出线端子，通过变速器的接线端子连接控制器，转动辊一侧设有检测其转速的电位器，钢管上方一侧设有检测其轴向前进位置变化的电磁传感器，采用CAN控制网络作为现场控制总线，变频器作为执行机构，调节电机1的转动。

传动机构为齿轮传动机构，并排设有三组或三组以上，每组传动机构包括锥形齿轮、圆锥齿轮和传动轴，锥形齿轮套装在转轴上，且与其下方的圆锥齿轮相啮合，圆锥齿轮通过传动轴连接转动辊。第一锥形齿轮3、第二锥形齿轮7和第三锥形齿轮11从左到右依次安装在第一转轴2、第二转轴6和第三转轴10上，三组锥形齿轮下方分别对应啮合第一圆锥齿轮4、第二圆锥齿轮8和第三圆锥齿轮12，第一圆锥齿轮4、第二圆锥齿轮8和第三圆锥齿轮12下部分别连接第一传动轴、第二传动轴18和第三传动轴14；传动机构下部设有耦合机构，耦合机构包括中间齿轮、校正轮和校正支架17，每组传动机构的传动轴下部分别套装中间齿轮，第一中间齿轮22、第二中间齿轮19和第三中间齿轮13分别套装在第一传动轴、第二传动轴18和第三传动轴14上，相邻两中间齿轮之间啮合安装第一校正轮21和第二校正轮16，第一校正轮21和第二校正轮16共同连接校正支架17。

工作过程：本发明以PLC作为集中控制器，变频箱作为执行器，电机1转速作为直接被控变量。当发生外界干扰时，由电位器和电磁传感器检测到的来自下位的钢管轴向速度信号和转动辊转速信号传递会PLC控制器，PLC控制器与预先的期望速度进行比较，发出指令，变频箱发生动作，调节电机1的转速，电机1的转速变化会使后续的二三级被控变量发生相应的改变。

电机1作为一级被控对象，经过传动机构进行传动后，以一定的传动比将电机1的转速转化为转动辊的转速；转动辊作为二级被控对象，转动辊的转速同时决定了钢管轴向速度的均匀性；电位器和电磁传感器检测信号反馈给控制器，形成一个串级控制系统，主回路以钢管的轴向前进速度作为反馈信号，副回路以转动辊的转速作为反馈信号。主反馈信号和副反馈信号返回到PLC控制器上，与预先的工艺参数值进行比较，做出动作，发出信号，使得电机改变转速，同时机械同步装置迅速反应，将所有转动辊进行转速的机械初始化，利用机械强制的方法可以精确保证所有转动辊的转速一致，进而实现对钢管转速的控制要求，实现所有转动辊的转速同步和钢管轴向速度控制。

电机1转速发生改变时，第一转轴2、第二转轴6和第三转轴10转速相应变化，三根转轴上分别装一个锥形齿轮传动机构，以固定的传动比，将以一定的转速传递给相应的转动辊。由于三根转轴之间以联轴器连接，其转速相同，锥形齿轮传动机构高度精密，将保证传递到三个转动辊的转速完全一致。第一校正轮21和第二校正轮16共同连接校正支架17，第一中间齿轮22、第二中间齿轮19和第三中间齿轮13分别套装在第一传动轴、第二传动轴18和第三传动轴14上，整个齿轮传动机构和配合耦合机构构成机械的强耦合，以纯机械的方式实现各个转动辊转速相同。整个机械同步装置接收上级PLC控制器的指令，执行后续一系列的操作。

实施例2

传动机构为蜗轮蜗杆传动机构，并排设有三组或三组以上，每组传动机构包括蜗轮和蜗杆，蜗轮套装在转轴上，且与其下方的蜗杆相啮合，蜗杆另一端连接转动辊。

传动机构下部设有耦合机构，耦合机构包括中间齿轮、校正轮和校正支架17，每组传动机构的蜗杆下部分别套装中间齿轮，相邻两中间齿轮之间啮合安装校正轮，多组校正轮连接校正支架17。传动时通过蜗轮蜗杆的啮合带动转动辊转动，其他工作过程和工作原理与实施例1相同。

实施例3

参照附图3：耦合机构为链轮链条机构，包括中间齿轮、校正轮、链条25和校正支架17，中间齿轮为链轮26，多个链轮通过链条25连接为一体，相邻链轮26之间通过校正轮张进，校正轮连接校正支架17。

在机械强耦合时，通过链轮26和链条25强制多组传动机构和传动轴实现同步转动，其他工作过程和工作原理与实施例1相同。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.三层PE钢管涂覆生产线匀速段同步控制机构，包括电机（1）、传动机构和转动辊，转动辊上放置待涂覆的钢管，钢管通过转动辊的转动实现轴向移动和径向转动，并完成三层PE涂覆工序，其特征在于：所述的传动机构并排设有多组，多组传动机构一端通过转轴连接电机（1）输出端，另一端同时连接转动辊；电机（1）的接线端子连接变速器，控制器通过变速器调节电机（1）转速；转动辊一侧设有检测其转速的电位器，钢管上方一侧设有检测其轴向前进位置变化的电磁传感器；所述的传动机构下部还设有耦合机构；所述的耦合机构包括中间齿轮、校正轮和校正支架（17），每组传动机构的下部分别与中间齿轮连接，相邻两中间齿轮之间啮合安装校正轮，多组校正轮连接校正支架（17）。

2.根据权利要求1所述的三层PE钢管涂覆生产线匀速段同步控制机构，其特征在于：所述的传动机构为并排设置的三组或三组以上齿轮传动机构。

3.根据权利要求2所述的三层PE钢管涂覆生产线匀速段同步控制机构，其特征在于：所述的齿轮传动机构包括套装在转轴上锥形齿轮和与锥形齿轮相啮合的圆锥齿轮，圆锥齿轮通过中心的传动轴连接转动辊。

4.根据权利要求1所述的三层PE钢管涂覆生产线匀速段同步控制机构，其特征在于：所述的传动机构为并排设置的三组或三组以上蜗轮蜗杆传动机构。

5.根据权利要求4所述的三层PE钢管涂覆生产线匀速段同步控制机构，其特征在于：所述的蜗轮蜗杆传动机构包括套装在转轴上的蜗轮和安装在蜗轮下方并与蜗轮相啮合的蜗杆，蜗杆另一端连接转动辊。

6.根据权利要求1所述的三层PE钢管涂覆生产线匀速段同步控制机构，其特征在于：所述的转轴的数量与传动机构的数量相匹配，相邻两转轴之间通过联轴器连接。