CN104400114B - 一种锯片导向装置及其调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锯片导向装置，在锯片两侧布置空气静压的导向盘，形成间隙，稳定压力的气源P提供压缩空气，压缩空气通过气动伺服阀分别送到导向盘后进入锯片两侧的间隙，形成压力p1和p2，对锯片产生推力。气动伺服阀可以通过控制器发来的信号控制其开口大小，从而控制其出口压力的大小，锯片的振动位移和速度通过位移传感器测量并送给控制器，控制器根据位移传感器的信号对气动伺服阀进行控制。该装置采用了气动力进行锯片导向的主动振动控制，用锯片两侧气体推力，从而使锯片振动控制类型为稳定控制，可以提高控制精度，增加了锯片的稳定性。

Description

一种锯片导向装置及其调节方法

技术领域

本发明涉及一种锯片导向装置及其调节方法。

背景技术

锯在整个工程领域有重要作用，已广泛应用于采矿、石油、机械、钢铁等领域。

减小锯片的厚度，可以减小锯路损失，节约材料，所以锯片正向薄型方向发展；但锯片厚度减小以后，横向刚度变小，而使锯片在加工过程中稳定性恶化，振动加剧，从而导致了锯切加工精度与表面质量下降、锯片磨损加剧、锯片寿命下降；同时，为了提高生产效率，需要提高圆锯片的转速，高速锯切时，锯片横向振动更大，显著增加锯切噪声，严重污染环境。

提高锯片稳定性，降低其横向振动的措施主要有改进锯片结构和增加锯片导向装置，其中改进锯片由于受到空间影响，只能在一定程度上改善锯片稳定性；增加锯片导向装置则是目前比较有效的方案。

目前有多种锯片导向装置，可以分为接触式和非接触式，传统的导向装置是接触式导向装置，在导向装置与锯片之间可以注入流体介质，如水、气或油，不仅可以润滑而且可以冷却锯片，接触式导向装置导向力大，支撑刚度高，但导向装置与锯片之间存在摩擦，一方面容易发热，另一方面摩擦也会导致锯片振动；同时导向装置与锯片间的间隙(0.07～0.076mm)调整困难。

非接触导向装置可以避免上述问题，目前有多种方案，专利CA1061222中提出了一种锯的浮动导向装置方案，该方案是使用气体作为基本的介质的，使气体在锯片导向装置的表面与转动的锯片之间形成持续稳定的流动膜。该方案为非接触导向装置的基本结构，主要问题是导向力小，支承刚度不足。

专利US6705188提出了一种对原有的锯片的导向装置的冷却系统改进，采用专门的有三角形槽的锯片，更好地将油水混合物带到锯片上在锯片表面形成一个液体膜，有利于对锯片进行润滑和冷却，该方案未能提高支撑刚度。

专利US7584688中提出了一种磁性介质的导向方案。该方案中将导向装置加上了磁性的材料(永磁或电磁材料)，而后在冷却液和润滑液里添加磁性颗粒，可以使磁性润滑液吸附在导向装置与锯片间的间隙中，提高了导向装置的支承刚度和导向力，但该方案由于电磁铁对锯片的吸力，因此，容易导致锯片的不稳定。

专利US 5159866中提供了一种改进型的具有高承载能力的锯片导向装置。该发明利用在导向装置边缘产生的超音速气流而导致的气体高压，在导向装置内部产生较高的气体压力从而提高支承刚度和导向力，该方案由于超音速导致比较严重的气流噪声。

七十年代，有人提出通过对圆锯片横向振动主动控制的研究，主要是在锯片两侧安装电磁铁为导向装置，锯片通过传感器进行在线振动测量，根据锯片横向振动位移，按比例调节圆锯片两侧电磁铁的吸力，以达到在线控制锯片振动和自动调节控制力的目的。该方案由于采用电磁铁吸引锯片的吸力为导向力，使振动控制系统为不稳定控制类型，因此，控制精度有限，而且容易导致系统不稳定。

发明内容

本发明旨在提供一种锯片导向装置，提高了锯片导向的控制精度，使系统稳定性提高。本发明还提供了该锯片导向装置的调节方法。

本发明提供的一种锯片导向装置，包括控制器，控制器与位移传感器连接，锯片位于位移传感器的有效感应区域内；控制器两端设有第一气动伺服阀和第二气动伺服阀，第一气动伺服阀和第二气动伺服阀与气源P连通；锯片两侧设置有第一导向盘和第二导向盘，第一导向盘中心设有第一通孔，第二导向盘中心设有第二通孔，第一导向盘与锯片之间形成第一间隙，第二导向盘与锯片之间形成第二间隙；气源通过第一气动伺服阀经第一导向盘通往第一间隙，气源通过第二气动伺服阀经第二导向盘通往第二间隙。

所述锯片导向装置的调节方法：在锯片两侧布置稳压空气的第一导向盘和第二导向盘，形成第一间隙和第二间隙，稳定压力的气源提供压缩空气，压缩空气通过气动伺服阀分别送到第一导向盘和第二导向盘，然后进入第一间隙和第二间隙，形成压力p1和p2，对锯片产生推力；气动伺服阀通过控制器发来的信号控制其开口大小，从而控制其出口压力的大小，锯片的振动位移和速度通过位移传感器测量并送给控制器，控制器根据位移传感器的信号对第一气动伺服阀或第二气动伺服阀进行控制。

实施原理：主要是针对以下三种状态进行调节：

(1)当锯片未发生振动，即x＝0(基准点)时，第一间隙和第二间隙存在的气压p1和p2相等，因此，锯片不会发生偏移；当锯切开始后，锯片由于锯切力的激励导致锯片的横向振动；

(2)当锯片横向振动到左侧的某一瞬时时，此时，x<0，第一间隙增加、第二间隙减小，第一间隙的增加造成p1减小为p1`，同时由于第二间隙的减小导致p2增加为p2`，形成Δp1＝p2`-p1`；同时，振动的位移和速度由位移传感器检出，振动控制器收到该信号后发出控制指令给第一气动伺服阀，减小阀开口量，从而减小第一间隙的空气静压：从p1`减小为p1``，p2`不变，形成锯片两侧压差Δp2＝p2`-p1``；在Δp2的驱动和锯片本身的弹性力作用下，锯片向x＝0处移动，从而控制锯片的振动，Δp2>Δp1，因此，锯片能快速回复到x＝0的位置；锯片向x＝0方向移动过程中，第一气动伺服阀的开口逐渐达到初始值。

(3)当锯片横向振动到右侧的某一瞬时时，此时，x>0，第二间隙增加、第一间隙减小，第二间隙的增加也会造成p2减小为p2`，同时由于第一间隙的减小导致p1增加为p1`，形成Δp1＝p1`-p2`；同时，振动的位移和速度由位移传感器检出，振动控制器收到该信号后发出控制指令给第二气动伺服阀，减小阀开孔量，从而减小第二间隙的空气静压：从p2`减小为p2``，p1`不变，形成锯片两侧压差Δp2＝p1`-p2``；最后在Δp2的驱动和锯片本身的弹性力作用下，锯片向x＝0处移动，从而控制锯片的振动；Δp2>Δp1，因此，锯片回复到x＝0的位置比较迅速；锯片向x＝0方向移动过程中，第二气动伺服阀的开口逐渐达到初始值。

本发明中，某瞬时气动伺服阀的控制信号大小采用如下公式：

$s=k_{P}x+k_D\stackrel{\&CenterDot;}{x}$

其中：S气动伺服阀的控制信号

k_P偏差比例系数

k_D偏差微分系数

x锯片振动位移

锯片振动速度

其中锯片振动位移x可由传感器测出，锯片振动速度可由振动位移计算得出，偏差比例系数k_P与偏差微分系数k_D现场调试确定。

总之，无论锯片发生振动导致锯片在任何位置，均有力可以使其回到中位x＝0处，实现了锯片的振动控制。

本发明的有益效果：

(1)采用了气动力进行锯片导向的主动振动控制，用锯片两侧气体推力，从而使锯片振动控制类型为稳定控制，可以提高控制精度；

(2)增加了导向装置两侧压力控制的气动伺服阀、控制器和传感器，实现了锯片振动的主动控制；

(3)不采用气动伺服阀主动控制时，锯片锯切振动幅度为0.4mm，当采用气动伺服阀主动控制后锯片锯切振动幅度为0.2mm，控制效果显著；提高了锯片振动控制的精度，增加了锯片的稳定性。

附图说明

图1为本发明锯片导向装置的结构示意图。

图中1为控制器，2为第一气动伺服阀，3为第二气动伺服阀，4为第一通孔，5为锯片，6为第一导向盘，7为第一间隙，8为第二间隙，9为第二导向盘，10为第二通孔，11为位移传感器。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例1：

如图1所示，一种锯片导向装置，包括控制器1，控制器与位移传感器11连接，锯片5位于位移传感器11的有效感应区域内；控制器两端设有第一气动伺服阀2和第二气动伺服阀3，第一气动伺服阀2和第二气动伺服阀3与气源P连通；锯片5两侧设置有第一导向盘6和第二导向盘9，第一导向盘6中心设有第一通孔4，第二导向盘9中心设有第二通孔10，第一导向盘6与锯片5之间形成第一间隙7，第二导向盘9与锯片5之间形成第二间隙8；气源通过第一气动伺服阀2经第一导向盘6通往第一间隙7，气源通过第二气动伺服阀3经第二导向盘9通往第二间隙8。

所述锯片导向装置的调节方法：在锯片5两侧布置稳压空气的第一导向盘6和第二导向盘9，形成第一间隙7和第二间隙8，稳定压力的气源P提供压缩空气，压缩空气通过气动伺服阀分别送到第一导向盘6和第二导向盘9，然后进入第一间隙7和第二间隙8，形成压力p1和p2，对锯片产生推力；气动伺服阀通过控制器1发来的信号控制其开口大小，从而控制其出口压力的大小，锯片的振动位移和速度通过位移传感器11测量并送给控制器1，控制器1根据位移传感器11的信号对第一气动伺服阀2或第二气动伺服阀3进行控制。

本实施例中，控制器采用单片机MSP430为核心的电路，位移传感器采用HZ891XL电涡流传感器,气动伺服阀采用MPYE-5-1/4-010B。,压缩空气源压力为7～8bar，安装时导向装置与锯片距离为0.3～0.5mm，控制算法采用PD算法，即：某瞬时气动伺服阀的控制信号大小采用如下公式：

$s=k_{P}x+k_D\stackrel{\&CenterDot;}{x}$

其中：S气动伺服阀的控制信号

k_P偏差比例系数

k_D偏差微分系数

x锯片振动位移

锯片振动速度

其中锯片振动位移x可由传感器测出，锯片振动速度可由振动位移计算得出，偏差比例系数k_P与偏差微分系数k_D现场调试确定。

本发明主要是针对以下三种状态进行调节：

(1)当锯片未发生振动，即x＝0(基准点)时，第一间隙7和第二间隙8存在的气压p1和p2相等，因此，锯片不会发生偏移；当锯切开始后，锯片由于锯切力的激励导致锯片的横向振动；

(2)当锯片横向振动到左侧的某一瞬时时，此时，x<0，第一间隙7增加、第二间隙8减小，第一间隙7的增加造成p1减小为p1`，同时由于第二间隙8的减小导致p2增加为p2`，形成Δp1＝p2`-p1`，当某瞬时，x＝-0.1mm，形成的Δp1约1bar；同时，振动的位移和速度由位移传感器11检出，x＝-0.1mm，振动控制器1收到该信号后发出控制指令给第一气动伺服阀2，根据控制规律按k_p＝-2，k_D＝-0.0001,此时，发出的控制量s＝(-2)*(-0.1)+(-0.0001)*(150)＝0.185mm，s为正时，s为第一气动伺服阀2的阀口减小量，从而减小第一间隙7的空气静压，在气源压力为7bar时，产生的第一气动伺服阀气压降为2.4bar，即：从p1`减小为p1``的减小量为2.4bar，p2`不变，形成锯片5两侧压差Δp2＝p2`-p1``＝3.4bar；在Δp2的驱动和锯片本身的弹性力作用下，锯片向x＝0处移动，从而控制锯片的振动，Δp2>Δp1，因此，锯片回复到x＝0的位置迅速，在相同的干扰下，控制锯片振动的幅度较小。

(3)当锯片横向振动到右侧的某一瞬时时，此时，x>0，第二间隙8增加、第一间隙7减小，第二间隙8的增加也会造成p2减小为p2`，同时由于第一间隙7的减小导致p1增加为p1`，形成Δp1＝p1`-p2`，当某瞬时，x＝0.1mm，形成的Δp1约1bar；同时，振动的位移和速度由位移传感器11检出，当x＝0.1mm，时，振动控制器1收到该信号后发出控制指令给第二气动伺服阀2，根据控制规律按k_p＝-2，k_D＝-0.0001,此时，发出的控制量s＝(-2)*0.1+(-0.0001)*(-150)＝-0.185mm，s为负时，s为第二气动伺服阀3的阀口减小量，从而减小第二间隙8的空气静压，在气源压力为7bar是，产生的气压降为2.4bar，即：从p2`减小为p2``的减小量为2.4bar，p1`不变，形成锯片5两侧压差Δp2＝p1`-p2``＝3.4bar；在Δp2的驱动和锯片本身的弹性力作用下，锯片向x＝0处移动，从而控制锯片的振动，Δp2>Δp1，因此，锯片回复到x＝0的位置迅速，在相同的干扰下，控制锯片振动的幅度较小。

Claims (3)

1.一种锯片导向装置，包括控制器，其特征在于：所述控制器与位移传感器连接，锯片位于位移传感器的有效感应区域内；控制器两端设有第一气动伺服阀和第二气动伺服阀，第一气动伺服阀和第二气动伺服阀与气源连通；锯片两侧设置有第一导向盘和第二导向盘，第一导向盘中心设有第一通孔，第二导向盘中心设有第二通孔，第一导向盘与锯片之间形成第一间隙，第二导向盘与锯片之间形成第二间隙；气源通过第一气动伺服阀经第一导向盘通往第一间隙，气源通过第二气动伺服阀经第二导向盘通往第二间隙。

2.一种权利要求1所述的锯片导向装置的调节方法，其特征在于：在锯片两侧布置稳压空气的第一导向盘和第二导向盘，形成第一间隙和第二间隙，稳定压力的气源提供压缩空气，压缩空气通过气动伺服阀分别送到第一导向盘和第二导向盘，然后进入第一间隙和第二间隙，形成压力p1和p2，对锯片产生推力；气动伺服阀通过控制器发来的信号控制其开口大小，从而控制其出口压力的大小，锯片的振动位移和速度通过位移传感器测量并送给控制器，控制器根据位移传感器的信号对第一气动伺服阀或第二气动伺服阀进行控制。

3.根据权利要求2所述的锯片导向装置的调节方法，其特征在于：

（1）当锯片未发生振动，即x=0时，第一间隙（7）和第二间隙（8）形成的气压p1和p2相等，因此，锯片不会发生偏移；当锯切开始后，锯片由于锯切力的激励导致锯片的横向振动；

（2）当锯片横向振动到左侧的某一瞬时时，此时，x<0时，第一间隙（7）的增加造成p1减小为p1`，同时由于第二间隙（8）的减小导致p2增加为p2`，形成Δp1=p2`-p1`；同时，振动的位移和速度由位移传感器（11）检出，振动控制器（1）收到该信号后发出控制指令给第一气动伺服阀（2），减小阀开口量，从而减小第一间隙（7）的空气静压：从p1`减小为p1``，p2`不变，形成锯片（5）两侧压差Δp2=p2`-p1``；在Δp2的驱动和锯片本身的弹性力作用下，锯片向x=0处移动，从而控制锯片的振动，Δp2>Δp1，因此，锯片回到x=0；

（3）当锯片横向振动到右侧的某一瞬时时，此时，x>0时，第二间隙（8）的增加也会造成p2减小为p2`，同时由于第一间隙（7）的减小导致p1增加为p1`，形成Δp1=p1`-p2`；同时，振动的位移和速度由位移传感器（11）检出，振动控制器（1）收到该信号后发出控制指令给第二气动伺服阀（3），减小阀开口量，从而减低第二间隙（8）的空气静压：从p2`减小为p2``，p1`不变，形成锯片（5）两侧压差Δp2=p1`-p2``；最后在Δp2的驱动和锯片本身的弹性力作用下，锯片向x=0处移动，从而控制锯片的振动，Δp2>Δp1，因此，锯片回到x=0。