CN105965088B - 基于剪切目标定尺长度的滚筒飞剪传动控制参数计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于剪切目标定尺长度的滚筒飞剪传动控制参数计算方法，该方法首先建立了剪切目标定尺长度计算模型，分别计算最小剪切目标定尺长度和最大剪切目标定尺长度，从而判断生产工艺给定的剪切目标定尺长度是否超限；然后，通过理论解析计算得到满足给定剪切目标定尺长度的传动控制参数：飞剪加速度a、飞剪匀速运行速度v_con、飞剪加减速时间T₁、飞剪匀速运行保持时间T₂，保证了定尺剪切的顺利实现；本发明提供的计算方法计算精度高、速度快、稳定性高，应用于带钢精整生产，效果显著。

Description

基于剪切目标定尺长度的滚筒飞剪传动控制参数计算方法

技术领域

本发明属于带钢精整处理技术领域，涉及一种基于剪切目标定尺长度的滚筒飞剪传动控制参数计算方法。

背景技术

经冷轧机组轧制后的带钢，必须经过精整处理加工，才能得到高质量的合格产品。精整机组主要进行重卷、纵切、横切、表面检查等工序。

现代化冷连轧机组不断向高速、自动化方向发展，且运行速度越来越高，对精整设备提出运行速度更快、精度更高、质量更好的要求。飞剪作为横切机组的重要设备对于机组的速度、精度和质量都起着关键的作用，滚筒飞剪正是在这种形势下研制开发的。之所以称为滚筒飞剪，是因为飞剪的剪刃安装在滚筒状剪轴的螺旋形的槽中，随着剪轴的转动，两个剪刃像齿轮啮合一样将带材剪断。

滚筒飞剪的传动控制参数包含飞剪加速度a，单位m/s²，加减速时间T₁，单位：s，飞剪匀速运行速度v_con，单位：m/s，匀速运行保持时间T₂，单位：s。上述控制参数的计算精度、计算速度直接决定了飞剪剪切速度与精度。

本发明深入研究了滚筒飞剪剪切原理，建立了剪切目标定尺长度计算模型，形成比较完善的基于剪切目标定尺长度的滚筒飞剪传动控制参数计算方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于剪切目标定尺长度的滚筒飞剪传动控制参数计算方法，使得控制时可以根据该方法计算传动控制参数，保证飞剪定尺剪切顺利实现，应用于带钢精整处理，效果明显。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于剪切目标定尺长度的滚筒飞剪传动控制参数计算方法，包括以下步骤：

步骤一、根据机械设备的结构尺寸及来料带材规格，输入以下参数：滚筒直径D、上下剪刃重叠量Δ、来料带钢最大厚度h_max、来料带钢最大宽度B_max和最大剪切速度v_max；

步骤二、根据生产要求，给定以下工艺参数：飞剪剪切速度v_s、剪切目标定尺长度L_s；

步骤三、计算飞剪最大加速度a_max，剪切基本定尺长度L₀；计算最大剪切目标定尺长度L_max，最小剪切目标定尺长度L_min；判断L_min≤L_s≤L_max及v_s≤v_max是否成立？如果不成立，提示“给定工艺参数超限”；

步骤四、初设飞剪加速度a＝0.1；

步骤五、如果L_s≥L₀，判断飞剪匀速运行速度v_con与飞剪剪切速度v_s的大小关系，若0≤v_con≤v_s成立，执行步骤七；若不成立，则令a＝a+0.1，重复计算，直到判别条件成立；

步骤六、如果L_s＜L₀，判断飞剪匀速运行速度v_con与飞剪剪切速度v_s的大小关系，若v_con≥v_s成立，执行步骤七；若不成立，则令a＝a+0.1，重复计算，直到判别条件成立；

步骤七、得到飞剪传动控制参数：飞剪加速度a、飞剪匀速运行速度v_con、飞剪加减速时间T₁、飞剪匀速运行保持时间T₂。

步骤三中所述的计算飞剪最大加速度a_max，按下式确定：

式中：D——滚筒直径，mm；

T——传动电机额定转矩，Nm；

i——速比；

GD²——滚筒换算到电机轴上的飞轮矩，kgf.m²。

步骤三中所述的计算最大剪切目标定尺长度L_max的方法如下：

1)根据机械设备的结构尺寸及来料带材规格，输入以下参数：滚筒直径D、上下剪刃重叠量Δ、来料带钢最大厚度h_max、来料带钢最大宽度B_max、飞剪最大剪切速度v_max；

2)令飞剪加速度a等于飞剪最大加速度a_max，剪切速度v_s等于飞剪最大剪切速度v_max；

3)初步设定最大剪切目标定尺长度L_max等于剪切基本定尺长度L₀；

4)判断飞剪匀速运行速度v_con与飞剪最大剪切速度v_s的大小关系，若0≤v_con≤v_s成立，则令L_max＝L_max+0.1，重复计算，直到判别条件不成立；

5)令L_max＝L_max-0.1，得到最大目标定尺长度L_max。

步骤三中所述的计算最小剪切目标定尺长度L_min的方法如下：

1)根据机械设备的结构尺寸及来料带材规格，输入以下参数：滚筒直径D、上下剪刃重叠量Δ、来料带钢最大厚度h_max、来料带钢最大宽度B_max、飞剪最大剪切速度v_max；

2)令飞剪加速度a等于飞剪最大加速度a_max，剪切速度v_s等于飞剪最大剪切速度v_max；

3)初步设定最小剪切目标定尺长度L_min等于剪切基本定尺长度L₀；

4)判断飞剪匀速运行速度v_con与飞剪剪切速度v_s的大小关系，若v_con≥v_s成立，则令L_min＝L_min-0.1，重复计算，直到判别条件不成立；

5)令L_min＝L_min+0.1，得到最小目标定尺长度L_min。

和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

本发明建立的基于剪切目标定尺长度的滚筒飞剪传动控制参数计算方法通过理论解析计算得到满足给定剪切定尺长度的传动控制参数，计算精度高、速度快、稳定性高，应用于带钢精整生产，效果显著。

附图说明

图1是基于剪切目标定尺长度的滚筒飞剪传动控制参数计算流程图。

图2是最大剪切目标定尺长度计算流程图。

图3是最大剪切目标定尺剪切速度变化曲线。

图4是飞剪滚筒结构图。

图5是飞剪剪切示意图。

图6是最小剪切目标定尺长度计算流程图。

图7是最小剪切目标定尺剪切速度变化曲线。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

本发明提出的一种基于剪切目标定尺长度的滚筒飞剪传动控制参数计算方法，其流程如图1所示，包括以下步骤：

一种基于剪切目标定尺长度的滚筒飞剪传动控制参数计算方法，包括下述步骤：

步骤一、根据机械设备的结构尺寸及来料带材规格，输入以下参数：滚筒直径D、上下剪刃重叠量Δ、来料带钢最大厚度h_max、来料带钢最大宽度B_max和最大剪切速度v_max；

步骤二、根据生产要求，给定以下工艺参数：飞剪剪切速度v_s、剪切目标定尺长度L_s；

步骤三、计算飞剪最大加速度a_max，剪切基本定尺长度L₀；计算最大剪切目标定尺长度L_max，最小剪切目标定尺长度L_min；判断L_min≤L_s≤L_max及v_s≤v_max是否成立？如果不成立，提示“给定工艺参数超限”；

各参数计算如下：

(1)飞剪最大加速度a_max，单位：m/s²，计算如下：

式中：GD²——滚筒换算到电机轴上的飞轮矩，kgf.m²；

D——滚筒直径，mm；

T——传动电机额定转矩单位：Nm；

i——传动速比。

(2)剪切基本定尺长度L₀计算如下：

带材定尺剪切需要剪切两刀，第一刀剪切完成后，滚筒保持剪切速度运行，旋转180°后，进行第二刀剪切，则，剪切基本定尺长度L₀，单位：mm，为：

(3)最大剪切目标定尺长度L_max计算如下：

如图2所示，最大剪切目标定尺长度L_max按以下步骤计算：

1)根据机械设备的结构尺寸及来料带材规格，输入以下参数：滚筒直径D、上下剪刃重叠量Δ、来料带钢最大厚度h_max、来料带钢最大宽度B_max、飞剪最大剪切速度v_max；

2)令飞剪加速度a等于飞剪最大加速度a_max，剪切速度v_s等于飞剪最大剪切速度v_max；

3)初步设定最大剪切目标定尺长度L_max等于剪切基本定尺长度L₀；

4)判断飞剪匀速运行速度v_con与飞剪最大剪切速度v_s的大小关系，若0≤v_con≤v_s成立，则令L_max＝L_max+0.1，重复计算，直到判别条件不成立；

飞剪匀速运行速度v_con计算详述如下：为了得到最大剪切目标定尺长度L_max，单位：mm，第一刀剪切后，滚筒必须先降速，保持匀速，再升速到剪切速度，进行第二刀剪切。

即：第一刀剪切完成后，滚筒转动线速度从剪切速度v_s降速到匀速运行速度v_con，降速时间为T₁；保持匀速v_con运行，匀速运行时间为T₂，滚筒转动线速度再从v_con升速到v_s，升速时间为T₁，加速度为a，单位：m/s²，然后进行第二刀剪切，完成定尺剪切，如图3所示。

则有下列算式成立：

T_ζ＝2T₁+T₂ (4)

ψ＝(v_con+v_s)T₁+T₂v_con (5)

式中，滚筒速度可调位域ψ和滚筒速度可调时域T_ζ，按下述计算：

如图4所示，双剪刃滚筒飞剪在滚筒上对称安装了两把剪刃，沿滚筒轴线呈螺旋状布置，螺旋升角为3°，滚筒旋转一周，剪切两次，剪刃零位为两剪刃位于水平位置。

如图5所示，剪切时，剪刃从零位开始旋转，转过角度α₀接触带材表面，继续转过角度γ，完全剪断带材。则，角度α₀为上、下剪刃接触带材表面的加速角，单位：度，角度γ为切入角，单位：度。Δ为上下剪刃重叠量，单位：mm。切入角γ计算如下：

式中，h_max——带钢最大厚度，mm。

加速角α₀计算如下：

α₀＝90°-γ (7)

上式为剪切带材宽度等于剪刃长度时的加速角，考虑最宽带材比剪刃长度小，剪切最宽带材时，剪刃接触带材的加速角α变为：

式中，L——剪刃长度，mm；

B_max——带钢最大宽度，mm。

剪切最宽带材时，剪切角为β，单位：度。计算如下：

剪切制动角为单位：度。计算如下：

则，滚筒速度可调角域ξ，单位：度，为加速角α和制动角之和

滚筒速度可调位域ψ，单位：mm，为

滚筒速度可调时域T_ζ，单位：s，为

式(3)、(4)代入式(5)得到

整理得到方程式

求解得到

5)令L_max＝L_max-0.1，得到最大目标定尺长度L_max。

(4)最小剪切目标定尺长度L_min计算如下：

如图6所示，最小剪切目标定尺长度L_min按以下步骤计算：

1)根据机械设备的结构尺寸及来料带材规格，输入以下参数：滚筒直径D、上下剪刃重叠量Δ、来料带钢最大厚度h_max、来料带钢最大宽度B_max、飞剪最大剪切速度v_max；

2)令飞剪加速度a等于飞剪最大加速度a_max，剪切速度v_s等于飞剪最大剪切速度v_max；

3)初步设定最小剪切目标定尺长度L_min等于剪切基本定尺长度L₀；

4)判断飞剪匀速运行速度v_con与飞剪剪切速度v_s的大小关系，若v_con≥v_s成立，则令L_min＝L_min-0.1，重复计算，直到判别条件不成立；

飞剪匀速运行速度v_con计算详述如下：为了得到最小剪切目标定尺长度L_min，单位：mm，第一刀剪切后，滚筒必须先升速，保持匀速，再减速到剪切速度，进行第二刀剪切。

即：第一刀剪切完成后，滚筒转动线速度从剪切速度v_s升速到匀速运行速度v_con，升速时间为T₁；保持匀速v_con运行时间T₂，线速度再从v_con降速到v_s，降速时间为T₁，加速度为a，单位：m/s²，然后进行第二刀剪切，完成定尺剪切，如图7所示。

则有下列算式成立：

T_ζ＝2T₁+T₂ (18)

ψ＝(v_con+v_s)T₁+T₂v_con (19)

式(17)、(18)代入式(19)得到

整理得到方程式

求解得到：

5)令L_min＝L_min+0.1，得到最小目标定尺长度L_min。

步骤四、初设飞剪加速度a＝0.1；

步骤五、如果L_s≥L₀，判断飞剪匀速运行速度v_con与飞剪剪切速度v_s的大小关系，若0≤v_con≤v_s成立，执行步骤七；若不成立，则令a＝a+0.1，重复计算，直到判别条件成立；

飞剪匀速运行速度v_con按照式(16)计算。

步骤六、如果L_s＜L₀，判断飞剪匀速运行速度v_con与飞剪剪切速度v_s的大小关系，若v_con≥v_s成立，执行步骤七；若不成立，则令a＝a+0.1，重复计算，直到判别条件成立；

飞剪匀速运行速度v_con按照式(22)计算。

步骤七、得到飞剪传动控制参数：飞剪加速度a、飞剪匀速运行速度v_con、飞剪加减速时间T₁、飞剪匀速运行保持时间T₂。

本发明建立了基于剪切目标定尺长度的滚筒飞剪传动控制参数计算方法，计算快速稳定。

通过采用本发明所提出的基于剪切目标定尺长度的滚筒飞剪传动控制参数计算方法，对某汽车板重卷检查机组的滚筒式飞剪机传动控制参数进行计算分析。滚筒飞剪结构参数及工艺参数如下：滚筒直径D＝321.5mm，剪刃长度L＝2100mm，Δ＝1.5mm，飞剪换算到电机轴上的飞轮矩GD²＝2.17kgf·m²。剪切带钢最大宽度B_max＝2030mm，最大厚度h_max＝2.5mm。主要计算结果如下：

表1传动控制参数计算结果

按照计算结果，对某汽车板重卷检查机组的滚筒飞剪进行了控制，实践证明，本发明的计算方法计算快速，精度高，完全满足工程需要。

Claims (2)

1.一种基于剪切目标定尺长度的滚筒飞剪传动控制参数计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、根据机械设备的结构尺寸及来料带材规格，输入以下参数：滚筒直径D、上下剪刃重叠量Δ、来料带钢最大厚度h_max、来料带钢最大宽度B_max和最大剪切速度v_max；

步骤二、根据生产要求，给定以下工艺参数：飞剪剪切速度v_s、剪切目标定尺长度L_s；

步骤三、计算飞剪最大加速度a_max，剪切基本定尺长度L₀；计算最大剪切目标定尺长度L_max，最小剪切目标定尺长度L_min；判断L_min≤L_s≤L_max及v_s≤v_max是否成立？如果不成立，提示“给定工艺参数超限”；

步骤四、初设飞剪加速度a＝0.1；

步骤五、如果L_s≥L₀，判断飞剪匀速运行速度v_con与飞剪剪切速度v_s的大小关系，若0≤v_con≤v_s成立，执行步骤七；若不成立，则令a＝a+0.1，重复计算，直到判别条件成立；

步骤六、如果L_s<L₀，判断飞剪匀速运行速度v_con与飞剪剪切速度v_s的大小关系，若v_con≥v_s成立，执行步骤七；若不成立，则令a＝a+0.1，重复计算，直到判别条件成立；

步骤七、得到飞剪传动控制参数：飞剪加速度a、飞剪匀速运行速度v_con、飞剪加减速时间T₁、飞剪匀速运行保持时间T₂；

步骤三中所述的计算最大剪切目标定尺长度L_max的方法如下：

1)根据机械设备的结构尺寸及来料带材规格，输入以下参数：滚筒直径D、上下剪刃重叠量Δ、来料带钢最大厚度h_max、来料带钢最大宽度B_max、飞剪最大剪切速度v_max；

2)令飞剪加速度a等于飞剪最大加速度a_max，剪切速度v_s等于飞剪最大剪切速度v_max；

3)初步设定最大剪切目标定尺长度L_max等于剪切基本定尺长度L₀；

4)判断飞剪匀速运行速度v_con与飞剪最大剪切速度v_s的大小关系，若0≤v_con≤v_s成立，则令L_max＝L_max+0.1，重复计算，直到判别条件不成立；

5)令L_max＝L_max-0.1，得到最大目标定尺长度L_max；

步骤三中所述的计算最小剪切目标定尺长度L_min的方法如下：

1)根据机械设备的结构尺寸及来料带材规格，输入以下参数：滚筒直径D、上下剪刃重叠量Δ、来料带钢最大厚度h_max、来料带钢最大宽度B_max、飞剪最大剪切速度v_max；

2)令飞剪加速度a等于飞剪最大加速度a_max，剪切速度v_s等于飞剪最大剪切速度v_max；

3)初步设定最小剪切目标定尺长度L_min等于剪切基本定尺长度L₀；

4)判断飞剪匀速运行速度v_con与飞剪剪切速度v_s的大小关系，若v_con≥v_s成立，则令L_min＝L_min-0.1，重复计算，直到判别条件不成立；

5)令L_min＝L_min+0.1，得到最小目标定尺长度L_min。

2.根据权利要求1所述的基于剪切目标定尺长度的滚筒飞剪传动控制参数计算方法，其特征在于：步骤三中所述的计算飞剪最大加速度a_max，按下式确定：

式中：D——滚筒直径，mm；

T——传动电机额定转矩，Nm；

i——速比；

GD²——滚筒换算到电机轴上的飞轮矩，kgf.m²。