CN110205847A - 一种筐篮式合绳机放线恒张力控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种筐篮式合绳机放线恒张力控制方法，根据设备参数和生产过程数据实时计算电动转矩设定值；通过在线调节阻尼带拉力电机的电动转矩，调节放线轮阻尼转矩，从而实现放线恒张力控制；放线阻尼转矩设定值M_f＝T×D/2；利用电机输出轴转矩M_d‑张力T数学模型，得到电动转矩死区补偿；最后得到当前稳态工作点下张力死区宽度。优点是：保证钢绳各股头尾张力一致性和股间张力一致性，消除了因各股张力偏差导致捻距偏差造成的钢绳表面起浪、起棱等质量缺陷，解决了钢绳使用中因各股受力不均而影响使用寿命的问题。

Description

一种筐篮式合绳机放线恒张力控制方法

技术领域

本发明涉及一种筐篮式合绳机放线恒张力控制方法。

背景技术

钢绳筐篮式合绳机生产中，放线恒张力控制是一项核心技术，放线恒张力控制可以实现钢绳产品各股张力捻距精度一致性，保证钢绳使用中各股受力均匀，延长钢绳使用寿命，同时又可以提高钢绳表面平直度，避免起浪、起棱等质量缺陷。

现有技术中，钢绳筐篮式合绳机放线张力控制一般采用机械或液压装置拖动阻尼带的方法建立放线张力，离线人工调整阻尼带拉力实现放线张力调整，生产过程中放线张力在恒定阻尼作用下随着放线卷径变化不断减小，无法实现放线张力在线调节和放线恒张力控制的目标。中国专利公布号：CN101469523A，保持钢丝绳捻制时各绳股张力均衡的方法及装置，采用手动液压阻尼装置离线调整阻尼带拉力方法，根据液压缸压力检测值调整阻尼带拉力，从而保证各股阻尼带拉力一致性。这是一种离线控制方法，无法实现阻尼带拉力在线调节。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种筐篮式合绳机放线恒张力控制方法，利用筐篮式合绳机工艺参数、设备参数和过程数据，建立股线张力与阻尼带拉力电机的转矩之间的张力-电动转矩数学模型，实现放线恒张力控制。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种筐篮式合绳机放线恒张力控制方法，根据设备参数和生产过程数据实时计算电动转矩设定值；通过在线调节阻尼带拉力电机的电动转矩，调节放线轮阻尼转矩，从而实现放线恒张力控制；具体包括以下步骤：

1)放线阻尼转矩设定值Mf的计算：

M_f＝T×D/2 式(1)

式(1)中，T为恒张力设定值；D是放线轮卷径，是已知过程变量；

M_f包括轴承滚动摩擦产生的滚动摩擦阻尼转矩M_f1和阻尼轮与阻尼带之间的滑动摩擦产生的滑动摩擦阻尼转矩M_f2两部分；

滚动摩擦阻尼转矩M_f1计算：

M_f1＝μ₁×G 式(2)

式(2)中，μ₁是滚动摩擦系数；G是放线轮重量；μ₁取值范围0.001-0.01；

放线轮重量G包括空轮重量G₁和股线重量G₂两部分，G₁是常量，G₂是变量；

G₂＝g×L 式(3)

式(3)中，g是股线单位重量，单位：N/m；L是放线轮上的股线剩余长度；

g是已知工艺参数；L是已知过程变量；

由式(2)、式(3)得：

M_f1＝μ₁×G＝μ₁×(G₁+g×L) 式(4)

滑动摩擦阻尼转矩M_f2设定计算：

M_f2＝M_f-M_f1；

2)阻尼带拉力F计算

式(5)中，μ₂是滑动摩擦系数；d_f是阻尼轮直径，是已知的设备参数；μ₂取值范围0.1-1.0；

3)阻尼带拉力电机的输出轴转矩M_d设定计算：

式(6)中，d是阻尼带拉力电机输出轴直径，r是阻尼带拉力电机齿轮箱减速比；d、r为已知的设备参数；

4)电机输出轴转矩M_d-张力T数学模型：

a.电机输出轴转矩M_d-张力T静态数学模型：

动态过程中近似常数项；

b.电机输出轴转矩M_d-张力T动态数学模型：

5)电动转矩死区补偿：

阻尼带拉力电机最小静摩擦M_f0；电机电动转矩设定M_d1；张力增加时电机正转，M_d1＝M_d+M_f0；张力减小时电机反转，M_d1＝M_d-M_f0；M_f0通过测量获得；

6)张力死区宽度：

为防止电动转矩死区补偿频繁切换造成电机频繁正反转切换，增加张力死区控制功能，死区宽度为转矩阈值M_h＝10％×M_f0；

根据式(8)得当前稳态工作点下张力死区宽度T_h：

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明实现了钢绳筐篮式合绳机放线恒张力控制，保证钢绳各股头尾张力一致性和股间张力一致性，消除了因各股张力偏差导致捻距偏差造成的钢绳表面起浪、起棱等质量缺陷，解决了钢绳使用中因各股受力不均而影响使用寿命等问题。

附图说明

图1是稳态工作点的示意图。

图中：1-稳态工作点。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。

一种筐篮式合绳机放线恒张力控制方法，该控制方法依托的结构是电动阻尼方案，具体是放线轮从动，通过电动阻尼装置产生的阻尼转矩建立放线张力；电动阻尼装置包括阻尼轮、阻尼带、阻尼带拉力电机，阻尼带拉力电机驱动阻尼轮转动，阻尼轮与放线轮通过阻尼带连接。

筐篮式合绳机放线恒张力控制方法，根据设备参数和生产过程数据实时计算电动转矩设定值；通过在线调节阻尼带拉力电机的电动转矩，调节放线轮阻尼转矩，从而实现放线恒张力控制；具体包括以下步骤：

1)放线阻尼转矩设定值Mf的计算：

M_f＝T×D/2 式(1)

式(1)中，T为恒张力设定值；D是放线轮卷径，是已知过程变量；

M_f包括轴承滚动摩擦产生的滚动摩擦阻尼转矩M_f1和阻尼轮与阻尼带之间的滑动摩擦产生的滑动摩擦阻尼转矩M_f2两部分；

滚动摩擦阻尼转矩M_f1计算：

M_f1＝μ₁×G 式(2)

式(2)中，μ₁是滚动摩擦系数；G是放线轮重量；μ₁取值范围0.001-0.01；

放线轮重量G包括空轮重量G₁和股线重量G₂两部分，G₁是常量，G₂是变量；

G₂＝g×L 式(3)

式(3)中，g是股线单位重量，单位：N/m；L是放线轮上的股线剩余长度；

g是已知工艺参数；L是已知过程变量；

由式(2)、式(3)得：

M_f1＝μ₁×G＝μ₁×(G₁+g×L) 式(4)

滑动摩擦阻尼转矩M_f2设定计算：

M_f2＝M_f-M_f1；

2)阻尼带拉力F计算

式(5)中，μ₂是滑动摩擦系数；d_f是阻尼轮直径，是已知的设备参数；μ₂取值范围0.1-1.0；

3)阻尼带拉力电机的输出轴转矩M_d设定计算：

式(6)中，d是阻尼带拉力电机输出轴直径，r是阻尼带拉力电机齿轮箱减速比；d、r为已知的设备参数；

4)电机输出轴转矩M_d-张力T数学模型：

a.电机输出轴转矩M_d-张力T静态数学模型：

动态过程中近似常数项；

b.电机输出轴转矩M_d-张力T动态数学模型：

5)电动转矩死区补偿：

阻尼带拉力电机最小静摩擦M_f0；电机电动转矩设定M_d1；张力增加时电机正转，M_d1＝M_d+M_f0；张力减小时电机反转，M_d1＝M_d-M_f0；M_f0通过测量获得；

6)张力死区宽度：

为防止电动转矩死区补偿频繁切换造成电机频繁正反转切换，增加张力死区控制功能，死区宽度为转矩阈值M_h＝10％×M_f0；

见图1，根据式(8)得当前稳态工作点下张力死区宽度T_h：

实施例：

电动阻尼方案；放线轮从动，通过电动阻尼装置产生的阻尼转矩建立放线张力；电动阻尼装置包括阻尼轮、阻尼带、阻尼带拉力电机；根据设备参数和生产过程数据实时计算电动转矩设定值；通过在线调节阻尼带拉力电机的电动转矩，调节放线轮阻尼转矩，从而实现放线恒张力控制；

已知过程变量和设备参数：T＝200N,D＝1.0m，M_f＝100Nm，G₁＝5000N，g＝5N/m，L＝1000m，μ₁＝0.001，μ₂＝0.2，d_f＝0.2m，M_f0＝1Nm；利用电动转矩M_d-张力T静态数学模型计算电动转矩设定值：

电动转矩死区补偿；阻尼带拉力电机最小静摩擦M_f0通过测量获得，电机电动转矩设定M_d，张力增加时电机正转，M_d1＝M_d+M_f0＝5.5Nm，张力减小时电机反转，M_d1＝M_d-M_f0＝3.5Nm；

电动转矩M_d-张力T动态数学模型；

张力死区宽度；为防止电动转矩死区补偿频繁切换造成电机频繁正反转切换，增加张力死区控制功能，死区宽度为转矩阈值M_h＝10％*M_f0＝0.1Nm；根据电动转矩M_d-张力T动态数学模型，当前稳态工作点下张力死区宽度T_h＝4N。

Claims (1)

1.一种筐篮式合绳机放线恒张力控制方法，其特征在于，根据设备参数和生产过程数据实时计算电动转矩设定值；通过在线调节阻尼带拉力电机的电动转矩，调节放线轮阻尼转矩，从而实现放线恒张力控制；具体包括以下步骤：

1)放线阻尼转矩设定值Mf的计算：

M_f＝T×D/2 式(1)

式(1)中，T为恒张力设定值；D是放线轮卷径，是已知过程变量；

M_f包括轴承滚动摩擦产生的滚动摩擦阻尼转矩M_f1和阻尼轮与阻尼带之间的滑动摩擦产生的滑动摩擦阻尼转矩M_f2两部分；

滚动摩擦阻尼转矩M_f1计算：

M_f1＝μ₁×G 式(2)

式(2)中，μ₁是滚动摩擦系数；G是放线轮重量；μ₁取值范围0.001-0.01；

放线轮重量G包括空轮重量G₁和股线重量G₂两部分，G₁是常量，G₂是变量；

G₂＝g×L 式(3)

式(3)中，g是股线单位重量，单位：N/m；L是放线轮上的股线剩余长度；

g是已知工艺参数；L是已知过程变量；

由式(2)、式(3)得：

M_f1＝μ₁×G＝μ₁×(G₁+g×L) 式(4)

滑动摩擦阻尼转矩M_f2设定计算：

M_f2＝M_f-M_f1；

2)阻尼带拉力F计算

式(5)中，μ₂是滑动摩擦系数；d_f是阻尼轮直径，是已知的设备参数；μ₂取值范围0.1-1.0；

3)阻尼带拉力电机的输出轴转矩M_d设定计算：

式(6)中，d是阻尼带拉力电机输出轴直径，r是阻尼带拉力电机齿轮箱减速比；d、r为已知的设备参数；

4)电机输出轴转矩M_d-张力T数学模型：

a.电机输出轴转矩M_d-张力T静态数学模型：

动态过程中近似常数项；

b.电机输出轴转矩M_d-张力T动态数学模型：

5)电动转矩死区补偿：

阻尼带拉力电机最小静摩擦M_f0；电机电动转矩设定M_d1；张力增加时电机正转，M_d1＝M_d+M_f0；张力减小时电机反转，M_d1＝M_d-M_f0；M_f0通过测量获得；

6)张力死区宽度：

为防止电动转矩死区补偿频繁切换造成电机频繁正反转切换，增加张力死区控制功能，死区宽度为转矩阈值M_h＝10％×M_f0；

根据式(8)得当前稳态工作点下张力死区宽度T_h：