CN111977435A - 一种非晶簿带材的张力及温度智能控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种非晶材料制备技术改进，具体为一种非晶簿带材的张力及温度智能控制装置；包括放卷盘、收卷盘、放端压辊机构、收端压辊机构、热处理系统、控制系统、导向轮一，其中，所述的放卷盘和收卷盘采用电磁转差离合器的恒转矩调速电机驱动；所述的收放端压辊机构都包括各自的上压辊、下压辊、气缸、伺服电机，所述的收放端伺服电机都经各自连轴器与对应的上压辊同轴连接；所述收放端各自对应的下压辊通过与对应的上压辊的摩擦实现从动逆时针方向转动；其中放端上压辊转动为设定速度，收端上压辊速度由智能控制算法调节。装置不仅能够在系统上电后多次完成非晶簿带材的工艺处理，而且智能化程度高，易于安全操作，稳定运行可靠性高。

Description

一种非晶簿带材的张力及温度智能控制装置
技术领域
本发明涉及一种非晶材料制备技术改进，具体为一种非晶簿带材的张力及温度智能控制装置。
背景技术
非晶态金属与合金是20世纪70年代问世的一一个新型材料领域，是具有新型微观组织结构的功能材料。它的制备技术完全不同于传统的方法，而是采用了冷却速度大约每秒钟一百万度的超急拎凝固技术，从钢液到薄带一次成形，比一般冷轧金属薄带制造工艺减少了许多中间工序，各道工序加热用的能耗可节约80％，即生产1非晶态合金薄带比生产1kg冷轧薄硅钢片可节约1L石油。由于超急冷凝固，合金凝固的原子来不及有序排列，得到的固态合金是长程无序结构，与通常情况下金属材料的原子排布呈周期性和对称性不同，没有晶态合金的晶粒、晶界存在，谓之非晶态合金。这类材料在微观结构上完全不同于人类几千年来所认识和使用的金属和合金，因而有一系列的宏观特性和优异的使用性能，被称为冶金材料学的一次革命。
目前，国内生产非晶带材的厂家所使用的生产线，一般通过中频感应炉熔炼原材料，钢水倾倒入中间包，底注到喷带包中。喷带包由人工调整机构带动，移动至冷却辊的上方，钢液由喷嘴喷射到高速旋转的冷却辊上，瞬间凝固成厚度在25-30μm的薄带，并通过离线卷取方式，由操作工与卷取装置手动配合完成卷取，卷取质量和张力大小依赖于操作工的经验和主观判断。这种生产线需要大量的劳动力，所生产非晶带材的质量依赖于操作工的经验，生产效率低下，难以满足生产高密度、高饱和磁感应强度非晶带材的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题克服现有的缺陷，提供一种非晶簿带材的张力及温度智能控制装置。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：一种非晶簿带材的张力及温度智能控制装置，包括放卷盘、收卷盘、放端压辊机构、收端压辊机构、热处理系统、控制系统、导向轮一，其中，
所述的放卷盘和收卷盘采用电磁转差离合器的恒转矩调速电机驱动；
所述的放端压辊机构包括放端上压辊、放端下压辊、放端气缸、放端伺服电机，所述的放端伺服电机经放端连轴器与放端上压辊同轴连接以给定的速度带动放端上压辊顺时针方向转动；所述放端下压辊通过与放端上压辊的摩擦实现从动逆时针方向转动；
所述的收端压辊机构包括收端上压辊、收端下压辊、收端气缸、收端伺服电机，所述的收端伺服电机经收端连轴器与收端上压辊同轴连接，由工业控制器根据采集到的张力传感器信号，经由嵌入在其内的控制算法智能调节，获取速度值带动收端上压辊顺时针方向转动，所述的收端下压辊通过与收端上压辊的摩擦实现从动逆时针方向转动；
所述的热处理系统包括热处理箱、耐热管、电加热丝、耐高温隔热材料、温度传感器、电加热驱动电路、风冷式冷水机、冷水管道和冷水管道上的电磁阀；所述的热处理箱内部纵向中心位置布有外表有螺旋式缠绕电加热丝的耐热管；紧贴电加热丝的外表，覆盖有耐高温隔热材料，紧贴耐高温隔热材料的外表，布置有多段弯曲的冷水管道；
所述的控制系统包括工业控制器、显示器、数据检测和执行机构；
所述的数据检测包括张力传感器、温度传感器和收端压辊机构中的收端伺服电机的驱动器；
所述的执行机构包括非晶簿带材收端压辊机构中的收端伺服电机的驱动器、冷水管道上的电磁阀执行器、电加热驱动电路、放端气缸的执行器、收端气缸的执行器和收卷盘的电磁转差离合器的恒转矩调速电机；
所述的导向轮机构包含带材行程上的一系列导向轮，即导向轮一、导向轮二、导向轮三、导向轮四、导向轮五、导向轮六和导向轮七。
作为优选，所述的非晶簿带材由放卷盘放卷，经导向轮一、导向轮二、导向轮三，从放端压辊机构的放端上压辊与放端下压辊之间穿过，再从热处理系统中耐热管的纵向中心位置穿过，达到热处理的目的，从耐热管中穿出的非晶簿带材经导向轮四、导向轮五和张力传感器后，再经导向轮六，从收端压辊机构的收端上压辊与收端下压辊之间穿过，经导向轮七后，由收卷盘进行收卷。
作为优选，所述的放端气缸通过支撑可将放端下压辊进行垂直运动，实现与放端上压辊的紧密接触与分离；放端下压辊与放端上压辊为同样的圆柱面，放端下压辊与放端上压辊轴向垂直安装于机架上，且二者的纵向轴线位于同一垂直平面内，控制系统上电前，放端下压辊与放端上压辊处于分离状态。
作为优选，所述的收端气缸通过支撑可将收端下压辊进行垂直运动，实现与收端上压辊的紧密接触与分离；收端下压辊与收端上压辊为同样的圆柱面，收端下压辊与收端上压辊轴向垂直安装于机架上，且二者的纵向轴线位于同一垂直平面内，控制系统上电前，收端下压辊与收端上压辊处于分离状态。
作为优选，所述的非晶簿带材放卷盘、收卷盘由采用电磁转差离合器的恒转矩调速电机驱动，其中非晶簿带材放卷盘由预设的速度和恒转矩进行放卷，非晶簿带材收卷盘的速度根据控制系统中工业控制器给定的速度信号进行自动调节。
作为优选，所述的非晶簿带材放端压辊机构中的放端伺服电机的速度由控制系统中的工业控制器给定的速度信号进行恒值运行，该恒值速度参数可由控制系统中的显示器界面进行改变。
作为优选，所述的非晶簿带材收端压辊机构中的收端伺服电机的速度由控制系统中的工业控制器实时采集张力传感器的信号，经嵌入在其中的专家型智能算法快速运算后给定，收端伺服电机的速度值的实时自适应调节目的是保证非晶簿带材的张力具有工艺要求的稳态误差。
作为优选，所述的热处理系统中耐热管的恒值温度由控制系统中的工业控制器实时采集温度传感器的信号，经嵌入在其中的专家型智能算法快速运算后，实时控制与电加热丝连接的电加热驱动电路和冷水管道上的电磁阀执行器。
本发明有益效果：本发明的非晶簿带材的张力及温度智能控制装置不仅能够在系统上电后多次完成非晶簿带材的工艺处理，而且智能化程度高，易于安全操作，稳定运行可靠性高，有效提高非晶簿带材的产品性能，进一步满足自动化生产线的生产要求；同时工业控制器对放端伺服电机和收端伺服电机是采用脉冲信号进行驱动控制。
附图说明
图1为本发明的非晶簿带材的张力及温度智能控制装置的结构示意图；
图2为本发明的非晶簿带材的张力及温度智能控制装置的控制系统组成示意图；
图3为本发明的非晶簿带材的张力及温度智能控制装置的张力控制模型；
图4本发明的非晶簿带材的张力及温度智能控制装置的温度控制模型。
附图说明：1、收卷盘；2、收端上压辊；3、张力传感器；4、冷水管道；5、耐高温隔热材料；6、温度传感器；7、耐热管；8、热处理箱；9、放端上压辊；10、放卷盘；11、导向轮一；12、非晶簿带材；13、放端下压辊；14、放端气缸；15、放端伺服电机；16、电加热驱动电路；17、电磁阀；18、风冷式冷水机；19、收端下压辊；20、收端气缸；21、收端伺服电机；22、热处理系统；23、收端压辊机构；24、放端压辊机构；25、放端连轴器；26、收端连轴器；27、工业控制器；28、显示器；29、导向轮二；30、导向轮三；31、导向轮四；32、导向轮五；33、导向轮六；34、导向轮七；35、电加热丝。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
一种非晶簿带材的张力及温度智能控制装置，包括放卷盘10、收卷盘1、放端压辊机构24、收端压辊机构23、热处理系统22、控制系统、导向轮一11，其中，
所述的放卷盘10和收卷盘1采用电磁转差离合器的恒转矩调速电机驱动；
所述的放端压辊机构24包括放端上压辊9、放端下压辊13、放端气缸14、放端伺服电机15，所述的放端伺服电机15经放端连轴器25与放端上压辊9同轴连接以给定的速度带动放端上压辊9顺时针方向转动；所述放端下压辊13通过与放端上压辊9的摩擦实现从动逆时针方向转动；
所述的收端压辊机构23包括收端上压辊2、收端下压辊19、收端气缸20、收端伺服电机21，所述的收端伺服电机21经收端连轴器26与收端上压辊2同轴连接，由工业控制器27根据采集到的张力传感器3信号，经由嵌入在其内的控制算法智能调节，获取速度值带动收端上压辊2顺时针方向转动，所述的收端下压辊19通过与收端上压辊2的摩擦实现从动逆时针方向转动；
所述的热处理系统22包括热处理箱8、耐热管7、电加热丝35、耐高温隔热材料5、温度传感器6、电加热驱动电路16、风冷式冷水机18、冷水管道4和冷水管道上的电磁阀17；所述的热处理箱8内部纵向中心位置布有外表有螺旋式缠绕电加热丝35的耐热管7；紧贴电加热丝35的外表，覆盖有耐高温隔热材料5，紧贴耐高温隔热材料5的外表，布置有多段弯曲的冷水管道4；
所述的控制系统包括工业控制器27、显示器28、数据检测和执行机构；
所述的数据检测包括张力传感器3、温度传感器6和收端压辊机构23中的收端伺服电机21的驱动器；
所述的执行机构包括非晶簿带材收端压辊机构23中的收端伺服电机21的驱动器、冷水管道上的电磁阀17执行器、电加热驱动电路16、放端气缸14的执行器、收端气缸20的执行器和收卷盘1的电磁转差离合器的恒转矩调速电机；
所述的导向轮机构包含带材行程上的一系列导向轮，即导向轮一11、导向轮二29、导向轮三30、导向轮四31、导向轮五32、导向轮六33和导向轮七34。
所述的非晶簿带材12由放卷盘10放卷，经导向轮一11、导向轮二29、导向轮三30，从放端压辊机构24的放端上压辊9与放端下压辊13之间穿过，再从热处理系统22中耐热管7的纵向中心位置穿过，达到热处理的目的，从耐热管7中穿出的非晶簿带材经导向轮四31、导向轮五32和张力传感器3后，再经导向轮六33，从收端压辊机构23的收端上压辊2与收端下压辊19之间穿过，经导向轮七34后，由收卷盘1进行收卷。
所述的放端气缸14通过支撑可将放端下压辊13进行垂直运动，实现与放端上压辊9的紧密接触与分离；放端下压辊13与放端上压辊9为同样的圆柱面，放端下压辊13与放端上压辊9轴向垂直安装于机架上，且二者的纵向轴线位于同一垂直平面内，控制系统上电前，放端下压辊13与放端上压辊9处于分离状态。
所述的收端气缸20通过支撑可将收端下压辊19进行垂直运动，实现与收端上压辊2的紧密接触与分离；收端下压辊19与收端上压辊2为同样的圆柱面，收端下压辊19与收端上压辊2轴向垂直安装于机架上，且二者的纵向轴线位于同一垂直平面内，控制系统上电前，收端下压辊19与收端上压辊2处于分离状态。
所述的非晶簿带材放卷盘10、收卷盘1由采用电磁转差离合器的恒转矩调速电机驱动，其中非晶簿带材放卷盘由预设的速度和恒转矩进行放卷，非晶簿带材收卷盘的速度根据控制系统中工业控制器27给定的速度信号进行自动调节。
所述的非晶簿带材放端压辊机构24中的放端伺服电机15的速度由控制系统中的工业控制器27给定的速度信号进行恒值运行，该恒值速度参数可由控制系统中的显示器28界面进行改变。
所述的非晶簿带材收端压辊机构23中的收端伺服电机21的速度由控制系统中的工业控制器27实时采集张力传感器3的信号，经嵌入在其中的专家型智能算法快速运算后给定，收端伺服电机21的速度值的实时自适应调节目的是保证非晶簿带材12的张力具有工艺要求的稳态误差。
所述的热处理系统22中耐热管7的恒值温度由控制系统中的工业控制器27实时采集温度传感器6的信号，经嵌入在其中的专家型智能算法快速运算后，实时控制与电加热丝35连接的电加热驱动电路16和冷水管道4上的电磁阀17执行器。
本实施例的一种非晶簿带材的张力及温度智能控制装置，其具体使用方法如下：
1、控制系统上电前，将装满非晶簿带材的放卷盘10上的非晶簿带材以人工方式拽取依次经导向轮一11、导向轮二29、导向轮三30、放端压辊机构24的放端上压辊9与放端下压辊13之间的间隙、热处理系统22中耐热管7的纵向中心位置、导向轮四31、导向轮五32、张力传感器3、导向轮六33、收端压辊机构23的收端上压辊2与收端下压辊19之间的间隙后，留取非晶簿带材5厘米；
2、系统配电工作，风冷式冷水机18工作；
3、控制系统上电，将显示器28设定的参数初始化，并进行系统自检，如有故障，控制系统失电，解决故障后，控制系统重新上电；
4、控制系统上电正常后，控制器以图4所示的控制模型调节热处理系统的温度至显示器28设定的给定温度参数；
5、热处理系统的温度至给定值后，按下起动按钮，放端气缸14和收端气缸20同时动作，将收端下压辊19与收端上压辊2紧密接触，放端下压辊13与放端上压辊9紧密接触，给出收端下压辊19与放端下压辊13的到位信号；
6、根据收端下压辊19与放端下压辊13的到位信号，控制器以显示器28设定的给定速度参数经计算给出首先控制放卷盘10电机运行速度并控制放卷盘10运行。同时以显示器28设定的给定速度参数控制放端伺服电机15和收端伺服电机21同时运行；
7、放端伺服电机15和收端伺服电机21同时运行后，收端伺服电机21的速度由控制器按照图3所示的控制模型进行自适应调节，使非晶簿带材12的张力值进入稳态，稳态值范围为工艺要求的显示器28设定的张力值稳态误差范围内；
8、运行片刻后，穿过收端压辊机构23的收端上压辊2与收端下压辊19之间的间隙的非晶簿带材引伸至足以能被收卷盘1收卷的初始长度后，人工将非晶簿带材在收卷盘1上缠绕两圈，并调整好非晶簿带材在导向轮七34的位置后，起动收卷盘1电机，电机速度为工业控制器27给定的速度信号，收卷盘1电磁转差离合器处于工作状态。整个系统进入自动智能调节状态；
9、放卷盘10放卷完毕后，工业控制器27自动识别放卷完毕状态，实现自动断带，且放端气缸14、收端气缸20复位，收卷盘1和放卷盘10的电磁转差离合器处于断开状态；
10、如继续下一放卷盘中非晶簿带材的工艺处理，则重复步骤1、步骤5～步骤9。如停止系统运行，则按停止按钮。
本发明的一种非晶簿带材的张力及温度智能控制装置，不仅能够在系统上电后多次完成非晶簿带材的工艺处理，而且智能化程度高，易于安全操作，稳定运行可靠性高，有效提高非晶簿带材的产品性能，进一步满足自动化生产线的生产要求。
以上为本发明较佳的实施方式，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改，因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种非晶簿带材的张力及温度智能控制装置，其特征在于：包括放卷盘(10)、收卷盘(1)、放端压辊机构(24)、收端压辊机构(23)、热处理系统(22)、控制系统、导向轮一(11)，其中，
所述的放卷盘(10)和收卷盘(1)采用电磁转差离合器的恒转矩调速电机驱动；
所述的放端压辊机构(24)包括放端上压辊(9)、放端下压辊(13)、放端气缸(14)、放端伺服电机(15)，所述的放端伺服电机(15)经放端连轴器(25)与放端上压辊(9)同轴连接以给定的速度带动放端上压辊(9)顺时针方向转动；所述放端下压辊(13)通过与放端上压辊(9)的摩擦实现从动逆时针方向转动；
所述的收端压辊机构(23)包括收端上压辊(2)、收端下压辊(19)、收端气缸(20)、收端伺服电机(21)，所述的收端伺服电机(21)经收端连轴器(26)与收端上压辊(2)同轴连接，由工业控制器(27)根据采集到的张力传感器(3)信号，经由嵌入在其内的控制算法智能调节，获取速度值带动收端上压辊(2)顺时针方向转动，所述的收端下压辊(19)通过与收端上压辊(2)的摩擦实现从动逆时针方向转动；
所述的热处理系统(22)包括热处理箱(8)、耐热管(7)、电加热丝(35)、耐高温隔热材料(5)、温度传感器(6)、电加热驱动电路(16)、风冷式冷水机(18)、冷水管道(4)和冷水管道上的电磁阀(17)；所述的热处理箱(8)内部纵向中心位置布有外表有螺旋式缠绕电加热丝(35)的耐热管(7)；紧贴电加热丝(35)的外表，覆盖有耐高温隔热材料(5)，紧贴耐高温隔热材料(5)的外表，布置有多段弯曲的冷水管道(4)；
所述的控制系统包括工业控制器(27)、显示器(28)、数据检测和执行机构；
所述的数据检测包括张力传感器(3)、温度传感器(6)和收端压辊机构(23)中的收端伺服电机(21)的驱动器；
所述的执行机构包括非晶簿带材收端压辊机构(23)中的收端伺服电机(21)的驱动器、冷水管道上的电磁阀(17)执行器、电加热驱动电路(16)、放端气缸(14)的执行器、收端气缸(20)的执行器和收卷盘(1)的电磁转差离合器的恒转矩调速电机；
所述的导向轮机构包含带材行程上的一系列导向轮，即导向轮一(11)、导向轮二(29)、导向轮三(30)、导向轮四(31)、导向轮五(32)、导向轮六(33)和导向轮七(34)。
2.根据权利要求1所述的非晶簿带材的张力及温度智能控制装置，其特征在于：所述的非晶簿带材(12)由放卷盘(10)放卷，经导向轮一(11)、导向轮二(29)、导向轮三(30)，从放端压辊机构(24)的放端上压辊(9)与放端下压辊(13)之间穿过，再从热处理系统(22)中耐热管(7)的纵向中心位置穿过，达到热处理的目的，从耐热管(7)中穿出的非晶簿带材经导向轮四(31)、导向轮五(32)和张力传感器(3)后，再经导向轮六(33)，从收端压辊机构(23)的收端上压辊(2)与收端下压辊(19)之间穿过，经导向轮七(34)后，由收卷盘(1)进行收卷。
3.根据权利要求1所述的非晶簿带材的张力及温度智能控制装置，其特征在于：所述的放端气缸(14)通过支撑可将放端下压辊(13)进行垂直运动，实现与放端上压辊(9)的紧密接触与分离；放端下压辊(13)与放端上压辊(9)为同样的圆柱面，放端下压辊(13)与放端上压辊(9)轴向垂直安装于机架上，且二者的纵向轴线位于同一垂直平面内，控制系统上电前，放端下压辊(13)与放端上压辊(9)处于分离状态。
4.根据权利要求1所述的非晶簿带材的张力及温度智能控制装置，其特征在于：所述的收端气缸(20)通过支撑可将收端下压辊(19)进行垂直运动，实现与收端上压辊(2)的紧密接触与分离；收端下压辊(19)与收端上压辊(2)为同样的圆柱面，收端下压辊(19)与收端上压辊(2)轴向垂直安装于机架上，且二者的纵向轴线位于同一垂直平面内，控制系统上电前，收端下压辊(19)与收端上压辊(2)处于分离状态。
5.根据权利要求1所述的非晶簿带材的张力及温度智能控制装置，其特征在于：所述的非晶簿带材放卷盘(10)、收卷盘(1)由采用电磁转差离合器的恒转矩调速电机驱动，其中非晶簿带材放卷盘由预设的速度和恒转矩进行放卷，非晶簿带材收卷盘的速度根据控制系统中工业控制器(27)给定的速度信号进行自动调节。
6.根据权利要求1所述的非晶簿带材的张力及温度智能控制装置，其特征在于：所述的非晶簿带材放端压辊机构(24)中的放端伺服电机(15)的速度由控制系统中的工业控制器(27)给定的速度信号进行恒值运行，该恒值速度参数可由控制系统中的显示器(28)界面进行改变。
7.根据权利要求1所述的非晶簿带材的张力及温度智能控制装置，其特征在于：所述的非晶簿带材收端压辊机构(23)中的收端伺服电机(21)的速度由控制系统中的工业控制器(27)实时采集张力传感器(3)的信号，经嵌入在其中的专家型智能算法快速运算后给定，收端伺服电机(21)的速度值的实时自适应调节目的是保证非晶簿带材(12)的张力具有工艺要求的稳态误差。
8.根据权利要求1所述的非晶簿带材的张力及温度智能控制装置，其特征在于：所述的热处理系统(22)中耐热管(7)的恒值温度由控制系统中的工业控制器(27)实时采集温度传感器(6)的信号，经嵌入在其中的专家型智能算法快速运算后，实时控制与电加热丝(35)连接的电加热驱动电路(16)和冷水管道(4)上的电磁阀(17)执行器。
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