CN1272414A - 一种变速送料的金属板带飞剪系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种变速送料的金属板带飞剪系统,它包括旋转式飞剪机、主传动机构、拖动飞剪机运行的电机D1和电机D1的驱动器、送料辊、差速机构、调节送料辊的电机D2和电机D2的驱动器及电气控制系统,电气控制系统包括有于计算定尺长度和确定调节模式运算单元及电机D2的角位移闭环调节执行单元。本发明通过差速机构的运用使同步剪切控制和定尺控制分离,消除了飞剪机动载荷波动大的因素,简化了电气控制模型,提高了剪切速度和定尺控制精度。

Description

一种变速送料的金属板带飞剪系统

本发明是一种变速送料的金属板带飞剪系统，它用于完成金属板带的定尺剪切。

目前，国内有一种公开使用的旋转式飞剪系统，参见图3，它由旋转式飞剪机1、送料辊2、测量辊3、拖动飞剪机的电机D1和电机D1的驱动器9、拖动送料辊的电机D2和电机D2的驱动器10及控制整个飞剪系统运行的电气控制系统20组成。该飞剪系统在工作时，由电机D2拖动送料辊转动，送料辊夹送带材19向前匀速运动，运动的带材借助于摩擦力带动测量辊3转动，同时，电机D1根据电气控制系统给出的速度信号拖动飞剪机1运行。所述飞剪机速度变化曲线如图4所示，根据该曲线飞剪机按照加速启动(t1时间内)——匀速同步剪切(t2时间内)——减速制动(t3时间内)——停止等待(t4时间内)的规律循环运行。根据上述飞剪机速度变化的规律，飞剪机的剪刃将按照图5所示的规律运行，即加速启动时，两个剪刃从AA’点加速旋转到B点，同步剪切时，剪刃从B点运行到C点，减速制动时，剪刃从C点回到AA’点，在AA’点等待下一次剪切的到来，如此循环，完成定尺剪切。该飞剪系统的主要缺点是：飞剪机启、制动工作，使它的动载荷波动严重，从而限制了剪切速度(其剪切速度一般低于120米/分)；再者，定尺长度控制和同步剪切控制在一起，也就是说，电气控制系统在工作时先要根据定尺长度控制剪刃停止等待时间t4，加速启动后，又要控制剪刃与板带之间的相对位置和速度，使剪刃到达剪切位置时所送板带的长度正好等于定尺长度，同时，还要使剪刃剪切时的线速度与送料辊的线速度一致。这样，就使得电气控制运算模型较为复杂，定尺控制精度较低。

本发明的目的是针对已有技术中飞剪机动载荷波动严重、不利于快速剪切和控制运算模型较为复杂、不利于提高定尺控制精度的问题，提供一种变速送料的金属板带飞剪系统，从而在系统控制上消除飞剪机动载荷波动大的因素，同时简化系统电气控制模型，最终达到提高剪切速度和定尺控制精度的目的。

为实现上述目的，本发明的解决方案如下：它包括旋转式飞剪机、送料辊、拖动飞剪机的电机D1及电机D1的驱动器、送料辊的调节电机D2及电机D2的驱动器和电气控制系统，其关键结构是：所述的飞剪机具有确定的回转运动轨迹和空切控制机构，所述的电机D1通过主传动机构与飞剪机相连；在电机D2与送料辊之间设有一个差速机构，所述的电机D2和主传动机构作为两个运动输入构件与差速机构的两个运动输入端相连，所述差速机构的运动合成输出端与送料辊相连；所述飞剪机的曲柄半径R和送料辊的半径r与电机D1至飞剪机的速比i1和电机D1至送料辊的速比i₂满足下式：

；所述的电气控制系统至少包括一个用于完成定尺长度的计算、并根据计算结果给出送料调节模式的运算单元和一个根据该运算单元给出的调节模式控制电机D2正转或反转或停转的角位移闭环调节执行单元，所述运算单元的定尺长度计算公式为：

          L÷S＝N·S+ΔL

    式中：L为所设定的定尺长度，

          S为飞剪机回转运动轨迹的周长，

          N为空切次数(S的整数倍数N＝0，2，3...)，

          ΔL为倍尺余长(S整数倍的余数)；所述的送料调节模式为单向调节模式，即：

当ΔL＝0时，其送料调节模式为L＝N·S，用于实现不同倍尺的定尺剪切；

当ΔL≠0时，其送料调节模式为增速调节模式L＝N·S+ΔL或者减速调节模式L＝(N+1)S-(S-ΔL)，用于实现不同定尺的剪切。

通过上述解决方案可以看出，本发明特点之一是：用机械手段把同步剪切控制和定尺控制分开，具体地说是在系统中运用了差速机构，该差速机构可以在电机D2转速为零时保证送料辊的线速度与飞剪机的剪刃线速度相等，从而实现同步剪切；同时，利用该差速机构的特性，控制该差速机构的一个运动输入构件——电机D2在同步剪切到来前转动一个相应的角位移量，使送料辊在剪切前变速送料而消除倍尺余长，从而实现不同定尺的剪切。本系统采用的这种控制模式使得定尺计算公式简单、定尺控制模型大为简化，不仅避免了运算误差，有利于提高控制精度，还减小了定尺调节量，加快了调节时间，使调节过程容易控制，有利于提高剪切速度。同时，本系统的定尺调节是一个角位移闭环控制回路，可随时校正调节误差，具有调节精度高的特点，这对提高定尺精度是非常有利的。本发明的另一特点是：由于本系统采用了上述控制方式，飞剪机在工作中可始终处于匀速运转，从而消除了飞剪机动载荷波动大的因素，提高了飞剪机的剪切速度(可达200米/分以上)。因此，本发明与已有技术相比具有定尺控制精度高，剪切速度快的优点。

下面根据实施例详细说明本发明的结构和工作原理。

图1、本发明的系统结构原理图。

图2、差速机构结构原理图。

图3、已有飞剪系统结构原理图。

图4、已有飞剪机的速度变化曲线图。

图5、已有飞剪机工作时的剪刃位置变化示意图。

参见图1，本系统包括飞剪机1、送料辊2、测量辊3、拖动飞剪机运行的电机D1和电机D1的驱动器9、送料辊的调节电机D2和电机D2的驱动器10、主传动机构5、差速机构6及电气控制系统。所述的飞剪机1具有确定的回转运动轨迹和空切控制机构4，其回转运动轨迹可以是圆或非圆。

参见图2，所述的主传动机构5采用普通的齿轮减速器，所述的差速机构6采用典型的行星齿轮差速机构。齿轮减速器的输入端5-1与电机D1相连，其输出端5-2与飞剪机1相连，再者，齿轮减速器的输出齿轮5-3作为行星齿轮差速机构的一个运动输入构件，它通过中间齿轮5-4与行星齿轮差速机构中的外齿圈6-1啮合，所述的电机D2作为行星齿轮差速机构的另一运动输入构件，它与行星齿轮差速机构的输入端6-2相连，行星齿轮差速机构的运动合成输出端6-3与送料辊相连；图中序号6-4为太阳齿轮，6-5为行星齿轮。所述飞剪机的曲柄半径R和送料辊半径r与电机D1至飞剪机1的速比i1和电机D1至送料辊2的速比i2应满足下式： ，这样，当电机D2转速为零时，送料辊的线速度与飞剪机剪刃的线速度相等。

再参见图1，所述的电气控制系统至少由一个运算单元14和一个角位移闭环调节执行单元15构成。所述的运算单元14可以由计算机来实现，它主要完成以下功能：第一，根据所设定的定尺长度L，按照公式L÷S＝N·S+ΔL进行计算，得出空切次数N(N＝0，1，2，3...)和倍尺余长ΔL(0≤ΔL＜S)的大小，式中的S是飞剪机回转运动轨迹的周长；第二，根据倍尺余长ΔL确定调节模式。该调节模式可以根据系统所限定变速送料的最大调节量的不同而采用单向调节或双向调节模式。

如果系统限定角位移闭环调节执行单元的最大调节量(即变速送料的最大调节量)为S，可采用单向调节形式，其送料调节模式为：

当ΔL＝0时，其送料调节模式为L＝N·S；

当ΔL≠0时，其送料调节模式可以采用增速调节模式L＝N·S+ΔL或者减速调节模式L＝(N+1)S-(S-ΔL)。

也就是说，当所计算的倍尺余长ΔL＝0时，电气控制系统采用L＝N·S的调节模式，根据这一调节模式，运算单元14将给出空切次数为N的指令送至飞剪机的空切控制机构4，该空切控制机构将控制飞剪机每次剪切的空切次数，同时，运算单元14还将给出电机D2的调节量为零的指令，使电机D2在工作中转速为零，从而实现不同倍尺的定尺剪切。当所计算的倍尺余长ΔL≠0时，电气控制系统可采用L＝N·S+ΔL的增速调节模式，根据该调节模式，运算单元14将给出空切次数为N的指令，使飞剪机每次剪切的空切次数为N次，同时，还将给出调节量为ΔL的信号，该信号通过数值变换单元7将长度量变换为角位移量送至调节执行单元15，该调节执行单元将根据这一信号的大小控制电机D2在每次剪切前正向旋转一个相应的角位移量，使送料辊增速送料而消除倍尺余长ΔL，从而实现不同定尺的剪切。同理，在ΔL≠0时，电气控制系统也可以采用L＝(N+1)S-(S-ΔL)的减速调节模式，根据该调节模式，运算单元14给出空切次数为N+1的指令和调节量为-(S-ΔL)的信号，使飞剪机每次剪切的空切次数为N+1次，并使调节执行单元在每次剪切前控制电机D2反向旋转一个相应的角位移量，使送料辊减速送料而消除倍尺余长S-ΔL。上述两种单向调节模式在控制效果上是等同的，因此可任选一种。

如果系统限定变速送料的最大调节量为S/2，则可采用双向调节形式，即为：

当ΔL＝0时，其送料调节模式为L＝N·S，以实现不同倍尺的定尺剪切；

当ΔL≠0时，先判断ΔL≤S/2还是ΔL＞S/2，如果ΔL≤S/2，则送料调节模式为增速调节模式L＝N·S+ΔL，控制送料辊增速消除倍尺余长ΔL；如果ΔL＞S/2时，则送料调节模式为减速调节模式L＝(N+1)S-(S-ΔL)，控制送料辊减速消除倍尺余长S-ΔL，以实现不同定尺的剪切。

该双向调节模式可将变速送料的最大调节量限定在S/2之内，调节量越小调节时间越短，有利于提高剪切速度。

所述的角位移闭环调节执行单元15是一个由角位移反馈器11、角位移误差计算器18、调节器13构成的闭环控制回路。该闭环控制回路可以消除实际调节量与给定调节量之间角位移误差ΔL2，它具有易于控制、调节精度高的优点。为了进一步降低定尺控制误差，在实际应用中还需设置送料误差的校正支路，该校正支路由送料长度反馈器12、送料误差计算器17、算术运算器8连接构成。它的目的是将定尺设定值L与实际定尺检测值L’之间的误差ΔL1计算出来，通过算术运算器8来校正电机D2的角位移理论计算值，从而保证实际剪切长度与设定值相等。上述闭环控制回路和校正支路中的角位移反馈器11和送料长度反馈器12可采用光电式或电磁式轴角编码器，计算器8、18、17和调节器13可用计算机来实现，也可采用数字电路中的可逆计算器和模拟电路中的比例放大器。图中序号16为定尺长度置入器。所述数值变换单元7中的倍尺余长长度量与电机D2角位移量变换公式如下：

            M＝ΔL·M₀/S·i3

            式中：i3是电机D2至送料辊2的速比，

                  M₀是编码器11每转的脉冲数，

                  M是ΔL对应的脉冲数。

Claims (3)

1、一种变速送料的金属板带飞剪机系统，包括旋转式飞剪机(1)、送料辊(2)、拖动飞剪机的电机D1及电机D1的驱动器(9)、送料辊的调节电机D2及电机D2的驱动器(10)和电气控制系统，其特征是：

a、所述的飞剪机(1)具有确定的回转运动轨迹和空切控制机构(4)，所述的电机D1通过主传动机构(5)与飞剪机(1)相连；

b、在电机D2与送料辊之间设有一个差速机构(6)，所述的电机D2和主传动机构(5)作为两个运动输入构件与差速机构(6)的两个运动输入端相连，所述差速机构的运动合成输出端与送料辊(2)相连；

c、所述飞剪机的曲柄半径R和送料辊的半径r与电机D1至飞剪机的速比i1和电机D1至送料辊的速比i₂满足下式：

d、所述的电气控制系统至少包括一个用于完成定尺长度的计算、并根据计算结果给出送料调节模式的运算单元(14)和一个根据所给出的调节模式控制电机D2转动的角位移闭环调节执行单元(15)，所述运算单元(14)的定尺长度计算公式为：

           L÷S＝N·S+ΔL，

     式中：L为所设定的定尺长度，

           S为飞剪机回转运动轨迹的周长，

           N为空切次数(S的整数倍数N＝0，2，3...)，

           ΔL为倍尺余长(S整数倍的余数)；所述的调节模式为单向调节模式，即：

当ΔL＝0时，其送料调节模式为L＝N·S，用于实现不同倍尺的定尺剪切；

当ΔL≠0时，其送料调节模式为增速调节模式L＝N·S+ΔL或者减速调节模式L＝(N+1)S-(S-ΔL)，用于实现不同定尺的剪切。

2、如权利要求1所述的变速送料的金属板带飞剪机系统，其特征是：所述运算单元(14)的送料调节模式为双向调节模式，即：

当ΔL＝0时，其送料调节模式为L＝N·S，用于实现不同倍尺的定尺剪切；

当ΔL≠0时，判断ΔL≤S/2还是ΔL＞S/2，如果ΔL≤S/2，则送料调节模式为增速调节模式L＝N·S+ΔL；如果ΔL＞S/2时，则送料调节模式为减速调节模式L＝(N+1)S-(S-ΔL)，用于实现不同定尺的剪切。

3、如权利要求1所述的变速送料的金属板带飞剪机系统，其特征是：所述的主传动机构(5)是一个齿轮减速器，所述的差速机构(6)是一个行星齿轮差速机构，所述两级齿轮减速器的输入端(5-1)与电机D1相连，其输出端(5-2)与飞剪机(1)相连，所述两级齿轮减速器的输出齿轮(5-3)作为行星齿轮差速机构的一个运动输入构件，它通过中间齿轮(5-4)与行星齿轮差速机构中的外齿圈(6-1)啮合，所述的电机D2作为行星齿轮差速机构的另一运动输入构件，它与行星齿轮差速机构的输入端(6-2)相连，行星齿轮差速机构的运动合成输出端(6-3)与送料辊相连。

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