SU1687351A1 - Адаптивна система программного управлени инерционным вибропресс-молотом - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к машиностроению , в частности к конструкции систем управлени  оборудованием дл  обработки давлением. Цель - расширение технологических возможностей и улучшение качества обрабатываемых изделий. Система осуществл ет вычисление рабочих режимов бла2 годар  наличию программируемого контроллера 22, а также настройку на них вибро- пресс-молота при помощи регул торов уровн  давлени  37 и объема аккумул тора 39, инерционного пригруза 26 и статического прижима 18. Кроме того, система контролирует значени  рабочих параметров вибропресс-молота при помощи датчиков нагрузки, инерционного пригруза и устройств измерени  амплитуды и частоты 49 вибраций. Благодар  наличию регул торов зат жки пружин возврата и подачи гидронасоса система осуществл ет поднастройку частоты и амплитуды вибрации вибростолэ в ходе прессовани . Плотность, равноплот- ность и высота обрабатываемых изделий контролируетс  датчиками давлени  порошка 67 и линейного датчика 65. 10 ил. Ё

Description

Изобретение относитс  к машиностроению , в частности к конструкции систем управлени  оборудованием дл  обработки давлением.

Цель изобретени  - расширение технологических возможностей и улучшение качества обрабатываемых изделий.

На фиг. 1 показана комбинированна  блок-схема адаптивной системы управлени  инерционным вибропресс-молотом; на фиг. 2 - схема соединени  датчика инерционного пригруза и схемы сравнени  с устройством управлени  роботом; на фиг. 3 - упрощенна  схема программируемого контроллера; на фиг. 4 - схема регул тора стати- ческого прижима; на фиг. 5 - схема регул тора инерционного пригруза; на фиг. 6 - схема блока блокировок; на фиг. 7 - схема регул торов уровн  давлени , подачи

гидронасоса, обьема аккумул тора и зат жки пружин возврата вибростола; на фиг. 8 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 9 - разрез Б-Б на фиг. 8; на фиг. 10 - схема аккумул тора. Адаптивной системой программного управлени  оснащаетс  прес:. состо щий из станины 1 с колоннами 2, виЬростола 3, подпружиненного относительно сг нины пружинами 4, установленными на шпильках 5, рабочего цилиндра 6. плунжер 7 которого жестко св зан с вибростолсм 3, подвижной траверсы 8 с инерционными пригрузами 9, установленной с возможностью перемещени  от цилиндра 10 статического прижима. На вибростоле 3 жестко крепитс  пресс- форма 11 с заготовкой 12, а на подвижной траверсе 8 - пуансон 13. Рабочий цилиндр б соединен с генератором 14 импульсов давлени , который соединен с аккумул тором

(

со vi со ел

15 с элементом 16 регулировани  емкости. Аккумул тор 15 подключен к насосной станции /на чертеже показана/ и регул тору 17 потока.

Адаптивна  система управлени  содержит св занный с цилиндром 10 статического прижима регул тор 18 статического прижима, выполненный на базе электрогидравлического преобразовател  19, соединенного с выходом операционного усилител  20, пр мой вход которого соединен через цифроаналоговый преобразователь 21 с программируемым контроллером 22 Инвертированный вход операционного усилител  20 соединен через цифроанало- говый преобразователь 23 с программируемым контроллером 22 и через тензоусилитель 24 - с датчиком 25 нагрузки.

Регул тор 26 инерционного пригруза содержит манипул тор 27, установленный таким образом, что подвижна  траверса 8 находитс  о зоне его действи . Г/ нипул - тор 27 соединен с устройством 28 управлени , содержащим накопитель 29, соединенный через блок 30 управлени  с пультом 31 управлени  манипул тором. Блок 30 управлени  соединен со схемой 32 сравнени , св занной с программируемым контроллером 22 и датчиком 33 инерционного пригруза, который представл ет собой набор из зосьми пар свето- и фотоэлементов 34, установленных на подвижной траверсе 8, так, что при установке каждого последующего инерционного пригруза 9 прерываетс  световой поток в одной из пар свете- и фотоэлементов 34.

Схема 32 сравнени  содержит шифратор 35, которого соединен с входом цифрового компаратора 36, а выход последнего - с вторым входом (вход - от техноло- гического оборудовани ) блока 30 управлени .

Регул торы уровн  давлени  37, подачи гидронасоса 38, объема аккумул тора 39 и зат жки пружин возврата вибростола 40 содержат электродвигатель 41 посто нного тока, валы которых кинематически св заны соответственно с генератором 14 импульсов давлени , регул тором 17 потока, элементов 16 регулировани  емкости, залом редуктора 42. Кроме того, регул торы 37, 38. 39 и 40 содержат датчики 43 углозого положени , на которые подаетс  опорное напр жение + 5В и - 5В, операционные усилители 44, цифроаналоговые преобразователи 45 и усилители 46 мощности,

С зибростолом 3 св зан датчик 47 линейного перемещени , соединенный с входом узлов измерени  амплитуды 48 и частоты 49 вибраций.

Устройство зат жки пружин возврата состоит из винтов 50, посаженных при помощи шпонок 51 на шпильки 5 с возможностью осевого перемещени  по ним. При

помощи резьбы винты 50 контактируют с гайками 52, установленными в станине 1 на подшипниках 53 и 54. На периферии гайки 52 образован зубчатый венец, контактирующий с зубчатым колесом 55, установленным

на опорах 56 станины и приводимым шестерней 57 от редуктора 42.

Программируемый контроллер 22 снабжен пультом 58 управлени  и ввода данных со встроенным интерфейсным устройством,

блоком 59 пам ти и устройством ввода 60 и вывода 61 информации, а также микропроцессором 62, непосредственно св занным со всеми упом нутыми устройствами.

Устройство 60 пвода информации содержит шесть входов, первый из которых соединен с выходом шифратора 35, второй

-с выходом цифроаналогового преобразовател  23, третий и четвертый - с выходами устройств измерени  амплитуды 48 и частоты 49 вибраций, а п тый и шестой через цифроаналоговые преобразователи 63 и 64

-соответственно с линейным датчиком 65 и тензоусилителем 66 датчика 67 давлени  порошка .

Выход устройства 61 вывода информации содержит шесть каналов, первый из которых св зан с вторым входом цифрового компаратора 36, а п ть других - с цифроаналегавым преобразовател ми 21 и 45 регул торов .

Система программного управлени  содержит блок 68 блокировки, снабженный устройством 69 логического суммировани ,

на выходы которого подаютс  сигналы с второго выхода блока 30 управлени  и п ти компараторов 70, источник 71 опорных напр жений и реле 72 аварийного отключени .

Компараторы 70 содержат по два входа, первые из которых соединены с выходами операционных усилителей 20 и 44, а вторые входы - с источником 71 опорных напр жений . Выход устройства 69 логического суммировани  св зан с обмоткой реле 72 азарийного отключени , нормально замкнутые контакты которого включены последовательно с кнопкой отключени  силовой части привода вибропресс-молотэ.

Кроме того, система программного уп давлени  содержит блок 73 индикации, входы которого св заны с выходами программируемого контроллера 22.

Адаптивна  система управлени  работает следующим образом

(О ,

I

С пульта 58 управлени  в микропроцессор 62 ввод тс  данные о параметрах заготовки , описывающие ее геометрию, физико механические свойства, а также параметры материала заготовки - размер фракции его частиц и влажность. Эта информаци  обрабатываетс  согласно программе , предварительно записанной в блоке 59 пам ти, в результате чего вычисл ютс  ог- тимальные рабочие параметры вибропресс- молота: амплитуда и частота пибраций вибростола 3, давление статического прижима в массе инерционного пригруза по следующей методике: Я1/Т

Ъ№

где ш- частота внешнего колебательного воздействи , при которой обеспечиваетс  уплотнение полуфабриката до плотности рс:

Е - объемный модуль упругости;

h - высота заготовки после прессовани  до плотности рс.

N EES,

где N - статическа  нагрузка;

е- коэффициент статического сжати ;

S - площадь сечени  заготовки, а

где I - амплитуда внешне: о колебательного воздействи ,

а - виброускорение, вызванное импульсом .

Втора  часть программы, выполн ема непосредственно за указанной частью программы , использу  вычисленные значени  оптимальных рабочих параметров и тариро- вочные соотношени , производ т вычисление значений управл ющих сигналов ai, 32. аз и 34 регул торов статического прижима 18, инерционного пригруза 26, уровн  давлени  37 и объема аккумул тора 39. Эти сигналы с микропроцессора 62 поступают в устройство 61 вывода программируемого контроллера 22, а оттуда в виде двоичного цифрового кода - к соответствующим циф- роаналоговым преобразовател ми 21 и 45 регул торов уровн  давлени  37 и объема аккумул тора 39 и на вход схемы 32 сравнени .

Регул тор 18 статического прижима выполнен по схеме след щей системы с отрицательной обратной св зью по перепаду давлени . С первого выхода устройства 61 вывода программируемого контроллера 22 управл ющий сигнал - ai в виде двоичного цифрового кода поступает на вход цифроа- налогового преобразовател  21, а оттуда в виде регулируемого напр жени  Ui - на

пр мой вход операционного усилител  20 На инвертированный вход последнего поступает сигнал Un с датчика 25 нагрузки преобразованный тензоусилителем 24 На

выходе операционного усилител  20 формируетс  сигнал AUi (Ui - Un). С выход  усилител  20 напр жение ALh подастс  на вход электрогидравлического преобразовател  19, который корректирует давление в

полост х цилиндра 10 статического прижима таким образом, чтобы минимизировать

ИГНЭЛ Д1.Ч.

Сигнал U- с выхода тензоусилител  24 подаетс  таь -чо ча вход цифроаналогового

преобразовател  23, с выхода которого этот сигнал в виле ,;воичною цифрового кода ai поступает но перрый пход устройства 60 ввода программируемого контроллера 22 Приведенный микропроцессором 62 к раз

мерности МП а этот сигнал заводитс  нп блок 73 индикации, показыва  перепад дав лени  на цилиндре 10 статического прижима .

Сигнал управлени  32 регул тором 26

инерционного пригруза в виде двоичного кода со второго выхода устройства 61 вывода программируемого контроллера 22 пи ступает на второй вход цифрового компаратора 36 схемы 32 сравнени  На компараторе 36

этот цифровой код сравниваетс  с кодом, поступающим с выхода шифратора 35 - 322 и в зависимости от их отношени  на выходе компаратора 36 формируетс  сигнал Аа2 32 - , поступаюа(ий на первый вход блока

30 управлени . Если Да2 0, то блок 30 управлени  обращаетс  к той части программы , предварительно записанной в накопителе 29, устройства 28 управлени  роботом котора  обеспечивает установку

одного инерционного пригруза 9 и запускает манипул  оо 27 При установке на трэ версу 8 инерционного пригруза 9 прерываетс  световой поток в одной из пар свето- и фотоэлементов 34 и измен етс  сигнал на одном из входов ши рлтора 35, а сле- досательно, измен ем, цифровой двоичный код на его выходе Если после установки инерционного пригруза 9 цифровые коды 32 и 321 совпадут, то сигнал с выхода компаратора 36 на первый вход блока 30 управлени  не поступает и робот остаетс  в исходном положении. Если после установки инерционного пригруза 9 остаетс  Л32 0, то операци  установки пригруза 9

повтор етс  и устанавливаетс  еще один инерционный пригруз 9 и т.д

Аналогично происходит операци  сн ти  инерционных пригоузов 9 в случае, если

на выходе цифрового компаратора 36 формируетс  сигнал Дэ 0.

Одновременно с подачей сигнал  от блока 30 управлени  к технологическому оборудованию подаетс  сигнал на второй вход устройства 69 логического суммировани , который не снимаетс  до тех пор, пока манипул тор 27 не возвратитс  в исходное положение При этом на выходе блока 68 блокировки также по витс  напр жение, которое включит реле 72 аварийного отключени , разомкнув контакты последнего, дублирующие кнопку Отключение силовой части привода вибропресс-молота. Это исключит возможность запуска привода вибропресс-молота во врем  операции установки или сьема инерционного пригруза 9.

С выхода шифратора 35 информаци  о количестве установленных инерционных пригрузов 322 поступит на второй вход устройства 60 ввода программируемого контроллера 22 л далее через микрог юиессор 62 к блоку 73 индикации.

Величина амплитуды колебаний вибростола 3 определ етс  положением элемента регулировани  уровн  давлени  генератора 14 импульсов давлени .

Сигнал управлени  этим элементом регулировани  аз вычисл етс  микропроцессором 62 и в виде двоичного цифрового кода поступает на третий выход устройства 61 вывода, а оттуда - на вход цифроаналогово- го преобразовател  45 регул тора 37 уровн  давлени . Преобразованный в аналоговую форму (т.е. в виде посто нного напр жени ) Из сигнал управлени  подаетс  на пр мой вход операционного усилител  44 регул тора 37 уровн  давлени , на инвертированный аход которого поступает сигнал Уз1 датчика 43 углового положений регул тора 37 уровн  давлени . Разность этих сигналов Диз -{Уз - Ltei) с выхода операционного усилител  45 регул тора 37 уровн  давлени  поступает на вход усилител  46 мощности этого же регул тора, к выходу которого подключена обмотка  кор  электродвигател  41, св занного с элементом регулировани  уровн  давлени  генератора 14 импульсов давлени .

Вал электродвигател  41 будет вращатьс  до тех пор, пока напр жение 1)з1 на выходе датчика 43 углового положени  регул тора 37 уровн  давлени , кинематически с ним св занного, не сравниваетс  с управл ющим напр жением Уз. Кроме того, скорость вращени  вала электродвигател  пропорциональна напр жению на его  коре , поэтому по мере уменьшени  сигнала рассогласовани  Д она будет уменьшатьс , что обеспечивает устойчивую работу как регул тора 37 уровн  давлени , так и регул торов подачи гидронасоса 38. объема аккумул тора 39 и зат жки пружин 40.

Поскольку в гидроаккумул торном приводе воздействием на элемент регулирова ни  уровн  давлени  генератора импульсов давлени  измен етс  не только амплитуда, но и частота вибраций вибростола, необходима  настройка частоты вибраций производитс  изменением объема аккумул тора. Положение элемента 16 регулировани  аккумул тора 15 задаетс  управл ющим сигналом ад на четвертом выходе устройства 61

вывода программируемого контроллера 22. Регул тор 39 объема аккумул тора реализован по такой же схеме, как и регул тор 37 уровн  давлени  и работает аналогичным образом.

Измерение амплитуды и частоты вибраций производитс  при помощи датчика 47 линейного перемещени , подвижный элемент которого св зан с выбростолом 3, а неподвижный установлен на станине 1 вибропресс-молота . С выхода этого датчика снимаетс  аналоговый сигнал Us, который заводитс  на выходы узлов измерени  амплитуды 48 и частоты 49 вибраций, с их выходов сигналы в виде двоичного цифрового

кода поступают соответственно на третий и четвертый входы устройства 60 ввода программируемого контроллера 22. Микропроцессор 62 согласно записанной в блоке 59 пам ти программе последовательно запрашивает информацию с третьего и четвертого входов устройства 60 ввода и сравнивает полученные значени  - азг и с соответствующими управл ющими сигналами, вычисленными по изложенной методике аз и а.

Б случае наличи  погрешностей Даз2 аз - аз2 и Да42 ал - 342 производитс  коррекци  в ходе прессовани  с целью ликвидации этой погрешности при помощи регул торов подачи гидронасоса 38 - частоты вибраций, и зат жки пружины 40 - амплитуда вибраций. Эти регул торы реализованы по той же схеме, что и регул торы 37 и 39 уровн  давлени  и объема аккумул тора , Работают онихталогично.

Устройство зат жки пружины вибростола при включении электродвигател  41 регул тора 40 зат жки пружин. Вал электродвигател  41 приводит во вращение вал редуктора 42, на выходном валу которого шестерн  57 передает вращение зубчатому колесу 55, которое передает вращение гайкам 52 благодар  резьбовому соедине нию гаек 52 с винтами 50, а также шпонкам 51, предотвращающим вращение винтов ВО

При вращении гаек 52 винты 50 совершают осевое перемещение поджима  или уменьша  усилие зат жки пружин 4.

С микропроцессором 62 св зан блок 73 индикации, на который программным путем выводитс  информаци  об исходных данных: паргметры заготовки и материала, а также режимы вибропрессовани  - амплитуда и частота вибраций, величина статического прижима и количество инерционных пригрузов 9.

Контроль работы программируемого контроллера 22 осуществл етс  программным путем. Контроль работы устройства, на которых реализованы регул торы статического прижима 18. инерционного пригруза 26, уровн  давлени  37 и объема аккумул тора 39 осуществл етс  блоком 68 блокировок . На выходе компаратора 70 может по витьс  сигнал только в том случае, если напр жение рассогласовани  AIM, ДУз, ДШ, AUs и ЛКе, поступающие на их первые входы с операционных усилителей соответственно 20,44 - регул торов уровн  давлени  37, объема аккумул тора 39, подачи гидронасоса 38 и зат жки пружины 40, превыс т значени  эталонных напр жений, заведенные на вторые входы каждого из компараторов 70. Это произойдет, если какой-либо из управл ющих сигналов ai, аз, 34, as и ае выйдет за пределы возможностей соответствующего регул тора, либо в случае отказа элементов регул торов. При по влении на выходе любого из компараторов 70 сигнала по вл етс  напр жение на выходе устройства 69 логического суммировани , включаетс  реле 72 аварийного отключени , дублиру  кнопку Отключени  силовой части привода вибропресс-молота.

Кроме того, система управлени  автоматически отключает привод вибропресс- молота в момент достижени  заготовкой заданной плотности, поскольку возрастание плотности заготовки соответствует увеличению давлени  на стенки пресс-формы. Это давление регулируетс  датчиком 67 давлени  порошка и через тензоусилитель 66 и цифроаналоговый преобразователь 63 цифровой код 352 поступает на п тый вход устройства 60 ввода программируемого контроллера 22. Существует возможность контрол  равноплотности заготовки, при этом пресс-форма оснащаетс  р дом датчиков 67 давлени  порошка, расположенных в характерных точках заготовки, а программа реализует отключение привода пресса в момент выравнивани  показаний всех датчиков 67.

Цифровой код поступает через цифроаналоговый преобразователь 63 от линейного датчика165 на шестой вход устройства 60 ввода программируемого контроллера 22. и

в случае выхода высоты заготовки в момент отключени  привода за пределы пол  допуска с микропроцессора 62 на блок 73 индикации поступает соответствующий сигнал. Адаптивна  система программного уп0 равлени  особенно эффективна в услови х единичного и мелкосерийного производства , где необходима обработка широкой номенклатуры изделий. Оснащение системы регул тором объема аккумул тора позволч5 ет осуществл ть настройку на рабочие режимывибропресс-молотовс аккумул торным приводом а регул торами подачи гидронасоса и заг -жки пружин возврата вибростола, в также устройством за0 т жки пружин возврата - осуществл ть точную поднастройку в входе прессовани  воздействием на элементы регулировани  вибропресс-молота и силовой части его привода без воздействи  на генератор импуль5 сов давлени . Наличие датчиков давлени  порошка на стенки пресс-формы позвол ет контролировать плотность обрабатываемой заготовки и ее равноплотность, а линейного датчика - контролировать высоту обрабаты0 ваемого издели .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Адаптивна  система программного управлени  инерционным вибропресс-моло- том, содержаща  генератор импульсов

   5 даг шни , св занный с исполнительным цилиндром , плунжер которого соединен с виб- ростолом. регул торы статического прижима и инерционного пригруза, св занные первыми выходами соответственно с пер0 вым и вторым входами блока блокировок, вторыми выходами - соответственно с первыми и вторыми входами, а первыми - соответственно с первыми и вторыми выходами программируемого контроллера, регул тор

   5 уровн  давлени , св занный кинематически с исполнительными элемент ми генератора импульсов давлени , а также с третьими выходами программируемого контроллера и третьим входом блока блокировок, датчик

   0 линейного перемещени  вибростола, соединенный через узлы измерени  амплитуды частоты вибрации соответственно с третьим и четвертым входами программируемого контролера, отличающа с  тем, что.

   5 с целью расширени  технологических возможностей и улучшени  качества обрабатываемых изделий, в нее дополнительно введены линейный датчик перемещени  поперечины пресса, датчик давлени  порошка на стенки пресс-формы, тензоусилитель.

   два цифроаналоговых преобразовател  и регул торы зат жки пружин j возврата вибростола , объема аккумул тора и подачи гидронасоса с жесткой кинематической св зью с регулируемыми узлами, при этом датчик давлени  порошка на стенки пресс-формы через последовательно соединенные тензо- усилитель и первый цифроаналоговый преобразователь , а линейный датчик перемещени  поперечины пресса через

   второй цифроаналоговый преобразователь подключены соответственно к п тому и шестому входам программируемого контроллера , четвертый, п тый и шестой выходы

   которого св заны соответственно с входами регул торов объема аккумул тора, подачи гидронасоса и зат жки пружин возврата вибростола, вторыми входами соединены соответственно с четвертым, п тым и шестым входами блока блокировок.

   Ю

   йОг

   36

   Фиг. /

   Фиг. 1

   +5В

   4

   5

   58

   f8

   Фиг.З

   S

   5C

   к68

   Фиг. 4

   J

   cr.

   5Cк 68

   Фиг.З

   Фиг. В

   Ј

   60

   Lbc

   6i

   53

   ss

   NJ

   Ь№

   К элементу.

   регулировани  Л . Фиг. I /4- А

   Фиг. 8

   55 5 53 52 51

   Л.

   б- б

   56

   Фиг 9