SU1712078A1 - Цифроаналоговое устройство управлени летучими ножницами с механизмом выравнивани скоростей - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к машиностроению, в частности к конструкции систем управлени  оборудованием летучих ножниц, производ щих порезку проката на ходу и снабженных механизмом выравнивани  скоростей, установленным между валом привода и валом барабанов ножниц. Цель изобретени  - снижение потерь энергии в  корной цепи электродвигател . В устройство управлени  летучими ножницами введены блок коррекции скорости и блок компенсации ЭДС двигател . Снижение потерь энергии в  корной цепи обеспечиваетс  за счет исключени  вли ни  системы регулировани  скорости электропривода на колебани  скорости двигател , вызванные динамическим моментом, возникающим из- за неравномерного вращени  вала барабанов ножниц. Это достигаетс  путем циклического формировани  сигнала- коррекции заданной скорости, определ емого динамическим моментом на валу двигател , а также сигнала, компенсирующего вли ние ЭДС на контур регулировани  тока..2 ил.^Ёю о VI00

Description

Изобретение относитс  к машиностроению , в частности к конструкции систем управлени  оборудованием летучих ножниц, производ щих порезку проката на ходу и снабженных механизмом выравнивани  скоростей, представл ющим собой механическое устройство дл  передачи вращательного движени  с передаточным числом, измен ющимс  циклически в пределах каждого оборота выходного вала, например двухкривошипный кулисный механизм или редуктор, с некруглыми зубчатыми колесами.

Известно цифроаналоговое. устройство управлени  летучими ножницами.

Однако такое устройство имеет недостатки , ограничивающие его применение: наличие громоздких механизмов (скорость поступательного движени , развиваемого с их помощью мала, а привод работает в старт-стопном режиме с периодической фиксацией исходного положени  ножей), недостаточна  производительность при применении на современных агрегатах поперечной резки рулонного полосового проката .

Известна установка дл  резки полосового проката, в которой дл  синхронизации скоростей проката и ножей ножниц в момент реза применены два упругодемпфирующих элемента, один из которых соединен с правильной машиной, а другой - с валом ведущего барабана ножниц.

Недостатком устройства  вл етс  наличие специального тормозного двигател  и системы управлени  к нему, что существенно усложн ет устройство, а также малый диапазон отрезаемых длин, определ емый весьма ограниченной зоной деформации упругодемпфирующих элементов.

Известно устройство управлени  летучими ножницами, которое представл ет собой сложное цифроаналоговоеустройство, содержащее блоки согласовани  по положению и скорости, а также блоки коррекции . Устройство фиксирует ошибку в длине порезки, сравнивает ее с допуском и при необходимости осуществл ет ее устране-ние .

Недостатком устройства  вл етс  его сложность, а также недостаточна  точность порезки, вызванна  медленным устранением ошибки в длине. (

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство управлени  летучими ножницами, работающими в режиме непрерывного вращени , которое содержит св занные с валом ножниц через механизм выравнивани  скоростей привод, тахогенератор , импульсный датчик перемещени  ножниц и датчик реза, импульсный датчик перемещени  проката, преобразователь код-частота, реверсивный счетчик, два.преобразовател  код-напр жение, регул тор скорости, нереверсивный счетчик, блок компенсации динамического момента, блок умножени , квадратор, преобразователь частота-напр жение и задатчик длины. Устройство работает как цифроаналогова  ,след ща  система регулировани  скорости двигател  ножниц в соответствии с заданной длиной порезки, а дл  устранени  вли ни  на вал приводного двигател  переменного в цикле порезки динaм 1чecкoго момента, обусловленного неравномерностью вращени  валабарабанов ножниц, производитс  его компенсаци  путем формировани  в каждом цикле порезки сигнала задани  динамического тока и подачи его на

5 второй вход регул тора тока привода ножниц .

Недостаток такого устройства - значительные потери электрической энергии в  корной цепи двигател , определ емые током компенсации динамического момента. При этом в каждом цикле порезки имеет место как двигательный ток с потреблением энергии из сети, так и тормозной ток с рекуперацией энергии в сеть, т.е. имеет место

5 перекачка энергии из сети в двигатель и обратно. В результате потерь энергии, вызванных указанным током ввиду наличи  омического сопротивлени   корной цепи, существенно повышаетс  нагрев приводного двигател , чем ограничиваетс  возможность повышени  скорости резки проката.

Цель изобретени  - снижение потерь энергии в  корной цепи электродвигател . , Поставленна  цель достигаетс  тем, что

5 в цифроаналоговое устройство управлени  летучими ножницами с механизмом выравнивани  скоростей, содержащее св занные с валом ножниц через механизм выравнивани  скоростей привод ножниц, тахогенера0 тор, импульсный датчик перемещени  ножниц и датчик.реза, импульсный датчик перемещени  проката, св занный с прокатом посредством мерительного ролика, последовательно соединенные преобразователь код-частота, реверсивный счетчик, первый преобразователь код-напр жение и регул тор скорости, последовательно соединенные нереверсивный счетчик, блок вычислени  динамического момента, второй

0 преобразователь код-напр жение и блок умножени , а также квадратор, преобразователь частота-напр жение и задатчик длины, выход которого подсоединен к второму входу блока вычислени  динамического момента и к кодовому входу преобразовател  код-частота, импульсный вход которого подсоединен к выходу импульсного датчика перемещени  проката, а выход подсоединен к входу преобразовател  час0 тота-напр жение, выход которого подсоединен к второму входу регул тора скорости, третий вход которого подсоединен к выходу тахогенератора, а выход подсоединен к первому входу привода ножниц, выход импульсного датчика перемещени  ножниц подсоединен к второму входу реверсивного счетчика и счетному входу нереверсивного счетчика, вход сброса которого подсоединен к выходу датчика реза, а выход квадраг

тора подсоединен к второму входу блока умножени , дополнительно введен блок компенсации ЭДС двигател , вход которого подсоединен к выходу тахогенератора, а выход - к второму входу привода ножниц, и блок коррекции скорости привода, вход которого подсоединен к выходу блока умножени , а выход - к четвертому входу регул тора скорости, выход преобразовател  частота-напр жение подсоединен к входу квадратора. На .фиг. 1 приведена функциональна  схема устройства; на фиг.2 - схема привода ножниц. Устройство содержит привод 1 ножниц, летучие ножницы 2, сочлененные с при одом через Механизм 3 выравнивани  Ci opoстей . С валом привода 1 ножниц св зайы тахогенератор4, импульсный датчик 5 перемещени  ножниц и датчик 6 реза. С прокатом 7 посредством мерительного ролика 8 св зан импульсный датчик 9 перемещени  проката. В контур цифрового регулировани  средней скорости привода ножниц вход т преобразователь 10 код-частота, св занный с задатчиком 11 длины, реве|рсивный счетчик 12, первый преобразователь 13 код-напр жение, замкнутый аналоговый контур регулировани  скорости и импульсный датчик 5 перемещени  ножниц . В контур аналогового регулировани  скорости вход т регул тор 14 скорости, привод 1 ножниц и тахогенератор 4, блок 22 компенсации ЭДС двигател  и преобразователь 15 частота-напр жение. Канал коррекции скорости привода включает нереверсивный счетчик 16, блок 17 вычислени  динамического момента, второй преобразователь 18 код-напр жение, квадратор 19, блок 20 умножени  и блок 21 коррекции скорости. Привод 1 ножниц (фиг.2) представл ет собой известное устройство и содержит приводной двигатель 23, питаемый of усилител  24 мощности, в качестве которого может быть использован, например, тиристорный преобразователь, и контур регули-. ровани  тока двигател , включающий в себ  регул тор 25 тока и Датчик 26 тока. Устройство работает следующим обрезом . Мерна  порезка полосы на заданные длины осуществл етс  за счет непрерывного цифрового регулировани  средней за цикл порезки угловой скорости природа ножниц в соответствии с выражением ,. -Уп -U.Vn Шс р-п- 2 KH -з1-3 где Vn - скорость полосы; RH, LO - радиус и периметр барабанов ножниц соответственно; 1з - заданна  длина отрезаемых листов. Реализаци  соотношени  (1) осуществл етс  путем формировани  частотного сигнала задани  скорости привода ножниц в соответствии с выражением - LO где fn - частотный сигнал на выходе датчика перемещени  проката 9, пропорциональный скорости полосы. Преобразователь 15 частота-напр жение преобразует сигнал fa в аналоговый сиг нал задани  скорости Ua, пропорциональный величине а)с. Точное поддержание средней за цикл порезки скорости привода, соответствующей величине fa, осуществл етс  путем астатического цифрового регулировани  при помощи реверсивного счетчика 12, в котором сравниваютс  частоты задани  fa и обратной св зи по скорости fn (поступает от импульсного датчика 5 перемещени  ножниц). Первый преобразователь 13 код-напр жение преобразует выходной сигнал реверсивного счетчика 12 в аналоговый сигнал AU, непрерывно компенсирующий погрешность аналогового контура регулировани  скорости ножниц. При непрерывном вращении привода наличие механизма выравнивани  скоростей 3 с переменным в цикле порезки пере: даточным числом вызывает неравномерное вращение вала барабанов ножниц таким образом , чтобы при сохранении средней за цикл (период одного оборота) скорости обеспечить в момент реза равенство линейных скоростей ножей ножниц и полосы. Неравномерность вращени  вала барабанов ножниц вызывает по вление динамического момента на валу приводного двигател . Если исключить реакцию системы регулировани  на колебани  скорости привода, вызванные динамическим моментом, а также пренебречь силами трени , реза и другими возмущени ми, то при посто нной скорости полосы момент количества движени  вращающихс  масс устройства, пропорциональный средней угловой скорости, будет также посто нным. При этом устройство можно рассматривать как двухмассовую систему, первую массу которой определ ет момент инерции И на валу приводного двигател , а вторую - момент инерции 12 на валу барабанов ножниц. Суммарное значение момента количества

движени  этой системы определ етс  выражением

(h +12) Wc ll -Wl +12UJ2. (3)

где u)i, Ч2 - угловые скорости вала двигател  и вала барабанов ножниц соответственно;

li, 2 - моменты инерции на валу двигател  и на валу барабанов ножниц соответственно;

(Ос- средн   за цикл порезки углова  скорость вала двигател  и вала барабанов ножниц.

Св зь между величинами определ етс  выражением

СУ1

(4)

(02

i(«.U)

где 1(0:, La) - передаточное число механизма выравнивани  скоростей,  вл ющеес  функцией поворота а, вала двигател  и заданной длины порезки полосы Ls. ,

Из выражени  (3) с учетом (4) углова  скорость вала двигател  будет равна

,.. («.и)-(11-И2) ,5)

a) (0с i(a,L3) Ii + l2

а производна  по углу поворота вала а равна

:1аЛв1Ч2111±Ю, (6) d« (i(a,L3)-li+l2)2

Изменение во времени динамического момента, приложенного к валу двигател , определ етс  выражением

Mд(t) h

(7)

1 duJi d« . ,,

которое с учетом (5) и (6) имеет вид

Мд(г)

-.;,2 i(g.L3)-i4a.U)-iii2(ii-H2)()

- U/ -

(|(«Лз) -11 -Ы2)

где i (ее, La) - производна  передаточного числа 1 по углу а.

Переменна  составл юща  угловой скорости вала двигател , вызванна  динамическим моментом, определ етс  выражением

1 (

MA(t)dt,

(9) 1- J

где tu - врем  цикла порезки.

Дл  реализации выражени  (8) в нереверсивном счетчике 16с момента времени, определ емого сигналом датчика 6 реза,

формируетс  кода угла поворота вала двигател  путем подсчета импульсов частоты fn. В блоке 17 вычислени  динамического момента по величине кодов а и La, а также с учетом посто нных дл  данного устройства

величин моментов инерции И и 12 формирутс  код Nofl,относительного динамического момента в соответствии с выражением

l(o:,U)-i(«.b) -112(11 +12)

Ыод

(i(a,L3)-li +12)

(10)

Код NOA .преобразуетс  вторым преобразователем 18 код-напр жение в пропорциональное ему напр жение Уод, которое в блоке 20 умножени  умножаетс  на сигнал

УЗ , пропорциональный величине од и поступающий с выхода квадратора 19. Таким

образом, на выходе блока умножени  20 образуетс  аналоговый сигнал Уд, пропорциональный динамическому моменту в соответствии с выражением (8). Этот сигнал подаетс  на вход блока 21 коррекции скорости , на выходе которого формируетс  сигнал УК коррекции скорости привода в соответствии с выражением

ик Уд iHi (11)

МТцсР

где Тцс - посто нна  времени цифрового регул тора скорости, включающего в себ  реверсивный счетчик 12 и первый преобразователь 13 код-напр жение.

Сигнал УК подаетс  на вход аналогового регул тора 14 скорости, в результате чего осуществл етс  компенсаци  переменной составл ющей сигналов обратной св зи по

скорости УН и fn, пропорциональной колебани м угловой скорости вала двигател , определ емым выражением (9). При этом на входе регул тора 14 скорости сигнал задани  тока равен нулю. Этот сигнал подаетс 

на первый вход регул тора 25 тока привода 1 ножниц.

Claims (1)

1. Ввиду ограниченного быстродействи  контура регулировани  тока и наличи  внутренней отрицательной св зи по ЭДС двигател  заданный ток отрабатываетс  с некоторой динамической ошибкой, пропорциональной скорости изменени  ЭДС (угловой скорости двигател ). Дл  устранени  этой ошибки на второй вход регул тора тока подаетс  сигнал UKS гибкой положительной св зи по ЭДС, формируемый с пом.ощькз блока 22 компенсации ЭДС в соответствии с выражением Окэ ft)1 К етнР + 1 где КЕ - коэффициент пропорциональности между ЭДС и угловой скоростью двигател ; Ты- сумма малых некомпенсируемых посто нных времени в контуре регулирова ни  тока. В результате нулевое задание с достаточной точностью отрабатываетс  контуром регулировани  тока, а выходное напр жение усилител  мощноЬти 24 следит за изменением ЭДС двигател . , Таким образом, регулирование заданг ной средней скорости двухмассовой системы приводит к тому, что колебани  скоростей двигател  и барабанов ножниц в каждом цикле порезки сопровождаютс  только обменом кинетической энергии между обеими массами без перекачки энергии из сети и обратно дл  разгона и торможени  барабанов ножниц. Из сети потребл етс  лишь энерги , необходима  дл  восполнени  потерь энергии на трение и рез полосы, а также энерги  на создание запаса кинетической энергии при разгоне агрегата-резки. Применение устройства позвол ет уменьшить потери энергии в  корной цепи электродвигател , снизить его нагрев и создать тем самым предпосылки дл  повышени  производительности агрегата резки. Формула изобретени  Цифроаналоговое устройство управлени  летучими ножницами с механизмом выравнивани  скоростей, содержащее св занные с валом ножниц через механизм выравнивани  скоростей привод ножниц, тахогенератор, импульсный датчик перемещени  ножниц и датчик реза, импульсный датчик перемещени  проката, св занный с прокатом посредством мерительного ролика , последовательно соединенные преобразователь код-частота, реверсивный счетчик, первый преобразователь код-напр жение и регул тор скорости, последовательно соединенные нереверсивный счетчик, блок вычислени  динамического момента, второй .преобразователь код-напр жение и блок умножени , а также квадратор , преобразователь частота-напр жение и задатчик длины, выход которого подсоединен к второму входу блока вычислени  динамического момента и второму входу преобразовател  код-частота, импульсный вход которого подсоединен к выходу импульсного датчика перемещени  проката, а выход - входу преобразовател  частота-напр жени , выход которого подсоединен к второму входу регул тора скорости, третий вход которого подсоединен к выходу тахогенератора , а выход подсоединен к первому входу привода ножниц, выход импульсного датчика перемещени  ножниц подсоединен к второму входу реверсивного счетчика и счетному входу нереверсивного счетчика, вход сброса которого подсоединен к выхг ду датчика реза, а вход квадратора подсоединен к второму входу блока умножени , отличающеес  тем, что, с целью снижени  потерь энергии, оно снабжено блоком компенсации ЭДС двигател , вход которого подсоединен к выходу тахргенератора, а выход - к второму входу привода ножниц, и блоком коррекции скорости привода, вход которого подсоединен к выходу блока умножени , а выход - к четвертому входу регул тора скорости, выход преобразовател  частота-напр жение подсоединен к входу квадратора.