Устройство для обработки лещади доменной печи

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5D4 В 23 15 00 ;к м зу .,: 13

ggy:; ..

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3817778/25-08 (22) 30. 1.84 (46) 30.04.86. Бюл. ¹ 16 (71) Днепропетровский ордена Трудового

Красного Знамени металлургический институт им. Л. И. Брежнева (72) Э. П. Бобриков, А. И. Михалев.

A. И. Дук, А. С. Залкинд и Е. Н. Бужинский (53) 62! .91 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 831535, кл. В 23 Q 15/14, 1981. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЛЕШАДИ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ, содержащее шасси, установленное на трех колесах, и инструментальную головку с приводом, смонтированную на платформе, установленной с возможностью стабилизации в горизонтальной плоскости с помощью блока управления, датчиков и двух регулируемых опор, отличающееся тем, что, с целью повышения качества обработки, в устройство введены третья регулируемая опора платÄÄSUÄÄ 1227420 А1 формы с режущим инструментом, профилометр, выполненный в виде соединенных в линейку потенциометрических датчиков и предназначенный для взаимодействия посредством механических щупов с обрабатываемой поверхностью, гиродатчик положения платформы, одно из колес выполнено рулевым, а два маршевыми, рулевое колесо установлено с возможностью поворота относительно вертикальной оси и снабжено следящим приводом поворота, маршевые колеса снабжены приводами с датчиками обратных связей, блок управления выполнен в виде бортового вычислительного комплекса, предназначенного для программирования и управления движением устройства, состоящего из последовательно соединенных коммутатора к аналогoBbtx сигналов, аналого-цифрового @ преобразователя, цифровой вычислительной машины ° коммутатора ннфроаагк о ° ãíàëoâ, (/) причем вход блока управления соединен параллельно с датчиками обратных связей, С профилометром и гиродатчиком, а выход — с приводами.!

227420

)5

1

Изобретение относится к машиностроению, в частности к механической обработке лещади доменной печи и может быть использовано для обработки бетонных, полимерцементных, мозаичных и других твердых монолитных покрытий.

Цель изобретения — - повышение качества обработки сложных поверхностей.

Устройство выполнено робототехническим, самоходным и обеспечивающим измерение и обработку по заданной траектории движения инструмента, которая может перепрограммироваться.

На фиг. I изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 то же, вид сверху; на фиг. 3 — функциональная схема устройства; на фиг. 4 - канал управления режущим инструментом; на фиг. 5 — принципиальная электрическая схема тиристорного управления маршевыми двигателями; на фиг. 6 канал управления гидроцилиндром стабилизации платформы.

Робототехническое устройство включает самодвижущееся шасси 1, опирающееся HH два маршевых 2 и рулевое 3 колесо, инструментальные головки 4 с приводом 5 и профилометр 6, смонтированные на платформе 7, стабилизированной в горизонтальной плоскости посредством связанного с Гиродатчиком 8 привода 9.

Устройство та кже содержит бортовой цифровой вычислительный комплекс (БЦВК)

10, приводы маршевых 11 и рулевого 12 колес с датчиками 13 н 14 обрат11ых связей соответственно, пульт 15 ручного управления.

Маршевые колеса 2 предназначены для перемещения шасси и установлены в передней части устройства. При движении по криволинейным траекториям необходимо обеспечить вращение колес с отличающимися угловыми скоростями. В случае передачи вращающегося момента от одного привода приходится использовать такое высокоточное и дорогостоящее устройство, как дифференциал. Поэтому в робототехническом устройстве, с целью его упрощения, в качестве приводов маршевых колес 11 использованы два электродвигателя постоя:.Illoão тока, управляемых независимо друг от друга сигналами с БЦВК.

Рулевое колесо 3 предназначено .ьля ооеспечения перемещения робототехнического ухтройства по криволинейным траекгориям и выполнено с возможностью ненолноповоротного вращательного движения вокруг вертHкальной оси. Тип привода рулевого колеса может быть различным — пневматическим, электромеханическим, гидравлическим. Требованиям высокой точности и быстродействия позиционирования рулевого колеса, достаточной мощности привода и простоты коне.рукции в наибольшей степени удовлетворяют электрогидравлические поворотные следящие приводы типа СП. Управление приводом 12 осуществляется непосредственно

2 сигналами с БЦВК. Наличие встроенного датчика обратной связи по положению выходного вала ооеспечивает высокую точность работы привода. Достаточная мощ ность lip HBoäà позвал яет максимально упростить кинематику и конструкцию привода., непосредственно связав выходной вал гидродвигателя с поворотной осью рулевого колеса. В качестве привода инструментальной головки используется асинхронный двигатель серии 4А.

Профилометр 6 представляет собой линейку, собранную из девяти измерительных ,-,атчиков. Количество датчиков определяется размерами высокоглиноземистых кирпичей, которыми выкладывается лешадь, и шириной обрабатываемой за один проход полосы. Датчики могут быть различного THHB-i, IüòðàçâóêoIIûå, инфракрасные, струйные, оптические, телевизионные, электромеханическис. Основными требованиями к профиломстру являются простота конструкции, небольи1ие габариты и стоимость. Кроме тоI o, допустима относительно невысокая точность измерения. Поэтому наиболее целесообразно использование в профилометре потенпиометрических датчиков, контактирующих посредством механического гцупа с измеряемой поверхностью.

Выбор:1ривода стабилизации платформы

Определяется требованиями высоких быстродействия и точности отработки управляющих сип1а 108, достаточной мо1цности и возможностью фиксации приво;.а в требуемом положении. Исходя из этого, испо;1ьзован I Hll,— равлический привод, хотя возможны варианты с элекзромеханическим или пневматическим приводом.

На функци<шалы1ой схеме (фиг. 3) в составе БЦВК показаны коммутатор 16 а.1алоговых сигналов. аналого-цифровой преОбразователь 17, 1ГВМ 18, коммутатор 19 цифровых сигналов, а также каналы цифрово1о управления режущим инструмеHTQM

20, скоростью маршевых двигателей 21 (два параллельных канала), ру ILBhlv. колесом по углу поворота 22 и стабилизацией платформы 23 (три параллельных однотипных кана, la) .

При этом вход БЦВК 10 связан с профилометром 6, гиродатчиком 8. а также с датчиками 13 обратных связей приводов маршевых колес, а сами приводы через каналы 20-- 23 управления связаны с выходом БЦВК.

В состав канала 20 управления режуil!HM инструментом (фиг. 4) входят «запо»HIIHIolllий» элемент — микросхема D1триггер I -типа, управляющее реле К!, стандартный магнитный пускатель К2 типа ПМА и собственно привод М режущего инструмента. Кнопочные выключатели 81 и 82 служат .I 1ÿ пуска и остановки привода режущего инструме1гга с пульта 15 ручного управления.

1227420

Канал управления рулевым колесом представляет собой электрогидравлический усилитель типа УЭГ -8 или УЭà — 85 со встроенным датчиком обратной связи по положению выходного вала, входящий в комплект электрогидравлического привода типа

СП. Поэтому последовательность управляющих сигналов с БЦВК подается непосредственно на вход электрогидропривода.

В робототехническом устройстве для управления угловой скоростью приводов маршевых колес выбран способ управления напряжением, подводи мым к якорю электродвигателя, как lfpocTQH и надежный, позволяющий получать широкий диапазон регулирования скорости, плавность регулировки.

В качестве схемы управления выбрана схема тиристорного управления, как имеющая высокий КПД большой =рок службы, высокую механическую прочность, мгновеннуlo готовность к работе, малые удельные габариты и массу.

С целью повышения точности отработки приводами маршевых колес управляющи: сигналов БЦВК, с помощью датчиков 13 организована обратная связь на вход

БЦВК. Датчик 13 представляет собой встроенный в привод тахогенератор. Стабилизация платформы осуществляется тремя гидроцилиндрами, имеющими идентичные каналы 23 управления 23.

В составе канала управления одним из гидроцилиндров (фиг. 6) име1отся устройства

«запоминания» управляющих сигналов DI u

D2, представляющие собой триггеры T-типа, реле К1 и К2, управляющие работой электромап1итов КЗ и К4 золотникового гидрорасп редел ителя (не показан) .

Каналы управления режущим инструментом, угловой скоростью приводов маршеBl»lx колес, гидростабилизации платформы конструктивно расположены в блоке БЦВК; канал управления рулевым колесом -- непосредственно в приводе рулевого колеса.

Система работает следующим образом.

БЦВК задает опорную траекторию движения шасси 1 в виде динамически формулируемой спирали с постоянным шагом «закрутки», причем направление движения определяется знаком управляющих воздействий. Для выбранной траектории движения робототехнического устройства, определяемой уравнением спирали Архимеда, и неизменной шириной обрабатываемой за один проход полосы единственным переменным параметром будет диаметр лещади доменной печи. Параметры. пропорциональные диаметрам доменных печей, легко устанавливаются с пульта ручного управления. Шаг спирали выбирается равным 95О ширины обрабатываемой полосы для гарантированной обработки всей поверхности лещади.

Во время первого такта движения (от периферии к центру доменной печи) сигнал с профилометра 6 поступает и об5

2Q

35 о .ф5

55 рабатывается в блоке 10. На этом этапе производится замер профиля поверхности, причc ì пlëèôование поверxIIoctè не ведется.

HcpIIoz««ecI.II БЦВК опрашиваются все ячейки профилометрll и для каждого момента времени вь1бир111отся два значения уровня профиля максимальное и минимальное.

Затем эти значения сравниваются с аналогичными величинами, записанными в память

ЦВМ во время предыдугцего опроса профилометра. В ячейки памяти ЦВМ вновь записываются экстремальные значения из каждой пары сравниваемых величин. Замерив подобным образом профиль всей лещади доменной печи за время первого такта работы робототехнического устройства, в памяти ЦВМ будут храниться две величины, харак1еризующпе уровень неровности поверхно Tи макси Mальных вl>lпуклости (н,„, ) и впадин (и 1 ) . Кроме того, запоминается уровень центра лещади доменной IIesII (Н .) .

Для полу цния истинных значений уровня профиля необходимо обеспечить горизонтальность стабилизируемой платформы, на которой размен!си профилометр, и выдерживать ее II l одном и том же горизонтальном уровне, совпадающем с уровнем начальной точки отсчета.

Первая задача решается БЦВК путем управления I il;lpoltII.lèíëpàìII крена и дифферента (два Ilcðc!IIIèx гидроцилиндра) по сигналам, поступающим с гиродатчика.

Для решения второй задачи БЦВК выдает на третий гидроцилиндр (подъема и опускания платформы ) i и ра вляю1ций с иг113.1, пропорциональный текущим значениям отклонения профиля 1н1верхнос ги от нулевого уровня со сдвигом по времени на величин at — —, !

I 1c 1 -- межосевое расстояние маршеBI lx u и рулевого колес шасси;

1 — скорость движения шасси.

По окончании первого такта знак управляющих воздействий переключается на противоположный и шасси 1 движется по спирали от центра к периферии.

Переключение знака управлений производится по окончании каждого последующего такта работы, обеспечивая тем самым циклическое движение устройства от периферии к центру и наоборот до окончания процесса шлифования поверхности лещади.

Физический смысл перекл1очения знака управлений заключается в изменении полярности питающего напряжения маршевых двигателей, что легко достигается путем коммутации цепей с помощью дв1 х реле К5 и К6 (фиг. 5). Поочередное срабатывание этих реле обеспечивается триггером D2.

Перс,! выполнением второго такта рабоThl робототехнического vcòpîécòâà (п1лифо1227420 вания поверхности) вычисляется количество рабочих тактов

Ниаис Н><ии +

В

Затем происхо..<ит уc)ановка плоскости резания рабочегo инструмента на уровне

Н! =- Н, „„--<)

Но отношению к нулевому уровню, или

Н L = Нмакс — — Нч — В

IIo отношени)о к уровню центра ломенной печи.

Здесь <) — шаг !К)лачи инструме!па, выбираемый априорно с учетом материалов лсщади и режущей части фрезы.

После первого рабочего прохола уровень плоскости резания уcT3113BëèâàåòñH 113 уровне

H = — Н! — 6

Гlосле слелующсго iipoxo;L3

Н,.=Н вЂ” < =Н, -26 и так далее ло окон гания процесса ш,iHфОВВНИ Я lekll3ЛИ, Т. с.

Н,= Н, — != Hi — (i 1)О,:=1,2,...,(»l.

Управление режу!ци vi инструментом (фиг. 4) осуществляется следующим образом.

Сигнал на выклк)чение эг!сктродвигатсля

М B виде прямоугольного импульса пост)пает на вход асинхронного триггера Т-типа, устанавливая его в «елиничное» состояние. Потенциал а Bl ixo;Le;Loc.r3точен лля срабатывания реле Кl, Олна пара Кl.l нормально разомкнуты.< коптакТО В КOTОро! О В К1 IOчс Н3 I!3 ðà;1, 1(. 1 ЫIО КIIОНК(S1 включения электро;<впгатсля М на пульте 15 ручного управления, лру!.ая пара

К1.2 — !юслелонательно со вспомогательными контактами самоблокировки К2.1 магнитного пускателя К2. При замыкании контактов реле К! срабатывает магнитный пускатель К2, через контакты К2.2 которого и будет запитап электродвигатель М.

Выключение лвигателя происходит iipH поступлении следующего импульса с БЦВК.

При этом триггер перебрасывается в лругое устойчивое состояние, потенциал на его единичном» выходе близок к улк), ко!гг3Kты реле Кl размыкаются, тем самым выключая магнитный пускатель К2 3, следовательно, и лвпгатель М.

Управление угловой скоростью марн!свы., двигателей производится с целью исключения проскальзывания маршевых колес Во время движения и обеспечен:!я ЛBè>êåiièÿ робототехнического устройства Ilo зала пной траектории, причем вторая задача лостигастся совместно с использованием управления рулевым колесом.

Напряжение датчика 13 обратной связи, пропорциональное угловой скорости маршеього двигателя 11, преобразуется аналогоцифровым прсобразователем 17 к цифровомх виду и поступает а вхот ЦВМ !8 (фиг. 3). З!есь iipoHcxoTHT сравнение постхпившего сил<а 13 с эталонным, опрелеляе5 м1-. заложенной в 11ВМ программой, и

Hi, лоотка Kopp(ктируK)illHx сигналов.

HîcrI(..LoB3T(льность импульсов, солержапгая ннформацин) О корректировке текущего значения скорости маршевых лвигателей.

10 нылается ).),ВМ через контакты Kuxi»lx T3Тор3 !9 il3 нхо ; микросхемы .)И (фиг. 5)— контакт «+1» при увеличении скорости вра-! цсния лвигатслсй и ко!па»г « — — 1» пои ее умепьшеHèè. При этом тиристор ), 1 включается и выключается cHlixpoHHO с пе15

p< мейн !Iь!х! Ii 3 llðÿæ(I ièåõ! и сто ч и и кd II ита ни я и полключает его к нагрузкс (элсктролвигатслю B;L;IIHIo)I случае) на Опрслсленную и!1 сть ка ж Iого II< .pHoт<1.

Регулировка осуп<еств.!Яетс51 изменением фазового угла, при котором происхолит

Включение тиристора, путем изменения времени зарялки конденсатора Сl. При этом тиристор проводит ток от момента его включения по электролу управления ло конца полу:IepHoла питак)щегO напряжения.

Во время по(!Ожи!ел! Ного полупериола

IHT3ioùeão напряжения КоН.LCIIc3Top С! заряжается лo напряжения включения тиристора ) (. Вре:я зарялки Koil.keilcBTOp3 С l определяется постоянной времени цепи

R l R2- — Сl. Изменяя номиналы элементов

BIOé цепи, можно н !Нироком лиапазоне управлять моментом вк IK)«eiiHH тиристора ) 1 а с,!едовательно, и скоростью маршевых лвигателсй. В качестве такого переменного

35 элемента выбран 1<1. Во время 0TpHIL3тельногс полупсриола пптаюшсго напряжения происходит разрядка копленсатора Сl, ;то необходимо лля работы схемы B слег!уюп<е»! пол п(риоле.. 1иол <(6 блокирует управляющий элек-. рол тирнстора от отриLI0 Нательных !юлуволн питающего напряжения.

Канал управления гилроцилинлром стабилизации платформы с режущим инструментом (фиг. 6) раоотает следующим образом.

Управляющий импульс с ББ,ВК поступает на Bxoц микросхемы Dl и вызывает срабатывание реле Кl, которое, в свою очередь, вк.)ючает электромагнит КЗ, что

IIðèВолит к перемещению IIIToK3 гилроцилинлра. Это перемещение прололжается ло

50 IIOCTyiI,1eIIИЯ а ВхОд D! c,)елую<цего управля<ощсго импульса. лл5! перемещения

:птока ги LpoILHJ! HHäð3 B обратном направлении до.i>KeH сработать электромагнит К4 н резульгате управляющи возлействий на

D2 и К2.

Гиролатчик 8 прелназначен лля вылачи электрических сигна 108, зависящих от угла крена и дифферента устройства, на котором он установкеH. Исхоля из этого, его необ1227420

У 11

7 ходимо поместить на стабилизируемой платформе.

Точность выдачи гиродатчиком сигналов крена и дифферента зависит от места его установки на стабилизируемой платформе.

Место крепления должно иметь минималь5 ные вибрации, а вибрации в диапазоне частот 15 — 23 Гц практически не должно быть. Для устранения дополнительной погрешности в выдаче сигналов крена продольная ось гиродатчика должна совпадать с продольной осью робототехнического устройства с точностью 1,5 . Учитывая эти и некоторые другие факторы, гиродатчик следует установить вблизи центра тяжести стабилизируемого устройства. Невыполнение этого требования влечет за собой появление паразитных моментов на рамах гироскопа и, как следствие, увеличение погрешностей измерения углов крена и дифферента.

Стабилизация платформы в горизонтальной плоскости на требуемом уровне осуществляется посредством перемещения штоков трех гидроцилиндров, задние крышки которых жестко связаны с шасси, а штоки — со стабилизируемой платформой.

При этом величина хода поршней гидро- 25 цилиндров и порядок их работы определяются БЦВК по информации, поступающей от гиродатчика и профилометра.

Стабилизация платформы с режущим инструментом осуществляется относительно шасси, а следовательно, и относительно обрабатываемой поверхности лещади доменной печи, так как шасси, перемещаясь по поверхности лещади, копирует ее рельеф.

Система управления предусматривает работу в двух режимах автоматическом и полуавтоматическом. В первом случае движение робототехнического устройства осуществляется в соответствии с алгоритмом программного движения, заложенным

8 в память БЦВК. Во втором — задача движения устройства по предварительно размеченной траектори: решается оператором.

Все сигналы, юступающие на вход

БЦВК, попадают на входы коммутатора 16.

При этом на первые девять входов коммутатора подаются сигналы с каждой ячейки профилометра. На следующие шесть. входов коммутатора поступает информация о положении стабилизируемой платформы с гиродатчика 8. Еще четыре входа коммутатора задействованы под сигналы обратратной связи двух маршевых двигателей 11.

Коммутатор 16 аналоговых сигналов поочередно подключает поступающие на него сигналы на вход аналого-цифрового преобразователя 17, в качестве которого используется аналогово-цифровой преобразователь типа «Электроника

П5 — ЛЦП Р!2 — 1». С преобразователя

17 входная информация 12-разрядным кодом выдается на ЦВМ типа «Электроника 60М».

В ЦВМ по заложенным программам обрабатывается поступающая на ее вход информация и вырабатываются управляющие сигналы, обеспечивающие функционирование робототехннческого устройства. Эти управляющие сигналы попадают на исполнительные органы через коммутатор 19 цифровых сигналов. При этом первый выход коммутатора 19 связан с каналом 20 управления режущим инструментом, второй и третий с каналом 22 управления рулевым колесом, 4 11 — с двумя идентичными каналами 21 управления маршевыми двигателями,!2 — 16 — с каналом 23 управления стабилизацией платформы. Для обеспечения работы БЦВК в целом, ЦВМ 18 синхронизирует работу устройств 16, 7 и 19.

Окончание технологического процесса обработки лещадн осуществляется программно по соответствующим сигналам БЦВК, либо оператором с пульта ручного управления.

1227420

КбЦЕ

Дцг. 6

Составитель В. Алексеенко

Редактор И. Касарда Техред И. Верее Корректор Л. Патай

Заказ 1992/15 Тираж 826 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4