Устройство для автоматического регулирования температуры нагрева заготовок в производственном комплексе индукционная печь-пресс

 

Изобретение относится к электротехнике . Цель - повышение производительности комплекса. Устройство содержит датчики температуры по толщине заготовки, связанные через нелинейные элементы с параболическими характеристиками с регулятором мощности индуктора печи. В устройство введены задатчик и дётчик скорости прессования, задатчик длины и номенклатуры заготовок, датчики прессования и выгрузки заготовки из индуктора, логические элементы. Устройство позволяет управлять длительностью интервалов нагрева и прессования, выравниванием температуры , согласует режимы нагрева и прессования для заготовок различной длины, производительность повышается в результате автоматизации с процесса нагрева заготовки в комплексе печь - пресс и уменьшения вспо-. /Л могательных операций при изменении напряжения на зажимах секций:индуктора . 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 Н 05 В 6 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21 ) 4265592/24-07 (22) 19.06.87 (46) 23.01 ° 89. Вюл. У 3 (71) Куйбышевский политехнический институт им. В.В.Куйбышева (72) Н.И.Малешкин, Э.Я.Рапопорт и В.В.Руднев (53) 621.365.52(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

1(738196, кл. Н 05 В 6/06, 1977.

Авторское свидетельство С(:CP

Р 759036, кл. Н 05 В 6/06, 1977, (.54) УСТРОЙСТВО. ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО

РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НАГРЕВА

ЗАГОТОВОК В ПРОИЗВОДСТВЕННОМ KOMHJII".КСЕ ИНДУКЦИОННАЯ ПЕЧЬ вЂ” ПРЕСС (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель — повышение производительности комплекса. Устройство содержит датчики температуры по:тол-, щине заготовки, связанные через нелинейные элементы с параболическими характеристиками с регулятором мощности индуктора печи. В устройстso введены задатчик и датчик скорости прессования, задатчик длины и номенклатуры заготовок, датчики прессования и выгрузки заготовки из индуктора, логические элементы.

Устройство позволяет управлять длительностью интервалов нагрева и прессования, выравниванием температуры, согласует режимы нагрева и прессования для заготовок различной длины, производительность повышается в результате автоматизации процесса нагрева. заготовки в комплексе печь — пресс и уменьшения вспо-. могательных операций при изменении напряжения на зажимах секций.индуктора. 1 э.п. ф"лы, 3 ил.

1453625

Изобретение относится к индукционному нагреву металла перед обработкой давлением и может быть использовано в устройстнах автоматического регулирования температуры нагрева изделий и н технологическом комплексе индукционная печь — пресс, обеспечивающем нагрев заготовок до заданной температуры с требуемой точностью по всему объему за технологическое время прессования.

Цель изобретения -- повыщение производительности комплекса индукционная печь — пресс. 15

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - выходные характеристики блока логарифмического усилителя„ на фиг. 3 .- схема блока триггера, 2Î

Нагренаемые заготонки размещаются н многосекционном индукторе 1 печи.

Датчики 2 и 3 температуры соответственно для измерения температуры поверхности и центра торца нагревае- 25 мой заготовки располагаются на выходе индуктора. Число датчиков температуры равно заранее заданному числу интервалон управления, например два — включить, ныключить. Задание конечной температуры и точности нагрева осуществляется с помощью блока 4 задания, н качестве. "-адатчикон которого использованы потенциометры, Выходы датчиков 2 н 3 температуры поверхности и центра подключены к первым входам соответствующих нелинейных элементов 5 и б с параболическими статическими : характеристиками, а. вторые входы нелинейных 4О элементов 5 и 6 соединены с соответствующими выходами бпока 4 задания, Выходы нелинейных элементов 5 и 6 последовательно через сумматор 7 соединены с входом первого релейного элемента 8, выход которого соединен с первыми нхоцами силового регулятора 9 мощности и блока триггера 10.

Второй вход блока триггера 10 соединен с выходом датчика 11 выгрузки заготовки из индуктора, например, ко- нечным выключателем, установленным на выходе индуктора 1.

Прямой выход блока триггера 10 соединен с первым. входом логического элемента И 12, второй вход которого

55 соединен с выходом датчика 13 прессования, например, электроконтактным манометром, установленным на гидрав- лическом цилиндре перемещения траверсы пресса, Свободное перемещение траверсы пресса осуществляется при давлении масла в гидравлическом ци- . линдре, не превынающем значения

P и (О,? - 0,3) P„, а при давлении масла Р р (0,6 - 0,7) . P> обеспечи- вается начало процесса прессования, где Р„ — номинальное давление в гид-. равлическом цилиндре. Поэтому при достижении давления масла в гидравлическом цилиндре Р О,б Р„ на выходе датчика прессования формируется логическая единица, что соответствует моменту возникновения истечения металла через матрицу, а если м е ньие Р (О, 6 ° Р > — логиче ский нуль, т.е, прессование заготовки отсутствует.

Выход логического элемента И 12 и инверсный выход блока триггера 10 соединены соответственно с вторым и первым входами логического элемента ИЛИ 14, выход которого соединен с управляющим входом релейного элемента 8.

Второй вход блока 15 деления соединен с выходом задатчика 16 длины прессуемой заготонки, например потеяциометром, Выход задатчика 17, например, потенциометра, соединен с первыми входами первого 18 и второго 19 аналоговых сумматоров, Второй нход первого аналогового сумматора 18 соединен с выходом датчика 20 скорости прессования, например, тахогенератора, установленного на прессе (фиг, 3).

Выход первого аналогового сумматора 18 соединен-- с вторым входом второго аналогового сумматора 19, выход которого соединен с первым входом блока 15 деления, Выход блока 15 деления соединен с первым входом блока 21 логарифмического усилителя, второй вход которого соединен с выходом задатчиеа 22 номенклатуры нагренаемых заготовок, например потенциометром . Выход блока

21 логарифмического усилителя соеди нен с первым входом регулятора 9 мощности.

Третьи входы логического элемента

ИЛИ 14 и блока 21 логарифмического усилителя соединены с переключателем

23 режимов работы. Второй вход регулятора 9 мощности соединен с датчиком 2 температуры поверхности через

3 )4536 второй релейный элемент 24 ограничения максимальной температуры.

Блок триггера 10 содержит" IKтриггер 25 логические элементы

ИЛИ 26, И-НЕ 27, ИЛИ-НЕ 28 и два ключа "Начало" 29 и "Сбой" 30, Устройство работает следующим образом.

При подаче питания на устройство 10 оператором формируется импульс от ключа "Начало" 29 блока триггера 10, который через логические элементы

ИЛИ 26, И-НЕ 27 поступает на первый и второй входы ХК"триггера 25 (на 15 третьем входе ХК-триггера 25 посту» пает также логическая единица от логического элемента ИЛИ-НЕ 28, так как отсутствует контакт термопар) с выходной. заготовкой В индукторе 1)а 20

На выходе IK-триггера 25 и соответственно на выходе блока триггера 10 формируется следующая информация: первый-прямой выход — логическая

"1", второй-инверсный — логический 25

"0" и подготавливается устройство к работе °

В случае двухинтервального управления используются датчики измерения -ф температур в двух точках по толщине заготовки, например, в центре Т и на поверхности Т„ заготовки. Система управления обеспечивает режим нагрева в два интервала. На первом интервале управления к зажимам подключает- 35 ся напряжение, на втором интервале напряжение отключается. Суммарное время двухинтервального управления индукционным нагревателем t обеспеИ чивается устройством за время прес- 40

Ь сования t = — где L — длина преснр э суемой заготовки, м; V - скорость прессования, м/мин, Поэтому время нагрева t èçäåëèÿ при заданных темпе- 45 ратурах распределения по объему слитка определяется мощностью (напряжением), подводимой к секциям индуктора.

Величина затрат мощности на компенсацию тепловых потерь с поверхности на- 50 греваемых слитков в этом случае будет меньше, т.е. q, q z, если ср

Т Та где q,ï „,q<„- тепло» вые потери с поверхности нагреваемых слитков соответственно при средних 55 ср ср температурах Т, и Т, поэтому предлагаемое устройство подключает на зажимы секций напряжение только после возникновения процесса прессования

4 изделия. При этом время нагрева, т.е. длительность интервалов нагрева и выравнивания температуры в конце пРодесса Тмуц = Т„= Тц = Тодд тмо„, = Т9чд+ )= ° "де тмин > тмас соответственно минимальная и максимальная температура слитка; Т „, Ф

à — соответственно заданные темйература и точность нагрева.

Указанный режим нагрева в комплексе печь †.пресс обеспечивается автоматическим изменением на зажимах секций напряжения, при котором осуществляется нагрев заготовок с заданными параметрами за промежуток времени, определяемый временем прессования предыдущего нагретого слитка. Для этого с помощью задатчика

17 задается скорость прессования Vie а эадатчиком 16 — длина прессуемой заготовки L „. Первый сумматор 18 осуществляет сравнение текущей и заданной скорости прессования. На выходе сумматора 18 формируется сиг-. нал, равный .

ecnH y y

1Ü т у = О, если у «у где у„- выходная информация п-блока.

Это позволяет при перемещении траверсы пресса в промежутке между прессованием со скоростью в несколь ко десятков раз больше, чем скорость прессования, иметь выходной сигнал, равный нулю, что обеспечивает нормальную работу остальных блоков устройства.

Второй сумматор 19 осуществляет алгебраическое сложение входных сигналов, поступающих на входы, т.е, ЧФтГ-Чч

"49 "и " 6 и на выходе формируется сигнал, равный текущей скорости прессования, t т.е. у, Блок 15 деления осуществляет деление сигнала, поступающего от задатчика 16 длины, т,е. L на сигнал, поступающий с второго аналогового сумматора )9, т.е. у, я Ч„, и на выходе формируется сигнал, прямо пропорциональный времени прессования, т.е. y„ z t„ Ф - †. Сигнал с выхода

Ь ц„.

Vep блока 15 деления, пропорциональный времени прессования, поступает на вход блока 21 логарифмического уси625 6 которая через логические блоки И ТТ, ИЛИ 14 поступает на второй вход релейного элемента 8 (на второй вход элемента И 12 также поступает логическая единица от блока триггера 10,так как начальное состояние выходной информации с блока триггера 10 следующее: первый — 1, второй - О).

На выходе релейного элемента 8 формируется сигнал, -который через регулятор 9 мощности подключает напряжение на зажимы индуктора 1 и переводит ХК-триггер 25 блока триггера

10 в нулевое состояние, т.е. первый — прямой выход - О, второй - инверсный выход — 1. Логическая единица с второго выхода блока триггера

10 через второй вход логического блока ИЛИ 14 разрешает работу релейного элемента 8 до окончания процесса нагрева.

5 1453 лителя, Выходная характеристика блока

21 логарифмического усилителя (фиг. 2) практически повторяет зависимость мощности (напряжения), 5 подводимой к зажимам секций, обеспечивающей требуемые параметры наг. рева за время прессования, Наклон выходной характеристики зависит от номенклатуры нагреваемых слитков и имеет различный вид для каждой номенклатуры. Требуемый наклон обеспечивается с помощью эадатчика 22 номенклатуры.

На выходе блока 21 логарифмическо- >> го усилителя создается сигнал, который поступает на третий вход регулятора 9 мощности и при наличии разрешающего.сигналя на нключение от релейного элемента 8 формируется напря-, жение U на зажимах секций нагревателя, которое обеспечивает нагрев иэделий с заданными параметрами за время прессования. При этом за счет обрат» ной связи по температуре - блоки 2 и 3 — Т„, Т, нелинейных элементов

5 и 6, сумматора 7 на выходе релейного элемента 8 формируется сигнал,. который определяет длительность нагрева и выравнивания температуры.

На выхоце релейного элемента 8 формируется сигнал на подачу напряжения на зажимы секций через регулятор

9 мощности только при поступлении разрешающего сигнала на второй вход от логического элемента ИЛИ 14, Этот сигнал формируется после выгрузки нагретой заготовки и ее прессования следующим образом. При перемещении траверсы пресса назад или вперед без соприкосновения с заготовкой,давле40 ние масла н гидранлическом цилиндре

P c 0,6 P„, датчик 13 прессования формирует логический нуль и на выходе логических блоков И 12, ИЛИ 14 также логические нули, которые за45 прещают формировать на выходе релей ного элемента 8 разрешающий сигнал на включение, хотя на выходе сумматора 7 сформирована информация на разрешение включения питания, так как ,Т„= Т сТ„-Я.

Как только пресс-штемпель транерсы пресса достигает находящейся н контейнере заготовки и возникает процесс прессования, давление масла н гидравлическом цилиндре повысится более P « 0,6 Р„, датчик 13 прессования формирует логическую единицу, Для обеспечения требуемого распре- деления температуры устройство осуществляет переход с первого интервала упранления на второй (переключение мощности (напряжения), величина которой формируется выходным сигналом

21 логарифмического усилителя) при определенных значениях температуры поверхности T и центра Т>. Всему множеству начальных состояний отвечает в плоскости Т и Т семейство кривых температур переключения мощности (линия переключения), каждая иэ которых описы-. вается уравнением F (Т„, TÄ) = О, причем с достаточной степенью точности функция F (Т„, T„) определяется суммой квадратных зависимостей от каждой из температур Т„ и Т и может быть представлена в следующем виде: (Т ду Tö ) — Bo+ ь T + R T +

+»b + b Т+bT где ао, а,, а, b, Ь„, Ь вЂ” расчетные коэффициенты.

Квадратные функции F (Т„). = а +

+ а,Т„+ а Т„; Fg.(Tq) = Ь + Ъ,Тц

+ Ъ Т воспроизводятся нелинейными элемейтами 5 и 6 с параболическими статическими характеристиками, а значению Е(Т„, Тц), равному сумме

F,(Т„) + Р (TÄ), соответствует выходной сигнал сумматора 7, Релейный элемент 8 представляет собой аналого-цифровой преобразова1453

15

25

35

55 тель — компаратор, который формирует сигнал на включение и выключение на-. пряжения на зажимы секций индуктора 1.

По окончании прессования с выхода датчика 13 прессования формируется логический нуль, и если не будет проведена выгрузка заготовки, устройство обеспечивает режим термоста-, тирования, так как с второго выхода

IK-триггера 25 блока триггера 10 сформирована логическая единица. При выгрузке выходной заготовки с требуемыми параметрами от датчика 11 выг рузки формируется импульс, который .поступает на первый вход блока триггера 10 и через элемент ИЛИ 26 иэменяет состояние триггера 25 на единичное, т.е. с первого прямого выходалогическая "1", с второго - инверсного — логический "0". Далее работа устройства повторяется.

Переключатель 23 режимов работы имеет два положения: первое при совместной работе пресса и нагревателя на выходе имеет логический "0"; сигнал на выходе блока логарифмического усилителя 21 и элемента ИЛИ 14 зависит только от сигналов, поступающих на первые два входа. Если же индукционный нагреватель 1 работает в режиме "Пуск" или в других переходных режимах, при которых возможна выгрузка "балластных" или некондиционных заготовок, то переключатель 23 пере- водится во второе положение, на выходе формируется логическая "1", которая на выходе блока 21 логарифмического усилителя формирует сигнал, при котором на выходе силового регулятора 9 формируется максимальное напря» жение, т.е. на зажимы секций подво-:.< дится максимальная мощность. Кроме того логическая "1" от переключатеЭ

45 ля 23 режимов работы через элемент.

ИЛИ 14 на релейный элемент 8 формирует разрешающий сигнал, работа которого зависит от работы пресса, В случае кратковременной потери напряжения питания на устройстве во

50 время процесса прессования изделия состояние триггера 25 блока триггера 10 будет неопределенное, оператор, нажимая на ключ "Сбой" 30 блока триггера 10, переводит триггер 25 через элемент ИЛИ-НЕ ?8 в следующее состояние: первый прямой выход — логический "0", второй инверсный — логичес625 8 кая "1". Это позволяет обеспечить продолжение работы устройства. При кратковременном отсутствии напряжения питания на устройстве в момент, когда прессование закончено и выходная заготовка с требуемыми параметрами выгружена из нагревателя, оператор, нажимая на ключ "Начало" 29, фиксирует единичное состояние IKтриггера 25 блока триггера 10.

Пример. Предлагаемое устройство опробовано на печи ИН-800 мощностью до 24 кВт, общая длина установки 6630 м, частота сети — 50 Гц.

Параметры нагреваемых заготовок: длина 1710 мм, диаметр 485 мм,.материал — алюминиевый сплав АМГ-6, конечная температура нагрева 480 С, о точность нагрева 320 С, скорость прессования 0,1 м/мин.

Контроль sa работой устройства осуществляется с помощью двух пести.точечных потенциометров тина КСП-4 .и термопар типа ХА, зачеканениых на поверхности заготовки через 100 мм, вольтметров, установленных на зажимах каждой секции.

С помощью задатчиков устанавливают соответствующие параметры заготовки и температуру нагрева. При включении устройства на зажимах секций автоматически устанавливается напряжение 358 В. Через 15 мин 40 с установку отключают от питающего напряжения и в момент окончания прессования, т.е. через 16 5 мин, температура выходной заготовки соответствует требуемым параметрам нагрева. При выгрузке нагретого изделия проводят контрольный замер температуры на поверхности слитка — температура соответствует требуемьщ параметрам.

Нагрев последующей заготовки до требуемых параметров начинается только после момента возникновения прессования выгруженной заготовки. При изменении скорости прессования устройство формирует напряжение на зажимах секций обратно пропорционально .изменения скорости прессования и обеспечивает требуемые параметры нагрева выходной заготовки к моменту окончания прессования, Устройство позволяет автоматизировать процесс нагрева заготовок в производственном комплексе печь — пресс, увеличить производительность за счет уменьщения вспомогательных операций

9 14 на изменение напряжения HR зажимах секций.

Формула изобретения

1. Устройство для автоматического регулирования температуры нагрева заготовок в производственном комплексе индукционная печь — пресс, содержащее по меньшей мере два датчика температуры по толщине заготовки, включая температуру поверхности и центра, выходы каждого из которых и выходы блока задания температуры подключены к входам нелинейных элементов с параболическими характеристиками, связанных выходами через последовательно включенные сумматор и первый . релейный элемент с первым входом силового регулятора мощности индуктора печи, и второй релейный элемент,, через который выход датчика температуры поверхности соединен с вторым входом силового регулятора, о т л ич а ю щ е е с я тем, чтб, с целью повышения производительности комплекса, в устройство введены задатчик и датчик скорости прессования, задатчик длины и номенклатуры заготовок, датчики прессования и выгрузки заготовки из индуктора, логарифмический усилитель, блок деления, два. аналоговых сумматора, логические элементы ИЛИ,, И, блок триггера и ггереключатель режимов работ, выход задатчика скорости прессования подключен к первым входам обоих аналоговых сумматоров, второй вход первого из которых соединен с датчиком скорости прессования, а выход — с вторым входом второго аналогового сумматора, выход которого подключен к перво53625 1О му входу блока деления, связанного вторым входом с задатчиком длины прессуемой заготовки, а выходом — с первым входом логарифмического усилителя, второй вход которого соединен. с эадатчиком номенклатуры заготовок, третий — с переключателем режимов работ, а выход логарифмического уси 0 лителя — с третьим входом силового регулятора мощности, выход первого релейного элемента подключен к первому входу блока триггера, второй вход которого соединен с выходом датчика выгрузки заготовки из индуктора, прямой его выход - с первым входом элемента И, а.инверсный выход — с первым входом элемента ИЛИ, связанного вторым входом с выходом

2О элемента И, третьим входом - с переключателем режимов работы, а выходом — с управляющим входом первого релейного элемента.

g5 2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок триггера содержит ХК-триггер, логические элементы И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ и два ключа для подачи сигналов "Начало" и "Сбой", выход ключа "Начало" соединен с первым входом элемента ИЛИ, связанного выходом со счетным вхо- дом IK-триггера, и с входами элемента И"НЕ, связанного выходом с К-входом IK-триггера, выход ключа "Сбой"

35 соединен с первым входом элемента

ИЛИ-НЕ, связанного выходом с R-входом ХК-триггера, причем, первым входом блока триггера служит второй

40 вход элемента ИЛИ-НЕ, вторым входомвторой вход элемента ИЛИ, а прямым и инверсным выходами - прямой и инверсный выходы ХК-триггера.

1453625

Втдиои сигюа,ю

Фиг. 2

Редактор Н. Тупица

° Ю ° ° Ф Ъ

Заказ 7305/57 Тираж 770 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Ъ

Ъс б

Э

Составитель О. Турпак

Техред М.Дидык Корректор С. Шекмар