Устройство для регулирования натяжения длинномерного материала

 

Изобретение относится к средствам регулирования натяжения материала и может быть использовано на размоточных машинах . Целью изобретения является повышение точности регулирования за счет учета текущего диаметра рулона. Характерной особенностью устройства является суммирование , в рычажном сумматоре суммируют показания датчиков диаметра разматываемого рулона и натяжения материала с последующим регулированием скорости гидродвигателя разматываемого рулона. Для этого гидродвигатель снабжен регулирующей шайбой, связанной с гидрораспределителем , управляющий ток которого механически соединен через гидродемпфер с рычажным сумматором, а регулирующая шайба имеет обратную связь с штоком гидрораспределителя. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социАлистических

РЕСПУБЛИК (я>ю В 65 Н 77/00, 23/185

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4621694/12 (22) 19.12.88 (46) 07,05.91, Бюл. М 17 (71) Гомельский политехнический институт (72) С.С. Селезнев (53) 677.057.74 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1283206, кл. В 65 Н 77/00, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

НАТЯЖЕНИЯ ДЛИННОМЕРНОГО МАТЕРИАЛА (57) Изобретение относится к средствам регулирования натяжения материала и может быть использовано на размоточных машинах. Целью изобретения является повышеИзобретение относится к средствам регулирования натяжения материала и может быть использовано на размоточных машинах, Цель изобретения — повышение точности регулирования за счет учета текущего диаметра рулона.

На фиг. 1 дана принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — структурная схема контура регулирования.

Устройство содержит рулонную установку 1 с рулоном 2, намотанным на держатель (не показан), лентопроводящий валик

3, рычажный датчик натяжения материала, выполненный в виде амортизационного валика 4, закрепленного на двух рычагах подвески 5, нагружатель 6 амортизационного валика в виде двух пневмоприводов одностороннего действия, штоки которых шарнирно соединены с рычагами подвески 5, размоточный 7 и приводной 8 редукторы, электродвигатель 9, приводящий через ре;

1646974 А1 ние точности регулирования за счет учета текущего диаметра рулона, Характерной особенностью устройства я вл яется суммирование, в рычажном сумматоре суммируют показания датчиков диаметра разматываемого рулона и натяжения материала с последующим регулированием скорости гидродвигателя разматываемого рулона. Для этого гидродвигатель снабжен регулирующей шайбой, связанной с гидрораспределителем, управляющий ток которого механически соединен через гидродемпфер с рычажным сумматором, а регулирующая шайба имеет обратную связь с штоком гидрораспределителя. 1 з.п,ф-лы, 2 ил, дуктор 8 тянущие цилиндры 10, гидростатическую передачу 11, включающую гидронасос 12, соединенный через приводной редуктор 8 с электродвигателем 9 и тянущими цилиндрами 10, в корпусе которого смонтированы предохранительные клапаны

13, гидродвигатель 14, соединенный через размоточный редуктор 7 с осью рулона 2, в корпусе которого установлены регулирующая шайба 15, подпиточные клапаны 16, подпиточные клапаны 16, подпиточный насос 17 с переливным клапаном 18, ротор которого кинематически соединен с ротором гидродвигателя, а выход насоса — с подпиточными клапанами, датчик диаметра рулона, состоящий из рычага с роликом 19, прижимного пневмопривода 20 и тяги 21, измеритель, содержащий одноплечий рычаг, закрепленный на оси качания амортизационного валика 4 и выполненный в виде кулисы 22, тягу 23, шарнирно соединенную с кулисой 22, корректор коэффициента уси1646974 ления, состоящий из двуплечего рычага 24, свободно установленного на оси качания рычагов подвески 5 амортизационного валика 4 и шарнирно соединенного посредством двух звеньев 25 и 26 с тягами 21 и 23, рычажный сумматор, состоящий из суммирующего рычага 27, верхнее плечо которого шарнирно соединено с тягой 21 и звеном 25, а нижнее —. с тягой 23, гидродемпфер 28 высокочастотных колебаний измерительного рычага с роликом 19 и амортизационного валика 4, состоящий из неподвижного гидроцилиндра 29, полости которого через регулируемый дроссель 30 сообщены между собой, и двухштокового поршня 31, на одном штоке которого закреплена направляющая рамка 32 с пружинами 33 и 34 и ползуном 35, на котором шарнирно закреплен суммирующий рычаг 27, неподвижная гильза 36 и плунжер 37.

Гидропривод регулирующей шайбы 15 гидродвигателя 14 состоит из двух поршневых приводов 38 и 39 одностороннего действия, штоки которых через поводки 40 шарнирно соединены с шайбой 15 и системой рычагов 41 — 44. Шток гидрораспределителя соединен с подпиточным насосом 17, а выход — с поршневыми приводами 38 и 39.

Кроме того, указанный шток через систему рычагов 41 — 44 связан C вторым штоком гидродемпфера 28 и шайбой 15. Элементы 3644 установлены в корпусе регулируемого гидродвигателя 14.

Устройство работает следующим образом.

При включении электродвигателя 9 тянущие цилиндры 10 подают разматываемый материал со скоростью Чц, сообщая рулону 2 частоту вращения Np = Vp/R, где Чя= Чц -Я2, Чр — окружная скорость рулона; Z — скорость перемещения оси вращения амортизационного валика 4;

А = COS Q + CDS p,à Vip- углы между ветвями разматываемого материала, охватывающими амортизационный валик, и осью Z, вдоль которой он перемещается; R — радиус рулона.

Разматывание рулона осуществляется под воздействием движущего момента

M=F R, где F — натяжение материала, определяемое уравнением F = (N+m>Z) И,maмасса амортизационного валика, приведенная к оси Z; Z — ускорение перемещения валика; N — сила, создаваемая двумя нагру. жателями.6, приведенная к оси Z и зависящая от давления воздуха в цилиндре нагружателя. Гидродвигатель 14, приводимый во вращение рулоном 2 через размоточный редуктор 7, работая в насосном

15

35

40. 37 гидрораспределителя, смещая его вправо. Рабочая жидкость, подаваемая подпиточным насосом 17 к гильзе 36 гидро45 распределителя, через ее окна поступает в цилиндр привода 38, а из цилиндра привода

55 режиме, подает рабочую жидкость к гидронасосу12, который, работая в двигательном режиме, рекуперирует энергию, затраченную на привод рулона, через приводной редуктор 8 электродвигателю 9.

В переходных режимах работы устройства (разгоне или торможении) на оси рулона возникает инерционный момент Мц = le, где 1 -момент инерции рулона и всех элеменТов устройства, кинематически связанных с ним; е — угловое ускорение рулона.

При быстром разгоне рулона с начальной массой инерционный момент может быть значительным и требуемый режим разгона можно обеспечить только путем приложения к оси рулона наряду с постоянно действующим движущим моментом М= F R дополнительного движущего момента. В предлагаемом устройстве это становится возможным благодаря обратимости гидронасоса 12 и гидродвигателя 14.

В процессе разматывания рулона вследствие уменьшения его радиуса окружная скорость Vp также уменьшается, что при неизменной скорости подачи материала Чц тянущими цилиндрами 10 приводит к выработке материала, запасенного в петле амортизационного валика 4, и отклонению его вправо для обеспечения постоянного ис; ходкого положения валика при любом радиусе рулона, т.е. для достижения инвариантности его координаты Z по отношению к возмущающему воздействию R. Рычаг с роликом 19, прижимаемый посредством пневмопривода 20 к поверхности рулона 2, постоянно контролирует его радиус и информацию о его величине через тягу 21, суммирующий рычаг 27, поворачивающийся вокруг шарнира 0> против часовой стрелки, ползун 35, пружину 33 и шток гидродемпфера передает через рычаги 41-43 на плунжер

39 идет на слив, в результате чего регулирующая шайба 15 поворачивается в сторону ее нейтрального положения (на фиг.1 по часовой стрелке). Уменьшение текущей величины рабочего объема гидродвигателя 14 вызывает увеличение частоты вращения ротора, так как гидростатическая передача 11 в данной схеме работает в режиме постоянного расхода 0 = М4й4=УЧдад, где Wg, И4 — характерные объемы гидронасоса 12 и гидродвигателя 14; адад — частоты вращения их роторов. Увеличение частоты вращения гидродвигателя 14 вызывает уве1646974 личение окружной скорости Vp рулона 2, благодаря чему равенство скоростей Vp и Чц восстанавливается, а валик 4 возвращается в исходное положение. Одновременно при повороте шайбы 15 ее движение через рычаг 44 сообщается рычагу 43, который, поворачиваясь против часовой стрелки относительно шарнира 02 перемещает плунжер 37 гидрораспределителя влево, т.е. в направлении, обратном первоначальному, возвращая его в нейтральное положение.

Вследствие этого поворот шайбы 15 прекращается. Таким образом, любому текущему значению радиуса рулона 2 соответствует определенное положение шайбы

15 и, следовательно, частота вращения рулона 2. Погрешность отработки возмущающего воздействия R, а также другие возмущения, действующие на устройство (динамический момент на оси рулона, изменение давления воздуха в нагружателе 6 и др.), отрабатываются каналом регулирования по отклонению регулируемой величины— координаты амортизационного валика Z, Измерительным элементом в этом канале регулирования является амортизационный валик 4 с рычагами подвески 5. При неравенстве скоростей Vp и Чц, вызванном данными возмущающими воздействиями, рычаг подвески 5 и его нижнее плечо — кулиса 22 отклоняются и через тягу 23 поворачивают относительно оси Оз суммирующий рычаг 27 в направлении часовой стрелки, если Чр< Чц, и наоборот. Перемещение ползуна 35 через пружичы 33 и 34 сообщается поршню 31 гидродемпфера, который через систему рычагов 41, 42 и 43 перемещает плунжер 37 гидрораспределителя, управляющего гидроприводом шайбы 15.

Из-за неправильности формы рулона (например, эллипсности) или эксцентриситета его оси вращения измерительный рычаг с роликом 19 наряду с медленным поворотом при отслеживании изменяющегося радиуса рулона совершает высокочастотные колебания с малой амплитудой.

Такие же колебания совершает и амортизационный валик 4 с рычагами подвески 5.

Сообщение этих колебаний плунжеру 37 нежелательно, поскольку вызывает колебания шайбы 15, следствием которых могут быть значительные колебания давления жидкости в гидростатической передаче, Для устранения этих колебаний в устройстве предусмотрен гидродемпфер 28, динамические свойства которого соответствуют апериодическому звену 1-ro порядка. Его уравнение Одх=С(о-х), где Ю- перемещение ползуна 35;

55 л (з) = r(1 + T»»S), T —— . v/z;

Н(з) = Е<1+Т.S),T. = i/e т — KQW н,K > = Ky + — 2Kêë + 2K»»

v Ч/2Еу H, i = i + lb, iz =Wp/Wí ip =04/ ð

V, =соря,V„„=ÙR,, А = соза + cosP, 4 = в/вц, Кгл

Кгп — 1/Ко.с

Х вЂ” перемещение поршня с рамкой;

С вЂ” жесткость пружин 33 и 34;

Од — коэффициент линейного сопротивления дросселя 30.

5 Передаточная функция имеет вид х(М 1 ттГ = a = s+ где Тд д/С а частотная характеристика определится

10 формулой М/@се) =p()fi, где р(аь) = »/Л»-т д и Г fp = — а ctg T (lie, вв — частота внешнего периодического воздействия. Если это воздействие обусловлено эксцентриситетом оси вращения рулона, тогда его частота совпадает с частотой вращения рулона. С увеличением частоты вращения рулона эффективность гидро20 демпфера как фильтра высокочастотных колебаний возрастает.

Корректор коэффициента. усиления предназначен для уменьшения коэффициента усиления в процессе разматывания рулона пропорционально его радиусу. Это необходимо для обеспечения устойчивости системы регулирования во всем интервале изменения радиуса и массы рулона. При

- разматывании рулона измерительный рычаг с роликом 19 посредством тяги 21 и звена 25 постепенно поворачивает двуплечий рычаг

24 вокруг оси 04 против часовой стрелки, что вызывает поворот тяги 23 вокруг оси О> под воздействием звена 26 в том же направлении, в результате чего уменьшается плечо h кулисы 22, а следовательно, и коэффициент усиления рассматриваемого канала.

Динамические свойства устройства, представляющего собой комбинированную

40 автоматическую систему, в соответствии со схемой на фиг. 2 описываются системой уравнений ! д щ = I щ»» — zq (S) W»» Pа рЮ.Р =F-R — H(s)cu,— Mf, 45 maS Z =).F— - N, АЯЛ=Чц Чр, i =W (QR K, ZR), где

1646974,Т„= e,/, 1

K Ко,с.

Кя = Ко.с/! н Kz =ф Ко.с./Ин2макс

Приняты обозначения:. л(8),H(s) — операторы потерь и нагруз- 5 ки;

Тл,Тя — постоянные времени оператоPo8, С; г;о- коэффициенты статической и динамической податливостей гидропривода; 10

К - приведенный коэффициент утечек и перетечек;

Ку, Кп, Ккл — коэффициенты утечек, пере-течек и расхода подпитки;

V — объем полостей гидростатической передачи, м ;

WH, W«« — характерные объемы гидропривода 14 и гидронасоса 12, м /рад; вн,в- частоты вращений роторов, рад/с;

20 ар,вц- частоты вращений рулона и тянущих цилиндров, рад/с;

ii — гидравлическое передаточное отношение;

«р, «ц — передаточные отношения между осью рулона 2 и ротором гидропривода 14 и между тянущими цилиндрами 10 и ротором гидронасоса 12;

Чр,Чц — окружные скорости рулона 2 и тянущих цилиндров 10, м/c:

R<,йц — начальный радиус рулона 2 и радиус тянущего цилиндра 10, м;

R — текущий радиус рулона 2, м; аф — углы наклона ветвей раэматываемой ленты, охватывающей амортизационные валик 4, к линии его перемещения, рад;

ma — масса амортизационного валика

4, кг ! р — момент инерции рулона 2, кг м; г, Ia -момент инерции ротора гидропривода 14 и лентоприводящих валиков 3, приведенный к оси рулона 2, кг м;

&- коэффициент линейного сопротивления вращения ротора гидроприво- 45 да14,Нмс; (- безразмерный параметр управления гидродвигателя 14;

F — натяжение разматываемого материала, Н;

N — усилие нагружателя 6, приведенное к оси движения амортизационного валика 4,. Н;

P — давление в гидросистеме, Па;

М1 — Возмущающий момент на оси руле- 55 на2, Нм;

2- перемещение амортизационного валика 4, м;

Б- модуль объемной упругости рабочей жидкости, Па;

NI(S) — передаточная функция гидродемпфера 28 и гидропривода шайбы 15 с штоком;

Тгл,Тд — постоянные времени гидропривода шайбы 15 и гидродемпфера 28, с;

К .c. — коэффициент обратной связи гидропривода шайбы 15, м;

К п — коэффициент передачи гидропривода шайбы 15, м;

2макс — максимальное перемещение амортизационного валика 4, м;

KR, Rz — коэффициенты передач измерительных элементов; ф- коэффициент относительной эффек-. тивности канала регулирования по отклонению.

Условие инвариантности, T.å. независимости параметра 2 от радиуса рулона R иустойчивости контура регулирования по отклонению е- и -о

irRH

Зто равенство справедливо, если параметр т . формируется по закону г= —, а

Йн передаточное отношение «ц выбрано из условия .

Ц

l R ц

«гав

Условия устойчивости контура регулирования по отклонению определяют границей устойчивости ф = f(R) з *е аг:а, «:В Йн где а„= «р«,ш —, ZMaxW а1 =юг+@

« 2 аг = Тд(9г+ «гр ) + г(! + — «т«,) + OV, г

«.,г аз Тл(! + 2 mд) + Тл (т(! + 2ma)) + OK ! 2 а4 — ТдЧ(! + «па)

12

Благодаря коррекции коэффициента усиления по отклонению значение коэффицеита ф практически не зависит от измене- ния радиуса и массы рулона.

Присоединение гидродвигателя к рулону, а насоса к приводу тянущих цилиндров позволяет обеспечить оптимальный режим работы гидростатической передачи, отличающийся постоянством расхода и давления рабочей жидкости на всем диапазоне изменения радиуса рулона и стабильностью ее механических характеристик — передавае1646974

10 мой мощности и КПД. Кроме того, такая схема присоединения позволяет увеличить коэффициент относительно эффективности канала регулирования по отклонению V, Формула изобретения 5

1. Устройство для регулирования натяжения длинномерного материала, содержащее регулирующую шайбу с гидроприводом, размещенные по ходу движения материала разматываемый рулон, держатель которого 10 через редуктор связан с гйдродвигателем, рычажный датчик натяжения материала с амортизационным валиком, кинематически связанный с нагружающим механизмом и регулятором натяжения материала, и тяну- 15 щие цилиндры, соединенные через редуктор с приводом и гидронасосом, последовательно связанным через гидролинии с гидродвигателем, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности 20 регулирования за счет учета текущего диаметра разматываемого рулона, оно снабжено гидрораспределителем, рычажным датчиком диаметра рулона с нагружающим

25 механизмом, регулирующая шайба установлена на гидродвигателе, а регулятор натяжения материала выполнен в виде последовательно соединенных рычажного сумматора и гидродемпфера, поршень которого кинематически связан с управляющим штоком гидрораспределителя, причем рычажный датчик диаметра рулона жестко соединен с первым входом рычажного сумматора, второй вход которого кинематически связан с рычагом датчика натяжения материала, а регулирующая шайба имеет кинематическую обратную связь с управляющим штоком. гидрораспределителя, прямой и инверсный выходы которого соединены с соответствующими входами гидропривода регулирующей шайбы.

2, Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что оно имеет подпиточный насос, ротор которого кинематически связан с ротором гидродвигателя, а его выход через гидролинию соединен с входом гидрораспределителя.

1646974

Составитель Б.Быховский

Редактор М.Стрельникова Техред М.Моргентал Корректор В.Гирняк

Заказ 1644 Тираж353 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101