Устройство для управления летучими ножницами с механизмом выравнивая скоростей

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к системам управления оборудованием летучих ножниц, осуществляющих порезку проката на заданные длины и снабженных механизмом выравнивания скоростей ножей ножниц и проката в момент реза. Цель изобретения - упрощение устройства и повышение его надежности. Устро1^ство содержит двигатель 1 постоянного тока, сочлененный с барабанами 3 летучих ножниц через механизм 2 выравнивания скоростей, датчики скорости проката 7 и двигателя 4, блок 8 задан'1я средней скорости, задатчик 9 длины, pery.,,i- торы скорости 13 и тока 10, усилитель 11 мощности, датчик 12 тока и звено 15 компенсацит/! ЭДС двигателя. Новым в устройстве является то, что в него введены датчик 5 реза и блок 14 определения средней скорости двухмассовой системы, вычисление которой производится в соответствии с законом сохранения момента количества движения по текущим значениям скорости двигателя и передаточного числа механизма выравнивания скоростей, которое однозначно определяется углом поворота вала двигателя и заданной длиной порезки проката. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.Sw^^го оXIVJИзобретен1;|е относится к машиностроению, в частности к конструкции систем управления оборудованием летучих ножниц;, производящих порезку проката на ходу на заданные мерные длины и снабженных механизмом выравнивания скоростей (МВС). Этот механизм широко используется на высокоростных агрегатах поперечной резки проката и устанавливается между приводным электродвигателем и барабанами летучих ножниц (Л Н) для выравнивания в момент реза линейной скорости ножей ножниц и проката. При этом величина эксцентриситета, устанавливаемого в МВС, однозначно определяется заданной длиной порезки проката, которая обеспечивается регулированием соотношения средней за один оборот скорости привода и скорости проката.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s В 23 О 25/00, 36/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1 4

ЬЭ

О 4

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4809320/02 (22) 04.04.90 (46) 1 5,02.92. Бюл. М 6 (71) Украинский государственный проектный и проектно-конструкторский институт

"Тяжпромэлектропроект" . (72) И.Д.Розов, В.П.Руденко и В.И.Холодный (53) 621.967 (088.8) (56) Фишбейн В,Г. и др. Цифроаналоговая система управления электроприводом летучих ножниц. Электротехническая промышленность. Сер. "Электропривод", 1978, вып.

7(69), с. 13 — 16.

Проектирование электроприводов. Справочник,, Свердловск: С-У книжн. издат., 1980, КЗ, 4.

Авторское свидетельство СССР

М 1440627, кл. В 23 D 25/00, В 23 D 25/16, 1988.

Авторское свидетельство СССР

М 1107970, кл. В 23 D 25/00, 1983.

Авторское свидетельство СССР

N. 1234072, кл. B 23 D 25/16,-1984.

Авторское свидетельство СССР

М 1574383, кл. В 23 0 5/06, 1988. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЛЕТУЧИМИ НОЖНИЦАМИ С МЕХАНИЗМОМ

ВЫРАВНИВАНИЯ СКОРОСТЕЙ

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкции систем уп-. равления оборудованием летучих ножниц, производящих порезку проката на ходу на заданные мерные длины и снабженных механизмом выравнивания скоростей (МВС), Этот механизм широко используется на высокоростных агрегатах поперечной резки проката и устанавливается между привод„„, Ы„„1712077 А1 (57) Изобретение относится к машиностроению, а именно к системам управления оборудованием летучих ножниц, осуществляющих порезку проката на заданные длины и снабженных механизмом выравнивания скоростей ножей ножниц и проката в момент реза. Цель изобретения — упрощение устройства и повышение его надежности. Устройство содержит двигатель 1 постоянного тока, сочлененный с барабанами 3 летучих ножниц через механизм 2 выравнивания скоростей, датчики скорости проката 7 и двигателя 4, блок 8 задан",я средней скорости, задатчик 9 длины, регу;,.торы скорости 13 и тока 10, усилитель 11 мощности, датчик 12 тока и звено 15 компенсации ЭДС двигателя. Новым в устройстве является то, что в него введены датчик

5 реза и блок 14 определения средней скорости двухмассовой системы, вычисление которой производится в соответствии с законом сохранения момента количества движения по текущим значениям скорости двигателя и передаточного числа механизма выравнивания скоростей, которое однозначно определяется углом поворота вала двигателя и заданной длиной порезки проката. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. ным электродвигателем и барабанами летучих ножниц (ЛН) для выравнивания в момент реза линейной скорости. ножей ножниц и проката. При этом величина эксцентриситета, устанавливаемого в МВС, однозначно определяется заданной длиной порезки проката, которая обеспечивается регулированием соотношения средней за один оборот скорости привода и скорости проката.

1712077

20

55

Известно устройство, содержащее летучие ножницы (Л Н), сочлененные с приводом через МВС. С валом привода связаны датчики скорости двигателя и реза, а с полосой через мерительный ролик связан датчик скорости полосы. Устройство реализует закон регулирования средней эа оборот угловой скорости двигателя и содержит подчиненный контур регулирования тока, При этом узел задания средней скорости, выполненный на преобразователе код-частота, формирует свой выходной сигнал пропорциональным величине скорости проката и обратно пропорциональным заданной длине порезки. Кроме того, устройство содержит нереверсивный счетчик, блок компенсации динамического момента, преобразователь код — напряжение, квадратор и блок умножения, которые обеспечивают стабилизацию скорости ножниц путем компенсации динамического момента на валу приводного двигателя, возникающего вследствие неравномерности вращения барабанов ЛН на протяжении каждого оборота при работе МВС и пропорционального квадрату угловой скорости двигателя.

Недостатком этого устройства являются повышенные потери электрической энергии в якорной цепи двигателя, определяемые значительными токами компенсации динамического момента. При этом в каждом цикле порезки имеет место как двигательный ток с потреблением энергии от сети, так и тормозной ток с рекуперацией энергии в сеть, т.е. происходит перекачка энергии из сети в двигатель и обратно. Отмеченные токи компенсации динамического момента, помимо повышенных электрических потерь, существенно повышают нагрев приводного двигателя, чем ограничивается возможность повышения скорости агрегата, т.е. рост производительности.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство управления летучими ножницами с механизмом выравнивания скоростей, содержащее установленный между валом приводного двигателя и валом барабанов ЛН механизм выравнивания скоростей, связанные с валом двигателя и с валом ножниц соответственно датчики скорости двигателя и ножниц, связанный с прокатом посредством мерительного ролика датчик скорости проката, блоки задания средней и энергетической скорости привода, задатчик длины, блок определения энергетической скорости двигателя, регуляторы скорости и тока, звено компенсации ЭДС двигателя, усилитель мощности и датчик тока. Использование в этом устройстве датчика скорости на валу ножниц, звена компенсации ЭДС двигателя, блоков задания и определения энергетической скорости двигателя обеспечивает расчет и регулирование заданной энергетической скорости двигателя, определя ющей суммарную кинетическую энергию двухмассовой системы электропривода. При этом колебания скорости привода в каждом цикле порезки, вызванные действием механизма выравнивания скоростей, сопровождаются только обменом кинетической энергией между обеими массами,без перекачки энергии из сети и обратно на разгон и замедление привода. Из сети потребляется энергия только на восполнение фрикционных потерь и потерь энергии при резе проката, что обеспечивает существенное снижение потерь в якорной цепи приводного электродвигателя, снижает его нагрев и создает предпосылки для повышения производительности участка порезки.

Недостатком такого устройства является пониженная надежность в работе, обусловленная наличием датчика скорости на валу барабанов ЛН, где он испытывает значительную циклическую ударную нагрузку от резов проката, что отрицательно сказывается на его работоспособности, Кроме того, наличие блоков задания и определения энергетической скорости двигателя также в известной мере усложняет устройство, снижая его надежность. . Цель изобретения — упрощение устройства и повышение его надежности.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления летучими ножницами с механизмом выравнивания скоростей, содержащее приводной двигатель, на валу которого установлен датчик скорости двигателя, последовательно. соединенные регулятор скорости, регулятор тока и усилитель мощности, связанный через датчик тока якоря с приводным двигателем, датчик скорости проката, выход которого подсоединен к первому входу блока задания средней скорости привода, второй вход которого подключен к задатчику длины, звено компенсации ЭДС двигателя, вход которого подсоединен к датчику скорости двигателя, а выход — к третьему входу регулятора тока, второй вход которого подсоединен к выходу датчика тока, снабжено датчиком реза и блоком определения средней скорости, первый вход которого подсоединен к датчику скорости двигателя, второй — к датчику реза, а третий — к выходу задатчика длины, выход блока определения средней скорости подсоединен к второму входу регулятора скорости, первый вход которого подсоединен к выходу блока задания средней скорости.

1712077

sin P= е Sin rp (2) (3) (5) 1 щ1

Щ р . 55

При этом блок определения средней скорости выполнен в виде последовательно соединенных интегратора, функциональйого преобразователя и устройства умножения, выход которого является выходом блока, ин- 5 формационный вход интегратора и второй вход устройства умножения являются первым входом блока определения средней скорости, вход обнуления интегратора является вторым входом блока, а второй вход. 10 функционального преобразователя — третьим входом блока определения средней ско-рости.

На фиг,1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 —. 15 функциональная схема блока определения средней скорости; на фиг.3 — графики, пояс-ня ющие работу устройства.

Устройство содержит двигатель 1, сочлененный через механизм выравнивания 20 скоростей (МВС) 2 с барабанами летучих ножниц 3. С валом двигателя связан датчик скорости двигателя 4 и датчик 5 реза. С прокатом 6 связан датчик 7 скорости проката. 25

Канал задания скорости содержит блок

8 задания средней скорости, управляемый от задатчика 9 длины.

В контур регулирования тока двигателя входят регулятор 10 тока, усилитель 11 мощ- 30 ности, двигатель 1 и датчик 12 тока.

В контур регулирования средней скоро-. сти привода входят регулятор 13 скорости, датчик 4 скорости двигателя и блок 14 определения средней скорости. 35

Канал компенсации внутренней обратной связи по ЭДС двигателя содержит звено 15 компенсации ЭДС, воздействующее на регулятор 10 тока.

Блок 14 определения средней скорости, 40 в свою очередь, содержит интегратор 1,6, функциональный преобразователь.17 и уст-. ройство 18 умножения., Устройство работает следующим образом, 45

Мгновенное значение передаточного числа механизма выравнивания скоростей двухкривошипного типа определяется известным выражением где а,р- угол поворота от точки реза соот-. ветственно вала двигателя и вала ножниц; е — относительный эксцентриситет механизма выравнивания скоростей, определяемый отношением абсолютного эксцентриситета к радиусу кривошипа; ф — угол между кулисой вала ножниц и плоскостью кривошипов.

При этом для упомянутых углов МВС справедливы следующие уравнения связей между ними:

Таким образом, мгновенное значение передаточного числа МВС однозначно определяется значением угла поворота вала ножниц и величиной эксцентриситета, устанавливаемого в соответствии с заданной длиной отрезаемых заготовок (листов).

В момент реза справедливо соотношение а =p = у = О, . (4) При этом вырежение (1) для передаточного числа МВС принимает вид

Наличие МВС с переменным на протяжении одного оборота вала (цикл порезки) передаточным числом при непрерывном вращении привода приводит к возникновению установившихся периодических колебаний скорости двухмассовой системы электропривода, первую массу которого определяет момент инерции на валу приводного двигателя, а вторую — момент инерции на валу барабанов ЛН. Поэтому в основу работы устройства положено непрерывное регулирование средней скорости двухмассового привода в соответствии с законом сохранения момента количества движения, который описывается выражением

11М + 12о 2 (11+ 12)©ср (6) где в, вг — угловые скорости соответственно вала двигателя и вала ЛН;

l1, 12 — моменты инерции соответственно на валу двигателя и на валу ЛН; ссср — средняя за один оборот скорость привода, которая при постоянной скорости проката определяется соотношением ср—

1712077 где L — заданная длина порезки;

Ч вЂ” скорость проката.

Если обозначить Ъ lz/I<, то с учетом соотношения (1) из выражения (6) получим

I fez. (Р)+Лez) = Iz (1+Л) ш,р,(S) откуда следует связь между средней угловой скоростью привода и текущей угловой скоростью вала ножниц: (9)

Для удовлетворения требований качественного реза линейная скорость ножей в момент реза должна, быть равна скорости полосы, т.е. соотношение (9) при этом принимает вид

1+Л V ж2,р = мср —" — — ("0)! р +л Вн где Вн — радиус ножей ножниц.

Подстановка в (10) значения сиср из (7) дает

1 щю 1+Л -о о ер ip +i!, где Lo = 2 лйн — периметр траектории ножей ножниц.

Наконец, подстановка в (11) соотношения (5) дает

L — 1+1 . (12)

Ь 1-8+Л

1+я

Рассчитанное по выражению (12) и приведенное на фиг.3 семейство кривых иллюстрирует однозначную зависимость относительной заданной длины L/Lo от относительного эксцентриситета е при заданном конкретно для данного привода соотношении моментов инерции на валах ножниц и двигателя.

Из выражения (6) с учетом соотношения (1) также вытекает связь между средней угловой скоростью йривода и скоростью вала двигателя в каждый данный момент времени

1) (cuq - — у) = l1 (1 +1)Ncp, (13) откуда

1+.

Л Жр = 1

Поскольку согласно соотношению (1) мгновенное значение передаточного числа

МВС является функцией угла а поворота вала двигателя(углы p NPc углом а связаны

5 однозначно) и относительного эксцентриситета е, а последний согласно соотношению (12) однозначно определяет длину порезки, то выражение (14) можно представить в виде произведения двух сомножителей

Ncp =N) f (а, 1.), .(15) 2пЧ шэс ° (16) Для эффективного регулирования средней скорости электропривода требуется блокировать обмен энергией между сетью и двигателем постоянного тока с независимым возбуждением при колебаниях в цикле порезки его ЭДС, вызванных соответствую40 щими колебаниями era скорости, Эту задачу выполняет звено 15 компенсации ЭДС, формирующее сигнал Е» положительной обратной связи по ЭДС в соответствии с передаточной функцией

45 . э»э (P ) Р Ке э (17)

Ек Р Т.я,Р

N1 Р 1+ РТ „ где Ке — коэффициент пропорциональности между ЭДС и угловой скоростью двигателя;

Тр — сумма малых некомпенсируемых постоянных времени в контуре регулирования тока.

Наличие звена 15 компенсации ЭДС двигателя наряду с непрерывной работой регулятора 13 средней скорости привода обеспечивает высокую экономичность привода, так как колебания, скорости в каждом цикле порезки, вызванные действием МВС

Выражение (15) и реализуется в блоке

14 определения средней скорости при по15 мощи устройства 18 умножения. При этом сомножитель f(a,L) формируется на выходе функционального преобразователя 17, а угол поворота вала двигателя от точки реза вычисляется интегратором 16, который ин20 тегрирует сигнал tu> угловой скорости двигателя, поступающий от датчика 4, и циклически обнуляется по сигналу от датчика 5 реза, Сигнал сос из блока 14 используется в

25 качестве сигнала обратной связи по скорости в регуляторе 13 скорости, на вход задания которого подается сигнал вэ,, формируемый в блоке задания средней скорости в соответствии с выражением

10

1712077

Д °

2, сопровождаются только обменом энергией между обеими вращающимися массами без перекачки энергии из сети в привод и обратно на разгон и замедление вращающихся масс. При этом обмен энергией с сетью имеет место только при ускорениях. или замедлениях агрегата, а на установив-, шейся скорости имеет место минимальное потребление энергии из сети, идущее на компенсацию момента трения и момента реза для поддержания заданной средней скорости привода.

Вместе с тем (в отличие от прототипа) в данном устройстве отсутствуют блоки задания и определения энергетической скорости привода, а также датчик скорости на валу ножниц, работающий в тяжелых условиях циклической ударной нагрузки, что существенно упрощает устройство и по вы шает его эксплуатацион ную надежность, Таким образом, наличие в данном уст-. ройстве датчика реза и блока определения средней скорости, вычисляющего его значение в соответствии с законом сохранения количества движения в двухмассовой системе по текущим значениям скорости двигателя и передаточного числа МВС, которое однозначно определяется углом поворота вала двигателя и заданной длиной порезки, позволяет в сравнении с прототипом упростить устройство и повысить его надежность.

Формула изобретения

1. Устройство для управления летучими ножницами с механизмом выравнивания скоростей, содержащее приводной двигатель, на валу которого установлен датчик скорости двигателя, последовательно соединенные регулятор скорости, регулятор тока и усилитель мощности, связанный через датчик тока якоря с приводным двигателем, 5 датчик скорости проката, выход которого подсоединен к первому входу блока задания средней скорости привода, второй вход которого подключен к задатчику длины, звено компенсации ЗДС двигателя, вход кото10 рого подсоединен к датчику скорости двигателя, а выход — к третьему входу регулятора тока, второй вход которого подсоединен к выходу датчика тока, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью упрощения

15 устройства и повышения его надежности, оно снабжено датчиком реза и блоком определения средней скорости, первый вход которого подсоединен к датчику скорости двигателя, второй — к датчику реза, а

20 .третий — к выходу задатчика длины, выход блока определения средней скорости подсоединен к второму входу регулятора скорости, первый вход которого подсоединен к выходу блока задания средней скорости.

25 2. Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что блок определения средней скорости выполнен в виде последовательно соединенных интегратора, функционального преобразователя и устройства умноже30 ния, выход которого является выходом блока, информационный вход интегратор» и второй вход устройства умножения являются первым входом блока определения средней скорости, вход обнуления интегратора

35 является вторым входом блока, а второй вход функционального преобразователя является третьим входом блока определения средней скорости.

1712077

OmbxУ

3urwuwu4 а,л

Составитель И.Розов

Редактор Л. Веселовская Техред М.Моргентал Корректор Л.Патай

Заказ 494 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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