Способ регулирования натяжения транспортируемого материала

 

Изобретение относится к регулированию натяжения транспортируемого материала . Сущность изобретения состоит в том, что способ осуществляют путем дополнительной заправки полотна в петлеобразователь с упругим звеном, измерения усилия в упругом звене, сравнения его с заданным значением и изменения скорости тянущих валков в зависимости от величины рассогласования , жесткость С упругого звена определяют ИЗ УСЛОВИЯ Рмакс Кг/Пмакс С Е0К Л, где Ео - модуль упругости материала , приведенный к его ширине; Кг - геометрический коэффициент заправки; I - заправочная длина полотна в зоне; Рмакс, Имакс - предельно допустимые значения соответственно натяжения материала и деформации упругого звена, а заправку материала в петлеобразователь осуществляют так, чтобы ветви полотна были параллельны одна другой. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4869342/12 (22) 27.09.90 (46) 30,10.92. Бюл. N 40 (71) Ивановский энергетический институг им, B.ÈËåíèíà (72) С.В.Тарарыкин (56) Авторское свидетельство СССР

N 1432715, кл. Н 02 Р 7/68, 1986. (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАТЯЖЕНИЯ ТРАНСПОРТИРУЕМОГО МАТЕРИАЛА (57) Изобретение относится к регулированию натяжения транспортируемого материала. Сущность изобретения состоит в том, что способ осуществляют путем дополнительной заправки полотна в петлеобразователь с упругим звеном, измерения усилия в

Изобретение относится K регулированию натяжения длинномерных материалов (полотен, лент, нитей, волокон и т.п.) при их транспортировании в процессах производства и технологической обработки.

Известен способ регулирования натяжения транспортируемого материала.в зоне деформации между тянущими валками путем промежуточной заправки полотна в роликовый компенсатор, изменения скорости тянущих валков в зависимости от перемещения измерительного ролика компенсатора и задания натяжения мате. риала изменением веса ролика. Поскольку уровень натяжения задается при этом весом измерительного ролика, то инерционность компенсатара сохраняется высокой, что приводит к низкой собственной частоте упругомассового звена "ролик-материал" и не позволяет получить высокое быстродейст=

<Ы 1772063 А1 (Я)5 В 65 Н7/0 Н 02 Р 7/68 упругом звене, сравнения его с заданным значением и изменения скорости тянущих валков в зависимости от величины рассогласования, жесткость С упругого звена определяют из условия Рмакс Кг/ймакс < С <

Известен также способ регулирования натяжения путем изменения скорости тянущих валков в зависимости от показаний малоходового, малоинерционного датчика натяжения (на базе тензоэлемента. прессдуктора и т.п.); введенного в контакт с материалом. Высокая собственная частота датчика, -как элемента контура управления, позволяет обеспечить высокое быстродействие и точность регулирования при настройке на определенный а ртикул материала и определенную скорость его транспортирования. Однако при изменении упругих свойств полотна и скорости его движении в зоие деформации одинаковым из1772063 менениям скорости тянущих валков будут соответствовать различные приращения натяжения материала, Это нарушает.стабильность работы контура натяжения и может привести даже к потере устойчивости и работоспособности всей системы.

Попытки модификации способа введением дополнительных операций самонастройки приводят к существенным усложнениям в реализации регулирования натяжения и наладке системы, чта является особенно неблагоприятным для современного многозонного оборудования.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ регулирования натяжения транспортируемого материала в зоне деформации между тянущими валками путем дополнительной заправки полотна в петлеобразователь с упругим звеном, получающим деформацию при перемещении измерительного ролика, и изменения скорости тянущих валков в зависимости от величины перемещения, Жесткость упругого звена устанавливают исходя из принятых ограничений хода петлеобразователя.

Использование упругого элемента позволяет обеспечить задание натяжения без изменения веса ролика и,тем самым, повысить собственную частоту петлеобраэователя и быстродействие регулирования, а также снизить габариты петлеобраэователя.

Перемещения измерительного ролика приводят здесь к некоторым изменениям заправочной длины материала в зоне деформации, что в определенной степени компенсирует те отклонения натяжения, которые вызывают эти перемещения, т.е. присутствует эффект собственного или внутреннего саморегулирования натяжения, способствующий достижению более высокого быстродействия.

Однако при произвольной конструкции и параметрах петлеобраэоввтеля (геометрии заправки материала, массы и размеров перемещения измерительного ролика и др,), выбранных без учета особенностей зоны деформации, свойств обрабатываемых материалов, по своим характеристикам и характеру работы в контуре регулирования он может оказаться аналогичным датчику натяжения„что не позволит обеспечить стабильную работу контура регулирования в условиях вариаций упругих свойств материалов и скорости «х транспортирования, приведет к снижени1о. быстродействия и точности регулирования,.

Цель изобретения состоит в повышении быстродействия и точности регулирования

10 15 натяжения в условиях изменений упругих свойств и скорости транспортирования материала;

Зта достигается тем, что в известном способе регулирования натяжения материала путем ега подачи в зону деформации и выборки тянущими валками, промежуточной заправки в петлеобразователь с упругим звеном, получающим деформацию при перемещении подвижного измерительного элемента, и изменении скорости тянущих валков в зависимости от величины перемещения максимально снижают инерцию измерительного элемента, а жесткость упругого звена, приведенную к оси перемещения измерительного элемента, устанавливают меньше соответствующей минимальной жесткости неподвижного материала, заправленного в зоне деформации, заправку материала в петлеобразователе производят так, чтобы происходила максимальное изменение заправочной длины при перемещении измерительного элемента.

Максимальное снижение инерции измерительного элемента, возможное при использовании в преобразователе упругого звена, позволяет увеличить собственную частоту преобразователя при меньшей жесткости упругого звена и способствует

30 повышению быстродействия регулирования натяжения, способствует усилению зффекта саморегулирования.Выбор жесткости упругого звена, меньшей минимально возможной жесткости заг1равляемого неподвижного материала, приведенной к оси перемещения иэмерительного элемента, гарантирует наличие эффекта внутреннего саморегулирования натяжения за счет изменения заправочной длины при перемещении измерительного элемента. что позволяет стабилизировать динамические характеристики петлеобразователя в области существенных частот (достичь постоянства приращений скорости

45 и перемещения измерительного элемента при одинаковых изменениях скорости тянущих валков) и обеспечить высокие показатели точности и быстродействия регулирования натяжения, Максимальное изменение заправочной длины материала при перемещениях измерительного элемента приводит к дополнительному повышению собственной частоты петлеобразователя и усиливает эффект внутреннего саморегулирования натяжения в зоне.

Снижение инерции упругомассового элемента (уменьшением массы, радиуса инерции) с целью повышения его собственной частоты является известным техниче1772063

Hn (S) =

E(, Kã,/V< С (2) ским решением, широко применяемым для улучшения динамических характеристик различных механических узлов, Однако в данном случае оно дополнительно способствует проявлению эффекта внутреннего ñàморегулирования натяжения и стабилизации динамики при вариациях упругих свойств и скорости движения материала, Другие известные решения с признаками, сходными с отличительными от прототипа признаками изобретения, не обнару>кены.

На фиг. 1 представлена функциональная схема системы регулирования натяжения транспортируемого материала, реализующей предлагаемый способ; на фиг.

2 — структурная схема системы; на фиг. 3— ассиптотическое ЛАЧХ апериодического звена с переменными параметрами.

Система содержит тянущие валки 1, обеспечивающие транспортирование материала 2, дополнительно заправленного в петлеобразователь 3 с подвижным измерительным роликом 4, сочлененным с упругим звеном 5 и преобразователем 6 величины перемещения в напряжение электрического сигнала. Элемент сравнения 7 своим первым входом связан с выходом преобразователя 6, а вторым входом — с задатчиком натяжения 8. Тянущие валки 1 сочленены с злектроприводами 9, первые вхоцы которых подключены к выходу задатчика скорости

10, а второй вход одного из них соединен с выхоцом узла сравнения 7.

Элементы 6 — 10 системы являются типовыми и особенностей не имеют.

Измерительный ролик максимально облегчен, Геометрия заправки материала выбрана такой, ч — îáû ветви полотна в петлеобразователе были параллельны, что увеличивает изменения заправочной длины при перемещениях ролика.

На структурной схеме приняты следу ощие обозначения величин; V„Vz — скорости подачи и выборки материала; m, v, h — масса, скорость и перемещение измерительного ролика; Ео- модульупругости полотна, приведенный к ега ширине;!, F — заправочная длина и натяжение материала в зоне; С— жесткость упругого звена; К,: — коэффициент, характеризующий геометрию заправки материала в петлеобразователе (в данном случае Кг = 2); S — оператор Лапласа.

Ассимптотические ЛАЧУ. построены для случая однозначной зависимости коэффициента передачи и постоянной времени апериодического звена от произьольнаго переменного параметра.

Система работает следующим образом.

Установка необходимого уровня скорости движения материала обеспечивается путем формирования блоком 10 соответствующего напряжения управления электроприводами 9, Задание натяжения производится путем формирования эадатчиком 8 соответствующего напряжения, сравнению его элементом 7 с выходным напряжением преобразователя 6, несущим инфармацию о натяжении полотна, и коррекции в зависимости от результата сравнения скорости одного иэ электроприводов. тянущих валков. При изменении натяжения под действием возмущений происходит перемещение измерительного ролика, что вызывает повышение выходного напряжения преобразователя 6 и величины напряжения на выходе элемента 7. Это приводит к соответствующему изменению скорости одного из электроприводов тянущих валков и восстановлению натяжения до заданного блоком 8 уровня.

Высокие показатели быстродействия и точности регулирования натяжения в условиях изменений упругих свойств материала и скорости его транспортирования могут быть получены, если динамические характеристики каждого элемента замкнутого контура остаются стабильными, по крайней мере в области наиболее существенных частот, Динамические характеристики элементов 6 — 10 мало зависят от указанных факторов, поэтому достаточно сохранить стабильность характеристик петлеобразователя с заправленным материалом.

В соответствии со структурной схемой на фиг. 2 передаточная функция от скорости тянущих валков к перемещению измерительного элемента петлеобразователя при разомкнутой цепи обратной связи имеет вид

° г.

1 m з+Ф . 2+Ео Кг + +1

V> с С V> . С %

Уменьшением массы m можно снизить первое и второе слагаемое знаменателя, т.е. ослабить действие высокочастотных составляющих в движении измерительного ролика и пренебречь ими.

Тогда получим передаточную функцию апериодическога звена с зависящими от Ео и Ч1 параметрами (8) Fo Кгlч1 С

»772063

При соблюдении условия

Е К (3) коэффициент передачи и постоянная времени звена (2) будет., примерно одинаково зависеть от модуля упругости Ео и скорости V

® Ep Kr/Ч1 С (д)

Eo 1 г . +1

V> С

При этом, как иллюстрируется ассийптотическими логарифмическими амплитудными частотными характеристиками (ЛАЧХ) на фиг. 3; . динамические свойства звена при частотах, выше частоты перегиба

ЛАЧХ, не зависят ат варьируемых параметров»

Условию(3) можно придатьболее ясный физический смысл, если привести его к виду о Kr >Ю

1 m (5) Отсюда следует., что собственная частота упругомассовай системы "материал-ролик" должна быть выше собственной частоты системы "упругое звено — рмик", т.е. в области существенных частот замкнутого контура регулирования натяжения дол>кен преобладать эффект .внутреннего саморегулирования за счет изменения заправочной длины материалапри перемещениях ролика.

Поскольку обе упругости(материал иупругое звена) действуют на одну массу-ролик, то окончательно условие стабилиз6ции динамики запишется в виде . 1 2

С(ЕО Кг ® из которого следует., чта жесткость упругого звена петлеабразавателя далжнабыть ниже эквивалентной жесткости материала., заправленного в зоне деформации.

Аналогичные результаты могут быть получены для рычажна-поворотного и других петлеабразавателей с упругими звеньями любого типа (механическими, гидравлическими, пневматическими, злвк1 рамеханическими).

Таким образам, при снижении инерцииизмерительного элемента (»тнмин), изменении геометрии петлеабразавателя и соблюдении условия (6) удается достичь стабильной работы замкнутой системы при отработке широкого спектра возмущений и обеспечить высокое качества регулирования натяжения (быстродействие, точность) в условиях вариации упругих свойств и скорости транспортирования материала.

Так, при характерных для оборудования по производству синтетических пленок и тканей параметрах l - 2 м, Eо - 10 ...1Î Н, выбирая m -10 кг, К». 2, на основе(6) имеем

С<1 04 .22/2 20 QQQ Н/м

Устанавливая С 2 ООО H/è, получим стабилизацию динамических характеристик в области частот

Vl C Vl ° 2000 V>, 1 2 1Р4, 22 20 ей о т,е. при изменении скорости в пределах

Ч - 0,2..;2 м/с имеем со > 0,1 рад/с, что вполне, отвечает требованиям работы высокодинамической системы.

Отметим, что даже при максимальной уставке натяжения в 200 Н перемещения измерительного элемента не превысят значения

Kr 1=макс 2 200

С 2000

О чта не приведет к сколь-либо существенным завышениям габаритов петлеобразователя.

Таким. образам, использование предложенного способа обеспечивает стабилизацию динамических характеристик систем

25 регулирования натяжения в широком частотном диапазоне и, тем самым, позволяет повысить их точность и .быстродействие в условиях изменений модуля упругости и

30 скорости трайсйорти@оаания материала.

Это способствует снижению обрывности материала. улучшению его качества вследствие лучшей отработки возмущений, снижениа простоев оборудования, облегчению. его обслуживания в условиях гибкого авто35 матйзированного производства при частой смене артикула вырабатываемого материала.

Формула изобретения Способ регулирования натяжения транспортируемого материала в зоне между тянущими валками путей допалнительной заправки полотна в петлеобразователь с упругим звеном, измерения усилия в упругом звене, сравнения его c заданным значением и изменения скорости тянущих валков в зависимости от величины рассогласования, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности регулирования натяжения в условиях изменения упругих свойств. и скорости транспортируемого материала, жесткость упругого звена рассчитывают из условия ц» Рнзкс Kr/hèàêñ <С < Eo К»-/1, где С вЂ” жесткость упругого звена;

Eo — модуль упругости материала, приведенный к его аирине, 1772063

К вЂ” геометрический коэффициент заправки;

1 — заправочная длина полотна в зоне;

Гмакс допустимое значение натяжения материала; 5

h«< — допустимое значение деформации упругого звена, а заправку материала в петлеобразователоь осуществляют так, чтобы ветви полотна были параллельны одна другой.

1772063

Составитель C. Тарарыкин

Тех ред M,Ìîðãåí Tàë Корректор Т. Вашкович

Редактор

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

Заказ 3810 Тираж Подписное

ВНИИГ1И Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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