Датчик величины усилия в механизме

 

Союз Советских

Сокиелнстииоскнх

Реслтблик

Комитет ео лелем изобретений н открытий при Совете Министров

СССР

Авторы изобретения В. Г. Васильев, Д. А. Каминская, В. Г. Базилевский и Н. Н. Григорьева

Заявитель Харьковский ордена Ленина политехнический институт им. В. И, Ленина

ДАТЧИК ВЕЛИЧИНЫ УСИЛИЯ В МЕХАНИЗМЕ

Изобретение относится к устройствам для управления электроприводами механизмов, работающих с частными перепрузками и стопорениями, например копающих механизмов экскаваторов, нажимных винтов прокатных станов и др, Такие приводы кто технологии работы требуют ограничения упругих динамических усилий, превышающих во .много раз статические усилия.

Известны датчики величины усилия в механизме, привод которого выполнен по системе управляемый преоб разо ватель — двигатель с регуляторами тока и скорости.

В таких датчиках определение момента начала стопорения или торможения и подача сигнала на переключение .в систему электропривода производятся в функции величины и знака производной скорости двигателя — при темпе замедления, превышающем определенное предельное значение, Однако значение производной скорости двигателя является косвенным показателем нагрузки механизма,,поскольку последний представляет собой многомассовую динамическую систему. Сигнал, пропорциональный производной скорости двигателя, обычно образуется электрически дифференцированием напряжения тахогенератора, связанного с валом двигателя. В составе напряжения тахогенератора наряду с полезным сигналом содержатся пульсации (обо2 ротные, полюсные, зубцовые и д р.), фильтрация которых снижает точность дифференцирования, а следовательно, и определения момента начала стопорения. Кроме того, при

5 дискретном изменении структуры или одного из параметров системы уровень ограничения усилия. в механизме за висит от нагрузки. В широком диапазоне изменения нагрузки это может привести к недоиспользованию меха10 низма или недостаточно эффективному опраничению усилия, Предлагаемый датчик выполнен в виде охваченного цепью отрицательной обратной связи функционального блока, содержащего после15 довательно включенные интегрирующее и интегро-пропорциональное звенья, ко входу,первого из которых, являющегося входом блока, подключен выход датчика тока, а ко входу второго — выход датчика э. д. ic. преобразо20 вателя.

Таким образом,,для определения усилия в механизме использованы регулируемые па раметры электропривода, доступные для непосредственного измерения: ток якоря и э. д. с, 25 тиристорного преобразователя. Управление электроприводом в функции сигнала, пропорционального усилию, позволяет повысить эффективность его ограничения, а введение этого сигнала в систему автоматического,регу30 лирования — получить величину маисимального усилия, ни вариантную по отйошению к условиям стопорения.

Йа фиг. 1 представлена- схема апи сываемо о, датчика с системой удавления элект- 5 ройрйоф м; на фиг. 2 — схемв замещения меДвигатель 1, прйводящИ"в движение механизм, питается от реверсивного тиристорного преобразователя 2. Система управления 10 содержит ретулятор 3 тока (например, про порционально-интегральный), регулятор 4 скорости (например, пропорциональный) и задатчик 5 скорости. Обратные связи по току якорНоН цепи и скорости двигателя осуществляют- 15 ся при помощи датчиков б и 7 тока и скорости, соответственно.

Датчик величины усилия в механизме выполнен в виде функционального блока, подключенного на вход системы управления пре- 20 образователем 2 через пороговый элемент (стабилитрон) 8. Функциональный блок содержит последовательно включенные интегрирующее 9 и интетро- про порциональное 10 звенья. Ко входу звена 9, являющегося вхо- 25 дом блока, подключен выход датчика б тока, а ко входу звена 10 — выход датчика э. д. с. преобразователя. Функциональный блок охвачен цепью отрицательной обратной связи через резистор 11. Вследствие, высокого быст- 50 родействия тиристорного преобразователя 2 можно считать, что его э, д. с. повторяет во времени входное напряжение, поэтому сигнал, пропорциональный э. д. с., сним ается с выхода регулятора 3 тока. Это позволяет 35 исключить влияние пульсаций преобразователя на функциональный блок. Через усилитель 12 перемены знака и резистор 13 сигнал э. д,. с. подается на вход звена 10. Выход звена 9 через резистор 14 соединен со входом 40 звена 10, а выход звена 10 через резистор

15 — со входом усилителя 1б. Отрицательная обратная связь с выхода усилителя 1б на вход звена 9 осуществляется через резистор

17. 45

На фиг. 2 приняты следующие обозначения:

Рд — усилие двигателя,,пропорциональное току якорной цепи, т. е. F„= Ку 4; 50 тд — масса двигателя, приведенная к поступательному движению механизма;

F V и CH — усилие механизма (подлежащее ограничению), скорость 55 механизма и жесткость упругой связи между механизмом и рабочим органом, соответственно; трав — масса рабочето органа; 60 рс — усилие внешней нагрузки.

Выделение сигнала Р„пропорционального, усилию в механизме, произ водится на основании следующих соотношений. б5

Уравнение якорной цепи

ń— Ку V„= " (1+рТ,) Fä

Кр

Уравнение механизма

Рд — FÄ = m„pV„ (2) Уравнения при ведения электрических величин к механическим

Ед — К V (3) д — КР 1я (4) где Е, и Ед — э. д. с. преобразователя и двигателя, соответственно;

1д, 14 и ҄— ток, сопротивление и постоянная .времени якорной цепи;

К и К вЂ” коэффициенты пропорциональности.

Уравнения (1) — (4) сводятся к уравнению, связывающему искомую величину Eп,усилия в механизме с регулируемыми параметрами Еп и Рд(1„) электропривода. д рд - — + д — Х р(1+ рГ„) ор(1+ рТ„) " к„

X a

1+pT, где 0 — электромеханическая постоянная времени.

Из уравнения (5) видно, что текущее значение усилия F в механизме может быть определено через текущие значения регулируемых naacp аметров электропривода, доступных для непосредственного измерения: э. д. с.

Е, преобразователя 2 и усилия двигателя

Ед=К 1Я т. е. тока якорной цепи. Вычисление усилия Е, через Е и Рд(1„) осуществляется при помощи функционального блока.

Электрический сигнал, пропорциональный усилию, снимается в виде напряжения усилителя

1б. Если нагрузка механизма невелика, то выходное напряжение усилителя 1б,недостаточно для пробоя стабилитрона 8. В овязи с этим узел ограничения усилий .не оказывает влияния на работу элекпропри вода. Если усилие в механизме превышает допустимое значение (например, статическое стопорное), напряжение усилителя 16 выше опорного напряжения стабилитрона 8. В схему управления электропри водом выдается сигнал разности между напряжением усилителя 1б и опорным напряжением стабилитрона 8, .пропорциональным допустимому значению усилия. Величину и полярность сигнала выбирают из условия перевода электропривода в,режим рекуперации.

При этом тиристорный преобразователь 2 инвертирует в сеть часть кинетической энергии, преобразованной в электрическую, которая запасена в механизме, что приводит к ограничению динамических усилий в механизме.

377949

Фиг. 1

Fn Yn

Фиг. 2

Составитель В. Кузнецова

Техред А. Камышникова Корректор М. Гарцевич

Редактор А. Пейсоченко

Заказ 1909/6 Изд. № 1483 Тираж 755 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

В схему управления электроприводом введена отрицательная обратная связь по усилию в механизме, поэтому величина максимального усилия мало зависит от условий стапорения, т. е. является инвариантной по отношению к этим условиям.

Предельные возможности ограничения усилий в механизме при помощи п редлагаемого датчика ограничиваются допустимым по коммутации током электродвигателя.

Предмет изобретения

Датчик величины усилия,в механизме, привод которого выполнен по системе управляемый перобразователь — двигатель с регуляторами тока и скорости, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, он выполнен в виде охваченного цепью отрица5 тельной обратной связи функционального блока, содержащего последовательно включенные интегрирующее и интегро-лропорциональное звенья, ко входу первого из которых, являющегося входом блока, подключен выход дат10 чика тока, а ко входу второго — выход дarчика э. д. с. преобразователя.