Регулятор натяжения

 

Изобретение относится к средствам регулирования натяжения длинномерных материалов и позволяет повысить точность регулирования путем коррекции величины натяжения кабеля в зависимости от угла поворота рамы и нагрузки на ось колес кабелеукладчика. Датчик натяжения кабеля выходом подключен к первому входу блока сравнения и вторым входом связан с выходом задатчика натяжения кабеля , входящего в блок задания постоянных величин. Выходы первого аналогового ключа (АК), блока задания постоянных величин, дополнительного блока управления и датчика радиуса намотки кабельного барабана подключены к соответствую1цим входам вычислительного блока, ВЫХОД которого сое;динен с информационным входом (ив) второго АК, управляющий вход (УВ) которого связан с выходом компаратора, а выход - через первый элемент НЕ с первым входом элемента ИЛИ, вторым входом подключенного к выходу второго элемента НЕ, а выходом связанного с УВ третьего АК, ИВ третьего АК соединен с выходом блока уравнения. Первый выход датчика нагрузки на ось колес связан с УВ четвертого и пятого АК, выходы которых через дополнительный блок сравнения и компаратор связаны с входом второго элемента НЕ. Второй выход датчика нагрузки на ось колес и выход датчика угла поворота рамы связаны соответственно с УЪ и ИВ шестого АК, выход которого через блок памяти соединен с ИВ пятого АК. Первый выход датчика нагрузки на ось колес кабелеукладчика и выход датчика натяжения кабеля подключены соответственно к УВ и ИВ первого АК. Выходы второго и третьего АК объединены и связаны с выходом блока регулирования. Вход датчика угла поворота рамы подключен к ИВ четвертого АК. 4 ил. (О ю 00 ю оь

СС603 СОЭЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (бд с1 В 65 Н 77/00

H A ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3893487/28-12 (22) 11.05.85 (46) 23.01.87; Бюл. ¹ 3 (72) А.В. Колченко и Н.П. Чеченев (53) 621 85.058(088.8) (56) Патент СССР ¹- 623513, кл. В 65 Н 25/22, 1974. (54) РЕГУЛЯТОР НАТЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к средствам регулирования натяжения длинномерных материалов и позволяет повысить точность регулирования путем коррекции величины натяжения кабеля в зависимости от угла поворота рамы и нагрузки на ось колес кабелеукладчика. Датчик натяжения кабеля выходом подключен к первому входу блока сравнения и вторым входом связан с выходом задатчика натяжения кабеля, входящего в блок задания постоянных величин. Выходы первого аналогового ключа (АК)., блока задания постоянчых величин, дополнительного блока управления и датчика радиуса намотки кабельного барабана подключены к соответствующим входам вычислительного блока, выход которого соединен с информационным входом (ИВ) второго АК, управляющий вход (УВ) ко. торого связан с выходом компаратора, а выход - через первый элемент HE c первым входом элемента ИЛИ, вторым входом подключенного к выходу второго элемента НЕ, а выходом связанного с УВ третьего АК, ИВ третьего

АК соединен с выходом блока урав-. нения. Первый выход датчика нагрузки на ось колес связан с УВ четвертого и пятого АК, выходы которых через дополнительный блок сравнения и компаратор связаны с входом второго элемента НЕ. Второй выход датчика нагрузки на ось колес и выход датчика угла поворота рамы связаны соответственно с УВ и ИВ шестого

AK выход которого через блок памяти соединен с ИВ пятого АК. Первый выход датчика нагрузки на ось колес кабелеукладчика и выход датчика натяжения кабеля подключены соответственно к УВ и ИВ первого АК. Выходы второго и третьего АК объединены и связаны с выходом блока регулирования. Вход датчика угла поворота рамы подключен к ИВ четвертого AK. 4 ил.

1284926

Изобретение относится к устройствам дпя автоматической размотки кабельных барабанов и может быть ис1. пользовано в кабелеукладчиках.

Цель изобрете«ия — поньппение точ- 5 ности управления путем коррекции величины натяжения кабеля в зависимости от угла поворота рамы и нагрузки на ось колес кабелеукладчика.

На фиг, 1 представлен кабелеуклад10 чик и блок-схема регулятора натяжения, общий вид:, на фиг, 2 — вычислительный блок на фиг. 3 — датчик нагрузки на ось колес, на фиг. 4 - синусньй преобразователь вычислительного блока.

Регулятор натяжения содержит датчик 1 угла отклоне«пя рамы кабслеукладчика, аналоговый кпю r 3

20 памяти„ аналоговый ключ 4, блок 5 . сравнения, аналоговый ключ 6, компара. тор 7, элемент НЕ 8, элемент ИЛИ 9, аналоговый ключ 10Ä 11 натяжения, блок 12 сравнения, аналоговый ключ 13, блок 14 задания постоянных величин, вычислительный блок 15, аналоговый ключ 16, элемс « "I НЕ 1 7, датчик 18 радиуса намотки кабельного барабана, блок 19 регул«рова«ия, привод 20 кабельного GapaGa«a, датчик

21 нагрузки на ось колес кабепеукладчика, кабельный барабан 22, щуп

23 датчика радиуса «аматки кабельного барабана, раму 24 кабелеуклад— чика, рабочий орган 25 (кабелепраклвдочньй нож) кабелеукпадчика, колесо 26 и кабель 27.

Выход датчика 1 угла отклонения рамы через аналоговый ключ 2 подкпю- 40 чен к входу блока 3 памяти, выход которого через аналоговый ключ 4 подключен к первому входу блока " сравнения, ко второму входу которого через аналаговьй ключ 6 «о„,кпю ен;:.ь. - 45 ход датчика 1 угла отклонения рамы кабелеукладчпка.

Выход блока 5 сравнения подключен к входу вычислительного блока 15 и к входу компаратора 7, выход кото- 50 рого подключен к управляющему входу аналогового ключа )6 и через элемент НЕ 8 — к входу элемента ИЛИ 9.

К другому входу элемента ИЛИ 9 через аналоговьй ключ 16 и элемент НЕ 55

17 поцклю .ен выход вьгшслительного блока 15, а выход элсмента ИЛИ 9 подь ключе« к управляющему входу аналогового ключа 10.

К входу аналогового ключа 10 подключен выход блока 12 сравне, а выход аналогового ключа 10 подсоединен к входу блока 19, с которым связан также выход аналогового ключа 16, Выход датчика 11 натяжения через аналоговый ключ 13 подсоединен к нхоl ду вычислительного блока 15, а также к входу блока 12 сравнения, к другому входу которого подключен первый выход блока 14 задания постоянных величин, являющийся выходом задатчика натяжения кабеля (не показан), другие выходы блока 14 подключены к соответствующим входам вычислительного блока 15, К входу нычиспитепьного блока 15 подключен выход датчика 18. Выход блока 19 подключен к входу привода

20 кабельного барабана. Первый выход датчика 21 нагрузки на ось колес подключен к управляющим входам аналоговых ключей 4,6 и 13, а второй вход датчика 21 — к управляющему входу аналогового ключа 2.

Вычислительный блок t5 содержит интегратор 28, умножитепь 29, усилитель 30, с коэффициентом усиления два, блок 31 вычитания, блок 32 умножения, сумматор 33, четырехкнадратный умпожитель 34, операционный усилитель 35, умножитель 36, усилитель 37 с коэффициентом усиления два, сумматор 38, блок 39умножения,четырехкнадратные умножитепи 40 и 41, операционный усилитель 42, блок 43 умножения, сумматор 44, делитель 45 на два, усилитель 46 с регулируемым коэффициентом усиления, операционный усилитель 47, четырехквадратный умножитель 48, синусньй преобразователь 49, инвертор 50, сумматор 51, задатчик 52 напряжения, блок 53 умножения, блок 54 вычитания, компаратар 55, аналоговый ключ 56, линию

57 задержки, сумматор 58. Датчик 21 нагрузки на ось колес кабелеукладчика содержит магнитаупругий преобразователь 59> ключевой усилитель

60, элемент НЕ 61, Синусный преобразователь 49 вычислительного блока 15 содержит четырехквадратньй усилитель 62, блок

63 умножения, делитель 64 на поесть, инвертор 65, сумматор 66.

Датчик 18 выполнен н виде потенциометра со ступе«чатым каркасом, сопротивление которого изменяется в

1284926 зависимости от перемещения ползунка по закону ломаной линии. К ползуттку одним концом жестко прикреплен подпружиненный щуп 23, второй конец которого лежит на разматываемом слое кабеля, Блок 14 задания постоянных величин выполнен в виде источников постоянного напряжения с регулируемыми уровнями выходного напряжения, причем

1напряжение на выходе первого источника (задатчика натяжения) пропорционально заданному значению натяжения кабеля, напряжение на выходе второго источника — расстоянию точки прицепа кабелеукладчика к тяговому средству до носка кабелеукладочного ножа (t,b), напряжение на выходе третьего источника равно . Sin 8, где 9,— угол, образованный рамой кабелеуклад- 20 чика и линией, соединяющей точку прицепа с носком ножа, напряжение на выходе четвертого источника равно Созво.

Блок 19 регулирования с приводом

20 кабельного барабана выполнен в ви- 25 де гидравлического привода с серводвигателем и насосом переменной производительности, изменение которой производится рычагом, перемещающимся при помощи электрозолотника с серводвигателем, Регулятор работает следующим образом. ,До начала работы в зависимости от марки кабелеукладчика и требуемой глубины заложения кабеля в грунт устанавливается коэффициент усиления усилителя 46 вычислительного блока 15, напряжения на выходах блока 14 зада- щ ния постоянных величин, пропорциональных соответственно заданному значению натяжения кабеля, Р, Sin 9, Cos 80 °

Когда на кабелеукладчик не действуют возмущающие силы, его колеса катятся по поверхности грунта и нож

25 движется на заданной глубине.

Регулирование скорости вращения кабельного барабана 22 производится по натяжению кабеля 27. Напряжение с выхода датчика 11 натяжения, пропорциональное натяжению кабеля 27, поступает на вход блока 12 сравнения, на другой вход которого с первого выхода блока 14 задания постоянных величин поступает напряжение, пропорциональное заданному значению натяжения кабеля. Если напряжения с выходов блоков 11 и 14 не равны. то на выходе блока 12 сравнения ттоявттяется напряжение рассогласования через аналоговый ключ 10 лоступакштее на вход блока 19, который изменяет скорость вращения выходного вала привода

20 кабельного барабана 22 и, следовательно, скорость самого барабана таким образом, чтобы достичь равенства выходных напряжений с блока 14 и датчика 11.

При этом датчик 1 измеряет угол отклонения рамы 24 кабелеукладчика относительно гравитационной вертикали и напряжение с BFo выхода, проГ ,порциональное этому углу, через аналоговый ключ 2 поступает на вход блока 3 памяти, где и запоминается.

При определенных условиях под действием возмущающих сил происходит потеря продольной устойчивости кабелеукладчика ° В результате этого глубина хода кабелепрокладочного ножа 25 в грунте уменьшается и происходит отрыв колес поверхности грунта. Рама кабелеукладчика поворачивается относительно линии тяги на угол < .

Ось колес 26 разгружается и срабатывает датчик 21 нагрузки на ось колес кабелеукладчика» подавая напряжение на управляющие входы аналоговых ключей 4,6 и 13, На. вход аналогового ключа 2 прекращается подача напряжения с выхода датчика 21, нагрузки на ось колес. В результате этого происходит отключение выхода датчика

1 от входа блока 3 памяти и подключение выхода датчика 1 через аналоговый ключ б к входу блока 5 сравнения, к входу которого через аналоговый ключ 4 подключается выход блока 3 памяти, а также подключение выхода датчика 11 натяжения через аналоговый ключ 13 к входу вычислчтельног0 блока 15.

На один вход блока 5 сравнения поступает запомненное напряжение, пропорциональное углу отклонения рамы кабелеукладчика относительно гравитационной вертикали Р » а на его другой вход подается напряжение,пропорциональное текущему углу (el+Pi). В результате этого на выходе блока 5 сравнения будет напряжение, пропорциональное углу с6, поступающее на соответствующий вход вычислительного

2, 72В 8(1 р -вРР е(n(— — - в « — 2(в((соек(s "t)) i (() М

j= овесов 28,-м . м

Р -4PE g )) ) - < ь(1

-}Р(Р-22 св «8 "2 nм (2Рсо«8, +Р, ), которое подается на вход блока 5.3 умножения и на вход четырехквадратноI го умно. кителя 48. Операционный усили— тель 42 с включенным в его цепь обратной связью четырехквадратным умножителем 41 предназначен для получения напряжения, пропорционального с.tp9, и совместно с блоками 43-46 формирует напряжение, пропорциональное (R+H) (et@6 8(.+()(. /2) °

Операционный усилитель 47 с включенным в цепь его обратной связи четырехквадратным умножителем 48 предназначен для получения напряжения, пропорционального отношению(R+H) (сnP8 nn+k (2) к -(Р(Р-22вв .вт«8е)+

+2>nn (2Рсов8,+7 ), н совместно с блоками 49-52 формирует напряжение,пропорциональное второму сомножителю

4б выражения (2), которое поступает на второй вход блока 53 умножения. На его выходе будет напряжение, пропорциональное 7))S.

Если обозначить выражение (Л" е. Еь " (R+H) (ctg 8oPL+ ()4, /2) 5 7?84 блока 15 и на вход компаратора 7.Под действием этого напряжения происходит срабатывание компаратора 7, и напряжение с его выхода поступает на управЛяющий вход аналогового ключа 16 и через элемент НЕ 8 — на вход элемента ИЛИ 9. Этим производится подключение через аналоговый ключ

16 выхода вычислительного блока 75

g}7 (gs77 }(14(:tf 8>6))7()(со

R — радиус качения колеса кабелеукладчика;

Н вЂ” номинальная глубина заложения кабеля в грунт, hH — величина выглубления кабелепрокладочного ножа, к

P = Pdt, )( где Р— скорость изменения натяжения кабеля, время начала выглубления, . t„ — время конца выглубления.

Вычисление 68 блоком 15.производится по приближенному выражению, полученному в результате замены в формуле (,7) sin и соз(членами ряда разложения этих (7)упкций по формуле Тейлора соответственно на Ы, и г

1- -- ) и имеющему вид

2 нР(Р-22)«ni«8J Peach (2Рсо«8 Т

Интегратор 28 предназначен. для получения напряжения, пропорционального Р, а четырехквадратный умножитель 40 для получения напряжения, пропорционального()с . Блоки 28-32 т формируют напряжение, пропорциональЯ ное P (Р-2 ь в о ), a блоки 28, 3640 — напряжение, пропорциональное ЪЫ (2Pcos80+1Ъ). Сумматор 33 и операционный усилитель 34 с включенным

8 цепь его обратной связи четырехквадратным умножителем 35 предназна:чен для получения "напряжения, пропорционального к входу блока 19 и через элемент

HF., 17 — к входу элемента ИЛИ 9.

Вычислительный блок 15 формирует сигнал, под действием которого с кабельного барабана сматывается отрез ок 4 S кабеля „равный сумма р ному пути, пройденному носком кабелепрокладочного ножа при его выглублении, Длина 6 Б определяется выражением P(P-22 (sin 9 )+Х о(, (2Pcos 8,+77 ) через U, то вычисление в1п77 синусным преобразователем 49 производится по приближенной формуле

sin U =0

Предположим, что в момент времени кабелепрокладочный нож выглубился на 7)(H . На выходе блока 53 умножения будет напряжение, пропорциональное

7(S,, которое поступает на вход блока

7 1284926

54 вычитания и на вход линии 57 де задержки ° На выходе блока 54 будет Г напряжение, пропорциональное А S,, с которое поступает на вход сумматора К

58 и на вход компаратора 55. При пре- 5 ж вышении уровнем этого напряжения по- б рога срабатывания компаратора 55 на

H его выходе появится напряжение, по- вь ступающее на управляющий вход ана- р логового ключа 56, которое подклю- ч чит тем самым выход датчика 18 к вхо- н ду сумматора 58. п

Датчик 18 предназначен для корректировки скорости вращения барабана 15

22 таким образом, чтобы с него размотался отрезок кабеля длиной 5S независимо от того, какой в данный момент разматывается слой. Это достигается путем ступенчатого изме- Zp нения выходного напряжения датчика

16 в зависимости от радиуса раэматываемого слоя кабеля.

Сумматор 58 производит сложение напряжений с выходов блока 54 вычи- 25 .тания и датчика 18 и под действием суммарного напряжения с его выхода происходит при помощи блока 19 изменение скорости вращения кабельного барабана. 30

Одновременно суммарное напряжение с выхода сумматора 58 поступает на вход элемента НЕ 17, на выхоце которого будет нулевое по уровню напряжение, поступающее на вход элемента

ИЛИ 9, на вход которого с выхода элемента НЕ 8 поступает также нулевое по уровню напряжение. В результате этого с выхода элемента ИЛИ 9 на

40 управляющий вход аналогового ключа

10 не поступает напряжение, и он возвращается в исходное состояние, отключая тем самым выход блока 1 сравнения от входа блока 19.

В момент времени t< ) t, на выходе

45 блока 53 будет напряжение, пропорI циональное h S =ттS, + d S, которое г поступает на вход блока 54, на другой вход которого с выхода блока 57 поступит задержанное напряжение, про.

50 порциональное Ь Я, . На выходе блока

54 будет напряжение, пропорциональное hS — Ь S =ЬБ, +hS, -hS АБт,суммирующееся в блоке 58 с напряжением

5.с с выхода датчика 18 и поступающее на вход блока 19, под действием которого происходит изменение скорости вращения кабельного барабана 22 и т.

8 до тех ттор, ттока не закончится Hb1лубление кабеттепрокттадочттого ножа и кабельного барабана не размотается усак кабеля длиной h,S. Тогда напряение на выходе линии 57 задержки улет равно или больше напряжения а выходе блока 53 умножения, и на тходе блока 54 вычитания (благодая, например, соответствующему вклюению диода на его выходе), будет улевое по уровню напряжение, которое оступает на входы компаратора 55 и сумматора 58, В результате этого компаратор 55 возвращается в исходное состояние и с его выхода на управляющий вход аналогового ключа 56 не будет поступать напряжение. Он вернется в исходное состояние, отключая тем самым выход датчика 18 от входа сумматора 58.

Следовательно, на его входы будут поступать нулевые по уровттю напряжения и на его выходе также будет нулевое по уровню напряжение, кототорое, одновременно поступает на вход блока 19 и через аналоговый ключ

16 — на вход элемента НЕ 17, на выходе которого будет высокое по уровню напряжение, поступающее на вход элемента ИЛИ 9, на выходе которого также будет высокое по уровню напряжение, поступающее на уцравляющий вход аналогового ключа 10, который срабатывает, подключая тем самым выход блока 12 сравнения к входу блока 19. В дальнейшем регулирование происходит по натяжению кабеля.

Далее кабелепрокладочный нож заглубляется колеса касаются поверхности грунта и нож движется на заданной глубине. Ось колес 26 нагружается, и срабатывает датчик 21 нагрузки на ось колеса, в результате чего происходит прекращение подачи напряжения с его первого выхода на управляющие . входы 4, 6 и 13 аналоговых ключей, тем самым отключаются выход датчика

1 угла отклонения от входа блока 5 сравнения, выход блока 3 памяти от входа блока 5 сравнения, выход датчика 11 натяжения. от входа вычислительного блока 15. На управляющий ,вход аналогового ключа 2 с второго выхода датчика 21 нагрузки на ось ко. лес подается напряжение, подключая тем самым выход датчика угла отклонения к входу блока 3 памяти.

1?84926

Регу1(1(рование скорости вращения кабельного барабана 22 осуществляется по натяжению кабеля 27, как Описано в случае, когда на кабелеукладчик не p,åéñòB loò возмущающие силы, т„.P.. нет выглублепия кабелепрокладочного ножа.

Формула изобретения

Регулятор натяжения препмущестненIIo прн авто;тати«:ской ряэмотке кабельЕЕЫХ (. аР аОаНО11 У Стало ВЛ(ЕПЕЕЕ>Г» Ета Ка бр)1еукгтв тт(11(.е, соpep!I(a(I«!! датсптк

n,н, выходом подключенш.:,й к 1("(-в.,-;у т(ходу блока сравнения, 11 (OJ)I!IIИ "10„»О11 ОВЯЗапп01 О С ВЫХОДОМ адат- .ика 1(ат (z;e»II 1 кабеля, входящес..: о (о:;,(:(дн((п постое(«неех не1(и-Еин) Zp датчик вадиуса намотки кабельного т((-(числительный блок 11 1!o— (лсдовгтельно соединенные блок регу1..::(; I(п.: (приво,, кабельного бара1(C(li l,,О I !i Ч d. 0 ЕЦ И Й C. Я ТРМ (71 0 с целью поьт Еш ения (очнОсти ре гулнро(.!i. :(утем к lpppêöIIè везтичины натяжения кабеля 11 эавп .имости от уга Г!(П(T!n (IlттМЫ H НаГ$! ЗКИ На OCb колес :сабе.((еукладчика, он снабжен дд

П;. Т(т((ка (И УГЛЯ ГЕОВОРОТil РаМЬI П IIII (:!>ó: IcII I!((г се-, колес кабелеукладчпка, элемен гамп (1ь и ИНИ, блоком памяти, допол (т:(Опт.ным блоком пвмяти, допол«е е((ьнь(м блоком срапн(О(11(н, ксмпара 11?ом и анаттоговыми клю- ами, при этом

1(ь(ходы первого аналогового ключа, "..«((." г I »IIIIIÿ поставленных вели пш, дополнтттельетого блока сравнения и датчика радиуса намотки кабельного барабана подкл(очене(к с(!OT»eтствую-щим входам вь(числительного блока, вь(ход которого соединен с и«формационным входом второго аналогового ключа, управляющим входом связанного с выходом,:омпаратора, а выходом — через первый элемент НŠ— с первым входом элемента ИЛИ, вторым входом подключенного к выходу второго элемента

НГ, а выходом связанного с управляющим выходом третьего аналогового ключа, информационный вход которого .соединен с выходом блока управления, первый выход датчика нагрузки на ось колес кабелеукладчика связан с управляющими входами четвертого и пятог о аналоговых ключей, выходы которых через дополнительный блок сравнения и компаратор связаны с входом второго (1 элемента НЕ, второй выход датчик<1 нагрузки на ось колес кабелеукпадчика и выход цатчика угла поворота рамы кабелеукладчика связаны соответственно с управляющим и с информационным входами шестого ана.тогового ключа, выход которого через блок памяти соединен с информационным входом пятого аналогового ключа, причем первый выход датчика нагрузки на ось колес кабелеукладчика и вьгход датчика натяжения кабеля подключены соответственно к управляющему и к информационному входам первого аналогового ключа, выходы второго и третьего аналоговых ключей объединены н связаны с входом блока регулирования, а выход датчика угла поворота рамы кабелеукладчика подключен к информационному входу четвертого аналогового ключа.

128492б

Dcv Флаиюа 18

1284926 ертору

СУь уши

Составитель Б, Кисин

Техред И.Попович

Корректор М. Иаксимишинец

Редактор Н. Егорова

Заказ 7548/23 Тираж 590

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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