Устройство управления летучими ножницами с механизмом выравнивания скоростей

 

Изобретение относится к машиностроению , а именно к системам управления электроприводом летучих ножниц, производящих порезку полосового материала на ходу на заданные мерные длины и снабженных механизмом выравнивания скоростей. Цель изобретения - повышение надежности устройства и производительности летучих ножниц за счет увеличения скорости двигателя. Устройство содержит летучие ножницы с электроприводом, датчики перемещения полосы, скорости летучих ножниц, частоты вращения двигателя, регулятор скорости и задатчик мерной длины. В устройство введены блоки задания и вычисления средней скорости, определяющие суммарный момент количества движения (момент импульса) двухмассовой системы привода. При этом колебание скорости электродвигателя и барабанов ножниц в каждом цикле порезки, вызванное действием механизма выравнивания скоростей, сопровождается только обменом кинетической энергии между обеими массами без перекачки энергии из сети и обратно на разгон и торможение привода. Из сети потребляется энергия на выполнение фрикционных потерь и потерь энергии при резе полосового материала. 4 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 23 0 25/00, 36/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTKPblTNRM

ПРИ.ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ДВТОГСКОМ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4711005/27 (22) 16,05.89 (46) 07.10.91. Бюл. N 37 (71) Государственный проектный и проектно-конструкторский институт "Тяжпромэлектропроект" (72) В.И,Холодный (53) 621.967(088,8) (56) Автооское свидетельство СССР

М 1574883, кл, В 23 025/00, В 23 025/16, 1989. (54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЛЕТУЧИМИ НОЖНИЦАМИ С МЕХАНИЗМОМ ВЫРАВНИВАНИЯ СКОРОСТЕЙ (57) Изобретение относится к машиностроению, а именно к системам управления электроприводом летучих ножниц, производящих порезку полосового материала на ходу на заданные мерные длины и снабженных механизмом выравнивания скоростей, Цель изобретения — повышение надежности устройства и производительности летуИзобретение относится к машиностроению, а именно к системам управления электроприводом летучих ножниц„производящих порезку полосового материала на ходу на заданные мерные длины и снабженных механизмом выравнивания скоростей.

Цель изобретения — повышение надежности за счет упрощения устройства и повышения производительности летучих ножниц за счет увеличения скорости путем снижения потерь энергии в якорной цепи двигателя.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства, на фиг.2 — функциональная схема блока вычисления средней скоро... Ж,, 1682058 А1 чих ножниц за счет увеличения скорости двигателя. Устройство содержит летучие ножницы с электроприводом, датчики перемещения полосы, скорости летучих ножниц, частоты вращения двигателя, регулятор скорости и задатчик мерной длины. В устройство введены блоки задания и вычисления средней скорости, определяющие суммарный момент количества движения (момент импульса) двухмассовой системы привода, При этом колебание скорости электродвигателя и барабанов ножниц в каждом цикле порезки, вызванное действием механизма выравнивания скоростей, сопровождается только обменом кинетической энергии между обеими массами без перекачки энергии из сети и обратно на разгон и торможение привода. Из сети потребляется энергия на выполнение фрикционных потерь и потерь энергии при резе полосового материала, 4 ил.

QO сти привода; на фиг.3 — циклограммы изменения скоростей двигателя и ножниц; на фиг.4 — циклограммы изменения передаточного числа.

М

Устройство содержит двигатель 1, со- 0© . члененный через механизм 2 выравнивания скорост ей с барабанами летучих ножниц 3.

С валом двигателя связан датчик 4 скорости двигателя, а с валом барабанов ножниц— датчик 5 скорости ножниц. С полосой 6 посредством мерительного ролика 7 связан датчик 8 скорости полосы, Канал задания скорости содержит блок 9 задания средней скорости, управляемый от задатчика 10 длины. В контур регулирования тока двигателя входят регулятор 11 тока, усилитель 12 мощ(1) О (J1 + J2) N< =-= J1 Gal + >2 С02, откуда 1 + - 2,> 1 + J2,> 1 + .>2 (2) где 031, в2 — угловые скорости соответствен- 45 но вала двигателя и вала барабанов но>книц;

Л1, J2 — моменты инерции соответственно на валу двигателя и на валу барабанов ножниц;

50 в, — средняя скорость системы.

Блок 15 вычисления средней скорости системы на основании вь ходных сигналов ю1 и и 2 датчиков скорости двигателя и но>книц при помощи масштабных звеньев 17 и

18 и сумматора 19 формирует в соответствии с выражением (2) сигнал обратной связи в, при регулировании средней скорости привода. ности, двигатель 1 и датчик 13 тока. В контур регулирования средней скорости привода входят регулятор 14 скорости, датчик 4 скорости двигателя и датчик 5 скорости ножниц, а также блок 15 вычисления средней 5 скорости привода. Канал компенсации внутренней обратной связи по ЭДС двигателя содержит звено 16 компенсации ЗДС. В свою очередь блок вычисления средней скорости привода содержит масштабные 10 звенья 17 и 18 и сумматор 19.

Устройство работает следующим образом.

При непрерывном вращении привода наличие механизма выравнивания скоро- 15 стей с переменным в цикле порезки передаточным числом приводит к периодическим колебаниям скорости (период соответствует времени одного оборота) двухмассовой системы электропривода, первую массу кото- 20 рого определяет момент инерции на валу приводного двигателя, а вторую — момент инерции на валу барабанов ножниц, 8 основу работы устройства положено регулирование некоторой средней скорости 25 двухмассовой системы привода, Под средней =коростью вращающейся системы, состоящей из двух масс, связанных между собой редуктором с переменным передаточным числом, понимается угловая 30 скорость условной одномассовой системы, момент инерции которой оавен сумме моментов инерции составляющих системы, а момент количества движения (момент импульса) этой условной сисгемы равен сумме 35 моментов количества движения обеих масс исходной системы. Математически это определение выражается формулой

Порезка проката на заданные мерные длины осуществляется за счет регулирования требуемого соотношения средней за цикл порезки угловой скорости привода и скорости полосы в соответствии с выражением в„= в — — 2 л.—, V

1 (3) где V — скорость полосы, L — заданная длина порезки; вэс — заданное значение средней скорости привода.

Из выражения (2) с учетом (3) угловая скорость вала барабанов ножниц Равна

1+1 а2 =- й> с + Л ° где л, =—

)2, О>1

J1 Щг

Среднее значение скорости вала барабанов ножниц определяется выражением (4) 2л

М с— т

j at о (5) где — период вращения вала барабанов ножниц.

Подставляя в (5) значение dt = —, а

d u йф также учитывая (4), получим

2 ж й)за (1+@

2Л

f (1 +it) с1 у> о (6) 4ас = йЬс, (8) т.е, среднее значение угловой скорости ножниц соответствует требуемой длине порезки.

Сигнал взо формируется в соответствии с выражением (3) на выходе блока 9 задания средней скорости привода, который представляет собой известное множительно-делительное устройство.

При пуске агрегата с полосой сигнал в„ увеличивается (например, линейно) от где 2> — угол поворота вала барабанов ножниц, Передаточное число! может быть любой функцией угла р, имеющей среднее за один оборот вала значение, равное единице, Возьмем, например, механизм выравнивания скоростей, в котором

i = 1 + А Sill P, (7) где А — коэффициент, зависящий от заданной длины порезки, Подставляя это значение в выражение (6), получим 1682058 нулевого до некоторого заданного значения. Электропривод разгоняется под воздействием регулятора скорости, обеспечивающего равенство заданной вэс и фактической вс средних скоростей двухмассовой системы. При этом с выхода регулятора скорости на вход регулятора тока подается сигнал задания тока I3. Ввиду ограниченного быстродействия контура регулирования тока и наличия внутренней отрицательной связи по ЭДС двигателя задачный ток отрабатывается с некоторой динамической ошибкой, пропорциональной скорости изменения ЭДС, Для устранения этой ошибки на вход регулятора тока подается сигнал Ек гибкой положительной связи по ЗДС, формируемый с помощью звена 16 компенсации ЭДС в соответствии с передаточной функцией

15 где KE — коэффициент пропорциональности между ЭДС и угловой скоростью двигателя; 25

Тм — сумма малых некомпенсированных постоянных времени в контуре регулирования тока;

Т» — постоянная времени фильтра.

В результате ток двигателя I поддержи- З0 вается равным заданному I> и на валу двигателя создается момент, переменная составляющая которого пропорциональна ускорению агрегата и суммарному моменту инерции привода, а постоянная составляю- Э5 щая определяется трением в механических звеньях. В моменты реза полосы системой регулирования формируются импульсы тока, необходимые для создания момента реза. В период разгона агрегата потреб- 40 ляемая из сети электрическая энергия преобразуется в кинетическую энергию вращающейся двухмассовой системы, а также расходуется на преодоление сил трения и на разрезание полосы, 45

После окончания разгона агрегата скорость полосы становится постоянной и двухмассовая система привода вращается с постоянной средней скоростью в,, равной заданной скорости в>с, соответствующей 50 требуемой длине порезки, Если пренебречь трением и возмущением, возникающим в момент реза, потребление энергии из сети будет отсутствовать, На выходе регулятора скорости сигнал задания тока будет равен нулю и это нулевое задание будет точно отрабатываться контуром регулирования тока благодаря действию звена компенсации ЭДС. При этом выходное напряжение усилителя мощности будет следить за изменением ЭДС двигателя, пропорциональной его скорости. В этом случае двухмассовую систему привода можно рассматривать как изолированную от внешних возмущений.

Такая система имеет в любой момент времени постоянное значение момен-а количества движения, а скорости вращающихся масс изменяются противофазно в результате действия вчутренних динамических сил, возникающих благодаря тому, что эти массы связаны между собой через редуктор с переменным передаточным числом.

Что касается кинетической энергии системы, то она, сохраняя среднее значение, изменяется периодически с частотой. определяемой частотой вращения барабанов ножниц, частично преобразуясь в потенциальную энергию упругой деформации механических звеньев.

Таким образом, в устройстве упругая знакопеременная деформация механических звеньев осуществляется за счет кинетической энергии вращающихся масс.

С учетом возмущающих воздействий регулирование заданной средней скорости двухмассовой системы в устройстве приводит к тому, что колебания скоростей двигателя и барабанов ножниц в каждом цикле порезки сопровождаются только обменом кинетической энергии между обеими массами без перекачки энергии из сети и обратно на разгон и торможение привода. Из сети потребляется лишь энергия, необходимая для восполнения фрикционных потерь и потерь энергии при резе полосы, а также энергия на создание (ликвидацию) запаса кинетической энергии электропривода при разгоне (торможении) агрегата резки.

Формула изобретения

Устройство управления летучими ножницами с механизмом выравнивания скоростей, содержащее приводной двигатель, на валу которого установлен датчик частоты вращения двигателя. последовательно соединенные регулятор тока и усилитель мощности, связанный через датчик тока якоря с приводным двигателем, датчик скорости барабана ножниц, датчик скорости проката, соединенный с первым входом блока задания средней скорости привода, второй вход которого подключен к задатчику длины, регулятор скорости, выходом связанный с первым входом регулятора тока, второй вход которого соединен с выходом датчика тока, а третий вход соединен с выходом звена компенсации ЭДС двигателя, вход которого подключен к выходу датчика частоты вращения двигателя, о т л и ч à ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности устройст1682058 ва, упрощения конструкции и повышения производительности летучих ножниц за счет увеличения скорости. привода, в него введен блок вычисления средней скорости привода, при этом выход блока задания средней скорости привода соединен с первым входом регулятора скорости, а первый вход блока вычисления средней скорости привода связан с датчиком скорости барабана ножниц, второй вход — с датчиком час5 тоты вращения двигателя, выход — с вторым входом регулятора скорости, 1682058

Составитель В.Родимов

Техред М. Моргентал Корректор О;Кравцова

Редактор А.Шандор

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

Заказ 3366 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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