Способ управления приводом летучих ножниц и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для мерного реза профильного проката на ходу. Цель - повышение точности мерного реза и надежности работы. Способ реализует компенсацию возмущающего воздействия на привод от нелинейного динамического момента, возникающего в связи с изменениями в широких пределах частоты вращения и момента инерции механизма ножниц и от нелинейного статическогомомента ,образуемого неуравновешенными массами ножниц, а при останове привода ножниц после реза контролируется самопроизвольное сползание ножей на прокат от неуравновешенных масс и осуществляется возврат ножей в прежнее положение. Компенсация возмущающего воздействия реализуется в электроприводе летучих ножниц подачей сигнала, соответствующего составляющей динамического и статического моментов, который в качестве компенсационного подводится к регулятору тока электропривода. При этом обеспечивается линеаризация тахограммы ножей летучих ножниц и соответственно повышение качества и точности мерного реза. 2 с,п. ф-лы, 1 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 5

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4844828/08 (22) 22.05.90 (46) 30,09.92. Бюл. ¹ 36 (71) Государственный проектный и проектно-конструкторский институт "Электротяжхимпроект" (72) М.Л.Прудков (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1680406, кл. В 21 0 5/06, В 21 В 37/00, В

26 D 9/00, 1990. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОМ

ЛЕТУЧИХ НОЖНИЦ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для мерного реза профильного проката на ходу. Цель — повышение точности мерного реза и надежности работы.

Способ реализует компенсацию возмущающего воздействия на привод от нелинейного

Способ управления приводом летучих ножниц относится к области обработки металлов давлением и может быть использован для мерного реза профильного проката на ходу.

Для летучих ножниц гильотинного типа, которые должны разрезать профили сложной формы и большой высоты их поперечного сечения и которые подобны гильотинным ножницам, которым дополнительно сообщается поступательно-возвратное движение, согласованное с движением проката, характерны изменение в широких пределах динамического момента, возникающего в связи с изменениями в широких пределах . частоты вращения и момента инерции механизма ножниц и от нелинейного статического момента, образуемого неуравновешенными массами ножниц. а при останове привода ножниц после реза контролируется самопроизвольное сползание ножей на прокат от неуравновешенных масс и осуществляется возврат ножей в прежнее положение. Компенсация возмущающего воздействия реализуется в электроприводе летучих ножниц подачей сигнала, соответствующего составляющей динамического и статического моментов, который в качестве компенсационного подводится к регулятору тока электропривода, При этом обеспечивается линеаризация та-. хограммы ножей летучих ножниц и соответственно повышение качества и точности мерного реза. 2 с,п. ф-лы, 1 ил, момента инерции механизма в цикле реза, а также неуравновешенность движущихся масс ножей и соответственно переменный в зависимости от угла поворота ножей статический момент, который должен преодолеваться приводом.

Известен способ управления приводом летучих ножниц, и рй котором после реза привод замедляют до остайова, а затем при приближении намечаемой в момент окончания реза теоретической линии реза к оси летучих ножниц разгоняют привод до скорости, синхронной с прокатом, обеспечивая

1764865 встречу ножей с теоретической линией реза на прокате.

При применении известного способа для управления приводом летучих ножниц гильотинного типа имеет место нелинейная 5 тахограмма ножей а = f(t), вследствие непостоянства момента инерции и неуравновешенности движущихся масс механизма ножниц, которые приводят к снижению точности синхронизации перемещения ножей 10 и теоретической линии реза на прокате в зоне реза, и, как следствие, к снижению точности мерного реза проката на ходу. Кроме того, из-за самопроизвольного сползания ножей на прокат под действием 15 неуравновешенных масс ножниц при остановленном приводе в паузах между реэами возможно врезание ножей в движущийся прокат с возникновением аварийной ситуации вследствие "бурежки" проката либо по- 20 ломки ножей. Т,е. снижается надежность рабогы, Целью способа управления приводом летучих ножниц является повышение точности мерного реза и надежности работы. 25

Поставленная цель достигается за счет того, что компенсируют возмущающее воздействие на привод динамического момента инерционных масс механизма ножниц, увеличивая с упреждением момент привода 30 ножниц в соответствии с выражением м„= +(2 )

dt 2 dp где Мп — момент привода;

J — момент инерции механизма ножниц; и — частота вращения; р — угол поворота ножей, а при останове привода в паузах между резами контролируют сползание ножей на прокат под воздействием неуравновешенных масс механизма ножниц от первоначального положения и возвращают их в и режнее положение.

Компенсацией воздействий нелинейных динамического и статического моментов на привод ножниц линеризуют тахограмму ножей и повышают точность синхронного перемещения ножей и теоретической линии реза в зоне реза и соответственно повышают точность мерного реза.

Благодаря контролю сползания ножей на прокат и возврату их в прежнее положение при стоянке привода ножниц в паузах между резами исключают "бурежки" проката либо поломки механизма летучих ножниц, т.е. исключаются аварийные ситуаци и повышается надежность работы, Способ Основан на том, что запас кинетической энергии А летучих ножниц с приводом, приведенный к валу последнего, равен

А = J йР /2, где в — частота вращения привода;

J — результирующий момент инерции, приведенный к валу привода.

Изменение во времени накопленной кинетической энергии (1), т.е, динамическая мощность Рдин, равна

P g = dA/dt= JN бв /dt+(NР /2)d0/dt (2)

Эта мощность покрывается за счет мощности P привода:

P=M,го, (3) где M> — момент привода.

Приравнивая выражения (2) и (3), получаем

Mn = Jd в/dt+(QF /2) d0/dt, (4) т.е. момент привода Мп подвержен воздействию динамического момента инерционных масс механизма ножниц, двух его составляющих, первая иэ которых вызвана изменением часто1 ы вращения (о, а вторая — изменением момента инерции J механизMB нОжниц.

Если учесть, что в = о rp /dt, где p — угол поворота ножей, то (4) можно преобразовать к виду

Мп= J

dN р dt

+ (иРб2 ), (5) т.е. вторая составляющая динамического момента зависит, кроме того, от степени изменения момента инерции механизма ножниц в функции угла поворота ножей в цикле реза (OJ/б р), Компенсируя воздействие составляющих (5), т.е. увеличивая с упреждением момент Мп привода ножниц в соответствии с выражением (5), исключают влияние нелинейного динамического момента на частоту вращения привода и тахограмму ножей, что повышает точность мерного реза.

На чертеже приведена функциональная схема устройства для осуществления способа, Летучие ножницы 1, разрезающие на мерные длины непрерывно движущийся прокат 2, приводятся в движение приводом

3 и имеют на валу датчик 4 угла поворота ножей и датчик 5 реза, Перемещение проката 2 контролируется с помощью следящих роликов 6 и присоединенного к нему импульсного датчика 7. Привод 3 присоединен

1764865 занного проката, к силовому преобразователю 8, Цифровой интегратор 9 соединен по входам с задатчиком 10 мерной длины, импульсным датчиком 7, датчиком 4 угла поворота ножей и датчиком 5 реза, Последовательно соединены сумматор 11, вход которого соединен с выходом интегратора 9, задатчик 12 интенсивности, регулятор 13 скорости и регулятор 14 тока, выход которого присоединен к входу силового преобразователя 8. К второму входу сумматора 11 присоединен через преобразователь 15 "частота-код" импульсный датчик 7. К второму входу регулятора 13 скорости присоединен через преобразователь 16 "частота-код" датчика 4 угла поворота ножей. К второму входу регулятора 14 тока присоединен выход датчика 17 тока, силовой вход которого включен в силовую цепь привода 3 и силового преобразователя

8, К третьему входу регулятора 14 тока присоединен выход множителя 18, второй вход которого присоединен к второму выходу задатчика 12 интенсивности, а первый вход— к выходу функционального преобразователя 19, реализующего функцию J = f(p ). Вход последнего присоединен к выходу реверсивного счетчика 20. К выходу реверсивного счетчика 20 присоединены также входы функциональных преобразователей 21 и 22, реализующих функции соответственно

d J/d p = f(p) и Мс =- f(p ), где М вЂ” статический момент нагрузки от неуравновешенных масс механизма ножниц, Выход преобразователя 21 присоединен к правому входу сумматора 23 через множитель 24. К второму входу последнего присоединен выход и реобразователя 16 "частота-код" через квадратичный преобразователь 25, Выход преобразователя 22 присоединен к второму входу сумматора 23, а выход последнего присоединен к первому входу множителя

26. К второму и третьему входам последнего присоединены первый и второй выходы триггера 27. Выход множителя 26 присоединен к четвертому входу регулятора тока 14, ; ..:.Выход сумматора 11 и второй выход задатчика 12 интенсивности через релейные звенья соответственно 28 и 29 присоединены к первому и второму входам звена NJlN

30. Выход реверсивного счетчика 20 присоединен также к первому входу звена 31 совпадений, к второму входу которого присоединен задатчик 32 кода угла поворота ножей. Выход звена 31 присоединен к входу установки триггера 27.

Счетные входы "+1" и "-1" реверсивного счетчика 20 присоединены к первому выходу датчика 4 угла поворота ножей. К этим же входам по схеме И присоединены соответ5

15 га

55 ственно первый и второй выходы триггера

27 и выход звена ИЛИ 30. Входы гашения счетчика 20 и триггера 27 присоединены к датчику 5 реза.

К третьему входу регулятора 13 скорости присоединен выход оеверсивного счетчика 33, счетные входы которого "-1" и "+1" присоединены соответственно к первому и второму выходам-датчика 4 угла поворота, а вход гашения — к выходу звена ИЛИ 30, Работа устройства происходит следующим образом.

В момент времени окончания мерного реза летучими ножницами 1 проката 2 по сигналу датчика 5 реза в цифровой интегратор 9 вводится код, соответствующий мерной длине и задаваемый за датчиком 10.

Этим на неразрезанной части проката 2 намечается теоретическая линия реза.

При вводе кода, соответствующего мерной длине, в цифровой интегратор 9 его выходной сигнал компенсирует сигнал задания частоты вращения привода 3 — со от преобразователя 15 "частота-код" на входе сумматора 11 и одноквадрантным выходом.

При этом выходной сигнал сумматора 11 исчезает и соответственно исчезает сигнал на входе задатчика 12 интенсивности, а на выходе задатчика 12 начинает снижаться с заданным темпом задающий сигнал частоты вращения привода 3 и соответственно начинает снижаться задающий сигнал на входе регулятора 13 скорости. Привод 3 начинает замедляться до останова. Перемещение ножей летучих ножниц 1 до останова после реза контролируется датчиком 4 угла поворота, импульсы которого с первого выхода, соответствующего движению ножей

"вперед", поступают в цифровой интегратор

9, на вход "+1", увеличивая код числа на выходе цифрового интегратора 9. Это соответствует удалению теоретической линии реза от оси летучих ножниц. На вход "-1" цифрового интегратора 9 поступают импульсы датчика 7 следящих роликов 6, списывающие введенное в цифровой интегратор 9 число по мере приближения к оси летучих ножниц 1 теоретической линии реза. Соответственно этому уменьшается компенсирующий сигнал на входе сумматора 11 со стороны цифрового интегратора 9 и появляется сйгнал на вйхбде сумматора

11, вызывающий разгон привода 3 для синхронизации перемещения и встречи ножей с теоретической линией реза, В момент синхронизации перемещения ножей и теоретической линии реза последняя находится на расстоянии мерной длины от торца неразре1764865

При стоянке привода 3 в паузах между реэами происходит сползание ножей 1 на прокат под действием момента от неуравновешенных масс ножниц, что может привести к аварийной ситуации, Контроль сползания ножей в паузах между резами осуществляется с помощью реверсивного счетчика 33, счетные входы которого "-1". и

"+1" присоединены соответственно к первому и второму входам датчика 4 угла поворота, соответствующих обратному и прямому направлениям вращения ножей 1. Если сползание происходит в обратном направлении вращения привода, то импульсы датчика 4 угла поворота поступают на вход "+1" счетчика 33. При этом на выходе последнего накапливается код числа с положительным знаком и, поступая на задающий вход регулятора 13 скорости, вызывает движение привода 3 и ножей 1 в прямом направлении, возвращая их в первоначальное положение, и наоборот, Если появляется сигнал работы привода 3 на выходе сумматора 11, в либо происходит останов привода 3 после реза (на втором выходе задатчика 12 интенсивности имеется сигнал замедления б м /dt), то включены релейные звенья 28 или 29 и на выходе звена ИЛИ 30 имеется сигнал, гасящий счетчик 33 и запрещающий его работу в счетном режиме. Когда задающие сигналы в и d в /dt отсутствуют, отсутствует сигнал на выходе звена ИЛИ 30, и реверсивный счетчик 33 обеспечивает контроль сползания ножей и управление возвратом привода в первоначальное положение.

При включении привода 3 на вращение с частотой в для встречи ножей 1 с теоретической линией реза на прокате 2 в каждом цикле отрезания мерной длины происходит изменение момента инерции J механизма ножниц и воздействие на привод 3 нелинейного динамического момента (5). Это вызывает изменение частоты вращения привода

3, нелинейность тахограммы ножей в = f(t) и соответственно ухудшение точности и качества мерного реза.

Момент инерции J является нелинейной функцией угла поворота ножей 1 - p, J

= f(p) характер которой зависит от конструктивных особенностей механизма ножниц, и различен у различных ножниц.

Вместе с тем у всех ножниц функциональная зависимость J = т(p ) симметрична относительно угла поворота ножей 1, ф = ю, вследствие симметрии механизма относительно вертикальной оси ножниц, Код угла поворота ножей р образуется на выходе реверсивного счетчика 20 по сигналам датчика 4 угла поворота ножей.

Функциональным преобразователем 19 образуется функциональная зависимость J=

= f(p ), Код числа, соответствующий моменту инерции J, с выхода функционального

5 преобразователя 19 подводится к входу множителя 18, где он умножается на код числа, соответствующий ускорению приво. да 3 — d и/dt. На выходе множителя 18 образуется сигнал, соответствующий со10 ставляющей динамического момента (тока) (из уравнения (5):

1 в = K(g) J(p) ош /dt (6)

Последний подводится к входу регулятора

14 тока и компенсирует отрицательное влияние на тахограмму ножей 1 и на качество и точность мерного реза составляющей динамического момента — J (p) d в /dt(KN масштабирующий коэффициент), Угол поворота ножей в цикле мерного реза иэменяет20 ся от 0 до 2л (нуль соответствует положению реза). Угол поворота ножей, относительно которого симметричны функциональные зависимости J = f(p), dJ/dp= f(g

25 и Mc = f(p) ), соответствует значению p =

= л (от положения реза), Положение реза фиксируется датчиком 5 реза, а достижение угла симметрии — звеном 31 совпадений, При повороте приводного вала ножей на угол р= л от положения реза срабатывает звено 31 совпадений, к второму входу которого подводится код угла p = л от задатчика 32.

При срабатывании звена 31 включается триггер 27. Сигналами на выходах последнего счетные входы счетчика 20 переключаются со слежения на вычитание (с "+1" на

"-1"), и при дальнейшем повороте приводного вала ножей 1 код выходного сигнала счетчика 20 начинает уменьшаться до нуля (при резе), Соответственно код числа на выходе функционального преобразователя 19, соответствующий величине момента инерции Jмеханизма ножниц,,изменяется симметрично в обратном порядке, Таким образом охватывается весь цикл изменения угла p: от Одой и от л до2л . Функции

J(p) соответствует производная d J /о р, входящая сомножителем во второе слагаемое уравнения (5), Код числа, соответствующий производной dJ/dp, образуется на выходе функционального преобразователя 21. Последний так же, как и функциональный преобразователь 19, настроен на половину цикла изменения угла p(0- г): после достижения угла симметрии p = к переключением счетных входов счетчика 20 функция

dJ/d р изменяется в обратном порядке.

Модуль числа dJ/d p подводится с выхода функционального преобразователя 21

1764865

5

20 к входу множителя 24, к второму входу которого подводится с выхода квадратора 25 сигнал, пропорциональный квадрату частоты вращения привода — аР . На выходе множителя 24 образуется сигнал (Ц), соответствующий в определенном масштабе модулю функции d J/d rp (см. втоИ рую составляющую уравнения (5)). (lj) =(Kj ccP- J(dp)) (7)

Kj — масштабирующий коэффициент.

Во второй половине цикла изменения угла р (л — 2 ж) производная d .фризменяет знак на противоположный, Для изменения при этом знака сигнала 1 (7) служит множитель 26, к второму входу которого в первой половине цикла (у 0- л) подводится сигнал "+1" с прямого выхода триггера 27, а во второй половине цикла (p = — 2л) к третьему входу множителя 26 подводится сигнал "-1" с инверсного выхода триггера

27.

Сигнал Ij с соответствующим производной

Ю/dp знаком подводится к входу регулятора

14 тока и обеспечивает компенсацию отрицательного влияния на тахограмму ножей 1 и на качество и точность реза составляющей динамического момента -d J (p)/d p (cM.

Ш- уравнение (5)). Компенсирующий сигнал

/II/ складывается на сумматоре 23 с сигналом / 1,/, компенсирующим отрицательное влияния на тахограмму ножей нелинейного статического момента Мс от неуравновешенных масс механизма ножниц. В связи с тем, что момент Mc = f (p) во второй половине цикла изменения угла (p = г — 2л) изменяет знак на противоположный, компенсирующий влияние M<(p ), сигнал (Iñ) пропускается через множитель 26 изменение знака и подводится также к входу регулятора 14 тока.

В момент реза сигналом датчика 5 реза производится гашение счетчика 20, что исключает накопление последних помех, а также отключается триггер 27, т.е. приводится в состояние, соответствующее первой половине цикла изменения угла р(0 — ), --Таким образом, благодаря компенсации возмущений на привод летучих ножниц нелинейных динамического и статического моментов обеспечивается линеариэация тахограммы ножей, при этом повышается качество и точность мерного реза. Кроме того, повышается надежность работы благодаря исключению сползания ножей на разрезаемый прокат.

Формула изобретения

1, Способ управления приводом летучих ножниц, при котором после реза привод замедляют до останова, а затем при приближении намечаемой в момент окончания реза теоретической линии реза к оси летучих ножниц разгоняют привод до скорости, синхронной с прокатом, обеспечивая встречу ножей с теоретической линией реза на прокате, отличающийся тем, что, с целью повышения точности мерного реза и надежности работы, компенсируя возмущение воздействие на привод динамического момента инерционных масс механизма ножниц, увеличивая с упреждением момент привода ножниц в соответствии с выражением: м.= J — +(— ) — -. би йР б

dt 2 dp где Мп — момент привода, I — момент инерции механизма ножниц, а — частота вращения, р- угол поворота ножей, а при останове привода в паузах между резами контролируют сползание ножей на прокат под воздействием неуравновешенных масс механизма ножниц от первоначального положения и возвращают их в и режнее положение.

2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее установленные в технологической последовательности следящие ролики, связанные с импульсным датчиком, и летучие ножницы с приводом и датчиками угла поворота ножей и оеза, также последовательно соединенные задатчик мерной длины, цифровой интегратор, первый сумматор, задатчик интенсивности, регулятор скорости, регулятор тока и силовой преобразователь, связанный с приводом через датчик тока, выход которого соединен с вторым входом регулятора тока, импульсный датчик, связанный непосредственно с вторым входом цифрового интегратора и через первый преобразователь

"частота-код" — с вторым входом первого сумматора, датчик угла поворота ножей, соединенный с третьим и четвертым входами цифрового интегратора и через второй преобразователь "частота-код" с вторым входом регулятора скорости и датчик реза, соединенный с пятым входом цифрового интегратора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что. устройство дополнительно содержит два релейных звена, два реверсивных счетчика, триггер, звено совпадения, элемент ИЛИ, задатчик кода угла поворота ножей, квадратичный преобразователь, последовательно

1764865

50

Составитель М.Прудков

Редактор Т.Пилипенко Техред М,Моргентал .(орректор М.Максимишинец

Заказ 3337 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 соединенные первый функциональный преобразователь и первый множитель, последовательно соединенные второй функциональный преобразователь, второй множитель, второй сумматор и третий множитель, третий функциональный преобразователь, при этом вход и второй выход задатчика интенсивности подключены соответственно через первый и второй релейные звенья и через последовательно соединенные с ними элемент ИЛИ к первому и второму входу первого реверсивного счетчика и к входу гашения второго реверсивного счетчика, выход которого соединен с третьим входом регулятора скорости, а первый и второй счетные входы соответственно с первым и вторым выходами датчика угла поворота ножей, второй выход задатчика интенсивности подключен также к второму входу первого множителя, выходом связанного с третьим входом регулятора тока, четвертый вход которого соединен с выходом третьего множителя, второй и третий входы этого множителя присоединены к третьему и четвертому входам первого реверсивного счетчика и соответственно к

5 первому и второму выходам триггера, вход гашения которого объединен с входом гашения первого реверсивного счетчика и подключен к выходу датчика реза, а установочный вход триггера связан с выхо10 дом звена совпадения, первый вход которого соединен с задатчиком кода угла поворота ножей, а второй вход — с выходом первого реверсивного счетчика и входами первого, второго и третьего функциональ15 ных преобразователей, пятой и шестой входы первого реверсивного счетчика подключены к первому выходу датчика. угла поворота ножей, а выход второго преобразователя "частота-код" через квадратичный

20 преобразователь — к второму входу второго множителя.