Электропривод отрезного устройства

 

ЭЛЕКТРОПРИВОД ОТРЕЗНОГОУС РОЙСТВА, содержащий электродвигател .. постоянного тока, блок управления и датчики перемещения изделия и положения отрезного устройства, а также датчик окончания реза, о т л и ч ел ос ю щ и и с я тем, что, с целью повы-, шения КПД., привода путем оптимизации скоростних режимов, он снабжен orpart ничителем сигналов обратного хода, квадратором,двумя регистрами и двумя г.ифроаналоговьми преобразователями, причем входы ограничителя сигналов обратного хода соединены с выходами квадратора и, обоих цифроаналоговых преобразователей, входы которых связаны с выходами обоих регистров, соединенных своими входами с блоком управления и датчиком окончания реза причем блок управления соединен своим вьЕХодом с электродвигателем, а входами - с указанными тремя датчи-ками и ограничителем сигналов обратного хода.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„.ЯО„„.ЩЩ7Д6 А

Ц51) В 23 D 25/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbfTPA

1ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ : ./

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3489288/25-27 (22) 02.09.82. (46) 07.12.83. Вюл. 9 45 (72) М.Л.Прудков (71) Государственный проектный институт Электротяжхимпроект (53) 621.791.94 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2809737/25-27, кл. B 23 D 25/16, 15. 08. 79., (прототип) . (54) (57) ЭЛЕКТРОПРИВОД ОТРЕЗНОГО УСТPOACTBA„содержащий электродвигатель ,постоянного тока, блок управления и датчик и перемещения иэделия и положения отрезного устройства, а также датчик окончания реза, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повы-, шения КПД привода путем оптимизации скоростных режимов, он снабжен огра: ничителем сигналов обратного хода, квадратором,двумя регистрами и двумя цифроаналоговыми преобразователями, причем входы ограничителя сигналов обратного хода соединены с выходами квадратора и обоих цифроаналоговых преобразователей, входы которых связаны с выходами обоих регистров, соединенных своими входами с блоком управления и датчиком окончания реза, причем блок управления соединен своим выходом с электродвигателем, а входами — с указанными тремя датчи-- д ками и.ограничителем сигналов 1 обратного хода.

«ь

1 0587 26

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкции оборудования для обработки давлением.

Известен электропривод отрезного устройства, содержащий электродвигатель постоянного тока, блок управления и датчики перемещения иэделия и положения отрезного устройства, а также датчик окончания реза (1) .

Известный электропривод характеризуется большими потерями энергии в переходных режимах из-за отсутствия оптимизации скоростных режимов работы электропривода.

Пель изобретения — повышение КПД 15 привода за счет оптимизации скоростных режимов.

Для достижения цели электропривод отрезного устройства, содержащий электродвигатель постояHHoго тока, 7п блок управления и датчики перемещения изделий и положения отрезного устройства, а также датчик окончания реза, снабжен ограничителем сигналов обратного хода, квадратором, двумя 25 регистрами и двумя цифроаналоговыми преобраэователями, причем входы ограничителя сигналов обратного хода соединены с выходами квадратора и обоих цифроаналоговых преобразователей, входы которых связаны с выходами обоих регистров, соединенных своими входами с блоком управления и датчиком окончания реза, причем блок управления соединен своим выходом с электродвигателем, а входами — с указанными тремя датчиками и ограничителем сигналов обратного хода.

Еа фиг.l приведена функциональная схема предлагаемого электропривода; на фиг.2 — диаграммы скоростей; на фиг.3 и 4 — структурно-принципиальные схемы позиционного регулятора, входящего в состав блока управления электроприводом. 45

Электропривод содержит рабочий орган 1 устройства с электродвигателем 2 продольного хода, импульсный датчик 3 положения рабочего органа 1 и датчик 4 окончания реза, а также изделие 5, перемещение которого контролируется с помощью импульсного датчика 6. Электродвигателем 2 управляет блок 7 управления, содерх.ащий последовательно соединенные задатчик 8 мерных длин сумматор 9, счетчик 10, позиционный регулятор

11 и схему 12 управления скоростью электродвигателя 2. Датчик 6 перемещения изделия 5 соединен со счет- 60 ным входом счетчика 10, а через преобразователь 13 частота-напряжение — co входом позиционного регулятора 11. Датчик 3 перемещения рабочего органа отрезного устройства

1, имеющий два выхода, соответствующие направлениям движения отрезного устройства 1 вперед и назад, соединен со счетными входамИ + и - счетчика 14, а через преобра з ов атель 1 5 частота- напряжение по схеме oTpH1атЕльной обратной свяэи— со входом схемы 12 управления скоростью электродвигателя 2. С С-входом счетчика 10 соединен командный блок

16, который также соединен с позиционным регулятором 11, с датчиком

4 окончания реза и с выходом счетчика 14.

Ограничитель 17 сигналов обратного хода, выход которого связан со входом позиционного регулятора 11 блока 7 управления, обеспечивает ограничение выходного сигнала регулятора при обратном ходе рабочего органа 1 отрезного устройства на уров-. не, соответствующем минимально допустимой скорости обратного хода его в данном цикле реза.

Ограничитель 17 содержит интегратор 18 и связанные с иим сумматор 19, множительно-делительное звено 20, квадратор 21, а также сумматор 22, связанный со входом множительно-делительного звена 20. Выход последнего, а также выход квадратора 21 связаны со входами сумматора 19. Ко входу множительно-делительного звена

20 подключен выход преобразователя

13 частота-напряжение блока 7 управления. Ко входам сумматоров 19 и 22 подключен выход квадратора 23, вход которого связан с преобразователем

13 частота — напряжение. Кроме того, ко входу сумматора 19 подключен выход цифроаналогового преобразователя 24, а ко входу сумматора 22 выход цифроаналогового преобразователя 25. На вход сумматора 22 подается также постоянный сигнал.

Ко входам гифроаналоговых преобразователей 24 и 25 подключены соответственно выходы регистров 26 и 27, D-входы которых связаны соответственно с выходами счетчика 14 и сумматора

9, а С-входы - с датчиком 4 окончания реза.

Позиционный регулятор ll имеет входы 28-33, выходы 34 и 35 и содержит (фиг.3) последовательно включенные селектор 36 сигналов, на второй вход которого подается нулевой сигнал, сумматор 37, цифроаналоговый преобразователь 38, нелинейный преобразователь 39, к выходу которого подключены усилительные блоки 40 и 41.

Второй вход блока 41 подключен ко входу 28 регулятора 11, к остальным входам которого подключены: ко входу

29 - второй вход селектора 36 сигналов; ко входу 30 — второй вход сумматора 37; ко входу 31 — третий вход

1058726 селектора 36 сигналов и третий вход усилительного блока 41» ко входу 32 второй вход блока 40; ко входу 33 третий вход блока 40. Выходы 34 и 35 регулятора 11 подключены к выходам усилительных блоков 40 и 41 соответственно.

На фиг.4 представлена схема усилительных блоков 40 и 41, в состав которых входят соответственно операционные усилители 42 и 43 с входными резисторами 44 и резисторами 45 обратной связи. Параллельно резисторам 45 обратной связи включены бесконтактные ключи 46 и 47 соответственно, а также у блока 40 - управля- 15 емое звено 48 ограничения, у блока

41 — диод 49.

Звено ограничения обеспечивает ограничение выходного сигнала усилительного блока 40 и управляется выходньм сигналом ограничителя 17.

Диод 49 пропускает выходной сигнал усилительного блока 41 одной полярности и щунтирует .блок 41 при появлении выходного сигнала противополож — 25 ной полярности.

Бесконтактные ключи 46 и 47 предназначены для шунтирования (отключения) усилительных блоков 40 и 41 соответственно при подаче сигнала на управляющие входы ключей (входы 31 и

32 регулятора 11).

Нелинейный преобразователь 39. с параболлической характеристикой позигионного регулятора 11 предназначен для оптимальной отработки заданных перемещений отрезного устройства 1 при включении его на рез и возврата в исходное положение.

Работа электропривода происходит следующим образом. 40

В точке а фиг.2 позиционным регулятором 11 осуществляется слежение за перемещением линии реза на изделии 5 с помощью датчика 6 и с етчика 10, в который в момент оконча- 45 ния реза от задатчика 8 через сумматор 9 по команде блока 16 вводится начальное положение линии относительно исходного положения рабочего органа l отрезного устройства. Слежение за перемещением рабочего органа 1 осуществляется с помощью дат-. чика 3 и счетчика 14, для чего в схему 12 управления подается сигнал на разгон электродвигателя 2 отРезного устройства иэ исходного положения для синхронизации положения и скорости рабочего органа 1 отрезного устройства и линии реза на изделии 5.

В точке Б фиг.2 достигается соот- 6 ветствие положений рабочего органа

1 отрезного устройства и линии реза на иэделии 5, а также синхронизация их скоростей и начинается прогесс отрезания мерной лт ины изделия 5 65

Длительность процесса резания зависит от размеров поперечного сечения изделия 5 или характеристик его материала. Этим соответственно определяется величина перемещения изделия 5 и отрезного устройства 1 за время реза. Поскольку поперечное сечение йэделия 5 или прочность его материала могут изменяться в различных гиклах реза, то соответственно может изменяться и величина хода рабочего органа 1 отрезного устройства.

На фиг.2 показано, что процесс отрезания мерной длины заканчивается в точке Ь или Ь» . Во втором случае изделие имеет меньшее поперечное сечение, чем в первом. В точках в или

О» срабатывает датчик 4 окончания реза.

По сигналу датчика 4 командный блок 16 выдает сигнал на вход 31 поэигионного регулятора ll и снимает сигнал с его входа 32. При этом селектор 36 сигналов отключает от входа сумматора 37 выход счетчика

10 и подключает ко входу сумматора

37 эадакщий нулевой игнал. Включается ключ 47 и шунтируется усилитель 43 — усилительный блок 41 и выход 35 позиционного регулятора 11 выводятся иэ работы, отключается ключ 46 — к блоку 12 подключается выход 34 позиционного регулятора 11, т.е. вводится в работу усилительный блок 40.

Поскольку ко входу сумматора 37 позиционного регулятора 11 подключен задающий нулевой сигнал, что соответствует заданию исходного положения рабочего органа 1 отрезного устройства, а последниИ не находится в исходном положении — выхоцной сигнал счетчика 14, подаваемый к сумматору 37, не нулевой, выходf ! ной сигнал усилительного блока 40

:и позиционного регулятора 11, подаваемый к блоку 12 управления в точке

b или Ь» Фиг.2, обеспечивает реверс электродвигателя 2 для возврата рабочего органа 1 в исходное положение. Одновременно по команде блока

16 в счетчик 10 от сумматора 9 вводится число

LP (м Ln» (1) где L — начальное расстояние послеP дующей линии реза на изделии 5 относительно исходного положения рабочего органа отрезного устройства 1 (в точке Б или б» ); — мерная длина изделия 5, задаваемая задатчиком 8; текущее расстояние рабочего органа l отрезного устройства относительно своего исхол ного положения в точке Б или Ь, измеряемое счетчиком 14.

1058726

Кроме того, по сигналу датчика 4 в регистры 2б и ?7 вводятся числа соответственно „от счет ика 14 и от сумматора 9. На фиг. 2 величина

L я соответствует площади фигуры об Ь6 либо д 5f>„5», а величина — площади фигурв» Ь, 4a, а либо 6, Ь» С», I-»»

При перемещении изделия 5 по сигналам датчика б, подаваемым на вычитающий вход счетчика 10, введенное в счетчик 10 число». р уменьшается, 1О что соответстнует слежению с помощью счетчика 10 за текущим расстоянием

3р линии реза на изделии 5 относительно исходного положения рабочего органа 1. 15

B процессе замедления для реверса (до точки 1 или 7» на фиг. 2) рабочий орган 1 проходит в том же направлении путь, равный площади треугольника 5 6 K или b» » 1 < . Этот путь равен 2д величине l и $2a, где М д — скорость изделия 5 и рабочего органа 1 при синхронном .ходе, измеряемая датчиком б и преобразователем 13 частота йапряжение; Q — величина ускорения 75 при замедлении рабочего органа, задаваемого блоком 12, является постоянной. 3а это же время (ь g или h 1» ) линия реза на изделии 5 приближается к исходному положению".рабочего органа 1 на величину »»„ /a (площадь

Фигуры Ь ; либо (»» b, q, g < I)

Величины V (lo и V /ц измеряются с помощью квадратора 23, к которому подведен сигнал преобразователя 13, пропорциональный»(»» . При возврате рабочего органа 1 в исходное положение им должен быть пройден путь

I.ö = (.„»-Ч „,(?с» . (2)

4О который соответствует площади фигуры

0»h 5 или с»б 6» Q» на фиг.2.

Путь «» 8 (2) может быть пройден с различными скоростями возврата. У<, Максимальная величина скорости возвра4 та V соответствует режиму отрезания на максимальной скорости Чя наименьшей мерной длины», » с наибольшим поперечным сечением изделия 5. Если

При сохранении всех остальных пара,метров и соответственно времени цикла реза уменьшается поперечное сечение изделия 5, т.е. уменьшается ход рабочего органа 1 в процессе резания, то при этом можно уменьшить скорость обратного хода V . На фиг.2 первый случай соответствует скорости возврата V, а второй — скорости Vg» . Однако и во втором случае можно возвращать рабочий орган 1 в исходное положение на 6О максимальной скорости (» (этот случай показан пунктиром) . Но при этом увеличиваются времена процессов разгона и замедления рабочего Органа

1 и электродвигателя 2 в каждом цикле реза и соответственно увеличиваются в каждом цикле тепловые потери в электродвигателе 2 и расход электроэнергии.

В периоды раз гона и замедления

« электродвигателя 2 ток его унеличивается, так как появляется дина-. мическая составляющая

1 =,+, (3) где 1с, I — соответственно статическая и динамическая составляющие тока I, Во время установившегося движения привода (участки е или я „е» на

Фиг. 2) динамическая составляющая тока1 = 0 и 1=1с

Поскольку 1 с 4 1, то тепловыми потерями в электродвигателе 2 в период устанонившегося движения можно пренебречь по сравнению с потерями в периоды разгонов и замедлений (поскольку они пропорцинальны квадрат у тока HAIK opR) . Поэтому величина тепловых потерь в элек тродвигателе

2 определяется практически потерями в периоды разгонон и замедлений элек тродвигателя 2. При сокращении времени разгона и замедления снижаются тепловые потери в электродвигателе 2 и уменьшается расход электроэнергии. Для сокращения времени разгона и замедления при постоянном ускорении 4 и при обратном ходе необходимо снижать величину скорости обратного хОда Vð т.е. выбирать ее всегда минимально возможной в любых режимах (при любых скоростях движения изделия 5 — Vq ), при любых мерных длинах (, изделия 5 и при любых перемещениях рабочего органа 1 в процессе резания(), Определение минимально возможной скорости обратного хода Ч,3 для любых режимов раз-резания изделия 5 и задания ее величины узлу 7 управления электродвигателем 2 обеспечивается функциональ HbM блоком 17.

Работа сграничителя 17 основана на следующих предпосылках.

Время возврата рабочего органа 1 в исходное положение от точки или L» на фиг.2 должно быть таким, чтобы за это время линия реза на иэделии 5 переместилась в направлении к исходному положению рабочего органа 1 не »5ольше, чем на расстояние ((2 (a (4) (на фиг.2 зто расстояние соответствует площади фигуры L 1 а, g(,либо

1. » о, а, ).

Для гарантированного возврата

его в исходное положение до момента подхода к линии реза перемещение (4) линии реза за время возврата рабочего

1058726 органа 1 следует уменьшить и принять равным

-р p- V „(a ). ап > (5) где L >ää — постоянная величина запаса (на фиг.2 соответствует площади фигуры Яс;К а, а, ).

Исходя иэ изложенного, установившаяся минимально возможная скорость обратного хода рабочего органа 1 (Y ), обеспечивающая перемещение линии на расстоние (5) эа время возврата 10 рабочего органа 1 в исходное положение при любых режимах резки иэделия

5, может быть вычислена из квадратного уравнения (в зависимости от. скорости Ч»», мерной длиныLy — Lp Ф L»» и 15 перемещения отрезного устройства L ) ( — - l, - — -1 — w . + — (=0 (6) а Р а с»п)Ч

»» » уравнение (6) получено, исходя из баланса площадей фигур 17 К ж и 2g BW 20 либо 7».L,Æ 4 и L»g» -» К на фиг.2, при условии, если площадь фигуры 1 К Яс либо 1, 1» ж Я изменить в отношении

Чс l Ч и, а затем уменьшить полученную величину на Чд (а . Это же уравнение

2 соответствует равенству времен: возврата рабочего органа 1 в исходное положение и перемещения иэделия 5 на расстояние (5).

Решение уравнения (б) относительно30 величины V»» производится ограничите.»лем 17. Сигнал, пропорциональный скорости Чр, образуется на выходе интегратора 18, для чего на входы сумматора 22 подводятся сигналы, пропор-35 циональные в каждом цикле реза: с выхода цифроаналогового преобразователя 25; V „ /а — с выхода квадратора 23; Ь »с»п — постоянный сигнал. На входы множительно-делитель- 40 ного звена 20 подводятся сигналы: (Lp - Vд /о- L „) — с выхода сумматора

22; Uo — с выхода преобразователя

13 частота — напряжение узла 7 управления Vo — c выхода интегратора 18. На входы сумматора 19 подаются сигналы: с выхода цифроаналогового пре»» образователя 24; У /2 а — с выхода квадратора 23; (Lp- Ч (а — L ä -9,/ó„с выхода множительного звена 20 и

V I Q — с выхода квадратора 21. 50

Выходной сигнал интегратора 18 подводится ко входу 33 позиционного регулятора 11 и соответственно ко входу управления звеном 48 ограничения выходного сигнала усилителя 55

42 и усилительного блока 40. Звено

48 ограничения ограничивает выходной сигнал усилителя 42 и соответственно усилительного блока 40 величиной, пропорциональной скорости g)

Чо, независимо от величины входного сйгнала усилителя 42, так что сигнал на выходе 34 позиционного регулятора

11 не может превысить величину Чо .

При этом задающий сигнал скорости, 65 подаваемый к блоку 12 управления электродвигателем 2 от позиционного регулятора 11 на участке В g либо

1 г I

Ь» B, фиг.2, пропорционален величине V либо Чд» . Схема 12 управления отрабатывает этот задакщий сигнал с помощью обратной связи по скорости электродвигателя 2, вводимой от преобразователя 15 частота — напряжение. При этом на участок gB или g» B» установившаяся скорость обратного хода рабочего органа 1 соответствует регламентированной ограничителем 17 величине Чо либо Цф, т.е. является минимально возможной.

За счет этого снижается время переходных режимов (разгонов и замедления) при обратном ходе рабочего органа 1, уменьшаются тепловые потери в электродвигателе 2 и соответственно расход электроэнергии. По мере приближения рабочего органа 1 к исходному положению умены»)ается выходной сигнал счетчика 14 и соответственно входной сигнал усилительного блока 40 (при реверсе электродвигателя 2 импульсы со второго выхода датчика 3 поступают на вычитанщий вход счетчика 14). В точках б или е» входной сигнал усилительного блока

40 уменьшается до такой величины, что при дальнейшем перемещении рабочего органа 1 выходные сигналы усилительного блока 40 и позиционного регулятора ll начинают снижаться (ниже. Ua ) и уменьшать скорость электродвигателя 2. Нелинейньв» преобразователем 39 позиционного регулятора

11 обеспечивается выбор точки начала замедления (Е либо 6, ), так что к моменту обнуления счетчика 14 электродвигатель 2 останавливается в исходном положении рабочего органа 1 (точка ж на фиг.2).

По нулевому сигналу счетчика 14 командный блок 16 выдает сигнал на вход 32 позиционного регулятора 11 и снимает сигнал с его выхода 31.

При этом селектор 36 сигналов подключает ко входу сумматора 37 выход счетчика 10 и отключает нулевой сигнал, отключается ключ 47 и вводит.ся в работу усилитель 43 — подклю чается ко входу блока 12 управления усилительный блок 41 v выход 35 позиционного регулятора 11, включается ключ 46 — шунтируется усилитель

42 и усилительный блок 40 выводится из работы.

При вводе в работу усилительного блока 41 позиционного регулятора

11 на входахблока 41 сравниваются с противоположными знаками сигналы задания скорости электродвигателя

2 от датчика 6 через преобразователь

13 частота — напряжение соответственно скорости движения изделия 5

1058726

Фиа.+

Составитель В. Стоколов

Редактор М.Келемеш Техред Л. Пилипенко Корректор И.Муска

Заказ 9665/11 Тираж 1106 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, _#_<-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул.Проектная,4 (вход 28 позиционного регулятора

11) и от счетчика 10 через вход 29, селектор 36 сигналов, сумматор 37, цифроаналоговый преобразователь

38, нелинейный преобразователь 39.

В точке Ж на входах усилительного блока 41 сигнал от счетчика 10 превышает сигнал от датчика 6, при этом выход усилительного блока 41 и выход 35 позиционного регулятора нулевые (диод 49 шунтирует усилитель

43) — задание скорости электродвигателя 2 равно нулю, и рабочий орган

1 не перемещается.

По мере перемещения изделия 5 и приближения линии реза к исходному положению рабочего органа 1 введенное в счетчик 10 число списывается импульсами датчика б и уменьшается соответствующий сигнал на входе усилительного блока 41. В точке ц, фиг. 2 оба сигнала уравниваются на входе усилительного блока 41, а при дальнейшем перемещении изделия 5 сигнал от счетчика 10 становится меньшим, чем сигнал от датчика б.

Появляется выходной сигнал усилительного блока 41 и позиционного регулятора 11 на выходе 35, и рабочий орган 1 включает электродвигатель 2 на скорость v„äëÿ отрезания очередной мерной длины изделия 5.

В даль нейшем пов торяе тся описанный цикл работы электропривода.

При использовании предлагаемого электропривода снижаются потери энергии в приводном двигателе в пере" ходных режимах. и, как следствие это-го,повышается КПД устройства в целом,