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飞剪剪刃的工作过程

作者: 来源: 日期:2012-12-04 20:26:12 人气:2760
 

飞剪剪刃的基本特点:

飞剪的特点是能横剪切正在运动着的钢板。在翦切瞬时 ,刀刃除垂直方向的剪切速度外,还应有与钢板运动方向相同的水平同步速度 ( 或略大于1~3 %) ,如果这个水平速度小于板带速读,那么剪切的时候,刀刃会阻碍板带的运动,速读大了太多,在剪切的瞬间会对板带造成一个拉应力,影响板带质量同时对刀具也有损害。如果板带匀速运动,那么飞剪也匀速运动, 显然它们俩的速度必定保持一定的比例关系,因此飞剪每转动一周,钢扳前进的长度应是一个定值. 

如板带速度为Vb ,飞剪剪切瞬间的水平线速度是Vj,取两个速度的系数比为η=1%~3%

即:

     Vj =(η+1)Vb

对于飞剪转速与线速度之间有关系:Vj = 2πnR / 60    ;R为飞剪半径

所以:

,已知电机与飞剪之间的传动比为i,那么可以得出飞剪剪切瞬间对应电机的转速n为:

                  n=30(η+1)Vb i/ πR

飞剪剪刃的工作过程分析:

定长控制

在飞剪还没有剪切时候,给剪刃设定一个初始位置HP,使剪刀在此处速读为零,在剪切点CP处,水平速读为Vj,对应的电机转速为n。当传感器1检测到板带时候,启动定时器计时一个延时时间td ,计时时间到了之后,定时器输出启动电机信号,由驱动单元将电机经过Δt时间将剪刃由HP驱动至CP处完成一次剪切动作。也就是说:剪刃从HP处,经过加速到达CP处,对应电机转速由0加速到n;在剪切完成后,剪刃由CP处逆向返回HP处,对应电机转速由n减速至0。

   从上面的过程可以看出,从传感器1接收到信号到一次剪切完成所消耗的时间是Δt + td 的时间,已知板带速度Vb ,那么在这一段时间内,板带前进的距离(也就是超过传感器的部分)为(Δt + td)Vb。加上传感器1与CP之间的固定距离L2  ,一次剪切的板带长就为L2 +(Δt + td)V。但是,这个分析进行的前提是没有考虑到剪切时候剪刃的重叠量x板带的厚度h。

在考虑剪刃重叠量x和板带厚度h时候,工作过程分析依然不变,但是,由图我们可以看出:在剪刃还未到达CP处时候,剪刃已经于板带接触在CP0处。那么,Δt时间内,就应该是剪刃由HP走到CP0的时间;因为从CP0至Cp处,剪刃横向移动的距离与板带是一样的就是L1。从图中分析可以算出,CP与CP0 的距离为L1 。且存在这样的关系:

         L12=R2- (R - h/2 – x/2)2……………①

 

由此可以算出板带剪切的实际长度为:

         L=L2 +Δt Vb +tdVb +L1       ……………②

 

其中:L为目标剪切长度为给定值;

      Vb 为机组速读为设定值;

      Δt为可以计算确定的值;

      R剪刃运动轨迹半径、h为板带的厚度、x 为剪刃的重叠量,L2 为剪刃至传感器距离,均为已知常数;

所以,通过方程式①、②,就可以解出延时时间t的值。

定位控制

从前面的分析可知,在剪刃的减速过程中,对应电机的转速由n减速为0,。那么剪刃回到初始位置HP,就是对剪刃的定位控制。理论上讲,剪刃时刻完全回归到HP处,但是实际系统中是不可能做到如此精确的,一般来说,剪刃偏离HP处±150是可以可以允许的误差范围。只要是在这个范围内疚认为剪刃回到了初始位置HP处。

剪刃从从CP处回到HP处消耗的时间为t

我们来分析一下,在这个时间内,有几种情况:①t结束时候,下一个带头还未到达传感器1处,剪刃要等待至带头走至传感器1处激发延时定时器,结束定时后再启动下一次剪切;

②t结束时候,下一个带头刚好到达传感器1处,或者定时器已经启动但是还在计时范围内,或者刚好定时时间完成,剪刃只需等待≤td时间,就可以启动下一次剪切,或不需等待立马启动下一次剪切;

③t结束时候,定时器已经计时完成,下一次剪切启动命令下达。很明显这是不行的,因为电机转速并不是由0加速至n了,这样加速时间Δt必然改变了。

所以为了保证变量只有延时时间td ,方便控制,必须限制减速时间段必须满足关系:

         t≤td+L2/Vb

加速和减速过程中的控制方式:

  从前面的分析中知道,剪刃在CP0处就已经与板带接触,加入此时剪刃的速度为V,那么它的水平分量VcosΘ再此时就要满足

VcosΘ=(1+η)Vb……①

如果不然,在此处时候就会发生阻碍板带或者拉伤板带的害处。

如果保持剪切需要的力矩来加速电机,也就是采用恒转矩方式来完成加速过程:

根据运动学原理有:Me=J i/R *dV/dt……②

其中Me是电机转矩J为折算到电动机轴上的转动惯量;

Me根据系统的需要应该是一个常数值。

式子两边积分得:V=R Me (t-t0)/ J i   ……③

在t0时刻开始加速启动电机,那么t0=0,

那么在时间t内,飞剪剪刃移动的距离是S=V t/2

                                     = R Me t2/2J i  ……④

 

将式①与③带入④得:

         Me=(1+η)2Vb2J i /2RScos2Θ……⑤

将5带入②得:

         dV/dt= a =(1+η)2Vb2 / 2Scos2Θ……⑥

式⑥中我们可以看出:加速度a为常数,说明如果采用恒定的转矩调速方式,剪刃从HP到CP0处为恒定加速度的值运动。由此还可以确定Δt

 

Δt=(1+η)VbJ i /RMeCOSΘ

cosΘ=(R-h/2-x/2)/R

 

减速时候同样的道理,采用变频调速的基速以下是恒转矩调速,的方法,减小频率同时减小电机相电压,输出功率变小,直至为最后为零,停止。

对于剪刃初始位置HP的确定,要借助编码器来完成。编码器安装在电机的转子上,同步测定电机的转速。要保证剪刃回到初始位置HP处,剪刃所运动的角度要能对应电机这个过程中转动的圈数,必须要使,剪刃在HP处时候,对应的是编码器的零位,这样剪刃运动角度就与电机转速一一比例对应。将编码器反馈的脉冲信号反馈给PLC的高速计数模块FM350-2,通过检测到的脉冲数目来确定飞剪剪刃所在位置的角度偏移量,从而确定其位置。

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