Устройство для регулирования температурыв зонах червячной машины

ОП ИКАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК .АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУпо делам изобретений и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЬ В ЗОНАХ ЧЕРВЯЧНОЙ МАШИНЫрегу- мощ- тклоловой ависиго от-, м за 3Изобретение относится к экструзионному оборудованию для переработки пластмасс, в частности к автоматическим системам регулирования температуры червячных машин.Известны системы терморегулирования червячных машин, состоящие из регулируемых объектов в виде тепловых зон материального цилиндра, в котором с помощью электродвигателя вращается червяк, и установленных на каждой зоне нагреватель- но-охлаждающих устройств, датчиков температуры и позиционных регуляторов, осу- то ществляющих регулирование по схеме включено-выключено 11 .Недостатком этой системы является то, что ввиду большой тепловой емкости и инерционности цилиндра, при позиционном регулировании имеют место значительные ко лебания его температуры, т;е. не обеспечивается высокая точность терморегулирования.Точность повышается при применении П - , И - , ПИ - и ПИД - законов регулирования, осуществляемых с помощью регуляторов непрерывного действия. Как частичный случай, регуляторами непрерывного действия может быть реализовано пропорциональное регулирование. Для этих ляторов характерно плавное изменение ности нагревателей в зависимости от о нения регулируемой температуры теп зоны от заданного значения или в з мости от интеграла и производной это клонения в соответствии с применяемь коном регулирования. Однако такое регулирование требует применения сложных и дорогостоящих непрерывных регуляторов. К тому же, при работе червячной машины в режиме охлаждения реализовать эти законы регулирования с помощью непрерывных регуляторов невозможно, что требует дополнительной установки позиционного регулятора, управляющего работой системы охлаждения. Ввиду этих недостатков регуляторы непрерывного действия в последнее время на отечественном и зарубежном экструзионном оборудовании не применяются.Известны также регуляторы, представляющие собой позиционные регуляторы, охваченные отрицательной обратной связью 2.Структура обратной связи определяет закон регулирования, а изменение выходного параметра по аналогии с позиционным регулятором носит импульсный характер.Однако, в отличие от позиционных, эти регуляторы могут обеспечить существенно более высокую частоту переключений (импульсов), определяемую параметрами обратной связи, а, следовательно, значительно меньшую амплитуду колебаний регулируемого параметра.. Наиболее близкими к предлагаемым являются импульсные регуляторы температуры, предназначенные для терморегулирования электропечей и машин по переработке пластмасс. Обратная связь в них выполнена в виде зарядно-разрядного КС-контура, состоящего из соединения параллельной и последовательной ЙС-цепочек 131.Недостаток системы терморегулирования червячной машины заключается в том, что с увеличением скорости вращения червяка (например, при переводе червячной машины на новый режим эксплуатации) увеличивается амплитуда колебаний температуры зон цилиндра, т.е, снижается точность терморегулирования зон, а с уменьшением скорости врашения червяка система снижает показатели надежности,Это вызвано тем, что динамические свойства тепловых зон цилиндра существенно зависят от скорости вращения червяка, в то время как параметры обратной связи регулятора, которые определяют частоту следования импульсов в системе, от скорости не зависят, Поэтому, при практически неизменной частоте следования импульсов, увеличение скорости вращения червяка приводит к возрастанию амплитуды колебаний температуры зон из-за повышения скорости протекания переходных процессов, вызванных периодическими включениями и отключениями систем теплоснабжения. С уменьшением скорости вращения червяка частота импульсов оказывается больше той, при которой уже могла бы быть обеспечена заданная амплитуда, Завышенная частота переключений снижает надежность системы.Зависимость динамических свойств зон цилиндра от скорости вращения червяка объясняется резким возрастайием коэффициента теплоотдачи от стенки цилиндра к перерабатываемому полимерному материалу при увеличении скорости вращения червяка. Очевидно, чем больше коэффициенты тепло- отдачи, чем быстрее протекают переходные тепловые процессы в зонах, тем меньше инерционность регулируемых объектов.Цель изобретения - повышение точности и надежности режима работы устройства при различных скоростях вращеиия червяка в диапазоне от нуля до максимума,Поставленная цель достигается тем, что в устройство для регулирования температуры в зонах червячной машины, содержащее установленные в каждой зоне нагреватель- но-охлаждающие элементы и датчики тем 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 пературы, подключенные соответственно к выходам и входам позиционных регуляторов с обратными связями, выполненными в виде зарядно-разрядных КС-контуров, введен контактный датчик оборотов, связанный с приводом червяка, и задающие резисторы, причем контакты датчика оборотов включены параллельно задающим резисторам, установленным в цепях заряда-разряда КС-контуров,Вследствие этого по мере увеличения скорости вращения червяка последовательно замыкаются контакты датчика оборотов, причем каждый из них - при достижении, определенной скорости вращения, в соответствии с настройкой. Через эти коНтакты запитываются обмотки промежуточных реле, контакты которых, замыкаясь, шунтируют добавочные сопротивления на входах обратных связей регуляторов зон. Это изменяет частоту следования импульсов в системе в соответствии с изменением динамических свойств объектов регулирования, что позволяет поддерживать требуемую точность и максимально возможную при этом надежность системы во всем диапазоне скоростей вращения червяка.На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемой системы терморегулирования, а на фиг. 2 - принципиальная схема обратной связи.В материальном цилиндре 1 с помощью электродвигателя 2 и редуктора 3 вращается червяк 4. Цилиндр секционирован на три тепловые зоны, каждая из которых содержит нагревательно-охлаждающие элементы 5, датчик 6 температуры (термопару) и позиционный регулятор 7 (например, регулирующий миливольтметр МР 64 - ОЗИП), охваченный обратной связью 8, На электродвигателе установлен контактный датчик 9 оборотов, первый контакт которого замыкает ся, например, при скорости вращения ротора 500 об/мин, а второй - при 1000 об/мин. При коэффициенте редукции кэто соответствует скоростям вращения червяка соответственно 25 и 50 об/мин,Контакты датчика оборотов включены в цепи питания катушек промежуточных реле 10 и 11 (фиг. 2). Контакты реле 10 и 11, замыкаясь, шснтируют задающие резисторы 12 - 15, устанавливаемые на входах обратных связей регуляторов зон.Обратная связь состоит из двух симметричных половинок (фиг, 2), Одна из них используется при работе системы в режиме нагрева, вторая - в режиме,охлаждения. Каждая половинка состоит из соединения параллельных зарядно-разрядных КС-контуров 12, 13, 16 и 17 (при управлении охлаждением), 14, 15, 18 и 19 (при управлении нагревом) и последовательных КС-контуров 20; 21 (охлаждение), 22, 23 (нагрев). Диоды 24 и 25 служат для однополупериодного выпрямления напряжения220 В, поступающего из цепи управленияохлаждением, а диоды 26 и 27 - для выпрямления напряжения 220 В, поступающего из цепи нагревателей. Встречное включение диодов позволяет подать на вход регулятора.из обратной связи сигналы разнойполярности при работе системы в режимахнагрева и охлаждения. Резисторы 28 и 29предусмотрены для разряда через них конденсаторов 17 и,19 после отключения системсоответственно охлаждения и нагрева.Устройство терморегулирования червячной машины работает следующим образом,Пусть скорость вращения червяка сравнительно невелика, например, 20 об/мин, и ниодин из контактов датчика оборотов незамкнут,При этом периодический заряд-разрядпараллельных КС-контуров обратной связиосуществляется через все три сопротивления на входе 12, 13 и 16 (при охлаждении)и через 14, 15 и 18 (при нагреве). Этообуславливает низкую частоту следованияимпульсов в системе.При большой инерционности объектоврегулирования, которая вызвана малой скоростью вращения червяка, заданная точность терморегулирования обеспечивается.Одновременно низкая частота переключенийобеспечивает высокую надежность системытерморегулирования. Таким образом, система работает в оптимальном по точности инадежности режиме.Далее, пусть экструдер переведен нановый режим работы с большей скоростьювращения червяка, например, 40. об/мин.При этом сработает один из контактовдатчика оборотов и замкнутся контакты промежуточного реле 10, шунтируя сопротивления 12 и 14. Скорость следования импульсов в системе увеличивается в соответствиисо снижением инерционности объектов регулирования, обусловленным увеличениемскорости вращения червяка,За счет более высокой частоты следования импульсов, точность поддержания температуры цилиндра не снижается. Одновременно обеспечивается максимально возможная при данной точности надежность рассматриваемой системы, а, следовательно,оптимальный режим ее работы.Ф При дальнейшем увеличении скорости, например, до 60 об/мин, замыкается второй контакт реле оборотов, и шунтируются йонтактами промежуточного реле 11 добавочные сопротивления 13 и 15 на входах обратных связей.Таким образом, одновременно со снижением инерционности регулируемых объектов система соответственно увеличивает частоту следования импульсов и наоборот, чем обеспечивается требуемая точность тер 1 о морегулирования и максимальная надежность системы при различных скоростях вращения червяка. Ориентировочный годовой экономический эффект от внедрения предлагаемой системы терморегулирования червячной машины составляет 60 тыс. руб.Формула изобретенияУстройство для регулирования темпера туры в зонах червячной машины, содеращее установленные в каждой зоне нагрева- тельно-охлаждающие элементы и датчики температуры, подключенные соответственно к выходам и входам позиционных регуляторов с обратными связями, выполненными в 2виде зарядно-разрядных КС-контуров, отличаюи 1 ееся тем, что., с целью повышения точности и надежности устройства, оно содержит контактный датчик оборотов, связанный с приводом червяка, и задающие зф резисторы, причем контакты датчика оборотов включены параллельно задающим резисторам, установленным в цепях заряда- разряда КС-контуров.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1: Фишер Э. Экструзия пластическихмасс. М., Химия, 1970., с. 122 - 123.2. Электрооборудование и автоматикаэлектротермических установок. Под. ред.А. П. Альтгаузема. М., Энергия, 1978,с. 112 - 113.3. Регуляторы температуры электронныхтипов Ш 4524 - Ш 4527. Техническое описание и инструкция по эксплуатации АЖУ 2.574.001.ТО, УКРНИИНТИ, отраслевойм фонд, 1977 (прототип).Со Техр тавитеед А. Бж 951 мак В венногоетений5, РауУжго 1130Филиал Редактор Л. Ко Заказ 10683/70 ИИПИ Государст по делам изоб5, Москва, Ж - ППП Патент,ь,Л. Птенцовайкас Корректор СПодписноекомитета СССРи открытийшская наб., д. 4/5род, ул. Проектная, 4