Устройство для регулирования натяжения длинномерного материала

(56) Авторское свидетельМ 1283206, кл, В 65 Н 77 ческий инст во СССРО, 1985.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯНАТЯЖЕНИЯ ДЛИННОРИАЛА(57) Изобретение относитгулирования натяжения мбыть использовано на рнах. Целью изобретения ЕГУЛИРОВАНИЯЕРНОГО МАТЕ я к средствам реатериала и может змоточных машивляется повышеповышение точноет учета текущего ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ Изобретение относится к средствам регулирования натяжения материала и может быть использовано на размоточных машинах,Цель изобретения -сти регулирования за счдиаметра рулона.На фиг. 1 дана принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - структурная схема контура регулирования.Устройство содержит рулонную установку 1 с рулоном 2, намотанным на держатель (не показан), лентопроводящий валик 3, рычажный датчик натяжения материала, выполненный в виде амортизационного валика 4, закрепленного на двух рычагах подвески 5, нагружатель 6 амортизационного валика в виде двух пневмоприводов одностороннего действия, штоки которых шарнирно соединены с рычагами подвески 5, размоточный 7 и приводной 8 редукторы, электродвигатель 9, приводящий через ре; ние точности регулирования за счет учета текущего диаметра рулона, Характерной особенностью устройства я вл яется суммирование, в рычажном сумматоре суммируют показания датчиков диаметра раэматываемого рулона и натяжения материала с последующим регулированием скорости гидродвигателя разматываемого рулона. Для этого гидродвигатель снабжен регулирующей шайбой, связанной с гидрораспределителем, управляющий ток которого механически соединен через гидродемпфер с рычажным сумматором, а регулирующая шайба имеет обратную связь с штоком гидрорасп ределителя. 1 з.п,ф-л ы, 2 ил,дуктор 8 тянущие цилиндры 10, гидростатическую передачу 11, включающую гидронасос 12, соединенный через приводной редуктор 8 с электродвигателем 9 и тянущими цилиндрами 10, в корпусе которого смонтированы предохранительные клапаны 13, гидродвигатель 14, соединенный через размоточный редуктор 7 с осью рулона 2, в корпусе которого установлены регулирующая шайба 15, подпиточные клапаны 16, подпиточные клапаны 16, подпиточный насос 17 с переливным клапаном 18, ротор которого кинематически соединен с ротором гидродвигателя, а выход насоса - с подпиточными клапанами, датчик диаметра рулона, состоящий из рычага с роликом 19, прижимного пневмопривода 20 и тяги 21, измеритель, содержащий одноплечий рычаг, закрепленный на оси качания амортизационного валика 4 и выполненный в виде кулисы 22, тягу 23, шарнирно соединенную с кулисой 22, корректор коэффициента уси 1646974ления, состоящий из двуплечего рычага 24,свободно установленного на оси качаниярычагов подвески 5 амортизационного валика 4 и шарнирно соединенного посредством двух звеньев 25 и 26 с тягами 21 и 23,рычажный сумматор, состоящий из суммирующего рычага 27, верхнее плечо которогошарнирно соединено с тягой 21 и звеном 25,а нижнее т с тягой 23, гидродемпфер 28высокочастотных колебаний измерительного рычага с роликом 19 и амортизационноговалика 4, состоящий из неподвижного гидроцилиндра 29, полости которого через регулируемый дроссель 30 сообщены междусобой, и двухштокового поршня 31, на одном штоке которого закреплена направляющая рамка 32 с пружинами 33 и 34 иползуном 35, на котором шарнирно закреплен суммирующий рычаг 27, неподвижнаягильза 36 и плунжер 37.Гидропривод регулирующей шайбы 15гидродвигателя 14 состоит из двух поршневых приводов 38 и 39 одностороннего действия, штоки которых через поводки 40шарнирно соединены с шайбой 15 и системой рычагов 41 - 44. Шток гидрораспределителя соединен с подпиточным насосом 17, авыход - с поршневыми приводами 38 и 39,Кроме того, указанный шток через системурычагов 41 - 44 связан С вторым штоком гидродемпфера 28 и шайбой 15. Элементы 3644 установлены в корпусе регулируемогогидродвигателя 14,Устройство работает следующим образом.При включении электродвигателя 9 тянущие цилиндры 10 подают разматываемый материал со скоростью Чц, сообщаярулону 2 частоту вращения вр = Чр/й,где Чр= Чц -Ж, Чр - окружная скоростьрулона; Е - скорость перемещения осивращения амортизационного валика 4;А=Сна+С 03 р,акр- угль 1 между ветвями разматываемого материала, охватывающими амортизационный валик, и осью Е,вдоль которой ок перемещается; В - радиусрулона.Разматывание рулона осуществляетсяпод воздействием движущего моментаМ=Р В, где Е - натяжение материала, определяемое уравнением Г = (К+аУ) И,памасса амортизационного валика, приведенная к оси Л; Е - ускорение перемещениявалика; й - сила, создаваемая двумя нагру. жателями 6, приведенная к оси Е и зависящая от давления воздуха в цилиндренагружателя, Гидродвигатель 14, приводимый во вращение рулоном 2 через размоточный редуктор 7, работая в насосном10 15 30 35 40 37 гидрораспределителя, смещая его вправо. Рабочая жидкость, подаваемая подпиточным насосом 17 к гильзе 36 гидро распределителя, через ее окна поступает вцилиндр привода 38, а из цилиндра привода 20 25 50 55 режиме, подает рабочую жидкость к гидронасосу 12, который, работая в двигательном режиме, рекуперирует энергию, затраченную на привод рулона, через приводной редуктор 8 электродвигателю 9. В переходных режимах работы устройства (разгоне или торможении) на оси рудона возникает инерционный момент Мц = е, где-момент инерции рулона и всех элеменТов устройства, кинематически связанных с ним; е - угловое ускорение рулона. При быстром разгоне рулона с начальной массой инерционный момент может быть значительным и требуемый режим разгона можно обеспечить только путем приложения к оси рулона наряду с постоянно действующим движущим моментом М= Р В дополнительного движущего момента. В предлагаемом устройстве это становится возможным благодаря обратимости гидро- насоса 12 и гидродвигателя 14.В процессе разматывания рулона вследствие уменьшения его радиуса окружная скорость Чр также уменьшается, что при неизменной скорости подачи материала Чц тянущими цилиндрами 10 приводит к выработке материала, запасенного в петле амортизационного валика 4, и отклонению его вправо для обеспечения постоянного ис; ходкого положения валика при любом радиусе рулона, т.е, для достижения инвариантности его координаты 2 по отношению к возмущающему воздействию Я, Рычаг с роликом 19, прижимаемый посредством пневмопривода 20 к поверхности рулона 2, постоянно контролирует его радиус и информацию о его величине через тягу 21, суммирующий рычаг 27, поворачивающийся вокруг шарнира 01 против часовой стрелки, ползун 35, пружину 33 и шток гидродемпфера передает через рычаги 41-43 на плунжер 39 идет на слив, в результате чего регулирующая шайба 15 поворачивается в сторону ее нейтрального положения (на фиг.1 по часовой стрелке). Уменьшение текущей величины рабочего объема гидродвигателя 14 вызывает увеличение частоты вращения ро. тора, так как гидростатическая передача 11 в данной схеме работает в режиме постоянного расхода 0 = Я,йЬ=Ядад,где Яц, Ин - характерные объемы гидронасоса 12 и гидродвигателя 14; ай)д - частоты вращения их роторов, Увеличение частоты вращения гидродвигателя 14 вызывает уве 1646974личение окружной скорости Чр рулона 2, благодаря чему равенство скоростей Чр и Чц восстанавливается, а валик 4 возвращается в исходное положение. Одновременно при повороте шайбы 15 ее движение через рычаг 44 сообщается рычагу 43, который, поворачиваясь против часовой стрелки относительно шарнира 02 перемещает плунжер 37 гидрораспределителя влево, т.е, в направлении, обратном первоначальному, возвращая его в нейтральное положение. Вследствие этого поворот шайбы 15 прекращается. Таким образом, любому текущему значению радиуса рулона 2 соответствует определенное положение шайбы 15 и, следовательно, частота вращения рулона 2. Погрешность отработки возмущающего воздействия В, а также другие возмущения. действующие на устройство(динамический момент на оси рулона, изм 5 10 нение давления воздуха в нагружателе 6 и др.), отрабатываются каналом регулирования по отклонению регулируемой величины - коьрдинаты амортизационного валика Е, Измерительным элементом в этом канале регу лирования является амортизационный валик 4 с рычагами подвески 5. При неравенстве скоростей Чр и Чц, вызванном данными возмущающими воздействиями, рычаг подвески 5 и его нижнее плечо - кули са 22 отклоняются и через тягу 23 поворачивают относительно оси Оз суммирующий рычаг 27 в направлении часовой стрелки, если Чр Чц, и наоборот. Перемещение ползуна 35 через пружичы 33 и 34 сообщается 35 поршню 31 гидродемпфера, который через систему рычагов 41, 42 и 43 перемещает плунжер 37 гидрораспределителя, управляющего гидроприводом шайбы 15.Из-за неправильности формы рулона 40 (например, эллипсности) или эксцентриситета его оси вращения измерительный рычаг с роликом 19 наряду с медленным поворотом при отслеживании изменяющегося радиуса рулона совершает высокоча стотные колебания с малой амплитудой. Такие же колебания совершает и амортизационный валик 4 с рычагами подвески 5, Сообщение этих колебаний плунжеру 37 нежелательно, поскольку вызывает колебания 50 шайбы 15, следствием которых могут быть значительные колебания давления жидкости в гидростатической передаче, Для устранения этих колебаний в устройстве предусмотрен гидродемпфер 28, динамиче ские свойства которого соответствуют апериодическому звену 1-го порядка. Его уравнение Одх=Со-х),где Ю- перемещение ползуна 35;Х - перемещение поршня с рамкой; С - жесткость пружин 33 и 34;Од - коэффициент линейного сопротивления дросселя 30.Передаточная функция имеет видхЮ 1ф= =трлгде Тдд/Са частотная характеристика определится формулой гЧфо,) = ра,)1 Р,=в - л 1 (5) ЧЧ Р=Р В - Н(З)марв п 1 а 527 =Ю - К, АЯЛ = Чц Чр, ЧЧ К,К-К, ) рЮ д(з) =т( Н(3) = И(;/ЧЧ н,К : ь = Ч/2 ЕЧЧ 1 г = ЧЧд/ЧЧнЧр -- сОрй, = СОЮ + СКтг Кп=1 р+ьр =йЬ/Мрц = Ицйц,ф ц =о/ц 1/Ко.с ЧЧ где Р = 1/Л т и 8, О = - агся тдшв,йЪ - частота внешнего периодического воздействия. Если это воздействие обусловлено эксцентриситетом оси вращения рулона, тогда его частота совпадает с частотой вращения рулона. С увеличением частоты вращения рулона эффективность гидродемпфера как фильтра высокочастотных колебаний возрастает.Корректор коэффициента. усиления предназначен для уменьшения коэффициента усиления в процессе разматывания рулона пропорционально его радиусу, Это необходимо для обеспечения устойчивости системы регулирования во всем интервале изменения радиуса и массы рулона. При разматывании рулона измерительный рычаг с роликом 19 посредством тяги 21 и звена 25 постепенно поворачивает двуплечий рычаг 24 вокруг оси 04 против часовой стрелки, что вызывает поворот тяги 23 вокруг оси 01 под воздействием звена 26 в том же направлении, в результате чего уменьшается плечо и кулисы 22, а следовательно, и коэффициент усиления рассматриваемого канала,Динамические свойства устройства, представляющего собой комбинированную автоматическую систему, в соответствии со схемой на фиг. 2 описываются системой уравнений,Тд =О /С,1К Ко,с.Кй = Ко.с,/Йн, К 2 =ф Ко,с,/Йн 2 максПриняты обозначения:,л(з),Н 8) - операторы потерь и нагрузки;Тп,Тн - постоянные времени операторов, с;г;о- коэффициенты статической и динамической податливостей гидропривода; 10К 2- приведенный коэффициент утечеки перетечек;Ку, Кп, Ккл - коэффициенты утечек, пере-течек и расхода подпитки;Ч - объем полостей гидростатическойпередачи, м;Ян, Яв - характерные объемы гидропривода 14 и гидронасоса 12, м /рад;вн,в- частоты вращений роторов,рад/с;20ар,ац- частоты вращений рулона и тянущих цилиндров, рад/с;- гидравлическое передаточное отношение;р, ц - передаточные отношения междуосью рулона 2 и ротором гидропривода 14 имежду тянущими цилиндрами 10 и роторомгидронасоса 12;Чр,Чц - окружные скорости рулона 2 итянущих цилиндров 10, м/с:Йн,йц - начальный радиус рулона 2 ирадиус тянущего цилиндра 10, м;й - текущий радиус рулона 2, м;аф - углы наклона ветвей раэматываемой ленты, охватывающей амортизационные валик 4, к линии его перемещения, рад;ва - масса амортизационного валика4, кгр - момент инерции рулОна 2, кг м; 40г,а-МОМЕНТ ИНЕРЦИИ РОтОРа ГИДРОПРИВОда 14 и лентоприводящих валиков 3, приведенный к оси рулона 2, кг м;8- коэффициент линейного сопротивления вращения ротора Гидроприво 45да 14,Нмс;- безразмерный параметр управления гидродвигателя 14;Г - натяжение разматываемого материала, Н;50Й - усилие нагружателя б, приведенноек оси движения амортизационного валика 4, Н;Р - давление в гидросистеме, Па;М - возмущающий момент на оси рулона 2,НМ;2- перемещение амортизационного валика 4, м;Б- модуль объемной упругости рабочейжидкости, Па; 9/(3) - передаточная функция гидродемпфера 28 и гидропривода шайбы 15 с штоком;Тгп,тд - постоянные времени гидропривода шайбы 15 и гидродемпфера 28, с;Ко.с. - коэффициент обратной связи гидропривода шайбы 15, м;Ко - коэффициент передачи гидропривода шайбы 15, м;2 макс - максимальное перемещение амортизационного валика 4, м;Кв, й - коэффициенты передач измерительных элементов;ф- коэффициент относительной эффек-. тивности канала регулирования по отклонению.Условие инвариантности, т.е. независимости параметра 2 от радиуса рулона В и. устойчивости контура регулирования по отклонениюг- -огйн " 2Зто равенство справедливо, если параметр т. формируется по закону г= - , ай Йн передаточной отношение ц выбрано из условияЯ ЦйцгйнУсловия устойчивости контура регулирования по отклонению определяют границей устойчивости ф = 1(Й)р Згаз - 31 а 4з маг,а,аа Йнгде а,=р,в - т,ЕмаксАа 1 =ег+2аг = т(вг+ гр) + г( + - п 1.) + ЕЧ,2газ = Тд( + - гпа) + Тд ф + -пса)1 + ВК2а 4 =тдЧ + аа)2Благодаря коррекции коэффициентаусиления по отклонению значение коэффицеита ф практически не зависит от измене-ния радиуса и массы рулона,Присоединение гидродвигателя к рулону, а насоса к приводу тянущих цилиндров позволяет обеспечить оптимальный режим работы гидростатической передачи, отличающийся постоянством расхода и давления рабочей жидкости на всем диапазоне изменения радиуса рулона и стабильностью ее механических характеристик - передавае 1646914 10мой мощности и КПД. Кроме того, такая схема присоединения позволяет увеличить коэффициент относительно эффективности канала регулирования по отклонению Ч,Формула изобретения 5 1. Устройство для регулирования натяжения длинномерного материала, содержащее регулирующую шайбу с гидроприводом, размещенные по ходу движения материала разматываемый рулон, держатель которого 10 через редуктор связан с гйдродвигателем, рычажный датчик натяжения материала с амортизационным валиком, кинематически связанный с нагружающим механизмом и регулятором натяжения материала, и тяну щие цилиндры, соединенные через редуктор с приводом и гидронасосом, последовательно связанным через гидро- линии с гидродвигателем, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности 20 регулирования за счет учета текущего диаметра разматываемого рулона, оно снабжено гидрораспределителем, рычажным датчиком диаметра рулона с нагружающим25 механизмом, регулирующая шайба установлена на гидродвигателе, а регулятор натяжения материала выполнен в виде последовательно соединенных рычажного сумматора и гидродемпфера, поршень которого кинематически связан с управляющим штоком гидрораспределителя, причем рычажный датчик диаметра рулона жестко соединен с первым входом рычажного сумматора, второй вход которого кинематически связан с рычагом датчика натяжения материала, а регулирующая шайба имеет кинематическую обратную связь с управляющим штоком. гидрораспределителя, прямой и инверсный выходы которого соединены с соответствующими входами гидропривода регулирующей шайбы. 2, Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что оно имеет подпиточный насос, ротор которого кинематически связан с ротором гидродвигателя, а его выход через гидролинию соединен с входом гидрораспределителя.1646974 Составитель Б.БыховскийРедактор М.Стрельникова Техред М.Моргентал Корректор В.Гирня КНТ ССС роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгоро гарина, 101 аказ 1644 ВНИИП Тираж 353 Подписноеосударственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5