Способ регулирования натяжения транспортируемого материала

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК Ы 2063 2 Р 7168 ТЕНИ ЗОБР ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРМ 1432715, кл. Н 02 Р 7/68, 1986.(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАТЯЖЕНИЯ ТРАНСПОРТИРУЕМОГО МАТЕРИАЛА(57) Изобретение относится к регулированию натяжения транспортируемого материала. Сущность изобретения состоит в том,что способ осуществляют путем дополнительной заправки полотна в петлеобразователь с упругим звеном, измерения усилия в Изобретение относится к регулированию натяжения длинномерных материалов (полотен, лент, нитей, волокон и т.п.) при их транспортировании в процессах производства и технологической обработки.Известен способ регулирования натяжения транспортируемого материала.в зоне деформации между тянущими валками путем промежуточной заправки полотна в роликовый компенсатор, изменения скорости тянущих валков в зависимости от перемещения измерительного ролика компенсатора и задания натяжения мате. риала изменением веса ролика, Поскольку уровень натяжения задается при этом весом измерительного ролика, то инерционность компенсатара сохраняется высокой, что приводит к низкой собственной частоте упругомассового звена "ролик-материал" и не позволяет получить высокое быстродейст-. упругом звене, сравнения его с заданным значением и изменения скорости тянущих валков в зависимости от величины рассогласования, жесткость С упругого звена определяют из условия РмаксКгймаксСЕсКг 1, где Ео - модуль упругости материа 2ла, приведенный к его ширине; Кг - геометрический коэффициент заправки;- заправочная длина полотна в зоне; Рмакс, ймкс - предельно допустимые значения соответственно натяжения материала и деформации упругого звена, а заправку материала в петлеобразователь осуществляют так, чтобы ветви полотна были параллельны одна другой. 3 ил,вие и динамическую точность регулирования при включении такого звена в замкнутый контур управления. Требуется иметь большол запас хода компенсатора, что повышает габариты оборудования.Известен также способ регулирования натяжения путем изменения скорости тянущих валков в зависимости от показаний ма. лоходового, малоинерционного датчика натяжения (на базе тензоэлемента. прессдуктора и т.п,); введенного в контакт с материалом, Высокая собственная частота датчика, как элемента контура управления, позволяет обеспечить высокое быстродействие и точность регулирования при настройке на определенный артикул материала и определенную скорость его транспортирования. Однако при изменении упругих свойств полотна и скорости его движении в зоне деформации одинаковым из 1772063менениям скорости тянущих валков будут соответствовать различные приращения натяжения материала, Это нарушает стабильность работы контура натяжения и может привести даже к потере устойчивости и работоспособности всей системы.Попытки модификации способа введением дополнительных операций самонастройки приводят к существенным усложнениям в реализации регулирования натяжения и наладке системы,.чта является особенно неблагоприятным для современного многозонного оборудования,Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ регулирования натяжения транспортируемого материала в зоне деформации между тянущими валками путем дополнительной заправки полотна в петлеобразователь с упругим звеном, получающим деформацию при перемещении измерительного ролика, и изменения скорости тянущих валков в зависимости от величины перемещения, Жесткость упругого звена устанавливают исходя из принятых ограничений хода петлеабразователя.Использование упругого элемента позволяет обеспечить задание натяжения без изменения веса ролика и,тем самым, повысить собствен нуа частоту петлеобразователя и быстродействие регулирования, а также снизить габарить 1 петлеабраэователя.Перемещения измерительного ролика приводят здесь к некоторым изменениям заправочной длины материала в зоне деФормации, чта в определенной степени компенсирует те отклонения натяжения, которые вызывают эти перемещения, т,е. присутствует эффект собственного или внутреннего саморегулирования натяжения, способствующий достижению более высокого быстродействия.Однако при произвольной конструкции и параметрах петлеобразователя (геометрии заправки материала, массы и размеров перемещения измерительного ролика и др,), выбранных без учета особенностей зоны деформации, свойств обрабатываемых материалов, по своим характеристикам и характеру работы в контуре регулирования он может оказаться аналогичным датчику натяжениячто не позволит обеспечить стабильную работу контура регулирования в условиях вариаций упругих свойств материалов и скорости их транспортирования, приведет к снижени 1 о быстродействия и точности регулирования,Цель изобретения состоит в повышении быстродействия и точности регулированияб 10 15 натяжения в условиях изменений упругих свойств и скорости транспортирования материала;Это достигается тем, что в известном способе регулирования натяжения материала путем его подачи в зону деформации и выборки тянущими валками, промежуточной заправки в петлеобразователь с упругим звеном, получающим деформацию при перемещении подвижного измерительного элемента, и изменении скорости тянущих валков в зависимости от величины перемещения максимально снижают инерцию измерительного элемента, а жесткость упругого звена, приведенную к оси перемещения измерительного элемента, устанавливают меньше соответствующейминимальной жесткости неподвижного материала, заправленного в зоне деформации,заправку материала в петлеобразавателе производят так, чтобы происходило максимальное изменение заправочной длины приперемещении измерительного элемента.Максимальное снижение инерции измерительного элемента, возможное при использовании в преобразователе упругого звена, позволяет увеличить собственную частоту преобразователя при меньшей жесткости упругого звена и способствует 30 повышению быстродействия регулирования натяжения, способствует усилению зффекта саморегулирования Выбор жесткости упругого звена, меньшей минимально возможной жесткости заг 1 равляемаго неподвижного материала, приведенной к аси перемещения иэмерительного элемента, гарантирует наличие эффекта внутреннего саморегулирования натяжения за счет изменения заправочнойдлины при перемещении измерительного элемента, что позволяет стабилизироватьдинамические характеристики петлеобразавателя в области существенных частот достичь постоянства приращений скорости45 и перемещения измерительного элементапри одинаковых изменениях скорости тянущих валков) и обеспечить высокие показатели точности и быстродействиярегулирования натяжения,Максимальное изменение заправочнойдлины материала при перемещениях измерительного элемента приводит к дополнительному повышению собственной частоты петлеобразователя и усиливает эффект внутреннега саморегулирования натяжения в зоне.Снижение инерции упругомассовогоэлемента уменьшением массы, радиуса инерции) с целью повышения его собственной частоты является известным техниче 1772063ЕоКг/Ч 1 С ским решением, широко применяемым для улучшения динамических характеристик различных механических узлов, Однако в данном случае ано дополнительно способствует проявлению эффекта внутреннего саморегулирования натяжения и стабилизации динамики при вариациях упругих свойств и скорости движения материала,Другие известные решения с признаками, сходными с отличительными от прототипа признаками изобретения, не обнаружены, На фиг. 1 представлена функциональная схема системы регулирования натяжения транспортируемого материала, реализующей предлагаемый способ; на фиг.2 - структурная схема системы; на фиг. 3 - ассиптотическое ЛАЧХ апериодического звена с переменными параметрами.Система содержит тянущие валки 1, обеспечивающие транспортирование материала 2, дополнительно заправленного в петлеобразователь 3 с подвижным измерительным роликом 4, сочлененным с упругим звеном 5 и преобразователем 6 величины перемещения в напряжение электрического сигнала, Элемент сравнения 7 своим первым входом связан с выходом преобразователя б, а вторым входом - с задатчиком натяжения 8. Тянущие валки 1 сочленены с злектроприводами 9, первые вхоцы которых подключены к выходу задатлика скорости 10, а второй вход одного из них соединен с выхоцом узла сравнения 7.Элементы б - 10 системы являются типовыми и особенностей не имеют.Измерительный ролик максимально облегчен, Геометрия заправки материала выбрана такой, чтобы ветви полотна в петлеобразователе были параллельны, чта увеличивает изменения заправочной длины при перемещениях ролика.На структурной схеме приняты следуогцие обозначения величин; Ч Ч 2 - скорости подачи и выборки материала; гп, ч, и - масса, скорость и перемещение измерительного ролика; Ео- модульупругасти полотна, приведенный к ега ширине;, Е - заправочная длина и натяжение материала в зоне; С - жесткость упругого звена; К,: - коэффициент, характеризующий геометрию заправки материала в петлеобраэователе в данном случае Кг = 2); Я - оператор Лапласа.Ассимптотические ЛАЧХ построены для случая однозначной зависимости коэффициента передачи и постоянной времени апериодического звена от проиэьольного переменного параметра. Система работает следующим образом. 30 35 40 45 50 55 Установка необходимого уровня скорости движения материала обеспечивается путем формирования блоком 10 соответствующего напряжения управления электро- приводами 9, Задание натяжения производится путем формирования эадатчиком 8 соответствующего напряжения, сравнению его элементом 7 с выходным напряжением преобразователя 6, несущим инфармацию о натяжении полотна, и коррекции в зависимости от результата сравнения скорости одного из электроприводов тянущих валков, При изменении натяжения под действием возмущений происходит перемещение измерительного ролика, что вызывает повышение выходного напряжения преобразователя 6 и величины напряжения на выходе элемента 7. Это приводит к соответствующему изменению скорости одного из электроприводов тянущих валков и восстановлению натяжения до заданного блоком 8 уровня.Высокие показатели быстродействия и точности регулирования натяжения в условиях изменений упругих свойств материала и скорости его транспортирования могут быть получены, если динамические характеристики каждого элемента замкнутого контура остаются стабильными, по крайней мере в области наиболее существенных частот,Динамические характеристики элементов 6 - 10 мало зависят от указанных факторов, поэтому достаточно сохранить стабильность характеристик петлеобраэователя с заправленным материалом.В соответствии со структурной схемой на фиг. 2 передаточная функция от скорости тянущих валков к перемещению измерительного элемента петлеобразователя при разомкнутой цепи обратной связи имеет вид21 я, яз 1 В, я 2+ ЕоКг я +я+1 Ч 1 с С Ч 1 С Ч 1Уменьшением массы в можно снизить первое и второе слагаемое знаменателя, т,е. ослабитьдействие вь 1 сокочастотных составляющих в движении измерительного ролика и пренебречь ими.Тогда получим передаточную функцию апериодического звена с зависящими от Ео и Ч 1 параметрамиПри соблюдении условияЕ К(3) коэффициент передачи и постоянная времени звена (2) будет., примерно одинаково зависеть от модуля упругости Ео и скорости Ч 1(4)2Ео Кг, +1При этом, как иллюстрируется ассимптотическими логарифмическими амплитудными частотными характеристиками (ЛАЧХ) на фиг, 3; динамические свойства звена при частотах, выше частоты перегиба ЛАЧХ, не зависят от варьируемых параметров,Условию(З) можно придатьболее ясный физический смысл, если привести его к видуоКг )Ю1 иОтсюда следует., что собственная частота упругомассовой системы "материал-ролик" должна быть выше собственной частоты системы "упругое звено - ралик", т.е. в области существенных частот замкнутого контура регулирования натяжения долкен преобладать эффект внутреннего саморегулирования за счет изменения заправочной длины материалапри перемещениях ролика.Поскольку обе упругости(материал иупругое звена) действуют на одну массу-ро лик, то окончательно условие стабилизбции динамики запишется в виде. К 2С(Еиз которого следует., что жесткость упругого звена петлеобразователя должнабыть ниже эквивалентной жесткости материала., заправленного в зоне деформации,Аналогичные результаты могут быть получены для рычажно-поворотного и других петлеобразователей с упругими звеньями любого типа (механическими, гидравлическими, пневматическими, злактромеханическими),Таким образом, при снижении инерции: измерительного элемента (пнмин), изменении геометрии петлеобразователя и соблюдении условия (6) удается достичь стабильной работы замкнутой системы при отработке широкого спектра возмущений и обеспечить высокое качество регулирования натяжения (быстродействие, точность) в условиях вариации упругих свойств и скорости транспортирования материала. Так, при характерных для оборудованияпо. производству сингетических пленок итканей параметрах 1- 2. м, Ео - 10- 1 ОНвыбирая а -10 кг, К -2, на основе(6) имеемС 104 .22 г 2 20 000 щУстанавливая С 2 ООО Нlм, получимстабилизацию динамических характеристикв области частотЧ С ч 2000 ч 1, К 2 1 О 4, 22 20ей10 т,е. при изменении скорости в пределахЧ - 0,2.,;2 м/с имеем со0,1 рад/с, чтовполне, отвечает требованиям работы высокодинамической системы,Отметим, что даже при максимальнойуставке натяжения в 200 Н перемещенияизмерительного элемента не превысят значенияКг1 макс 2 200и"к С 2000 02 м200 что не приведет к сколь-либо существеннымзавышениям габаритов петпеобразователя,Таким образом, использование предложенного способа обеспечивает стабилизацию динамических характеристик систем25 регулирования натяжения в широком частотном диапазоне и, тем самым, позволяетповысить их точность и .быстродействие вусловиях изменений модуля упругости и30 скорости трайсйортироаания материала.Это способствует снижению обрывностиматериала, улучшению его качества вследствие лучшей отработки возмущений, снижение простоеа оборудования, облегчению.его обслуживания в условиях гибкого авто 35 матйзированного производства при частой смене артикула вырабатываемогоматериала. ФОРмула изобретенияСпособ регулирования натяжениятранспортируемого материала в зоне междутянущими валками путей дополнительнойзаправки полотна в петлеобразователь с упругим звеном, измерения усилия в упругомзвене, сравнения его с заданным значениеми изменения скорости тянущих валков в зависимости от величины рассогласования,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповыщения быстродействия и точности регулирования натяжения в условиях изменения упругих свойств. и скороститранспортируемого материала, жесткостьупругого звена рассчитывают из условияббРмзксКгймакс СЕоК,./1,где С - жесткость упругого звена;Ео - модуль упругости материала, приведенный к его аирае, 1772063 10Кг - геометрический коэффициент заправки;1 - заправочная длина полотна в зоне;Рмзкс - допустимое значение натяжения материала; 5 смаке - допустимое значение деформа. ции упругого звена, а заправку материала в петлеобразователоь осуществляют так, чтобы ветви полотна были параллельны одна другой.1772083 Составитель С. ТарарыкиТехред М,Моргентал рректор Т, Вашков эктор Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 3810 Тираж Подписное ВНИИГ 1 И Государственного комитета по изобретениям и открцтиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4.Й