Регулятор натяжения

ченев ы и связ лирования. та рамы по АК. 4 ил,ре во о ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЗО Д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(57) Изобретение относится к средствам регулирования натяжения длинномерных материалов и позволяет повысить точность регулирования путемкоррекции величины натяжения кабеляв зависимости от угла поворота рамыи нагрузки на ось колес кабелеукладчика, Датчик натяжения кабеля выходом подключен к первому входу блока сравнения и вторым входом связанс выходом задатчика натяжения кабеля, входящего в блок задания постоянных величин. Выходы первого аналогового ключа (АК)., блока задания постоянчых величин, дополнительногоблока управления и датчика радиусанамотки кабельного барабана подключены к соответствующим входам вычислительного блока, выход которого соединен с информационным входом (ИВ)второго АК, управляющий вход (УВ) которого связан с выходом компаратора,а выход -через первый элемент НЕ спервым входом элемента ИЛИ, вторымвходом подключенного к выходу второго элемента НЕ, а выходом связанного с УВ третьего АК, ИВ третьегоАК соединен с выходом блока урав-.нения. Первый выход датчика нагрузки на ось колес связан с УВ четвертого и пятого АК, выходы которыхчерез дополнительный блок сравненияи компаратор связаны с входом второго элемента НЕ. Второй выход датчика нагрузки на ось колес и выход датчика угла поворота рамы связанысоответственно с УВ и ИВ шестогоАК, выход которого через блок памяти соединен с ИВ пятого АК. Первыйвыход датчика нагрузки на ось колескабелеукладчика и выход датчика натяжения кабеля подключены соответственно к УВ и ИВ первого АК. Выходы второго и третьего АК объедис выходом блокаход датчика угла по"лючен к ИВ четверто1284926 Изобретение относится к устройствам для автоматической размотки кабельных барабацоц и может быть ис.пользовано в кабелеукладчиках.Цель изобретения - поньппение точ ности управления путем коррекции величины натяжения кабеля в зависимости от угла поворота рамы и нагрузки на ось колес кабелеукладчика.На фиг, 1 представлен кабелеуклад 10 чик и блок-схема регулятора натяжения, общий нид, на фиг, 2 - вычислительный блок на фиг, 3 - датчик нагрузки на ось колес, на фиг. 4 - синусньй преобразователь вьиислительного блока.Регулятор натяжения содержит датчик 1 у 1 ч 1 а о 1 клоцец 1151 рамы кабслеукладчика, аналоговый кл 1 оч 1 2, блок 320 11 амяти аналоговый ключ 4, блок 5 . сравнения, аналоговый ключ б, компара тор 7, элемент НЕ 8, элемент ИЛИ 9, аналоговьп 1 ключ 10 датчик 11 натяжения, блок 12 сравнения, аналоговый кл 1 оч 13, блок 14 задания постоянных величин, вычислительцьй блок 15, аналоговый ключ 16, элемец 1 НЕ 17, датчик 18 радиуса намотки кабельного барабана, блок 19 регулирования, привод 20 кабельного барабана, датчик 21 нагрузки на ось колес кабелеукладчика, кабельный барабан 22, щуп 23 датчика радиуса намотки кабельного барабана, раму 24 кабелеукладчика, рабочий орган 25 (кабелепрокладочный ож) кабелеукладчика, колесо 26 и кабель 27. Выход датчика 1 угла отклонения рамы через аналоговый ключ 2 подклю чен к входу блока 3 пам 11 ти, выход которого через аналоговый ключ 4 подключен к первому входу блока 5 сравнения, ко второму входу которого через аналоговьй кл 1 оч б 1 одклю ец 1:.1,1- 45 ход датчика 1 угла отклонения рамы кабелеукладчпка.Выход блока 5 сравнения подключен к входу вычислительного блока 15 и к входу компаратора 7, выход кото рого подкл 1 очец к управляющему входу аналогового ключа )6 и через элемент НЕ 8 - к входу элемента ИЛИ 9.К другому входу элемента ИЛИ 9 через аналоговьй ключ 16 и элемент НЕ 55 17 подклю.ен выход вьгшслительного блока 15, а выход элсмента ИЛИ 9 подаключен к упранляощему входу аналогового ключа 10,К входу аналогового ключа 10 под"ключен выход блока 12 сравнения, авыход аналогового ключа 10 подсоединен к входу блока 19, с которым связан также выход аналогового ключа 16,Выход датчика 11 натяжения черезаналоговый ключ 13 подсоединен к нхо 1ду вычислительного блока 15, а такжек входу блока 12 сравнения, к другому входу которого подключен пернь 1 й выход блока 14 задания постоянных величин, являющийся выходом задатчика натяжения кабеля (не показан), другие выходы блока 14 подкл 1 очены к соответствующим входам вычислительного блока 15,К входу нычислительного блока 15подключен выход датчика 18. Выходблока 19 подключен к входу привода20 кабельного барабана. Первый выход датчика 21 нагрузки на ось колесподключен к управляющим входам аналоговых ключей 4,6 и 13, а второйвход датчика 21 - к управляющемувходу аналогового ключа 2.Вычислительный блок 15 содержитинтегратор 28, умножитель 29, усилитель 30, с коэффициентом усилениядва, блок 31 вычитания, блок 32умножения, сумматор 33, четырехкнадратный умцожитель 34, операционныйусилитель 35, умножитель Зб, усилитель 37 с коэффициентом усилениядва, сумматор 38, блок 39 умножеция,четырехкнадратные умножители 40 и 41,операционный усилитель 42, блок 43умножения, сумматор 44, делитель 45на два, усилитель 46 с регулируемымкоэффициентом усиления, операционныйусилитель 47, четырехквадратный умножитель 48, синусньй преобразователь 49, инвертор 50,сумматор 51,задатчик 52 напряжения, блок 53 умножения, блок 54 вычитания, компаратор 55, аналоговый ключ 56, линию57 задержки, сумматор 58. Датчик 21нагрузки на ось колес кабелеукладчика содержит магнитоупругий преобразователь 59, ключевой усилитель60, элемент НЕ 61,Сицусный преобразователь 49 вычислительного блока 15 содержит четырехквадратньй усилитель 62, блок63 умножения, делитель 64 на п 1 есть,ицвертор 65, сумматор 66.Датчик 18 выполнен в виде потенциометра со ступенчатым каркасом,сопротивление которого изменяется взависимости от перемещения ползункапо закону ломаной линии. К ползункуодним концом жестко прикреплен подпружиненный щуп 23, второй конецкоторого лежит на разматываемом слоекабеля,Блок 14 задания постоянных величинвыполнен в виде источников постоянного напряжения с регулируемыми уровнями выходного напряжения, причем Ю1 напряжение на выходе первого источника (задатчика натяжения) пропорционально заданному значению натяжениякабеля, напряжение на выходе второго источника - расстоянию точки прицепа кабелеукладчика к тяговому средству до носка кабелеукладочного ножа, напряжение на выходе третьегоисточника равно: Б 1 п Во, где 6, -угол, образованный рамой кабелеукладчика и линией, соединяющей точку прицепа с носком ножа, напряжение на выходе четвертого источника равно Созво.Блок 19 регулирования с приводом20 кабельного барабана выполнен в виде гидравлического привода с серводвигателем и насосом переменной производительности, изменение которойпроизводится рычагом, перемещающимсяпри помощи электрозолотника с серводвигателем,Регулятор работает следующим образом.,До начала работы в зависимости от марки кабелеукладчика и требуемой глубины заложения кабеля в грунт устанавливается коэффициент усиления усилителя 46 вычислительного блока 15, напряжения на выходах блока 14 зада О ния постоянных величин, пропорциональных соответственно заданному значению натяжения кабеля, 2, ЯЫ 9, Соз 8Когда на кабелеукладчик не дей ствуют возмущающие силы, его колеса катятся по поверхности грунта и нож 25 движется на заданной глубине.Регулирование скорости вращения кабельного барабана 22 производится по натяжению кабеля 27. Напряжение с выхода датчика 11 натяжения, пропорциональное натяжению кабеля 27, поступает на вход блока 12 сравнения, на другой Вход которого с первого 55 выхода блока 14 задания постоянных величин поступает напряжение, пропорциональное заданному значению натяжения кабеля. Если напряжения с выходов блоков 11 и 14 не равны, то на выходе блока 12 сравнения появляется напряжение рассогласования через аналоговый ключ 10 поступак 1 щее на вход блока 19, который изменяет скорость вращения выходного вала привода 20 кабельного барабана 22 и, следовательно, скорость самого барабана таким образом, чтобы достичь равенства выходных напряжений с блока 14 и датчика 11.При этом датчик 1 измеряет угол отклонения рамы 24 кабелеукладчика относительно гравитационной вертикали и напряжение с его вьхода, проГ ,порциональное этому углу, через аналоговый ключ 2 поступает на вход блока 3 памяти, где и запоминается.При определенных условиях под действием возмущающих сил происходит потеря продольной устойчивости кабелеукладчикаВ результате этого глубина хода кабелепрокладочного ножа 25 в грунте уменьшается и происходит отрыв колес поверхности грунта. Рама кабелеукладчика поворачивается относительно линии тяги наугол с,Ось колес 26 разгружается и срабатывает датчик 21 нагрузки на ось колес кабелеукладчика, подавая напряжение на управляющие входы аналоговых ключей 4,6 и 13, На вход аналогового ключа 2 прекращается подача напряжения с выхода датчика 21, нагрузки на ось колес. В результате этого происходит отключение выхода датчика 1 от входа блока 3 памяти и подключение выхода датчика 1 через аналоговый ключ б к входу блока 5 сравнения, к входу которого через аналоговый ключ 4 подключается выход блока 3 памяти, а также подключение выхода датчика 11 натяжения через аналоговый ключ 13 к входу вычислчтельного блока 15.На один вход блока 5 сравнения поступает запомненное напряжение, пропорциональное углу отклонения рамы кабелеукладчика относительно гравитационной вертикали , а на его другой вход подается напряжение,про" порциональное текущему углу (с 3). В результате этого на выходе блока 5 сравнения будет напряжение, пропорциональное углу сб, поступающее на соответствующий вход вычислительного5 7284 блока 15 и на вход компаратора 7.Под действием этого напряжения происходит срабатывание компаратора 7, и напряжение с его выхода поступает на управЛяющий вход аналогового ключа 16 и через элемент НЕ 8 - на вход элемента ИЛИ 9. Этим производится подключение через аналоговый ключ 16 выхода вычислительного блока 15 2 ) й 9 со) (к.Р-ОРЕ,е(в - , )Вве, повн( е)пК) й овесов 29 о-М . МР Р -о 7 Р 6 Ь 5 ь 2 -921 Ь 1.сов .-(Р(Рсов(п 9 +2 м(2 Рсов 9, +2, ),20которое подается на вход блока 5.3умцажеция и на вход четырехквадратного умцожителя 48. Операционный усили.тель 42 с включенным в его цепь об 25 ратной связью четырехквадратным умножителем 4 предназначен для получения напряжения, пропорциональногосТрв , и совместно с блоками 43-46формирует напряжецие, пропорциоцальЗС цое (К+Н) (с 1 дв Ы+с /2)Операционный усилитель 47 с включенным в цепь его обратной связи четырехквадратным умножителем 48 предназначен для получения напряжения,3 пропорционального отношению (Е+Н)+(бм (2 Рсов 9,е 2 У, н совместно с блоками 49-52 формирует напряжение,пропорциональное второму сомножителю40 выражения (2), которое поступает навторой вход блока 53 умножения. Наего выходе будет напряжение, пропорциональное 7)(Б,Если обозначить выражение(с(7 9,н- ) 88 9(+ с/2) 1 Р(Р(2,з 1 п 9 )+1 М,2(2 Рсоз 99+1)через 17, то вычисление в 1 п 77 сицусцым0 преобразователем 49 производится поприближенной формуле13 зп Ц =17 Предполо кабелеп ца аН. На будет напря ЬБ котороН =( Н 1(1 й 8,6 пК - радиус качения колеса кабелеукладчика;Н - номинальная глубина заложения кабеля в грунтЬН - величина выглубления кабелепрокладочного ножа,. С - время конца выглубления.Вычисление Ьб) блоком 15.производится по приближенному выражению,полученному в результате замены вформуле (,1) зп и соз членамиряда разложения этих (1)уцкций по Формуле Тейлора соответственно на Ы, иг1-) и имеющему вид2 72(Р(бее(п 9 о) Евк(2 Рсов 9 а 4 Интегратор 28 предназначен. для по лучения напряжения, пропорционального Р, а четырехквадратцый умножитель 40 - для получения напряжения, пропорционального. Блоки 28-32 формируют напряжение, пропорциональ 9ное Р (Рьв о ) а блоки 28,36- 40 - напряжение, пропорциональное БЪЫ (2 Рсовв +Хъ). Сумматор 33 и операционный усилитель 34 с включенным в цепь его обратной связи четырех- квадратным умножителем 35 предназна:чен для получения "напряжения, процор ционального к входу блока 19 ц через элемент НЕ 17 - к входу элемента ИЛИ 9.Вычислительный блок 15 формирует сигнал, под действием которого с кабельного барабаня сматывается отре. зок ЪЯ кабеля равный суммарному пути, пройденному носком кабелепрокладочцого ножа при его выглублении,Длина 6 Б определяется выражением им, что в момент времениокладочцый нож выглубилсяыходе блока 53 умноженияение, пропорциональноепоступает ца вход блока7 12849654 вычитания и на вход линии 57 д езадержки, На выходе блока 54 будетнапряжение, пропорциональное Ь Бскоторое поступает на вход сумматора К58 и ца вход компаратора 55. При пре жвышении уровнем этого напряжения по- брога срабатывания компаратора 55 цаиего выходе появится напряжение,по- вьступающее на управляющий вход ана- рлогового ключа 56, которое подклю- ччит тем самым выход датчика 18 к вхо- нду сумматора 58,п Датчик 18 предназначен для корректировки скорости вращения барабана 15 22 таким образом, чтобы с него размотался отрезок кабеля длиной ЬБ, независимо от того, какой в данный момент разматывается слой. Это достигается путем ступенчатого изме нения выходного напряжения датчика 16 в зависимости от радиуса раэматываемого слоя кабеля.Сумматор 58 производит сложение напряжений с выходов блока 54 вычи .тания и датчика 18 и под действием суммарного напряжения с его выхода происходит при помощи блока 19 изменение скорости вращения кабельного барабана. 30 Одновременно суммарное напряжение с выхода сумматора 58 поступает на вход элемента НЕ 17, на выхоце которого будет нулевое по уровню напряжение, поступающее на вход элемента ИЛИ 9, на вход которого с выхода элемента НЕ 8 поступает также нулевое по уровню напряжение. В результате этого с выхода элемента ИЛИ 9 на40 управляющий вход аналогового ключа 10 не поступает напряжение, и он возвращается в исходное состояние, отключая тем самым выход блока 1 сравнения от входа блока 19,В момент времени 1 ) т на выходе45 блока 53 будет напряжение, пропорциональное ЬБ =ЬБ, + Ь Б котороегпоступает ца вход блока 54, на другой вход которого с выхода блока 57 поступит задержанное напряжение, про.50 порциональное Ь Б, . На выходе блока 54 будет напряжение, пропорциональное ДБ - ЬБд=ЬБ, +ЬБ, -ЬБ, ЬБсуммирующееся в блоке 58 с напряжением5 Г с выхода датчика 18 и поступающее на вход блока 19, под действием которого происходит изменение скорости вращения кабельного барабана 22 и т. 8до тех ттор, ттока це закоцчптся вылублецие кабеттепрокттадочтдого ножа тдкабельного барабана це размотается усок кабеля длиной Ь Б. Тогда напряение ца выходе линии 57 задержки улет равно или больше напряжения а выходе блока 53 умножения, и ца тходе блока 54 вычитания (благодая, например, соответствующему вклюению диода ца его выходе), будет улевое по уровню напряжение, которое оступает на входы компаратора 55 и сумматора 58,В результате этого компаратор 55 возвращается в исходное состояние и с его выхода на управляющий вход аналогового ключа 56 не будет поступать напряжение. Он вернется в исходное состояние, отключая тем самым выход датчика 8 от входа сумматора 58. Следовательно, на его входы буДут поступать нулевые по уров 1 дю напряжения и на его выходе также будет нулевое по уровню напряжение, кототорое, одновременно поступает на вход блока 19 и через аналоговый ключ 16 - на вход элемента НЕ 17, на выходе которого будет высокое по уровню напряжение, поступающее на вход элемента ИЛИ 9, на выходе которого также будет высокое по уровню напряжение, поступающее на уцравляющий вход аналогового ключа 1 О, который срабатывает, подключая тем самым выход блока 12 сравнения к входу блока 19. В дальнейшем регулирование происходит по натяжению кабеля.Далее кабелепрокладочньттд нож заглубляется колеса касаются поверхности грунта й нож движется на заданной глубине. Ось колес 26 нагружается, и срабатывает датчик 21 нагрузки на ось колеса, в результате чего происходит прекращение подачи напряжения с его первого выхода на управляющие . входы 4, 6 и 13 аналоговых ключей, тем самым отключаются выход датчика 1 угла отклонения от входа блока 5 сравнения, выход блока 3 памяти от входа блока 5 сравнения, выход датчика 11 натяжения. от входа вычислительного блока 15. На управляющий ,вход аналогового ключа 2 с второго выхода датчика 21 нагрузки на ось ко лес подается напряжение, подключая тем самым выход датчика 1 угла отклонения к входу блока 3 памяти.Регт впровацие скорости вращения кабельного барабана 22 осуЦествляется по натяжению кабеля 27, как описано в случае, когда ца кабелеукладчик це действуют возмущающие силы, 5 т.е. нет выглублеция кабелепрокладочцого ножа.Формула изобретенияРегулятор натяжения препмущестценно црц ат 1 то;а 1 пч:ской ря 1 ьОтке кабельных бараоанов, устацовлИных ц кабеТеуктвтт 11. е, содержащ 1 датчик;,:Ь,1 ЯЕ.Т 1, ВЫХОПОМ ПОДКЛЮЧЕН- ш.;й к т.,:;у входу блока сравнения, 11 т ОрымОдт 1 овязаццо 1 О с вьеходом . ат 1 ИКа 1 аттжЕШ КабС.Ля, ВХОдящЕ- . ,: б,., в;,3,т, сстояць 1 х Ве 11 ичиц датчик радиуса намотки кабельного бл 1 бат.:, в 1;1 чис.ттеТельны." бл 01( и по - с.лсдовательцо соединенные блок регу: о.:а и т привод кабетнного бара-С 11,1, рт 1 Ч а Ю щ И Й С Я тЕМЛ.т:т, С ЦЕЛЬЮ ПОВ 1 ШЗЦИТ 1 тОЧНОСтИ РЕСУлнРот 1:тг ем коРРекЦии везичины натяжения кабеля в завис.имости от уг. П с Л С Т 1 О"р т 1 М Ы и Н а Г 13 К И ц а 0 С Ь колес абелеукладчцка, он снабжен уо ттаттптка 1 ти угла поворот раме и навру.:1 т т Ось колос кабелеукладчпка, элемец тамп Нь и ИН, блоком памяти, дополтттт: Опт.цым блоком памяти, допол Ет 1 т 1 ЬМ бЛОКОМ С.ратиццц, КСМПара Тот И ЭЦЯТОГОВЬТЬИ 1 СЛЮ 1 сМит ПРИ ЭЧ ОМ 1 ЬцОдь первого аналогового ключа, " .Кт . т 1:ГНТЯ ПОСтаВЛЕННЬТХ ВЕЛт 11 Ц, допол 11 ительцого бло 1;а сравнения и татчика радиуга намотки кабельного барабана подс 1 от 1 ец к соот етствую-.щцм входам вьчислительного блока,выход которого соепицец с информационным входом второго аналогового ключа, управляющим входом связаццого свыходом компаратора, а выходом - через первый элемент НЕ - с первым входом элемента ИЛИ, вторым входом подключенного к выходу второго элементаНЕ, а выходом связанного с управляющим выходом третьего аналоговогоключа, информационный вход которогосоединен с выходом блока управления,первый выход датчика нагрузки ца оськолес кабелеукладчика связан с. управляющими входами четвертого и пятогоаналоговых ключей, выходы которых через дополнительный блок сравненияи компаратор связаны с входом второгоэлемента НЕ, второй выход датчиканагрузки на ось колес кабелеукпадчика и выход цатчика угла поворотарамы кабелеукладчика связаны соответственно с управляющим и с информациоццьп входами 1 естого ана;1 огово.го ключа, выход которого через блокпамяти соединен с информационным входом пятого ацалогового ключа, причемпервый выход датчика нагрузки на оськолес кабелеукладчика и выход датчика натяжения кабеля подключецы соответственно к управляющему и к информационному входам первого аналогового ключа, выходы второго и третьегоаналоговых ключей объединены и связаны с входом блока регулирования, а выход датчика угла поворота рамы кабелеукладчика подключен к информационному входучетвертого аналоговогоключа, 128492 б