一種大型冷軋管機(jī)的送進(jìn)同步機(jī)構(gòu)及其同步方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及冶金設(shè)備領(lǐng)域，針對(duì)大型兩輥、多輥冷軋管機(jī)，是一種冷軋管機(jī)的送進(jìn)同步機(jī)構(gòu)及其同步方法。它至少包括伺服電機(jī)、渦輪渦桿、絲杠、送料小車和編碼器，其特征是：伺服電機(jī)為傳動(dòng)箱內(nèi)的兩套渦輪渦桿機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，渦桿通過渦輪連接兩根絲杠，兩根絲杠共同驅(qū)動(dòng)送料小車運(yùn)動(dòng)，編碼器反饋兩根絲杠的實(shí)際位置，CPU通過實(shí)際數(shù)據(jù)控制兩根絲杠同步運(yùn)動(dòng)。這種送進(jìn)同步機(jī)構(gòu)適用于大型兩輥、三輥冷軋管機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)送進(jìn)系統(tǒng)同步、平穩(wěn)、可靠的要求，縮短了維護(hù)時(shí)間，保證產(chǎn)品質(zhì)量。
【專利說明】
一種大型冷軋管機(jī)的送進(jìn)同步機(jī)構(gòu)及其同步方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及冷乳管機(jī)，具體介紹一種大型冷乳管機(jī)的送進(jìn)同步機(jī)構(gòu)及同步方法，該機(jī)構(gòu)可以大大降低送進(jìn)系統(tǒng)的故障率，提高產(chǎn)品精度。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，由于國(guó)內(nèi)外核電燃料輸送、石油鉆探、軸承制造業(yè)、油氣傳輸、航天航空和軍事工業(yè)等領(lǐng)域需要大量的大口徑冷乳無縫鋼管，由此市場(chǎng)對(duì)大型冷乳管機(jī)的需求量也逐年增加。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年冷乳管機(jī)的需求量約600多臺(tái)，但很多大規(guī)格冷乳管機(jī)送進(jìn)機(jī)構(gòu)沿用老式的機(jī)械同步機(jī)構(gòu)，送進(jìn)箱體積龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，維修難度極大;另一部分冷乳管機(jī)采用普通電機(jī)配合機(jī)械系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)送進(jìn)機(jī)構(gòu)同步，但送進(jìn)精度低，故障率高，影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，對(duì)于大型冷乳管機(jī)來說，一種能保證送進(jìn)機(jī)構(gòu)穩(wěn)定、高精度、故障率低的系統(tǒng)就非常重要了。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種大型冷乳管機(jī)的送進(jìn)同步機(jī)構(gòu)，要求具有精密的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，配合完善的電氣控制和檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)送進(jìn)機(jī)構(gòu)同步，降低故障率，減少維護(hù)成本，提尚設(shè)備精度。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了如下技術(shù)方案:
[0005]—種大型冷乳管機(jī)的送進(jìn)同步機(jī)構(gòu)，包括主機(jī)架傳動(dòng)部分及送進(jìn)同步部分:
[0006]送進(jìn)同步部分由兩組對(duì)稱的機(jī)械結(jié)構(gòu)組成:兩套渦輪蝸桿、傳動(dòng)軸、送進(jìn)箱、兩根高精度絲杠、送料小車、送料床身、兩個(gè)編碼器和CPU中央處理器，兩臺(tái)伺服電機(jī)輸出軸和兩套渦輪蝸桿通過聯(lián)軸器連接，蝸桿連接渦輪傳動(dòng)，渦輪帶動(dòng)傳動(dòng)軸通過聯(lián)軸器和絲杠連接，兩根絲杠通過螺母帶動(dòng)送料小車沿絲杠軸線方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，每根絲杠的末端均安裝編碼器，編碼器將實(shí)時(shí)采集的絲杠絕對(duì)位置數(shù)據(jù)反饋至CPU中央處理器，CPU中央處理器進(jìn)行運(yùn)算，通過實(shí)時(shí)計(jì)算控制伺服電機(jī)帶動(dòng)兩根絲杠沿軸線方向同步運(yùn)動(dòng)，同步帶動(dòng)送料小車運(yùn)行；
[0007]主機(jī)架傳動(dòng)部分上設(shè)有編碼器，編碼器連接送進(jìn)同步部分CPU中央處理器。
[0008]進(jìn)一步的，還包括HMI人機(jī)界面，CPU中央處理器結(jié)合HMI人機(jī)界面上設(shè)定的誤差范圍值進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而控制伺服電機(jī)。
[0009]進(jìn)一步的，所述CPU中央處理器利用PID調(diào)節(jié)器控制從軸伺服電機(jī)輸出。
[0010]進(jìn)一步的，所述主機(jī)架傳動(dòng)部分包括主電機(jī)、減速箱和曲軸箱:主電機(jī)通過傳動(dòng)軸連接了減速箱中的第一齒輪，第一齒輪通過傳動(dòng)軸連接第二齒輪，第二齒輪帶動(dòng)輸出軸，輸出軸的一端連接編碼器，輸出軸的另一端連接曲軸箱內(nèi)的曲軸，曲軸的一端連接連桿，連桿連接主機(jī)機(jī)架往復(fù)運(yùn)動(dòng)，曲軸旋轉(zhuǎn)一周，主機(jī)機(jī)架往復(fù)擺動(dòng)一次，編碼器將主機(jī)架的實(shí)際轉(zhuǎn)速和位置反饋給CPU中央處理器，曲軸的另一端通過大齒輪連接平衡塊，平衡塊平衡曲軸產(chǎn)生的重力。
[0011]本發(fā)明還公開了一種大型冷乳管機(jī)的送進(jìn)同步機(jī)構(gòu)同步方法，所述CPU根據(jù)主機(jī)架編碼器反饋回的主機(jī)架實(shí)際位置發(fā)出運(yùn)動(dòng)指令給主軸伺服電機(jī)，主軸伺服電機(jī)在主機(jī)架運(yùn)行到非乳制區(qū)時(shí)帶動(dòng)絲杠運(yùn)動(dòng)，送進(jìn)量通過HMI上的設(shè)定窗口設(shè)定，主軸絲杠編碼器采集每次絲杠送進(jìn)量的實(shí)際值反饋至CPU，CPU使用位置同步控制理論，將主軸絲杠編碼器的實(shí)際值作為從軸伺服電機(jī)的給定命令值，通過位置控制環(huán)中的PID調(diào)節(jié)器控制從軸伺服電機(jī)的位置輸出，并根據(jù)從軸絲杠編碼器的反饋值來比較兩根絲杠的位置偏差，將位置偏差值補(bǔ)償?shù)絇ID調(diào)節(jié)器中，保證兩根絲杠的同步性。
[0012]進(jìn)一步的，所述CPU中央控制器控制伺服電機(jī)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，CPU通過主從控制方式，將一根絲杠視為主軸，連接主軸的伺服電機(jī)跟蹤C(jī)PU設(shè)定的電子凸輪曲線運(yùn)動(dòng)，在主機(jī)運(yùn)行到非乳制區(qū)域時(shí)按照設(shè)定的送進(jìn)量送進(jìn)，將另一根絲杠視為從軸，連接從軸的伺服電機(jī)跟蹤主軸運(yùn)動(dòng)，通過主軸和從軸編碼器反饋的絲杠實(shí)際位置，CPU實(shí)時(shí)運(yùn)算并控制從軸伺服電機(jī)輸出，保證從軸和主軸嚴(yán)格位置同步。
[0013]進(jìn)一步的，所述編碼器將絲杠旋轉(zhuǎn)的角度轉(zhuǎn)化為軸線位移值，其計(jì)算公式如下:
[0014]S = QZP/360
[0015]式中，S是直線位移值，Q是編碼器測(cè)量出的絲杠旋轉(zhuǎn)角度值，Z是絲杠的頭數(shù)，P是絲杠的螺距。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明公開的一種大型冷乳管機(jī)的送進(jìn)同步機(jī)構(gòu)及其同步方法，具有以下有益效果:
[0017]簡(jiǎn)化了機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，縮小了送進(jìn)箱的體積，通過絲杠位置檢測(cè)系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了送進(jìn)系統(tǒng)的精確同步。該送進(jìn)同步系統(tǒng)投入使用后，大大降低了設(shè)備的故障率，提尚了廣品精度。
【附圖說明】
[0018]圖1是大型冷乳管機(jī)主機(jī)架傳動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是送進(jìn)同步機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3是送進(jìn)同步機(jī)構(gòu)電氣控制流程圖。
[0021]其中:
[0022]1.主電機(jī)，2.傳動(dòng)軸，3.第一齒輪，4.減速箱，5.傳動(dòng)軸，6.第二齒輪，7.輸出軸，8.編碼器，9.曲軸，10.曲軸箱，11.連桿，12.大齒輪，13.平衡塊，14.主軸伺服電機(jī)，15.蝸桿，16.渦輪，17.送進(jìn)箱，18.傳動(dòng)軸，19.絲杠，20.送料床身，21.送料小車，22.編碼器，23.編碼器，24.從軸伺服電機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合實(shí)施例并參照附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0024]請(qǐng)參見圖1。
[0025]—種大型冷乳管機(jī)的送進(jìn)同步機(jī)構(gòu)，包括主機(jī)架傳動(dòng)部分及送進(jìn)同步部分:
[0026]送進(jìn)同步部分由兩組對(duì)稱的機(jī)械結(jié)構(gòu)組成:兩套渦輪蝸桿、傳動(dòng)軸5、送進(jìn)箱17、兩根高精度絲杠19、送料小車20、兩個(gè)編碼器22、23和CPU中央處理，兩臺(tái)伺服電機(jī)輸出軸和兩套渦輪蝸桿通過聯(lián)軸器連接，蝸桿15連接渦輪16傳動(dòng)，渦輪16帶動(dòng)傳動(dòng)軸18通過聯(lián)軸器和絲杠19連接，兩根絲杠19通過螺母帶動(dòng)送料小車21沿絲杠軸線方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，每根絲杠19的末端均安裝編碼器22、23，編碼器將實(shí)時(shí)采集的絲杠絕對(duì)位置數(shù)據(jù)反饋至CPU中央處理器，CPU中央處理器進(jìn)行運(yùn)算，通過實(shí)時(shí)計(jì)算控制伺服電機(jī)帶動(dòng)兩根絲杠沿軸線方向同步運(yùn)動(dòng)，同步帶動(dòng)送料小車21運(yùn)行;無論絲杠處于連續(xù)或間歇工作制時(shí)，兩根絲杠嚴(yán)格保持同步運(yùn)行，共同帶動(dòng)送料小車21運(yùn)行，這樣送料小車21就不會(huì)在兩根絲杠間產(chǎn)生扭曲、卡阻現(xiàn)象，保證了送進(jìn)系統(tǒng)的可靠性和送進(jìn)精度。
[0027]主機(jī)架傳動(dòng)部分上設(shè)有編碼器8，編碼器8連接送進(jìn)同步部分CPU中央處理器。
[0028]為提高控制精度，本同步機(jī)構(gòu)還包括HMI人機(jī)界面，CPU中央處理器結(jié)合HMI人機(jī)界面上設(shè)定的誤差范圍值進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而控制伺服電機(jī)。
[0029]本實(shí)施例中，CPU中央處理器利用PID調(diào)節(jié)器控制從軸伺服電機(jī)輸出。
[0030]如圖2所示，本發(fā)明的主機(jī)架傳動(dòng)部分包括主電機(jī)1、減速箱4和曲軸箱1:主電機(jī)I通過傳動(dòng)軸2連接了減速箱4中的第一齒輪3，第一齒輪3通過傳動(dòng)軸5連接第二齒輪6，第二齒輪6帶動(dòng)輸出軸7，輸出軸7的一端連接編碼器8，輸出軸7的另一端連接曲軸箱10內(nèi)的曲軸9，曲軸9的一端連接連桿11，連桿11連接主機(jī)機(jī)架往復(fù)運(yùn)動(dòng)，曲軸9旋轉(zhuǎn)一周，主機(jī)機(jī)架往復(fù)擺動(dòng)一次，編碼器8將主機(jī)架的實(shí)際轉(zhuǎn)速和位置反饋給CPU中央處理器，曲軸9的另一端通過大齒輪12連接平衡塊13，平衡塊13平衡曲軸產(chǎn)生的重力。
[0031]如圖3所示，本發(fā)明公開的一種高大型冷乳管機(jī)的送進(jìn)同步機(jī)構(gòu)同步方法，CPU中央處理器根據(jù)主機(jī)架編碼器8反饋回的主機(jī)架實(shí)際位置發(fā)出運(yùn)動(dòng)指令給主軸伺服電機(jī)14，主軸伺服電機(jī)14在主機(jī)架運(yùn)行到非乳制區(qū)時(shí)帶動(dòng)絲杠19運(yùn)動(dòng)，送進(jìn)量通過HMI上的設(shè)定窗口設(shè)定，主軸絲杠編碼器22采集每次絲杠送進(jìn)量的實(shí)際值反饋至CPU中央處理器，CPU中央處理器使用位置同步控制理論，將主軸絲杠編碼器22的實(shí)際值作為從軸伺服電機(jī)24的給定命令值，通過位置控制環(huán)中的PID調(diào)節(jié)器控制從軸伺服電機(jī)24的位置輸出，并根據(jù)從軸絲杠編碼器23的反饋值來比較兩根絲杠的位置偏差，將位置偏差值補(bǔ)償?shù)絇ID調(diào)節(jié)器中，保證兩根絲杠的同步性。
[0032]本發(fā)明的特點(diǎn)是伺服電機(jī)取代了普通電機(jī)作為動(dòng)力源，伺服電機(jī)響應(yīng)速度高，輸出精度高。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)選用了渦輪渦桿機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)安裝在送進(jìn)箱內(nèi)，它轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，可在占用較小空間的前提下實(shí)現(xiàn)大速比傳動(dòng)。兩根絲杠均安裝了編碼器，編碼器將實(shí)時(shí)絲杠位置值S(毫米)反饋至CPU，CPU中央處理器控制伺服電機(jī)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，CPU中央處理器通過主從控制方式，將一根絲杠視為主軸，連接主軸的伺服電機(jī)跟蹤C(jī)HJ中央處理器設(shè)定的電子凸輪曲線運(yùn)動(dòng)，在主機(jī)運(yùn)行到非乳制區(qū)域時(shí)按照設(shè)定的送進(jìn)量送進(jìn)，將另一根絲杠視為從軸，連接從軸的伺服電機(jī)跟蹤主軸運(yùn)動(dòng)，通過主軸和從軸編碼器反饋的絲杠實(shí)際位置，CPU中央處理器實(shí)時(shí)運(yùn)算并控制從軸伺服電機(jī)輸出，保證從軸和主軸嚴(yán)格位置同步。
[0033]編碼器將絲杠旋轉(zhuǎn)的角度轉(zhuǎn)化為軸線位移值，其計(jì)算公式如下:
[0034]S = QZP/360
[0035]式中，S是直線位移值，Q是編碼器測(cè)量出的絲杠旋轉(zhuǎn)角度值，Z是絲杠的頭數(shù)，P是絲杠的螺距。編碼器可計(jì)算從軸絲杠直線位移值，通過CPU的計(jì)算控制從軸伺服電機(jī)。
[0036]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，而非對(duì)其限制;應(yīng)當(dāng)指出，盡管參照上述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，其依然可以對(duì)上述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或?qū)ζ渲胁糠只蛘呷考夹g(shù)特征進(jìn)行等同替換;而這些修改和替換，并不使相應(yīng)的技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種大型冷乳管機(jī)的送進(jìn)同步機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括主機(jī)架傳動(dòng)部分及送進(jìn)同步部分: 送進(jìn)同步部分由兩組對(duì)稱的機(jī)械結(jié)構(gòu)組成:兩套渦輪蝸桿、傳動(dòng)軸、送進(jìn)箱、兩根高精度絲杠、送料小車、送料床身、兩個(gè)編碼器和CPU中央處理器，兩臺(tái)伺服電機(jī)輸出軸和兩套渦輪蝸桿通過聯(lián)軸器連接，蝸桿連接渦輪傳動(dòng)，渦輪帶動(dòng)傳動(dòng)軸通過聯(lián)軸器和絲杠連接，兩根絲杠通過螺母帶動(dòng)送料小車沿絲杠軸線方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，每根絲杠的末端均安裝編碼器，編碼器將實(shí)時(shí)采集的絲杠絕對(duì)位置數(shù)據(jù)反饋至CPU中央處理器，CPU中央處理器進(jìn)行運(yùn)算，通過實(shí)時(shí)計(jì)算控制伺服電機(jī)帶動(dòng)兩根絲杠沿軸線方向同步運(yùn)動(dòng)，同步帶動(dòng)送料小車運(yùn)行； 主機(jī)架傳動(dòng)部分上設(shè)有編碼器，編碼器連接送進(jìn)同步部分CHJ中央處理器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大型冷乳管機(jī)的送進(jìn)同步機(jī)構(gòu)，其特征在于，還包括HMI人機(jī)界面，CPU中央處理器結(jié)合HMI人機(jī)界面上設(shè)定的誤差范圍值進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而控制伺服電機(jī)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大型冷乳管機(jī)的送進(jìn)同步機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述CHJ中央處理器利用PID調(diào)節(jié)器控制從軸伺服電機(jī)輸出。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大型冷乳管機(jī)的送進(jìn)同步機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述主機(jī)架傳動(dòng)部分包括主電機(jī)、減速箱和曲軸箱:主電機(jī)通過傳動(dòng)軸連接了減速箱中的第一齒輪，第一齒輪通過傳動(dòng)軸連接第二齒輪，第二齒輪帶動(dòng)輸出軸，輸出軸的一端連接編碼器，輸出軸的另一端連接曲軸箱內(nèi)的曲軸，曲軸的一端連接連桿，連桿連接主機(jī)機(jī)架往復(fù)運(yùn)動(dòng)，曲軸旋轉(zhuǎn)一周，主機(jī)機(jī)架往復(fù)擺動(dòng)一次，編碼器將主機(jī)架的實(shí)際轉(zhuǎn)速和位置反饋給CHJ中央處理器，曲軸的另一端通過大齒輪連接平衡塊，平衡塊平衡曲軸產(chǎn)生的重力。5.—種大型冷乳管機(jī)的送進(jìn)同步機(jī)構(gòu)同步方法，其特征在于，所述CPU中央處理器根據(jù)主機(jī)架編碼器反饋回的主機(jī)架實(shí)際位置發(fā)出運(yùn)動(dòng)指令給主軸伺服電機(jī)，主軸伺服電機(jī)在主機(jī)架運(yùn)行到非乳制區(qū)時(shí)帶動(dòng)絲杠運(yùn)動(dòng)，送進(jìn)量通過HMI上的設(shè)定窗口設(shè)定，主軸絲杠編碼器采集每次絲杠送進(jìn)量的實(shí)際值反饋至CPU，CPU使用位置同步控制理論，將主軸絲杠編碼器的實(shí)際值作為從軸伺服電機(jī)的給定命令值，通過位置控制環(huán)中的PID調(diào)節(jié)器控制從軸伺服電機(jī)的位置輸出，并根據(jù)從軸絲杠編碼器的反饋值來比較兩根絲杠的位置偏差，將位置偏差值補(bǔ)償?shù)絇ID調(diào)節(jié)器中，保證兩根絲杠的同步性。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種大型冷乳管機(jī)的送進(jìn)同步機(jī)構(gòu)同步方法，其特征在于，所述CPU中央處理器控制伺服電機(jī)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，CPU中央處理器通過主從控制方式，將一根絲杠視為主軸，連接主軸的伺服電機(jī)跟蹤C(jī)PU中央處理器設(shè)定的電子凸輪曲線運(yùn)動(dòng)，在主機(jī)運(yùn)行到非乳制區(qū)域時(shí)按照設(shè)定的送進(jìn)量送進(jìn)，將另一根絲杠視為從軸，連接從軸的伺服電機(jī)跟蹤主軸運(yùn)動(dòng)，通過主軸和從軸編碼器反饋的絲杠實(shí)際位置，CPU中央處理器實(shí)時(shí)運(yùn)算并控制從軸伺服電機(jī)輸出，保證從軸和主軸嚴(yán)格位置同步。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種大型冷乳管機(jī)的送進(jìn)同步機(jī)構(gòu)同步方法，其特征在于，所述編碼器將絲杠旋轉(zhuǎn)的角度轉(zhuǎn)化為軸線位移值，其計(jì)算公式如下: S = QZP/360 式中，S是直線位移值，Q是編碼器測(cè)量出的絲杠旋轉(zhuǎn)角度值，Z是絲杠的頭數(shù)，P是絲杠的螺距。
【文檔編號(hào)】B21B39/02GK105964705SQ201610537503
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年7月8日
【發(fā)明人】張 杰, 楊鵬, 成海寶, 閻雪峰, 展京樂
【申請(qǐng)人】中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司