斜輥矯直機矯直輥角度自動調(diào)整機構與控制技術

陳 欣， 蔣永朋，李俊峰

(1.廣東冠邦科技有限公司，廣東 佛山 528311；2.佛山市順德區(qū)精藝動力科技有限公司，廣東 佛山 528311)

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斜輥矯直機矯直輥角度自動調(diào)整機構與控制技術

陳 欣1， 蔣永朋1，李俊峰2

(1.廣東冠邦科技有限公司，廣東 佛山 528311；2.佛山市順德區(qū)精藝動力科技有限公司，廣東 佛山 528311)

在生產(chǎn)中，矯直輥角度通常采用手動或電動調(diào)整，調(diào)整過程中存在誤差。本文介紹了一種斜輥矯直機矯直輥角度自動調(diào)整機構，該機構由電機驅(qū)動一個頂桿，通過調(diào)整螺母、導套使頂桿做軸向移動，帶動矯直輥托盤轉動，使矯直輥旋轉；由油缸驅(qū)動另一個頂桿，消除調(diào)整系統(tǒng)的間隙并鎖定矯直輥；由控制系統(tǒng)實現(xiàn)矯直輥角度調(diào)整。實際使用證明，該機構調(diào)整準確、性能可靠、精度高。

矯直輥；角度；自動調(diào)整

0 前言

隨著汽車、石油、天然氣、航天航空等工業(yè)的發(fā)展，管、棒材的需求量越來越大，質(zhì)量要求也越來越高，除機械性能及材質(zhì)要保證要求外，對管、棒材的彎曲度及橢圓度也提出了更高的要求，所以作為精整加工生產(chǎn)線中的矯直工序也顯得尤為重要，而高精度矯直機不一定能生產(chǎn)出高質(zhì)量的管、棒材，要生產(chǎn)出高質(zhì)量的管、棒材，還需對矯直機進行正確的調(diào)整。目前，矯直輥曲線是以矯直范圍內(nèi)某一個直徑計算而生成的包絡線，要矯直其它規(guī)格時，則必須對矯直輥進行調(diào)整，矯直輥的調(diào)整參量有：壓下量、反彎量、矯直輥斜角，以往大多數(shù)矯直機設計上對這些調(diào)整量均采取手動或電動調(diào)整方式，調(diào)整量采用機械標尺顯示，調(diào)整時由于標尺和人工觀察誤差的存在，基本達不到設計要求的精度，往往都是憑操作人員的經(jīng)驗來調(diào)整，使得同臺矯直機的矯直質(zhì)量卻因人而異。

近年來，工業(yè)自動化飛速發(fā)展，矯直技術也在不斷的創(chuàng)新，崔甫教授在矯直原理與矯直機械第二版序言中提到“要進行數(shù)字化矯直設備的研制”，可見自動化、數(shù)字化是矯直機發(fā)展的方向，同時矯直設備數(shù)字化后對矯直理論的深入研究能起到一定的幫助作用。目前部分矯直機已經(jīng)實現(xiàn)了矯直機壓下及反彎的自動調(diào)整及數(shù)字顯示，本文在此基礎上介紹了一種斜輥矯直機角度自動、數(shù)字調(diào)整機構。

1 矯直輥角度自動調(diào)整機構

安裝矯直輥的托盤的角度旋轉由兩個頂桿軸向伸縮來實現(xiàn)，其中一個頂桿由電機驅(qū)動，通過調(diào)整螺母、導套使頂桿做軸向移動，帶動矯直輥托盤轉動，從而使矯直輥旋轉。而另一個頂桿由油缸驅(qū)動，不僅消除了調(diào)整系統(tǒng)的間隙，也使矯直輥鎖住不動。油缸驅(qū)動側帶有位移傳感器及限位開關，控制系統(tǒng)將位移傳感器采集到的數(shù)據(jù)反饋給油缸和電機控制點，實現(xiàn)矯直輥角度旋轉，操作臺數(shù)顯式需要將油缸直線移動行程轉換為角度值，限位開關則是對機構的極限位置進行限制，起保護作用。矯直輥角度自動調(diào)整機構如圖1所示。

圖1 矯直輥角度自動調(diào)整機構Fig.1 Angle auto-adjusting mechanism of straightening roll

當角度調(diào)大時，油缸后腔進油，活塞桿前進，電機帶動絲桿后退，調(diào)整到需要的角度時，位移傳感器反饋信號給油缸和電機停止動作；當角度調(diào)小時，油缸后腔背壓，活塞桿帶阻力后退(使球墊與托盤接觸面無間隙，保證精度)，電機帶動絲桿前進，調(diào)整到需要的角度時，位移傳感器反饋信號給油缸和電機停止動作；當調(diào)整結束至矯直過程中，油缸一直保壓。

圖1所示的調(diào)角機構不僅用于對矯直輥的角度進行調(diào)整，同時在矯直時由于存在回轉力矩，所以調(diào)角機構還起到對矯直輥的鎖緊作用。根據(jù)調(diào)角機構的作用，兩驅(qū)動動力源的位置有一定的原則，即由電機驅(qū)動的絲桿承受矯直輥回轉力矩。

2 角度值與油缸位移的關系

由于位移傳感器連接在油缸上，所以控制上需要將調(diào)整的角度值轉換為油缸的直線位移。

圖2 角度自動調(diào)整機構簡圖Fig.2 Diagram of angle auto-adjusting mechanism

圖2為調(diào)角機構簡圖，圖中α為矯直輥安裝基準角度。油缸往前推時矯直輥角度變大，油缸往回拉時矯直輥角度變小。

圖3為調(diào)角機構運動圖，角度值與油缸位移值轉換計算如下：

Δα=α2-α0

Δα>0，油缸前進，則

ΔS=S0-S1
S0=b+h

S1=(h/cosΔα)+(b/cosΔα)-a×tanΔα

Δα<0，油缸后退，則

ΔS=S1-S0
S0=b+h

S1=(h/cosΔα)+(b/cosΔα)+a×tanΔα

式中，α2為目標角度，(°)；α0為矯直輥初始安裝角度，(°)；b，h，a為機構參量， mm。

圖3 油缸伸出、縮回的調(diào)角機構運動圖Fig.3 Moving figure of angle adjusting mechanism with oil cylinder extending and retracting

3 矯直輥角度自動調(diào)整機構電氣控制技術

全自動矯直機的矯直參數(shù)調(diào)整時，可在操作臺觸摸屏上輸入管、棒材直徑，系統(tǒng)會自動彈出存儲在計算機內(nèi)的該規(guī)格的參數(shù)工藝配方，該工藝配方包括角度工藝參數(shù)及其輥縫工藝參數(shù)；確認工藝參數(shù)后各機構將進行自動調(diào)整。

角度自動控制流程如下：

首先假設此時矯直輥的實際角度為α1,目標角度為α2(即存儲在計算機內(nèi)的角度工藝參數(shù))。

(1)電機方向的控制。PLC自動判斷此時角度電機的旋轉方向。

如果α1<α2時,此時實際角度小于目標角度因此角度需要調(diào)大,故而電機需要啟動順時針旋轉帶動絲桿后退;

如果α1>α2時,此時實際角度大于目標角度因此角度需要調(diào)小,故而電機需要啟動逆時針旋轉帶動絲桿前進;

如果|α1-α2|<0.3時,此時實際角度與目標角度之間差值小于0.3度時不適于聯(lián)動調(diào)整,只需要手動微調(diào);

(2)油缸進油或背壓控制。 PLC自動判斷此時油缸相應電磁閥的動作順序。

如果α1<α2時角度調(diào)大,進油閥得電油缸伸出；

如果α1>α2時角度調(diào)小,卸荷背壓閥得電油缸開始背壓。

(3)電機速度的實時控制。 PLC自動控制角度電機的速度

角度調(diào)整過程中如果|α1-α2|=Δα；

如果Δα>0.3時,此時調(diào)角電機滿速運行以節(jié)省角度調(diào)整時間；

如果Δα≤0.3時,此時調(diào)角電機低速運行防止慣性緩沖;實現(xiàn)低速準確定位。

(4)角度實時處理控制。

α1=α0+Δα1+Δα0

式中，α0為矯直輥初始安裝角度；Δα0為角度實時補償量；經(jīng)現(xiàn)場多次調(diào)整觀察即可得到此值；Δα1為角度的動態(tài)變化量；此值需要經(jīng)過相關運算得到，Δα1=ΔS·k=(L1-L0)/k0·k，L0為矯直輥初始安裝角度時位移傳感器的信號采集值；L1為角度調(diào)整過程中位移傳感器的信號采集值；k0為傳感器的位移與采集值的固有斜率,即正比例函數(shù)；k為油缸位移與角度的比例關系,機械設計時固有的。

具體的角度顯示是通過相應的位移傳感器采集其實時電壓信號然后經(jīng)過一定運算最終完成；主要原理是將其實際位移值等比例轉化成電壓信號，再通過相應的模擬量模塊內(nèi)部采集其實時的電壓信號，根據(jù)相應算法經(jīng)PLC的相關計算及換算最終將其角度數(shù)據(jù)通過MPI總線實時顯示在觸摸屏上，如圖4所示。

圖4 矯直輥角度調(diào)整及監(jiān)控畫面Fig.4 Screen of straightening roll angle adjusting and monitoring

4 結束語

進兩年，該機構及控制技術已成功應用于多條斜輥矯直機生產(chǎn)線中，根據(jù)現(xiàn)場使用反饋，調(diào)角精度可達到0.1°，且調(diào)整可靠、方便，使操作人員減少，同時使操作者的勞動強度也大大減小，設備效率提高，生產(chǎn)成本降低。

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Angle auto-adjusting mechanism and control technology of roller withcross-roll straightening machine

CHEN Xin1, JIANG Yong-peng1, LI Jun-feng2

(1.Guangdong G.B. Technology Co., Ltd., foshan 528311，China；2.Foshan Shunde Jingyi Drive Technology Co., Ltd., foshan 528311，China)

In production, manual or electric method is usually adopted to adjust the angle of straightening roll, and error existed during the adjustment. In this paper, an angle auto-adjusting mechanism of roller with cross roll straightening machine is put forward. There are two mandrels in this mechanism, one is driven by the motor, and it moves axially by adjusting nut and guide sleeve, and the mandrel drives tray of straightening roll to rotate, and then the straightening roll rotates; the other is driven by oil cylinder, it eliminates adjustment system gap and locks straightening roll. Adjusting angle of straightening roll is achieved by the control system. Production practice has shown that the mechanism is precise adjustment, reliable performance, and high accuracy.

straightening roll; angle; automatic adjustment

2014-10-06；

2014-11-22

陳欣(1977-)，女，廣東冠邦科技有限公司工程師。

TG333.23

A

1001-196X(2015)01-0020-04