微機飛鋸機是直縫焊管、冷彎型鋼生產的關鍵設備之一,可在管材或型材高速運動狀態下,實現高精度的跟蹤鋸切,跟蹤的精度對鋼管斷面的質量和鋸片的使用壽命有極大的影響。若鋼管的生產速度和鋸車的跟蹤速度之差等于零是最理想的狀態??墒菍嶋H情況并非理想狀態,存在著制約生產的問題。
1.1. 設備組成
由計算機系統、西門子6RA70直流調速系統,繼電操作系統,液壓系統機械系統及測速系統組成,如圖1。
圖1 微機飛鋸機系統組成圖
1.2. 微機飛鋸機控制原理
鋸車在自動狀態下,鋼管與測速輥無滑動接觸,測速輥每轉一周,鋼管的長度為:S=∏R 式中R為測速輥的直徑。測速輥每旋轉一周,脈沖編碼器發出2000個脈沖,這一脈沖經過信號處理后,一路經過f-v轉換后作為鋼管的位置信號,一路經過計算機運算運算得到鋼管的實時生產速度并顯示,計算機還計算鋼管的殘長:
Sc=L0-L1 (1)
式中:L0——鋼管的定尺長度
L1——鋼管經過鋸口的長度
當Sc達到啟動殘長時,計算機發出啟動信號,鋸車加速追趕鋼管,此時(1)式變為: Sc=L0-(L1-L2) (2)
式中:L2——鋸車的位移
鋸車脈沖一路經轉換后作為鋸車的速度反饋信號,一路經轉換后送計算機,經運算得出鋸車的位移,當鋸車的速度與鋼管的速度相同時,若Sc=0,定尺也達到設定要求,計算機發出夾緊和落鋸信號;若Sc≠0,計算機則不發出夾緊話落鋸信號,這是成為調整段,直至Sc=0這就是所謂的雙閉環工作,鋸切到位時,計算機發出抬鋸和松夾信號,松夾到位后,鋸車快速返回到初始位置,工作的時序如圖2所示。飛鋸就是這樣周而復始地完成連續鋼管的定尺鋸切任務的。
圖2 微機飛鋸機工作時序圖
在鋸車追蹤鋼管達到與鋼管的速度相同時,夾緊落鋸,在鋸切過程中,要求鋸車與鋼管的運行同步,但是鋸車的速度是根據鋼管的測速編碼器的脈沖數計算出來的,計算的過程有誤差,鋸車追蹤鋼管的的速度有時間之差,鋸車的調整過程有調整誤差,這三個誤差積累起來,就不可忽視。
實際上鋸車的運行和鋼管的運行是不同步的,這個不同步對口徑大壁厚厚的鋼管尤其明顯,因為鋸切時間長,積累誤差大,這會造成鋼管的端口切斜,即鋼管的斷面與鋼管的軸線不垂直,超出標準要求,其次造成飛鋸鋸片磨損嚴重,甚至變形,形成“鍋”型,不能再次修磨使用,有的鋸片使用一次就報廢。
3.1. 飛鋸機的運動是由直流電動機驅動的,直流電動機的速度受西門子6RA70直流調速系統的控制。勵磁直流電動機轉矩控制公式為:
T=CT*Φ*Ia (3)
式中:CT—―轉矩常數
Φ—―勵磁磁場
Ia —―轉子回路電流
3.2. 力矩電機的負載特性為恒轉矩負載,直流電動機可以實現恒轉矩調速特性特性曲線如圖3所示。
圖3 改變電樞電壓恒轉矩調速特性
3.3. 要實現鋸切時飛鋸機和鋼管同步,可以利用西門子6RA70直流調速系統力矩控制來實現,鋸切時有兩個力矩作用在鋸車上,其一是直流電動機的的驅動力矩,由直流調速器來控制,另一個來自夾具加持鋼管,鋼管運動產生的力矩。
鋸車重量是一定的,那么驅動鋸車在某以速度勻速運動的力矩也是一定的。由公式3可知,電動機的電流與電動機的力矩成正比,可以運行空載運行鋸車測試出電動機運行電流??梢钥刂齐妱訖C輸出的力矩達到飛鋸機保持勻速運動的95%,剩余的力矩由鋼管運動通過夾具產生。
這樣鋸車隨鋼管移動而移動,相當于鋸切時用一與鋼管運動速度相適應的力來推鋸車,這個力只有推動鋸車力矩的95%,鋼管運動帶動夾具運動,夾具的夾持力矩使鋸車運動并與鋼管運動保持同步。
設置P051=28 進行摩擦和轉動慣量補償的優化運行,大約持續40秒。設置P233=1使摩擦和轉動慣量補償功能有效。取夾緊中間繼電器的一路信號輸入到調速器6RA70輸入36號端口,設置P687(控制字2的位27的值,0=主驅動 速度控制;1=從驅動 轉矩控制)的值為B0010(36端口的值的寄存器),設置P503(再從驅動模式中轉矩控制給定的乘數)的值位95.當夾具夾緊時,開始采用轉矩控制,直到切斷松夾到位后,36號端口變為0,回復速度電流控制控制。
經過一段時間的實際運行,效果很好,第一解決了鋸片變形的問題,“鍋”型的鋸片不再出現,第二鋸片的使用壽命大大提高,鋸片表面的磨損大大降低,重復修磨使用率提高了3倍。第三鋼管和型材的管端切斜降低了一半。大大地降低了飛鋸的使用成本和故障率。
(本文選編自《電氣技術》,作者為黃法春、楊振鐸。)