专利名称：一种热轧型钢飞剪电机启动最大加速时间的工艺控制方法
技术领域：
本发明属于冶金工艺技术领域，具体涉及一种热轧型钢飞剪电机启动最大加速时间的工艺控制方法。
背景技术：
飞剪是轧钢生产线上重要的设备之一，布置在精轧机组前，用于型钢热轧时，对轧材头尾进行切断、碎断，并具备分段功能，为进一步轧制做好准备，其工作性能的好坏直接影响到轧制线的生产效率和产品切口质量。随着连续式轧机的发展，飞剪得到了越来越广泛的应用。现有热轧飞剪传动系统的结构如图I所示，两台主传动电机I并联输入，它们各自通过联轴器2、飞轮3及减速机4完成一级减速，然后分别驱动两个小齿轮5，再通过两个小齿轮5和一个下部大齿轮6啮合完成二级减速。下部大齿轮6与下曲轴7相连，上部大齿轮8与上曲轴9相连。上部大齿轮8与下部大齿轮6为相同规格的齿轮，传动比为I。通过两台电机I的驱动，使上曲轴9和下曲轴7同步驱动，并各自带动相连的刀座连杆同步相向运动实现剪切。当曲柄连杆式型钢飞剪系统配置及各部件设计完成后，飞剪剪刃的一些特性可以通过数学方法得到。但由于热轧型钢飞剪结构的复杂性，使得其自身的一些运动学特性很难准确得到，如系统的转动惯量是随曲柄转角发生变化的，很难通过公式进行求解。这些参数的较难确定也使得直接利用系统转动惯量对主传动电机进行校核的方法实现起来较为困难。在实际工程设计中，设计人员为赶工期或是省去大量计算的麻烦，而采用类比的方法，往往根据现有图纸对飞剪系统的主传动电机进行估算，这就容易导致热轧生产中飞剪开始剪切时剪刃水平速度与型钢轧件运行速度之间存大较大差异，且现场较难根据生产工艺实现精确控制，并有可能影响飞剪剪切效果和型钢断面质量，同时还有可能会影响产能。因此，使用一套合理的热轧型钢飞剪电机启动最大加速时间的工艺控制方法将有助于更好地实现飞剪的剪切工艺要求，而且它可以很好地解决工程实际中工程人员的不经济设计失误造成的太多浪费。同时，也使工程师增加了对热轧飞剪剪切工艺设计的理解，提高了自身的设计水平。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明通过对剪刃空间轨迹进行精确求解，并结合热轧型钢剪切工艺要求和循环迭代的数值方法，提出一种热轧型钢飞剪电机启动最大加速时间的工艺控制方法，用以指导热轧型钢飞剪电机的设计选型，使热轧型钢飞剪工艺设计更加完善和便捷。本发明提出一种热轧型钢飞剪电机启动最大加速时间的工艺控制方法，包括以下 几个步骤步骤一设置热轧飞剪机构各组成零部件的相关参数；
步骤二 计算曲柄转角为0时上剪刃末端点在坐标系xoy中坐标值；步骤三获得初始剪切角V1 ;步骤四获得初始停位角Ct (I ;步骤五初始剪切角所对应的电机转速的求解；步骤六获得电机启动最大加速时间和启动时电机的实际加速度。所述的步骤一中热轧飞剪机构各组成零部件的相关参数包括固定机架的长度A、摇杆的长度r4、第一连杆的长度r3、第二连杆的长度r5、曲柄的长度r2、第一连杆与第二连杆之间的夹角$3、xoy坐标系与mon坐标系的夹角A1、曲柄转角$、第二收敛允差e 2、 飞剪开口度H。、电机额定转速nmax、系统总传动比i、剪刃重合度S、未断的断面相对高度值E、剪切轧件水平速度Vk、开始剪切时剪刃与型钢轧件的距离C、第一收敛允差e i、型钢轧件断面设计高度H以及第三收敛允差e 3 ;其中0为坐标系原点，在曲柄连杆机构所在平面内，以固定机架为m正方向的坐标轴，以固定机架逆时针旋转90 °为n正方向的坐标轴，建立坐标系mon，以水平向左为X正方向的坐标轴，以垂直向下为y正方向的坐标轴，建立坐标系xoy0所述的步骤二中计算曲柄转角0时上剪刃末端点在坐标系xoy中坐标值具体过程为以曲柄转角$为0作为计算的起点，按照飞剪剪刃空间轨迹的求解方程
I /; cos(^) + r' cos( ￠, ) = /1- r, cos(^)
^7；、'",,、，得到^和<b4;其中A为固定机架的长度,r4为摇杆的
I r2 siii(>) + r, Sin(f4) = /; )
长度，r3为第一连杆的长度，r2为曲柄的长度，小2为摇杆与m轴正向的夹角，4>4为第一连杆与m轴正向的夹角。
[mn = r\ cos⑷ + K cos(成 +dd)对上剪刃末端点有彳..▲、，得到该点在坐标系mon中的空间
[nD = r2 sin(#) + r5 sm(為 + $A)
轨迹值，其中nD为该点在坐标系mon中的n方向坐标值，mD为该点在坐标系mon中的m方向
{ xn = mn cos(d,) + rin sin(fl5,)
坐标值，小3为第一连杆与第二连杆之间的夹角，并根据公式D D . , I , D I:
1 = ~mD sm⑷+ Cos(^1)
将该点在坐标系mon中的空间轨迹转化至坐标系xoy中，并保存结果，其中xD为该点在坐标系xoy中的X方向坐标值；yD为该点在坐标系xoy中的y方向坐标值。所述的步骤三中获得初始剪切角L的具体过程为根据步骤二中得到的曲柄转角小为0时上剪刃末端点在坐标系xoy中坐标值(xD, yD),设置角度增量A 0作为循环
迭代的步长，按公式办=m + H2-^-^-c ，得到上剪刃末端点在y正方向的理论值yP，
其中Hl为曲柄的长度，H2为上剪刃末端点最低位时与曲柄的距离，s为剪刃重合度，H为
型钢轧件断面设计高度，c为开始剪切时剪刃与型钢轧件的距离；利用^^ <巧，遍历步
骤二中求解的上剪刃末端点的坐标矩阵中各元素，其中e I为第一收敛允差，如果其中某
元素yD不满足公式，则曲柄转角0增加一个角度步长A 0，按照步骤二中的
计算方法，重新计算上剪刃末端点在坐标系xoy中坐标值，并重新进行本步骤，直至满足公式为止；再根据公式&>0，对满足公式2^^<句的上剪刃末端点的坐标矩阵
中的^进行判断，如果不满足，则曲柄转角0增加一个角度步长A e，按照步骤二中的计算方法，重新计算上剪刃末端点在坐标系xoy中坐标值，并重新进行本步骤，直至满足公式
xD>0 ;最终同时满足公式X'~yp <巧和公式xD>0，得到飞剪初始剪切角Vl。所述的步骤四中获得初始停位角a ^的具体过程为根据步骤二中得到的曲柄转角小为0时上剪刃末端点在坐标系xoy中坐标值(xD，yD)，同时，仍设置角度增量A 9作
为循环迭代的步长，按照公式>，—goW = r2+r5 *得到上剪刃末端点在y方向的理论值
y_goal，其中r5为第二连杆的长度，r2为曲柄的长度，H0为飞剪开口度，s为剪刃重合度；
利用公式W ￡3为第三收敛允差，遍历步骤二中求解的上剪刃末端点的坐y ^goal
标矩阵中各元素，如果其中某元素yD不满足公式<g.;，则曲柄转角Cj5增加一
y _goal
个角度步长A 0，按照步骤二中的计算方法，重新计算上剪刃末端点在坐标系xoy中坐标
值，并重新进行本步骤，直至满足公式-' -^0ul S &为止；再根据公式xD〈0，对满足公式
y_Koa!
的上剪刃末端点的坐标矩阵中的&进行判断，如果不满足，则曲柄转角小
y_goal
增加一个角度步长A e，按照步骤二中的计算方法，重新计算上剪刃末端点在坐标系xoy中坐标值，并重新计算本步骤，直至满足公式XD〈0 ;最终同时满足公式yD—y-g(如和
y—沿仙
公式xD〈0，得到飞剪初始停位角Citlt5所述的角度增量A 0为0 r。所述的步骤五中初始剪切角所对应的电机转速的求解的具体过程为 给定电机转速的最小值nmin和最大值nmax,并取nmin为0,取nmax为电机额定转速，令nk= (nmin+nmax)/2 nk表示电机转速的平均值,结合系统总传动比计算飞剪曲柄的输入转动
iJTrVt
角速度W=Sl，将步骤三求解的初始剪切角L作为曲柄转角4的已知值，并代入方程 60/
fKi cos(彡)+ n cos(4) -r,-r, cos(我)
',、! 中，得到七和其中A为固定机架的长度，r4为摇杆
[r2 sm(沴)+ r3 Sn驰)=r4 sin(02)
的长度，r3为第一连杆的长度，r2为曲柄的长度，小2为摇杆与m轴正向的夹角，4>4为第一
Vnm I f-r, sin(^) —r% sin(我 + )I CO
连杆与m轴正向的夹角；将七、小4与《代入公式广= 2 Z I、
LU L r2 c0sW) rS C0S(A + #4 )」L 2 _
IVdx = V0m cos(為)+ VDn sin(戎)
和T/ ' T, .“、中，得到Vdx和VDy，其中上剪刃末端点沿m轴的速度为
IVDy = -^an Sm(谂)+ fa, cos(病)
VDm,沿n轴的速度为VDn，上剪刃末端点沿X轴的速度为VDx，沿n轴的速度为VDy，第二连杆的长度为r5，第一连杆与第二连杆之间的夹角为(t3，xoy坐标系与mon坐标系的夹角为，第二连杆角速度为CO2，根据公式V^-V-ir^D+VDnCosd)=。得到CO2,
权利要求
1.一种热轧型钢飞剪电机启动最大加速时间的工艺控制方法，其特征在于包括以下几个步骤 步骤一设置热轧飞剪机构各组成零部件的相关参数； 步骤二 计算曲柄转角为时上剪刃末端点在坐标系xoy中坐标值； 步骤三获得初始剪切角F1 ； 步骤四获得初始停位角Citl; 步骤五初始剪切角所对应的电机转速的求解； 步骤六获得电机启动最大加速时间和启动时电机的实际加速度。
2.根据权利要求I所述的一种热轧型钢飞剪电机启动最大加速时间的工艺控制方法，其特征在于所述的步骤一中热轧飞剪机构各组成零部件的相关参数包括固定机架的长度A、摇杆的长度r4、第一连杆的长度r3、第二连杆的长度r5、曲柄的长度r2、第一连杆与第二连杆之间的夹角小3、xoy坐标系与mon坐标系的夹角Ct1、曲柄转角0、第二收敛允差e 2、飞剪开口度H。、电机额定转速nmax、系统总传动比i、剪刃重合度S、未断的断面相对高度值E、剪切轧件水平速度Vk、开始剪切时剪刃与型钢轧件的距离C、第一收敛允差e i、型钢轧件断面设计高度H以及第三收敛允差e 3 ;其中0为坐标系原点，在曲柄连杆机构所在平面内，以固定机架为m正方向的坐标轴，以固定机架逆时针旋转90°为n正方向的坐标轴，建立坐标系mon，以水平向左为X正方向的坐标轴，以垂直向下为y正方向的坐标轴，建立坐标系 xoy。
3.根据权利要求I所述的一种热轧型钢飞剪电机启动最大加速时间的工艺控制方法，其特征在于所述的步骤二中计算曲柄转角0时上剪刃末端点在坐标系xoy中坐标值具体过程为 以曲柄转角小为0作为计算的起点，按照飞剪剪刃空间轨迹的求解方程
4.根据权利要求I所述的一种热轧型钢飞剪电机启动最大加速时间的工艺控制方法，其特征在于所述的步骤三中获得初始剪切角V1的具体过程为 根据步骤二中得到的曲柄转角$为0时上剪刃末端点在坐标系xoy中坐标值(xD，yD)，设置角度增量A 0作为循环迭代的步长，按公式
5.根据权利要求I所述的一种热轧型钢飞剪电机启动最大加速时间的工艺控制方法，其特征在于所述的步骤四中获得初始停位角a ^的具体过程为根据步骤二中得到的曲柄转角$为O时上剪刃末端点在坐标系xoy中坐标值(xD，yD)，同时，仍设置角度增量A 0作为循环迭代的步长，按照公式J_i^〃/=r2+r5-得到上剪刃末端点在y方向的理论值y_goal，其中r5为第二连杆的长度，r2为曲柄的长度，H。为飞剪开口度，s为剪刃重合度；利用公式U. - 二 f e3为第三收敛允差，遍历步骤二中求解的上剪刃末端点的坐标矩阵中各元素，如果其中某元素yD不满足公式yD—y-gm/ Sg3，则曲柄转角$增加一个角度步长A e，按照步骤二中的计算方 y—g°al法，重新计算上剪刃末端点在坐标系xoy中坐标值，并重新进行本步骤，直至满足公式 }-g°aI <￡,%± ;再根据公式XD<0,对满足公式y-8°al < A的上剪刃末端点的 y_goaly_goal坐标矩阵中的xD进行判断，如果不满足，则曲柄转角0增加一个角度步长A e，按照步骤二中的计算方法，重新计算上剪刃末端点在坐标系xoy中坐标值，并重新计算本步骤，直至满足公式xD〈0 ;最终同时满足公式& }'-goal < q和公式xD〈0，得到飞剪初始停位角a。。y — goal. '
6.根据权利要求4或5所述的一种热轧型钢飞剪电机启动最大加速时间的工艺控制方法，其特征在于所述的角度增量A e为O 1°。
7.根据权利要求I所述的一种热轧型钢飞剪电机启动最大加速时间的工艺控制方法，其特征在于所述的步骤五中初始剪切角所对应的电机转速的求解的具体过程为给定电机转速的最小值nmin和最大值nmax,并取nmin为0,取nmax为电机额定转速,令nk= (nmin+nmax)/2 nk表示电机转速的平均值,结合系统总传动比计算飞剪曲柄的输入转动角速度
8.根据权利要求I所述的一种热轧型钢飞剪电机启动最大加速时间的工艺控制方法，其特征在于所述的步骤六中获得电机启动最大加速时间和启动时电机的实际加速度具体过程为 分别将步骤三、步骤四中得到的初始剪切角初始停位角％代入至公式a 2=270° +a Cilmax=O中，得到曲柄转动最大匀加速角a lmax，根据公式a」=i a q，取a q为a lmax，得到飞剪电机转动的最大匀加速角a p其中Ci2为匀速角，V1为飞剪初始剪切角，表示飞剪初始停位角；由于飞剪从静态开始启动，初始角速度Oci为0，将步骤四中 得到的对应飞剪电机转速n按公式
全文摘要
本发明公开了一种热轧型钢飞剪电机启动最大加速时间的工艺控制方法，属于冶金工艺技术领域，包括设置热轧飞剪机构各组成零部件的相关参数、计算上剪刃末端点在坐标系xoy中坐标值、初始剪切角的计算、初始停位角的计算、初始剪切角所对应的电机转速的求解和获得电机启动最大加速时间和启动时电机的实际加速度。本发明作为飞剪曲柄连杆机构设计的一个有益的设计补充，能真实地反映飞剪机构设计的原则，为飞剪的准确控制提供强有力的理论支持；完全摒弃了几何作图带来的种种不确定的局限性，有利于更好地理解飞剪的工作特性，具有良好通用性、适应性、速度快和计算精度高等优点，并可就此形成相应的计算软件，方便且快捷，值得推广与延伸。
文档编号G05B13/04GK102830617SQ20121025687
公开日2012年12月19日 申请日期2012年7月23日 优先权日2012年7月23日
发明者许燚, 严国平, 罗新华 申请人:中冶南方工程技术有限公司