一种大型冷轧管机的送进同步机构及其同步方法
【专利摘要】本发明涉及冶金设备领域，针对大型两辊、多辊冷轧管机，是一种冷轧管机的送进同步机构及其同步方法。它至少包括伺服电机、涡轮涡杆、丝杠、送料小车和编码器，其特征是：伺服电机为传动箱内的两套涡轮涡杆机构提供动力，涡杆通过涡轮连接两根丝杠，两根丝杠共同驱动送料小车运动，编码器反馈两根丝杠的实际位置，CPU通过实际数据控制两根丝杠同步运动。这种送进同步机构适用于大型两辊、三辊冷轧管机，能够实现送进系统同步、平稳、可靠的要求，缩短了维护时间，保证产品质量。
【专利说明】
一种大型冷轧管机的送进同步机构及其同步方法
技术领域
[0001]本发明涉及冷乳管机，具体介绍一种大型冷乳管机的送进同步机构及同步方法，该机构可以大大降低送进系统的故障率，提高产品精度。
【背景技术】
[0002]近年来，由于国内外核电燃料输送、石油钻探、轴承制造业、油气传输、航天航空和军事工业等领域需要大量的大口径冷乳无缝钢管，由此市场对大型冷乳管机的需求量也逐年增加。据有关资料统计，我国每年冷乳管机的需求量约600多台，但很多大规格冷乳管机送进机构沿用老式的机械同步机构，送进箱体积庞大，结构复杂，生产效率低，维修难度极大;另一部分冷乳管机采用普通电机配合机械系统实现送进机构同步，但送进精度低，故障率高，影响产品质量。因此，对于大型冷乳管机来说，一种能保证送进机构稳定、高精度、故障率低的系统就非常重要了。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种大型冷乳管机的送进同步机构，要求具有精密的机械传动机构，配合完善的电气控制和检测系统，实现送进机构同步，降低故障率，减少维护成本，提尚设备精度。
[0004]为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案:
[0005]—种大型冷乳管机的送进同步机构，包括主机架传动部分及送进同步部分:
[0006]送进同步部分由两组对称的机械结构组成:两套涡轮蜗杆、传动轴、送进箱、两根高精度丝杠、送料小车、送料床身、两个编码器和CPU中央处理器，两台伺服电机输出轴和两套涡轮蜗杆通过联轴器连接，蜗杆连接涡轮传动，涡轮带动传动轴通过联轴器和丝杠连接，两根丝杠通过螺母带动送料小车沿丝杠轴线方向往复运动，每根丝杠的末端均安装编码器，编码器将实时采集的丝杠绝对位置数据反馈至CPU中央处理器，CPU中央处理器进行运算，通过实时计算控制伺服电机带动两根丝杠沿轴线方向同步运动，同步带动送料小车运行；
[0007]主机架传动部分上设有编码器，编码器连接送进同步部分CPU中央处理器。
[0008]进一步的，还包括HMI人机界面，CPU中央处理器结合HMI人机界面上设定的误差范围值进行计算，进而控制伺服电机。
[0009]进一步的，所述CPU中央处理器利用PID调节器控制从轴伺服电机输出。
[0010]进一步的，所述主机架传动部分包括主电机、减速箱和曲轴箱:主电机通过传动轴连接了减速箱中的第一齿轮，第一齿轮通过传动轴连接第二齿轮，第二齿轮带动输出轴，输出轴的一端连接编码器，输出轴的另一端连接曲轴箱内的曲轴，曲轴的一端连接连杆，连杆连接主机机架往复运动，曲轴旋转一周，主机机架往复摆动一次，编码器将主机架的实际转速和位置反馈给CPU中央处理器，曲轴的另一端通过大齿轮连接平衡块，平衡块平衡曲轴产生的重力。
[0011]本发明还公开了一种大型冷乳管机的送进同步机构同步方法，所述CPU根据主机架编码器反馈回的主机架实际位置发出运动指令给主轴伺服电机，主轴伺服电机在主机架运行到非乳制区时带动丝杠运动，送进量通过HMI上的设定窗口设定，主轴丝杠编码器采集每次丝杠送进量的实际值反馈至CPU，CPU使用位置同步控制理论，将主轴丝杠编码器的实际值作为从轴伺服电机的给定命令值，通过位置控制环中的PID调节器控制从轴伺服电机的位置输出，并根据从轴丝杠编码器的反馈值来比较两根丝杠的位置偏差，将位置偏差值补偿到PID调节器中，保证两根丝杠的同步性。
[0012]进一步的，所述CPU中央控制器控制伺服电机进行计算时，CPU通过主从控制方式，将一根丝杠视为主轴，连接主轴的伺服电机跟踪CPU设定的电子凸轮曲线运动，在主机运行到非乳制区域时按照设定的送进量送进，将另一根丝杠视为从轴，连接从轴的伺服电机跟踪主轴运动，通过主轴和从轴编码器反馈的丝杠实际位置，CPU实时运算并控制从轴伺服电机输出，保证从轴和主轴严格位置同步。
[0013]进一步的，所述编码器将丝杠旋转的角度转化为轴线位移值，其计算公式如下:
[0014]S = QZP/360
[0015]式中，S是直线位移值，Q是编码器测量出的丝杠旋转角度值，Z是丝杠的头数，P是丝杠的螺距。
[0016]与现有技术相比，本发明公开的一种大型冷乳管机的送进同步机构及其同步方法，具有以下有益效果:
[0017]简化了机械传动系统的结构，缩小了送进箱的体积，通过丝杠位置检测系统和电气控制系统实现了送进系统的精确同步。该送进同步系统投入使用后，大大降低了设备的故障率，提尚了广品精度。
【附图说明】
[0018]图1是大型冷乳管机主机架传动部分的结构示意图；
[0019]图2是送进同步机构结构示意图；
[0020]图3是送进同步机构电气控制流程图。
[0021]其中:
[0022]1.主电机，2.传动轴，3.第一齿轮，4.减速箱，5.传动轴，6.第二齿轮，7.输出轴，8.编码器，9.曲轴，10.曲轴箱，11.连杆，12.大齿轮，13.平衡块，14.主轴伺服电机，15.蜗杆，16.涡轮，17.送进箱，18.传动轴，19.丝杠，20.送料床身，21.送料小车，22.编码器，23.编码器，24.从轴伺服电机。
【具体实施方式】
[0023]下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步描述。
[0024]请参见图1。
[0025]—种大型冷乳管机的送进同步机构，包括主机架传动部分及送进同步部分:
[0026]送进同步部分由两组对称的机械结构组成:两套涡轮蜗杆、传动轴5、送进箱17、两根高精度丝杠19、送料小车20、两个编码器22、23和CPU中央处理，两台伺服电机输出轴和两套涡轮蜗杆通过联轴器连接，蜗杆15连接涡轮16传动，涡轮16带动传动轴18通过联轴器和丝杠19连接，两根丝杠19通过螺母带动送料小车21沿丝杠轴线方向往复运动，每根丝杠19的末端均安装编码器22、23，编码器将实时采集的丝杠绝对位置数据反馈至CPU中央处理器，CPU中央处理器进行运算，通过实时计算控制伺服电机带动两根丝杠沿轴线方向同步运动，同步带动送料小车21运行;无论丝杠处于连续或间歇工作制时，两根丝杠严格保持同步运行，共同带动送料小车21运行，这样送料小车21就不会在两根丝杠间产生扭曲、卡阻现象，保证了送进系统的可靠性和送进精度。
[0027]主机架传动部分上设有编码器8，编码器8连接送进同步部分CPU中央处理器。
[0028]为提高控制精度，本同步机构还包括HMI人机界面，CPU中央处理器结合HMI人机界面上设定的误差范围值进行计算，进而控制伺服电机。
[0029]本实施例中，CPU中央处理器利用PID调节器控制从轴伺服电机输出。
[0030]如图2所示，本发明的主机架传动部分包括主电机1、减速箱4和曲轴箱1:主电机I通过传动轴2连接了减速箱4中的第一齿轮3，第一齿轮3通过传动轴5连接第二齿轮6，第二齿轮6带动输出轴7，输出轴7的一端连接编码器8，输出轴7的另一端连接曲轴箱10内的曲轴9，曲轴9的一端连接连杆11，连杆11连接主机机架往复运动，曲轴9旋转一周，主机机架往复摆动一次，编码器8将主机架的实际转速和位置反馈给CPU中央处理器，曲轴9的另一端通过大齿轮12连接平衡块13，平衡块13平衡曲轴产生的重力。
[0031]如图3所示，本发明公开的一种高大型冷乳管机的送进同步机构同步方法，CPU中央处理器根据主机架编码器8反馈回的主机架实际位置发出运动指令给主轴伺服电机14，主轴伺服电机14在主机架运行到非乳制区时带动丝杠19运动，送进量通过HMI上的设定窗口设定，主轴丝杠编码器22采集每次丝杠送进量的实际值反馈至CPU中央处理器，CPU中央处理器使用位置同步控制理论，将主轴丝杠编码器22的实际值作为从轴伺服电机24的给定命令值，通过位置控制环中的PID调节器控制从轴伺服电机24的位置输出，并根据从轴丝杠编码器23的反馈值来比较两根丝杠的位置偏差，将位置偏差值补偿到PID调节器中，保证两根丝杠的同步性。
[0032]本发明的特点是伺服电机取代了普通电机作为动力源，伺服电机响应速度高，输出精度高。机械传动系统选用了涡轮涡杆机构，该机构安装在送进箱内，它转动惯量小，可在占用较小空间的前提下实现大速比传动。两根丝杠均安装了编码器，编码器将实时丝杠位置值S(毫米)反馈至CPU，CPU中央处理器控制伺服电机进行计算时，CPU中央处理器通过主从控制方式，将一根丝杠视为主轴，连接主轴的伺服电机跟踪CHJ中央处理器设定的电子凸轮曲线运动，在主机运行到非乳制区域时按照设定的送进量送进，将另一根丝杠视为从轴，连接从轴的伺服电机跟踪主轴运动，通过主轴和从轴编码器反馈的丝杠实际位置，CPU中央处理器实时运算并控制从轴伺服电机输出，保证从轴和主轴严格位置同步。
[0033]编码器将丝杠旋转的角度转化为轴线位移值，其计算公式如下:
[0034]S = QZP/360
[0035]式中，S是直线位移值，Q是编码器测量出的丝杠旋转角度值，Z是丝杠的头数，P是丝杠的螺距。编码器可计算从轴丝杠直线位移值，通过CPU的计算控制从轴伺服电机。
[0036]以上所述仅是本发明的优选实施方式，而非对其限制;应当指出，尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改和替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
【主权项】
1.一种大型冷乳管机的送进同步机构，其特征在于，包括主机架传动部分及送进同步部分: 送进同步部分由两组对称的机械结构组成:两套涡轮蜗杆、传动轴、送进箱、两根高精度丝杠、送料小车、送料床身、两个编码器和CPU中央处理器，两台伺服电机输出轴和两套涡轮蜗杆通过联轴器连接，蜗杆连接涡轮传动，涡轮带动传动轴通过联轴器和丝杠连接，两根丝杠通过螺母带动送料小车沿丝杠轴线方向往复运动，每根丝杠的末端均安装编码器，编码器将实时采集的丝杠绝对位置数据反馈至CPU中央处理器，CPU中央处理器进行运算，通过实时计算控制伺服电机带动两根丝杠沿轴线方向同步运动，同步带动送料小车运行； 主机架传动部分上设有编码器，编码器连接送进同步部分CHJ中央处理器。2.根据权利要求1所述的一种大型冷乳管机的送进同步机构，其特征在于，还包括HMI人机界面，CPU中央处理器结合HMI人机界面上设定的误差范围值进行计算，进而控制伺服电机。3.根据权利要求1所述的一种大型冷乳管机的送进同步机构，其特征在于，所述CHJ中央处理器利用PID调节器控制从轴伺服电机输出。4.根据权利要求1所述的一种大型冷乳管机的送进同步机构，其特征在于，所述主机架传动部分包括主电机、减速箱和曲轴箱:主电机通过传动轴连接了减速箱中的第一齿轮，第一齿轮通过传动轴连接第二齿轮，第二齿轮带动输出轴，输出轴的一端连接编码器，输出轴的另一端连接曲轴箱内的曲轴，曲轴的一端连接连杆，连杆连接主机机架往复运动，曲轴旋转一周，主机机架往复摆动一次，编码器将主机架的实际转速和位置反馈给CHJ中央处理器，曲轴的另一端通过大齿轮连接平衡块，平衡块平衡曲轴产生的重力。5.—种大型冷乳管机的送进同步机构同步方法，其特征在于，所述CPU中央处理器根据主机架编码器反馈回的主机架实际位置发出运动指令给主轴伺服电机，主轴伺服电机在主机架运行到非乳制区时带动丝杠运动，送进量通过HMI上的设定窗口设定，主轴丝杠编码器采集每次丝杠送进量的实际值反馈至CPU，CPU使用位置同步控制理论，将主轴丝杠编码器的实际值作为从轴伺服电机的给定命令值，通过位置控制环中的PID调节器控制从轴伺服电机的位置输出，并根据从轴丝杠编码器的反馈值来比较两根丝杠的位置偏差，将位置偏差值补偿到PID调节器中，保证两根丝杠的同步性。6.根据权利要求5所述的一种大型冷乳管机的送进同步机构同步方法，其特征在于，所述CPU中央处理器控制伺服电机进行计算时，CPU中央处理器通过主从控制方式，将一根丝杠视为主轴，连接主轴的伺服电机跟踪CPU中央处理器设定的电子凸轮曲线运动，在主机运行到非乳制区域时按照设定的送进量送进，将另一根丝杠视为从轴，连接从轴的伺服电机跟踪主轴运动，通过主轴和从轴编码器反馈的丝杠实际位置，CPU中央处理器实时运算并控制从轴伺服电机输出，保证从轴和主轴严格位置同步。7.根据权利要求6所述的一种大型冷乳管机的送进同步机构同步方法，其特征在于，所述编码器将丝杠旋转的角度转化为轴线位移值，其计算公式如下: S = QZP/360 式中，S是直线位移值，Q是编码器测量出的丝杠旋转角度值，Z是丝杠的头数，P是丝杠的螺距。
【文档编号】B21B39/02GK105964705SQ201610537503
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月8日
【发明人】张 杰, 杨鹏, 成海宝, 阎雪峰, 展京乐
【申请人】中国重型机械研究院股份公司