本發(fā)明屬于大型軋輥堆焊再制造自動化技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種大型軋輥堆焊再制造可消除軸向偏移重載無級驅(qū)動裝置。
背景技術(shù):
大型軋輥是目前鋼鐵企業(yè)中最重要,也是價值最高的單體生產(chǎn)工具,超大型支撐輥質(zhì)量高達120多噸,直徑最大在Φ2200mm以上,制造工藝復(fù)雜,難度巨大,大型軋輥目前國內(nèi)制造還比較困難,主要依賴進口。價值上百萬至千萬一支的大型軋輥磨損不到5%,就要報廢,若能修復(fù)再生,經(jīng)濟效益巨大,每年可挽回損失10億元。由于軋輥是通過四個液壓舉升缸來調(diào)整其軸線高低實現(xiàn)對中的,實際中,四個液壓舉升缸不可能做到絕對一致,有可能導(dǎo)致軋輥在堆焊過程中沿軸向滑動,導(dǎo)致焊接質(zhì)量變差,影響產(chǎn)品質(zhì)量。所以,如何實時消除軸向偏移竄動是大型復(fù)合鑄鋼軋輥自動堆焊再制造技術(shù)裝備的關(guān)鍵。針對此問題,如果能實時檢測大型軋輥的軸向位移量,那么就可以采取措施控制液壓系統(tǒng)進行調(diào)整,避免焊接熔敷金屬重焊,趕堆、不平整等事故發(fā)生。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明就是針對上述問題,提供一種大型軋輥堆焊再制造可消除軸向偏移重載無級驅(qū)動裝置。
為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案,本發(fā)明包括位移傳感裝置、可伸縮的萬向聯(lián)軸器2和卡盤,其結(jié)構(gòu)要點卡盤中心與萬向聯(lián)軸器2不動一側(cè)相連,萬向聯(lián)軸器2另一側(cè)與待加工軋輥驅(qū)動軸相連,待加工軋輥下端兩側(cè)設(shè)置有靜態(tài)雙托架液壓舉升缸和動態(tài)雙托架液壓舉升缸;
所述位移傳感裝置的檢測信號輸出端口依次通過放大電路、濾波電路與控制裝置12的檢測信號輸入端口相連,控制裝置12的控制信號輸出端口與動態(tài)雙托架液壓舉升缸的控制信號輸入端口相連。
作為一種優(yōu)選方案,本發(fā)明所述位移傳感裝置包括四個電阻應(yīng)變片1,分別設(shè)置在萬向聯(lián)軸器2不動一側(cè)的左、右、上、下四個位置,左、右電阻應(yīng)變片1形成一對,上、下電阻應(yīng)變片1形成另一對。
作為另一種優(yōu)選方案,本發(fā)明所述卡盤為可升降的卡盤,卡盤的驅(qū)動電機采用交流伺服電機。
作為另一種優(yōu)選方案,本發(fā)明所述放大電路和濾波電路包括LM358芯片U1A、U1B和LF363P芯片U1C,LM358芯片的2腳分別與電阻應(yīng)變片一端、電阻R1一端相連,電阻應(yīng)變片另一端接地,LM358芯片的3腳接基準電壓Vref,電阻R1另一端分別與LM358芯片的1腳、電阻R2一端相連,電阻R2另一端分別與電容C1一端、LM358芯片的6腳相連,電容C1另一端接地,LM358芯片的5腳分別與LM358芯片的4腳、電容C2一端、電容C3一端相連,電容C2另一端接地,電容C3另一端分別與電阻R3一端、電阻R4一端、電阻R5一端相連,電阻R3另一端接電源VCC,電阻R4另一端接地,電阻R5另一端分別與電阻R6一端、LF363P芯片的7腳、電阻R8一端、控制裝置12的檢測信號輸入端口相連,電阻R6另一端分別與LF363P芯片的8腳、電容C4一端相連,電容C4另一端接地,電阻R8另一端分別與LF363P芯片的9腳、電阻R7一端相連,電阻R7另一端通過電容C5接地。
作為另一種優(yōu)選方案,本發(fā)明所述動態(tài)雙托架液壓舉升缸包括左舉升缸7和右舉升缸8,左舉升缸7的液壓端口與左電磁換向閥16的輸出端口相連,右舉升缸8的液壓端口與右電磁換向閥17的輸出端口相連;左電磁換向閥16的控制信號輸入端口、與右電磁換向閥17的控制信號輸入端口分別與所述控制裝置的控制信號輸出端口相連;
所述左舉升缸7包括左液壓缸14,左液壓缸14上端輸出桿與左支撐架30外側(cè)連接,左支撐架內(nèi)側(cè)上端通過左托舉輥轉(zhuǎn)軸28與左托舉輥26相連,左托舉輥26的右上端與所述待加工軋輥的左下端相接;
所述右舉升缸8包括右液壓缸15,右液壓缸15上端輸出桿與右支撐架31外側(cè)連接,右支撐架31內(nèi)側(cè)上端通過右托舉輥轉(zhuǎn)軸29與右托舉輥27相連,右托舉輥27的左上端與所述待加工軋輥4的右下端相接;
所述左電磁換向閥16的輸入第一端口通過左單向閥20分別與左壓力表18、油泵22、右壓力表19、右單向閥21一端相連,右單向閥21另一端接右電磁換向閥17的輸入第一端口,右電磁換向閥17的輸入第二端口分別與左電磁換向閥16的輸入第二端口、溢流閥24相連,溢流閥24和油泵22均與油罐25相連,油泵22與電機23相連。
作為另一種優(yōu)選方案,本發(fā)明所述左液壓缸14和右液壓缸15設(shè)置在支撐箱34兩側(cè),左支撐架30和右支撐架31為折形支撐架,折形支撐架的轉(zhuǎn)折處設(shè)置所述托舉輥轉(zhuǎn)軸,折形支撐架內(nèi)下端與支撐箱34上端相接,形支撐架外上端連接所述液壓缸上端輸出桿。
另外,本發(fā)明開始時空載運行,首先通過上下電阻應(yīng)變片(1-3、1-4)的拉壓力差值判斷旋轉(zhuǎn)待加工軋輥4是否與卡盤主驅(qū)動13保持絕對同心,如果不同心則調(diào)整動態(tài)雙托架液壓舉升缸7和8使兩者同心,且同時使旋轉(zhuǎn)待加工軋輥4水平;
如果P1-3-P1-4為正,P1-3為上電阻應(yīng)變片的壓拉力值,P1-4為下電阻應(yīng)變片的壓拉力值,則降低動態(tài)雙托架液壓舉升缸7、8;如果P1-3-P1-4為負,則抬高動態(tài)雙托架液壓舉升缸7、8;如果P1-1-P1-2正,P1-1為左電阻應(yīng)變片的壓拉力值,P1-2為右電阻應(yīng)變片的壓拉力值,則降低動態(tài)雙托架液壓左舉升缸7或抬高右舉升缸8;如果P1-1-P1-2為負,則抬高動態(tài)雙托架液壓左舉升缸7或降低右舉升缸8;重復(fù)以上兩個過程,直至P1-1-P1-2和P1-3-P1-4在規(guī)定范圍內(nèi)為止,且P1-1、P1-2、P1-3、P1-4均在規(guī)定值內(nèi);
開始加工堆焊時,通過四個電阻應(yīng)變片相互協(xié)調(diào)、配合控制動態(tài)雙托架液壓舉升缸7、8,使旋轉(zhuǎn)待加工軋輥4保持軸向位置穩(wěn)定在規(guī)定的范圍內(nèi);
當旋轉(zhuǎn)待加工軋輥4沿著軸向偏移方向5發(fā)生竄動時,一方面對位移傳感裝置1形成拉壓力,另一方面根據(jù)左右電阻應(yīng)變片(1-1和1-2)的拉壓力差值,或者上下電阻應(yīng)變片(1-3和1-4)的拉壓力差值來判斷旋轉(zhuǎn)待加工軋輥4不僅軸向竄動,還存在徑向移動,控制裝置12輸出信號控制左電磁換向閥16或右電磁換向閥17的A、B端口的通電,調(diào)整動態(tài)雙托架液壓舉升缸7或8的上下運動來調(diào)整旋轉(zhuǎn)待加工軋輥4,使其與卡盤主驅(qū)動13保持絕對同心;具體的調(diào)整規(guī)則如下,①輸出值大?。翰捎肞ID算法對位移傳感裝置的拉壓力差值進行輸出信號值計算,假設(shè)用ei表示位移傳感裝置的拉壓力差值(P1-1-P1-2或P1-3-P1-4)的當前值,ei-1表示上一個采樣時刻的值,ei-2表示上兩個采樣時刻的值,ui表示控制裝置12的當前輸出值,ui-1表示上一個時刻的輸出值,用kp、kI、kD表示可調(diào)參數(shù),則控制裝置12的輸出值可以表示成ui=ui-1+kPei+kIei-1+kDei-2;②信號給哪個控制端口:采用上一段液壓舉升缸動作的判斷規(guī)則來將ui送至控制液壓舉升缸的換向電磁閥相應(yīng)端口(A或B);③降低或抬高值大?。阂簤号e升缸的換向電磁閥16或17是由中間繼電器控制,其通斷電時間長短決定了液壓缸上升或下降多少;而控制裝置12輸出的是電壓量(與液壓缸上升或下降量成正比),不能直接用于控制時間從而控制液壓缸的上升或下降量;設(shè)油壓穩(wěn)定,液壓缸運動速度也是穩(wěn)定的,液壓缸運動速度設(shè)為v,控制裝置12輸出ui乘以一個變比系數(shù)k,即kui就是液壓缸需要變化的量,而kui/v就是換向電磁閥16或17保持通斷的時間大??;換向電磁閥16或17保持通斷的時間為kui/v,控制裝置12的輸出值與液壓缸的上升或下降量一致。
其次,所述P1-1-P1-2和P1-3-P1-4的規(guī)定范圍為﹣0.1mm~+0.1mm,P1-1、P1-2、P1-3、P1-4的規(guī)定值轉(zhuǎn)換為位移值為﹣0.2mm~+0.2mm,旋轉(zhuǎn)待加工軋輥4保持軸向位置穩(wěn)定在規(guī)定的范圍值為偏移中心﹣0.1mm~+0.1mm。
本發(fā)明有益效果。
本發(fā)明可以實時檢測軋輥軸向位移量大小并通過控制液壓驅(qū)動系統(tǒng)來調(diào)整軋輥軸向移動的裝置,以提高大型軋輥再制造質(zhì)量和改進工藝控制水平與降低企業(yè)生產(chǎn)成本。
本發(fā)明由萬向聯(lián)軸器聯(lián)接軋輥驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動,軋輥由可調(diào)心防竄動的雙托架承載,通過動態(tài)雙托架液壓舉升缸來調(diào)整軋輥的軸線高低對中,同時通過控制裝置自動閉環(huán)伺服調(diào)節(jié)動態(tài)雙托架液壓舉升缸的升降,來消除糾正軋輥在托輥上產(chǎn)生的軸向竄動。
本發(fā)明位移傳感裝置安裝在可伸縮的萬向聯(lián)軸器的不動一側(cè)上,通過檢測壓力或拉力來檢測處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的待加工大型軋輥在液壓機構(gòu)上是否沿軸向有所竄移。
控制裝置根據(jù)傳感裝置檢測到的信號來分析、判斷旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的待加工大型軋輥是否有軸向移動,以及移動量大小和方向等,并根據(jù)判斷結(jié)果輸出信號給液壓驅(qū)動裝置。
本發(fā)明控制裝置可控制動態(tài)雙托架液壓舉升缸的液壓缸連續(xù)變化,實現(xiàn)無級驅(qū)動。
附圖說明
下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步說明。本發(fā)明保護范圍不僅局限于以下內(nèi)容的表述。
圖1是系統(tǒng)總圖。
圖2是4路位移傳感測量裝置安放位置放大圖
圖3是每一路的位移傳感測量電路信號放大圖。
圖4是每一路的位移傳感測量電路信號濾波電路圖。
圖5是主控系統(tǒng)框圖。
圖6是液壓舉升缸控制簡圖。
圖7是液壓舉升缸舉升部分簡圖。
圖8是圖7的A-A方向視圖。
圖中:1.位移傳感裝置(4路);1-1.左電阻應(yīng)變片;1-2右電阻應(yīng)變片;1-3上電阻應(yīng)變片;1-4下電阻應(yīng)變片;2.萬向聯(lián)軸器;3.待加工軋輥旋轉(zhuǎn)方向;4.待加工軋輥;5.待加工軋輥軸向偏移方向;6.靜態(tài)雙托架液壓舉升缸;7.動態(tài)雙托架液壓左舉升缸;8.動態(tài)雙托架液壓右舉升缸;9.控制線1;10.控制線2;11.信號線;12.控制裝置;13.卡盤主驅(qū)動;14.左液壓缸;15.左液壓缸;16.左電磁換向閥;17.右電磁換向閥;18.左壓力表;19.右壓力表;20.左單向閥;21.右單向閥;22.油泵;23.電機;24.溢流閥;25.油罐;26.左托舉輥;27.右托舉輥;28.左托舉輥轉(zhuǎn)軸;29.右托舉輥轉(zhuǎn)軸;30.左支撐架;31.右支撐架;32.左油管組;33.右油管組;34.支撐箱。
具體實施方式
如圖所示,本發(fā)明包括位移傳感裝置、可伸縮的萬向聯(lián)軸器2、卡盤,卡盤中心與萬向聯(lián)軸器2不動一側(cè)相連,萬向聯(lián)軸器2另一側(cè)與待加工軋輥驅(qū)動軸相連,待加工軋輥下端兩側(cè)設(shè)置有靜態(tài)雙托架液壓舉升缸和動態(tài)雙托架液壓舉升缸;
所述位移傳感裝置的檢測信號輸出端口依次通過放大電路、濾波電路與控制裝置12的檢測信號輸入端口相連,控制裝置12的控制信號輸出端口與動態(tài)雙托架液壓舉升缸的控制信號輸入端口相連。
所述位移傳感裝置包括四個電阻應(yīng)變片1,分別設(shè)置在萬向聯(lián)軸器2不動一側(cè)的左、右、上、下四個位置,左、右電阻應(yīng)變片1形成一對,上、下電阻應(yīng)變片1形成另一對。
所述卡盤為可升降的卡盤,卡盤的驅(qū)動電機采用交流伺服電機。電機選用交流伺服電機,啟動力矩大,調(diào)速范圍寬,同時可解決托輥驅(qū)動帶來的易打滑丟轉(zhuǎn)問題。
所述放大電路和濾波電路包括LM358芯片U1A、U1B和LF363P芯片U1C,LM358芯片的2腳分別與電阻應(yīng)變片一端、電阻R1一端相連,電阻應(yīng)變片另一端接地,LM358芯片的3腳接基準電壓Vref,電阻R1另一端分別與LM358芯片的1腳、電阻R2一端相連,電阻R2另一端分別與電容C1一端、LM358芯片的6腳相連,電容C1另一端接地,LM358芯片的5腳分別與LM358芯片的4腳、電容C2一端、電容C3一端相連,電容C2另一端接地,電容C3另一端分別與電阻R3一端、電阻R4一端、電阻R5一端相連,電阻R3另一端接電源VCC,電阻R4另一端接地,電阻R5另一端分別與電阻R6一端、LF363P芯片的7腳、電阻R8一端、控制裝置12的檢測信號輸入端口相連,電阻R6另一端分別與LF363P芯片的8腳、電容C4一端相連,電容C4另一端接地,電阻R8另一端分別與LF363P芯片的9腳、電阻R7一端相連,電阻R7另一端通過電容C5接地。
所述動態(tài)雙托架液壓舉升缸包括左舉升缸7和右舉升缸8,左舉升缸7的液壓端口與左電磁換向閥16的輸出端口相連,右舉升缸8的液壓端口與右電磁換向閥17的輸出端口相連;左電磁換向閥16的控制信號輸入端口、與右電磁換向閥17的控制信號輸入端口分別與所述控制裝置的控制信號輸出端口相連;
所述左舉升缸7包括左液壓缸14,左液壓缸14上端輸出桿與左支撐架30外側(cè)連接,左支撐架內(nèi)側(cè)上端通過左托舉輥轉(zhuǎn)軸28與左托舉輥26相連,左托舉輥26的右上端與所述待加工軋輥的左下端相接;
所述右舉升缸8包括右液壓缸15,右液壓缸15上端輸出桿與右支撐架31外側(cè)連接,右支撐架31內(nèi)側(cè)上端通過右托舉輥轉(zhuǎn)軸29與右托舉輥27相連,右托舉輥27的左上端與所述待加工軋輥4的右下端相接;
所述左電磁換向閥16的輸入第一端口通過左單向閥20分別與左壓力表18、油泵22、右壓力表19、右單向閥21一端相連,右單向閥21另一端接右電磁換向閥17的輸入第一端口,右電磁換向閥17的輸入第二端口分別與左電磁換向閥16的輸入第二端口、溢流閥24相連,溢流閥24和油泵22均與油罐25相連,油泵22與電機23相連。
所述左液壓缸14和右液壓缸15設(shè)置在支撐箱34兩側(cè),左支撐架30和右支撐架31為折形支撐架,折形支撐架的轉(zhuǎn)折處設(shè)置所述托舉輥轉(zhuǎn)軸,折形支撐架內(nèi)下端與支撐箱34上端相接,形支撐架外上端連接所述液壓缸上端輸出桿。
動態(tài)雙托架液壓舉升缸7或8負責(zé)旋轉(zhuǎn)待加工軋輥4的調(diào)整工作。這一功能是通過控制電磁換向閥16或17來實現(xiàn)的??刂蒲b置12通過傳感器的信號和PLC中的判斷程序,計算出應(yīng)該使兩個液壓舉升缸7或8分別上升或下降的量,然后由控制系統(tǒng)分別輸出給電磁換向閥16或17得電與否,從而控制兩個液壓舉升缸,即可實時可控旋轉(zhuǎn)待加工軋輥4的軸向竄動量。
靜態(tài)雙托架液壓舉升缸6的結(jié)構(gòu)可與動態(tài)雙托架液壓舉升缸7、8結(jié)構(gòu)相同,只是不控制液壓缸升降。
托舉輥與待加工軋輥4之間是滾動摩擦接觸,有利于減少阻力。當液壓缸14或15上下變化時,帶動支撐架30、31上下運動,從而使左托舉輥26和27運動,最終導(dǎo)致待加工軋輥4的上升或下降。
本發(fā)明開始時空載運行,首先通過上下電阻應(yīng)變片(1-3、1-4)的拉壓力差值判斷旋轉(zhuǎn)待加工軋輥4是否與卡盤主驅(qū)動13保持絕對同心,如果不同心則調(diào)整動態(tài)雙托架液壓舉升缸7和8使兩者同心,且同時使旋轉(zhuǎn)待加工軋輥4水平;
如果P1-3-P1-4為正,P1-3為上電阻應(yīng)變片的壓拉力值,P1-4為下電阻應(yīng)變片的壓拉力值,則降低動態(tài)雙托架液壓舉升缸7和8;如果P1-3-P1-4為負,則抬高動態(tài)雙托架液壓舉升缸7和8;如果P1-1-P1-2正,P1-1為左電阻應(yīng)變片的壓拉力值,P1-2為右電阻應(yīng)變片的壓拉力值,則降低動態(tài)雙托架液壓左舉升缸7或抬高右舉升缸8;如果P1-1-P1-2為負,則抬高動態(tài)雙托架液壓左舉升缸7或降低右舉升缸8;重復(fù)以上兩個過程,直至P1-1-P1-2和P1-3-P1-4在規(guī)定范圍內(nèi)為止,且P1-1、P1-2、P1-3、P1-4均在規(guī)定值內(nèi);
開始加工堆焊時,通過4電阻應(yīng)變片相互協(xié)調(diào)、配合控制動態(tài)雙托架液壓舉升缸7和8,使旋轉(zhuǎn)待加工軋輥4保持軸向位置穩(wěn)定在規(guī)定的范圍內(nèi);
當旋轉(zhuǎn)待加工軋輥4沿著軸向偏移方向5發(fā)生竄動時,一方面對位移傳感裝置1形成拉壓力,另一方面根據(jù)左右電阻應(yīng)變片(1-1和1-2)的拉壓力差值,或者上下電阻應(yīng)變片(1-3和1-4)的拉壓力差值來判斷旋轉(zhuǎn)待加工軋輥4不僅軸向竄動,還存在徑向移動,控制裝置12輸出信號控制左電磁換向閥16或右電磁換向閥17的A、B端口的通電,調(diào)整動態(tài)雙托架液壓舉升缸7或8的上下運動來調(diào)整旋轉(zhuǎn)待加工軋輥4,使其與卡盤主驅(qū)動13保持絕對同心;具體的調(diào)整規(guī)則如下,①輸出值大?。翰捎肞ID算法對位移傳感裝置的拉壓力差值進行輸出信號值計算,假設(shè)用ei表示位移傳感裝置的拉壓力差值(P1-1-P1-2或P1-3-P1-4)的當前值,ei-1表示上一個采樣時刻的值,ei-2表示上兩個采樣時刻的值,ui表示控制裝置12的當前輸出值,ui-1表示上一個時刻的輸出值,用kp、kI、kD表示可調(diào)參數(shù),則控制裝置12的輸出值可以表示成ui=ui-1+kPei+kIei-1+kDei-2;②信號給哪個控制端口:采用上一段液壓舉升缸動作的判斷規(guī)則來將ui送至控制液壓舉升缸的換向電磁閥相應(yīng)端口(A或B);③降低或抬高值大小:液壓舉升缸的換向電磁閥16或17是由中間繼電器控制,其通斷電時間長短決定了液壓缸上升或下降多少;而控制裝置12輸出的是電壓量(與液壓缸上升或下降量成正比),不能直接用于控制時間從而控制液壓缸的上升或下降量;設(shè)油壓穩(wěn)定,液壓缸運動速度也是穩(wěn)定的,液壓缸運動速度設(shè)為v,控制裝置12輸出ui乘以一個變比系數(shù)k,即kui就是液壓缸需要變化的量,而kui/v就是換向電磁閥16或17保持通斷的時間大小;換向電磁閥16或17保持通斷的時間為kui/v,控制裝置12的輸出值與液壓缸的上升或下降量一致。
下面結(jié)合附圖說明本發(fā)明的工作過程。
當卡盤主驅(qū)動13啟動后,通過萬向聯(lián)軸器2使待加工軋輥4向一個方向旋轉(zhuǎn),此時水冷焊槍(未標示出)開始工作,給待加工軋輥表面進行堆焊處理。由于大型軋輥體積巨大、重量可達幾十上百噸,如果在旋轉(zhuǎn)工作過程中,雙托架系統(tǒng)(液壓舉升缸7、8是其的一部分)不與卡盤主驅(qū)動13在一個水平線上,則待加工軋輥4將逐漸沿著軸向偏移方向5運動,就會給萬向聯(lián)軸器2施加一個動態(tài)拉力或者壓力。當這個拉壓力超過設(shè)定數(shù)值時,位移傳感裝置開始工作,產(chǎn)生一電流值,此電流與拉壓力成正比,表示動態(tài)拉力或者壓力。此電流由于信號微弱,需要經(jīng)過放大電路(圖3)放大,再由濾波電路(圖4)除去噪音后,送至控制裝置12進行分析處理。
控制裝置12主要由PLC構(gòu)成,PLC需要完成的控制功能較多,同時控制精度要求也較高,運算速度較快且要求有數(shù)據(jù)處理能力,需要用功率模塊來控制比例液壓閥,閉環(huán)伺服控制中涉及的邏輯控制、液壓泵站的控制和液壓系統(tǒng)的開關(guān)控制均由PLC系統(tǒng)完成??蛇x用西門子公司的S7—200系列CPU222型PLC,配模擬量擴展模塊。液壓系統(tǒng)工作時所需要的各種數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)塊內(nèi),通過用戶程序傳送內(nèi)部的數(shù)據(jù)給模擬量輸出模塊。
可以理解的是,以上關(guān)于本發(fā)明的具體描述,僅用于說明本發(fā)明而并非受限于本發(fā)明實施例所描述的技術(shù)方案,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解,仍然可以對本發(fā)明進行修改或等同替換,以達到相同的技術(shù)效果;只要滿足使用需要,都在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。