Автореферат Анцифиров (1245678), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Рис. 1. Окончательный переход штамповки и зависимость силы деформирования от хода ползуна

В качестве типового, для штамповки поковок на КГШП 25МН в автоматическом режиме, рассмотрен следующий состав горячештамповочного комплекса на базе конструкции пресса ОАО ТМП: автоматизированный комплекс для резки сортового проката на базе кривошипных ножниц КОН1330, производства ОАО «ЭНИКмаш–В», с точностью отрезки заготовок ±1мм от прутка диаметром до 80мм; механизированный стеллаж; рольганг для подачи заготовок в индуктор; индуктор с регулируемой мощностью нагрева заготовок; загрузчик заготовок на первую операцию штамповки; КГШП силой 25 МН с новым приводом механизма оперативной регулировки закрытой высоты, с датчиком положения ползуна; грейферной подачей и другими средствами автоматизации и механизации. На кривошипных ножницах, от прутка, отрезают цилиндрические заготовки 75мм и высотой 132мм. Масса полученной заготовки составляет 4,58±0,07 кг. Нагрев заготовок производится до температуры 1150–1200^оС. Начальная закрытая высота [L₀] устанавливается при наладке пресса.

Для технологического процесса ГОШ на КГШП 25МН принят вариант управления закрытой высотой межштампового пространства. Для работы средств автоматизации и механизации (грейферной подачи) требуется технологическая пауза 1...2с. Во время паузы, перед окончательной позицией штамповки, на ЭВМ по программе решается задача повышения точности и стабилизации высотного размера поковок путем оперативной подрегулировки закрытой высоты. Возможность осуществления оперативной регулировки закрытой высоты КГШП 25МН во время паузы определена моделированием процесса ГОШ шестерни в программном пакете ПА-9. Решение такой задачи позволяет стабилизировать и снизить отклонения высотного размера поковок от номинальной величины. Эти отклонения зависят от нестабильных упругих деформаций системы пресс–штамп из-за отклонений силы деформирования, нестабильности термической деформации штамповых вставок и других, трудно учитываемых факторов. Таким образом, должна обеспечиваться стабилизация высотного размера поковки относительно номинального значения закрытой высоты пресса [L₀]. Нестабильность параметров технологического процесса должна компенсироваться оперативной подрегулировкой закрытой высоты межштампового пространства. Величина подрегулировки ∆L_У рассчитывается адаптивной системой управления в соответствии с блок-схемой, приведенной на рис. 2.

Рис. 2. Блок-схема алгоритма управления процессом ГОШ на КГШП

На основе прессов различного конструктивного ряда, как отечественных, так и ведущих мировых фирм–производителей, в работе выполнен анализ конструкций механизмов регулировки закрытой высоты и осуществлен обзор их недостатков и преимуществ. В результате анализа конструкции КГШП 25МН (рис. 3), отечественного производителя ОАО ТМП, определены его недостатки, такие как трудоемкий процесс наладки и подрегулировки закрытой высоты механизмом с ручным управлением. Для устранения этих недостатков в главе предложен способ автоматического управления механизмом регулировки закрытой высоты с использованием частотно–регулируемого привода (сервопривода). Также в главе представлена классификация механизмов регулировки закрытой высоты, приведенная на рис. 4.

Третья глава содержит теоретические исследования, разработку специальной программы, описание имитационной модели и разработку адаптивного блока системы управления механизмом оперативной регулировки закрытой высоты.

В главе формализована задача управления закрытой высотой на окончательной позиции штамповки, в зависимости от величины несмыкания штампов L₂ на предварительной позиции процесса ГОШ. Задачей алгоритма адаптивного управления механизмом регулировки является расчет прогнозируемой закрытой высоты на окончательной операции штамповки.

Рис. 3. Механизм регулировки закрытой высоты КГШП 25МН ОАО ТМП

Рис. 4. Классификация механизмов регулировки закрытой высоты КШМ

Система управления определяет оптимальный сигнал на регулировку ∆L_У как разность номинальной закрытой высоты [L₀] и рассчитанного значения L₁. Обратной связью работы системы управления является измеряемая величина закрытой высоты на окончательной операции штамповки после оперативной подрегулировки. Если рассчитанная закрытая высота L₁ находится в пределах допуска, то оперативной подрегулировки не происходит.

Алгоритм адаптивного управления, реализованный в адаптивном блоке, разработан для предложенной линейной регрессии (1.1):

L₁=a₁+a₂∙L₂(1.1)

Для этой регрессии, адаптивным блоком, для каждой заготовки рассчитываются коэффициенты a₀ и a₁. Использование функциональной зависимости (1.1), где входным параметром является величина несмыкания штампов, применимо для таких случаев, когда на каждой операции штамповки может находиться только одна поковка. В случае штамповки на всех переходах одновременно, в диссертации разработана регрессионная зависимость (1.2):

∆L_У=d₁+d₂∙P₂ (1.2)

Для этой регрессии входным параметром является сила деформирования P₂ на предварительном переходе штамповки. Коэффициенты d₁ и d₂ так же рассчитываются адаптивным блоком системы управления. Адаптивный блок для расчета коэффициентов зависимостей (1.1) и (1.2) разработан на основе метода наименьших квадратов. Зависимости (1.1) и (1.2) с рассчитываемыми адаптивным блоком коэффициентами представляют собой имитационную модель работы механизма оперативной регулировки закрытой высоты КГШП.

В диссертации разработка адаптивного блока и имитационной модели работы механизма оперативной регулировки закрытой высоты осуществляется на основе линейной регрессии (1.1). Имитационные модели, описанные в этой главе, предназначены для первичной наладки КГШП с механизмом оперативной регулировки закрытой высоты, оснащенного адаптивной системой управления. В системе управления предусмотрено два режима работы (рис. 5):

1. имитационный режим (симуляция процесса ГОШ); 2) операционный режим;

Рис. 5. Схема работы системы управления механизмом регулировки закрытой высоты КГШП 25МН

кривошипный горячештамповочный высота поковка

Для работы системы управления в имитационном режиме, входным является заданное значение величины несмыкания штампов. Изменение параметров технологического процесса ГОШ, таких как масса (объем), температура нагрева заготовки, термическая деформация штампов осуществляется заданием интервала изменения величины несмыкания штампов от номинального значения L₂=23мм. Изменение интервала величины несмыкания определяется по результатам моделирования процесса ГОШ в программном пакете ПА-9 на основе результатов моделирования в Qform 2D и осуществляется по нормальному закону распределения.

В операционном режиме входными являются данные с датчиков положения ползуна, установленных на КГШП, а выходными – управляющее воздействие на исполнительный механизм системы управления. Таким образом, результаты работы системы управления можно проверять, используя имитационный режим процесса и полученные данные точности реализации управляющего сигнала системы управления приводом механизма оперативной регулировки КГШП. Это позволяет без монтажа основных узлов исполнительных механизмов на КГШП получить экспериментально информацию о параметрах и эффективности работы системы управления.

Имитационная модель работы механизма оперативной регулировки КГШП 25 МН реализована в разработанной в диссертации программе «Диана», на которую получены свидетельства РОСПАТЕНТа №2009611789. В главе предложен интерфейс программы управления, представленный на рис. 6.

3.5

-3.5

Рассчитываемые коэффициенты

имитационной модели

Исходные

данные

ИМ

Протокол

работы

системы

управления

Рис. 6. Главное окно программы «Диана»

Четвертая глава посвящена разработке экспериментального стенда механизма оперативной регулировки закрытой высоты, спроектированного на базе экспериментальной установки–кривошипного пресса 630кН, и результатам экспериментальных исследований. Модель предлагаемого стенда механизма оперативной регулировки закрытой высоты пресса состоит из расположенного на винтовой передаче 1 червячного механизма 2. Вращение червячного вала осуществляется частотно–регулируемым приводом через телескопический карданный вал 3. Червячный вал приводит во вращение шестерню, через которую осуществляется вращение винтовой передачи 1, что в свою очередь вызывает линейное перемещение ползуна 4. Шаг винтовой передачи для полной регулировкой закрытой высоты равен 4мм, для этого требуется поворот винта на угол 360°. Отслеживание линейного перемещения ползуна S_П происходит с помощью бесконтактного индуктивного датчика положения 5.

В данной работе принята методика проведения физических экспериментов на основе использования экспериментального стенда механизма оперативной регулировки закрытой высоты, представленной на рис.8, которая позволяет достоверно воспроизвести условия работы механизма оперативной регулировки закрытой высоты реального КГШП 25МН в течение цикла процесса ГОШ. Сервоприводом экспериментального стенда механизма оперативной регулировки на базе экспериментальной установки–кривошипного пресса 630кН служит частотный преобразователь и частотно-регулируемый синхронный двигатель с номинальными характеристиками мощности 1,57кВт, номинального момента 5Нм, пикового–до 25Нм, подобными характеристикам сервопривода, рекомендуемого в главе 2, для механизма оперативной регулировки КГШП 25МН. Мощность рекомендуемого в главе 2 привода 7,5кВт, номинальный крутящий момент 38Нм, пиковый–175Нм, достаточные для преодоления сопротивления инерционных масс, узлов механизма оперативной регулировки КГШП 25МН.

Точность углового позиционирования шестерни червячного механизма определяется с помощью энкодера. Нагрузка от приводимых механизмом оперативной регулировки масс задавалась регулируемым механическим тормозом.

Цели и задачи экспериментальных исследований:

1. определить время отработки сигнала управления на оперативную регулировку закрытой высоты на экспериментальном стенде механизма оперативной регулировки;

2. определить надежность применения частотно-регулируемого привода механизма оперативной регулировки для КГШП 25МН;

3. определить точность оперативной подрегулировки закрытой высоты за время технологической паузы;

4. провести компьютерное тестирование работы имитационной модели управления механизмом оперативной регулировки закрытой высоты КГШП 25МН;

Экспериментальные исследования проводились в три серии.

Серия 1: определение времени и надежности оперативной регулировки закрытой высоты при экспериментально определенной, оптимальной скорости привода механизма 1375 об/мин, необходимой для оперативной регулировки. Проведено 4 опыта, в которых для диапазона ∆L=0...4мм, с шагом 0,5мм, экспериментально определенно время оперативной регулировки закрытой высоты КШП 630кН. Для этого осуществлялся поворот шестерни механизма регулировки КШП от 0 до 360°, с шагом угла поворота 45°. Результаты первого опыта показаны на рис. 7. При регулировке закрытой высоты на 2 мм нагрузка на вал двигателя задавалась в два раза больше номинальной, при этом время оперативной регулировки не превышало 1,3с, что служит показателем надежности применения автоматического частотного управления в тяжелых производственных условиях.

1.30

Рис. 7. Зависимость величины оперативной регулировки от времени

Серия 2: оценка точности линейного позиционирования ползуна кривошипного пресса приводом механизма оперативной регулировки закрытой высоты.

Проведено 8 опытов для оценки точности линейного позиционирования ползуна кривошипного пресса при полной регулировке S_РЕГ=4мм. В каждом опыте определялся угол φ поворота шестерни червячного механизма оперативной регулировки КШП и величина линейного перемещения S_П ползуна, также определялись отклонения ∆φ от заданного угла поворота φ_УПР=360° и соответствующие этим угловым, линейные отклонения ∆S_П от заданного перемещения ползуна S_РЕГ. Результаты опытов приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Точность полной регулировки S_РЕГ=4мм (φ_УПР=360°)

Ниже, на рис.8, представлена диаграмма частоты вращения, путем интегрирования которой определялся угол поворота шестерни механизма регулировки от времени. В результате опытов, по критерию Стьюдента установлено, что для надежности P=0,95 точность линейного позиционирования ползуна КШП 630кН на величину полной регулировки равна S_П=3,974±0,029мм. При оперативной подрегулировке, в наиболее вероятном регулировочном интервале закрытой высоты КГШП 25МН, от 0 до 1,5мм, линейное отклонение перемещения ползуна S_П от заданной величины регулировки S_РЕГ не превышает 0,05мм.

Характеристики

Список файлов книги