專利名稱：多分部電機控制的線材加工實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于機電一體化裝置，具體涉及一種采用多電機控制對線材進行模擬加 工的實驗裝置。
背景技術(shù)：
多電機控制系統(tǒng)在實際生產(chǎn)中具有重要的應(yīng)用背景，尤其是在線材加工行業(yè)。例如 在拉絲機系統(tǒng)中所加工的金屬絲要求粗細一致，就必須保證各機架間的金屬絲的張力保 保持恒定。但是在實際生產(chǎn)過程中由于多種原因難于滿足設(shè)計要求。由于實際生產(chǎn)設(shè)備 較大，在運行過程中很難實現(xiàn)對各個機架間速度、拉絲角度等參數(shù)的調(diào)節(jié)，特別是其相 互間速度或張力的耦合作用。用計算機可以仿真獲取此類參數(shù)，但由此帶來的問題是模 擬參數(shù)與實際生產(chǎn)過程有一定的偏離。如能提供一種小型裝置在工藝設(shè)計計算的基礎(chǔ)上 直接檢驗算法的正確性或由實驗得出最佳的運行參數(shù)來驗證所提方案是否達到最優(yōu)化， 這在線材加工以及控制理論計算方面是非常有實際意義的，本實用新型的提出可以理想 解決這一難題。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種由多分部電機控制對線材進行模擬加工的實驗裝置。 以下參照附圖對本實用新型的技術(shù)方案及工作原理進行說明。多分部電機控制的線 材加工實驗裝置具有實驗臺面、纏繞筒、穩(wěn)定輪、張力控制器、換向輪、張緊機構(gòu)、 加緊機構(gòu)、干擾機構(gòu)以及纏繞絲等。由1個纏繞筒、1個穩(wěn)定輪、1個張力控制器組成 一個機架，多分部電機控制的線材加工實驗裝置共由四個機架。對線材進行模擬加工要 求(金屬)纏繞絲在運動過程中必須保持張力恒定。張力控制器的調(diào)節(jié)原理是當各機架 間的纏繞絲張力不一致時，將線速度的偏差反應(yīng)為張力控制器位置的變化，該變化由位 置傳感器檢測后與原設(shè)定張力控制器的位置比較后進行反饋，通過對張力控制器的調(diào)節(jié) 來微調(diào)纏繞絲張力的大小進而微調(diào)各機架速度比例關(guān)系，形成閉環(huán)控制。在正常情況下 通過各機架的纏繞絲面積是相同的，所以系統(tǒng)必須保證相鄰機架的纏繞絲頭尾速度必須 相同。要滿足上述條件，必須定制一個可靠的速度標準，然后順序調(diào)節(jié)其他機架。對本 實用新型選擇第一個機架作為速度調(diào)節(jié)的標準。
3200820142261.

圖1是本實用新型各部件連接以及工作原理圖。 圖2是張力控制器結(jié)構(gòu)原理圖。 圖3是圖2剖面的俯視圖。
具體實施方式
具體設(shè)計方案為(如圖1 3):在實驗臺面1上設(shè)置四個等伺距的纏繞筒2-1 2-4, 每個纏繞筒側(cè)面設(shè)有一個穩(wěn)定輪3，纏繞筒與穩(wěn)定輪兩外圓相切。穩(wěn)定輪的作用是將纏
繞絲固定在纏繞筒的相對位置，防止上下移動造成的無序張力變化。在第一至第三個纏
繞筒2-l 2-3的側(cè)下方各設(shè)有一個張力控制器4-1 4-3,其作用是控制纏繞絲的張力、 實時將纏繞絲的張力變化傳給位置傳感器14，在張力變化較大時起到保護纏繞絲防止被 拉斷的作用。7個換向輪5-l 5-7分別置于第一個纏繞筒2-l、第三個纏繞筒2-3和第 四個纏繞筒2-4的側(cè)面，換向輪用來改變纏繞絲的運行方向。第三個換向輪5-3與第五 個換向輪5-5之間設(shè)有張緊機構(gòu)6，其作用是調(diào)節(jié)纏繞絲相對張力，保證拉絲的均勻性。 第一個張力控制器4-1與第二個纏繞筒2-2之間以及第三個張力控制器4-3與第四個纏 繞筒2-4之間各設(shè)有一個加緊機構(gòu)7，加緊機構(gòu)可使纏繞絲在預(yù)定的纏繞筒之間有一定 的預(yù)緊力。第二個張力控制器4-2與第三個纏繞筒2-3之間以及在第二個換向輪5-2的 下方設(shè)有干擾機構(gòu)8;在第二個換向輪5-2的右側(cè)亦設(shè)有一個干擾機構(gòu)8。其設(shè)計目的 是模仿實際拉絲生產(chǎn)工況，人為提供在運行之中的干擾，用以檢查控制系統(tǒng)的調(diào)整特性 以及響應(yīng)速度。纏繞絲9依次穿過4個纏繞筒、3個張力控制器、7個換向輪、l個張緊 機構(gòu)、2個加緊機構(gòu)、2個干擾機構(gòu)形成閉環(huán)回路。每個張力控制器由上擺臂10-1、下 擺臂10-2、轉(zhuǎn)輪11、拉簧12及移動轉(zhuǎn)換裝置13組成。上擺臂10-1和下擺臂10-2的 一端通過一個穿過所述實驗臺面1的活動軸固定。上擺臂10-1的另一端通過一短柱與 轉(zhuǎn)輪11固定；下擺臂10-2的另一端與拉簧12固定。拉簧12的另一端所述實驗臺面1 的底面固定。上擺臂10-1的側(cè)面與移動轉(zhuǎn)換裝置13相接觸，位置傳感器14置于移動 轉(zhuǎn)換裝置13的后面。
當某兩個纏繞筒的轉(zhuǎn)速不一致時，其間的纏繞絲會被拉緊或放松，在拉簧12的作 用下雙擺臂將會有一定角度的轉(zhuǎn)動，移動轉(zhuǎn)換裝置13將此轉(zhuǎn)動傳至位置傳感器14，位 置傳感器便有相應(yīng)的信號輸出。由計算機的控制可使相應(yīng)纏繞筒的轉(zhuǎn)速減低或增加，以 達到控制張力的目的。為了調(diào)整纏繞絲的高度，第二個換向輪5-2的平面與實驗臺平面 呈90G安放。第三個換向輪5-3、第四個換向輪5-4和第五個換向輪5-5呈三角形設(shè)置。以下通過具體實施例對本實用新型的工作原理做進一步的說明。
四臺電機同時通電使纏繞筒轉(zhuǎn)動拉動纏繞絲，在沒有加進控制之前，由于各個電機 轉(zhuǎn)速的差異使得纏繞絲拉緊、放松無規(guī)則交替進行，極易將纏繞絲拉斷。通過控制理論 計算可提出一種控制的方案，使線材拉絲生產(chǎn)工藝達到最優(yōu)化。加進控制后，纏繞絲被 視為勻速運動體，整個系統(tǒng)會自動進行調(diào)整，保持整個裝置的運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，各段張力的一 致。具體過程為
本實用新型選擇第一個機架作為速度調(diào)節(jié)的標準。第一個纏繞筒2-l的轉(zhuǎn)速首先被 穩(wěn)定在某一個值上，其余3個纏繞筒2-2 2-4在三個張力控制器4-l 4-3的調(diào)整下， 可以控制每個纏繞筒的轉(zhuǎn)速，以使纏繞絲受力均勻。如果第二個纏繞筒2-2的轉(zhuǎn)速小于 第一個纏繞筒2-l的轉(zhuǎn)速，則兩個纏繞筒2-l 2-2之間的纏繞絲被拉緊，第一個張力控 制器4-l中的擺臂將克服拉簧12的拉力，使位置傳感器14輸出的信號傳給上位控制計 算機，進行相應(yīng)的調(diào)整。由此使第二個纏繞筒2-2的轉(zhuǎn)速加快并保持與第一個纏繞筒2-l 的轉(zhuǎn)速相同。此時第一個張力控制器4-1的擺臂在拉簧12的作用下回到初始位置。反 之如果第二個纏繞筒2-2的轉(zhuǎn)速大于第一個纏繞筒2-1的轉(zhuǎn)速時，兩個纏繞筒2-l 2-2 之間的纏繞絲被放松。同樣，第一個張力控制器的擺臂在拉簧的作用下，亦使位置傳感 器14輸出的信號傳給上位控制計算機，進行相應(yīng)的調(diào)整，使第二個纏繞筒2-2的轉(zhuǎn)速 加快并保持與第一個纏繞筒2-l的轉(zhuǎn)速相同。第三個或第四個纏繞筒轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，其 控制過程與前述完全相同，轉(zhuǎn)速均是向前一級纏繞筒追蹤。
本實用新型的特點和有益效果在于，可以通過小型裝置來檢驗或驗證計算機仿真獲 取的運行參數(shù)，解決了設(shè)計參數(shù)與實際生產(chǎn)過程運行參數(shù)偏離的問題。即通過在本實用 新型上的實驗直接檢驗算法的正確性或由實驗得出最佳的運行參數(shù)來驗證所提方案是 否達到最優(yōu)化，這在線材加工以及控制理論計算方面都是非常有實際意義的。該裝置不 但能夠有量化的指標輸出而且有實際可以觀測到的狀態(tài)改變。
權(quán)利要求1. 多分部電機控制的線材加工實驗裝置，具有實驗臺面、纏繞筒、穩(wěn)定輪、張力控制器、換向輪、張緊機構(gòu)、加緊機構(gòu)、干擾機構(gòu)、纏繞絲，其特征是由1個纏繞筒、1個穩(wěn)定輪、1個張力控制器組成一個機架，在實驗臺面(1)上設(shè)置四個等間距的纏繞筒(2-1～2-4)，每個纏繞筒側(cè)面設(shè)有一個穩(wěn)定輪(3)，纏繞筒與穩(wěn)定輪兩外圓相切，在第一至第三個纏繞筒(2-1～2-3)的側(cè)下方各設(shè)有一個張力控制器(4-1～4-3)，7個換向輪(5-1～5-7)分別置于第一個纏繞筒(2-1)、第三個纏繞筒(2-3)和第四個纏繞筒(2-4)的側(cè)面，第三個換向輪(5-3)與第五個換向輪(5-5)之間設(shè)有張緊機構(gòu)(6)，第一個張力控制器(4-1)與第二個纏繞筒(2-2)之間以及第三個張力控制器(4-3)與第四個纏繞筒(2-4)之間各設(shè)有一個加緊機構(gòu)(7)，第二個張力控制器(4-2)與第三個纏繞筒(2-3)之間以及在第二個換向輪(5-2)的下方設(shè)有干擾機構(gòu)(8)，纏繞絲(9)依次穿過4個纏繞筒、3個張力控制器、7個換向輪、1個張緊機構(gòu)、2個加緊機構(gòu)、2個干擾機構(gòu)形成閉環(huán)回路。
2. 按照權(quán)利要求1所述的多分部電機控制的線材加工實驗裝置，其特征是所述3個 張力控制器(4-l 4-3)，每個張力控制器由上擺臂(10-1)、下擺臂(10-2)、轉(zhuǎn)輪(11)、 拉簧(12)及移動轉(zhuǎn)換裝置(13)組成，上擺臂(10-1)和下擺臂(10-2)的一端通過 一個穿過所述實驗臺面(1)的活動軸固定；上擺臂(10-1)的另一端通過一短柱與轉(zhuǎn) 輪(11)固定，下擺臂(10-2)的另一端與拉簧(12)固定；拉簧(12)的另一端所述 實驗臺面(1)的底面固定，上擺臂(10-1)的側(cè)面與移動轉(zhuǎn)換裝置(13)相接觸，位 置傳感器(14)置于移動轉(zhuǎn)換裝置(13)的后面。
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的多分部電機控制的線材加工實驗裝置，其特征是所述 第二個換向輪(5-2)其平面與實驗臺面呈9()G安放。
4. 按照權(quán)利要求1或2所述的多分部電機控制的線材加工實驗裝置，其特征是所述 第三至第五個換向輪(5-3 5-5)呈三角形設(shè)置。
專利摘要本實用新型提供了一種由多分部電機控制對線材進行模擬加工的實驗裝置。由纏繞筒、穩(wěn)定輪、張力控制器組成一個機架，共由四個機架構(gòu)成。在實驗臺面上設(shè)置四個纏繞筒，每個纏繞筒側(cè)面設(shè)有一個穩(wěn)定輪。在第一至第三個纏繞筒的側(cè)下方各設(shè)有一個張力控制器，7個換向輪分別置于第一、第三和第四個纏繞筒的側(cè)面。第三與第五個換向輪之間設(shè)有張緊機構(gòu)。在張力控制器與纏繞筒之間或設(shè)有加緊機構(gòu)或設(shè)有干擾機構(gòu)。纏繞絲依次穿過四個機架、換向輪、張緊機構(gòu)、加緊機構(gòu)以及干擾機構(gòu)形成閉環(huán)回路。在本實用新型上可以直接檢驗設(shè)計參數(shù)的正確性或由實驗得出最佳的運行參數(shù)來驗證所提方案是否達到最優(yōu)化，這在線材加工以及控制理論計算方面非常有實際意義。
文檔編號G09B25/00GK201266450SQ20082014226
公開日2009年7月1日 申請日期2008年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月6日
發(fā)明者劉繼光, 李保林, 浩 袁 申請人:天津大學(xué)