专利名称：多分部电机控制的线材加工实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于机电一体化装置，具体涉及一种采用多电机控制对线材进行模拟加 工的实验装置。
背景技术：
多电机控制系统在实际生产中具有重要的应用背景，尤其是在线材加工行业。例如 在拉丝机系统中所加工的金属丝要求粗细一致，就必须保证各机架间的金属丝的张力保 保持恒定。但是在实际生产过程中由于多种原因难于满足设计要求。由于实际生产设备 较大，在运行过程中很难实现对各个机架间速度、拉丝角度等参数的调节，特别是其相 互间速度或张力的耦合作用。用计算机可以仿真获取此类参数，但由此带来的问题是模 拟参数与实际生产过程有一定的偏离。如能提供一种小型装置在工艺设计计算的基础上 直接检验算法的正确性或由实验得出最佳的运行参数来验证所提方案是否达到最优化， 这在线材加工以及控制理论计算方面是非常有实际意义的，本实用新型的提出可以理想 解决这一难题。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种由多分部电机控制对线材进行模拟加工的实验装置。 以下参照附图对本实用新型的技术方案及工作原理进行说明。多分部电机控制的线 材加工实验装置具有实验台面、缠绕筒、稳定轮、张力控制器、换向轮、张紧机构、 加紧机构、干扰机构以及缠绕丝等。由1个缠绕筒、1个稳定轮、1个张力控制器组成 一个机架，多分部电机控制的线材加工实验装置共由四个机架。对线材进行模拟加工要 求(金属)缠绕丝在运动过程中必须保持张力恒定。张力控制器的调节原理是当各机架 间的缠绕丝张力不一致时，将线速度的偏差反应为张力控制器位置的变化，该变化由位 置传感器检测后与原设定张力控制器的位置比较后进行反馈，通过对张力控制器的调节 来微调缠绕丝张力的大小进而微调各机架速度比例关系，形成闭环控制。在正常情况下 通过各机架的缠绕丝面积是相同的，所以系统必须保证相邻机架的缠绕丝头尾速度必须 相同。要满足上述条件，必须定制一个可靠的速度标准，然后顺序调节其他机架。对本 实用新型选择第一个机架作为速度调节的标准。
3200820142261.
图1是本实用新型各部件连接以及工作原理图。 图2是张力控制器结构原理图。 图3是图2剖面的俯视图。
具体实施方式
具体设计方案为(如图1 3):在实验台面1上设置四个等伺距的缠绕筒2-1 2-4, 每个缠绕筒侧面设有一个稳定轮3，缠绕筒与稳定轮两外圆相切。稳定轮的作用是将缠
绕丝固定在缠绕筒的相对位置，防止上下移动造成的无序张力变化。在第一至第三个缠
绕筒2-l 2-3的侧下方各设有一个张力控制器4-1 4-3,其作用是控制缠绕丝的张力、 实时将缠绕丝的张力变化传给位置传感器14，在张力变化较大时起到保护缠绕丝防止被 拉断的作用。7个换向轮5-l 5-7分别置于第一个缠绕筒2-l、第三个缠绕筒2-3和第 四个缠绕筒2-4的侧面，换向轮用来改变缠绕丝的运行方向。第三个换向轮5-3与第五 个换向轮5-5之间设有张紧机构6，其作用是调节缠绕丝相对张力，保证拉丝的均匀性。 第一个张力控制器4-1与第二个缠绕筒2-2之间以及第三个张力控制器4-3与第四个缠 绕筒2-4之间各设有一个加紧机构7，加紧机构可使缠绕丝在预定的缠绕筒之间有一定 的预紧力。第二个张力控制器4-2与第三个缠绕筒2-3之间以及在第二个换向轮5-2的 下方设有干扰机构8;在第二个换向轮5-2的右侧亦设有一个干扰机构8。其设计目的 是模仿实际拉丝生产工况，人为提供在运行之中的干扰，用以检查控制系统的调整特性 以及响应速度。缠绕丝9依次穿过4个缠绕筒、3个张力控制器、7个换向轮、l个张紧 机构、2个加紧机构、2个干扰机构形成闭环回路。每个张力控制器由上摆臂10-1、下 摆臂10-2、转轮11、拉簧12及移动转换装置13组成。上摆臂10-1和下摆臂10-2的 一端通过一个穿过所述实验台面1的活动轴固定。上摆臂10-1的另一端通过一短柱与 转轮11固定；下摆臂10-2的另一端与拉簧12固定。拉簧12的另一端所述实验台面1 的底面固定。上摆臂10-1的侧面与移动转换装置13相接触，位置传感器14置于移动 转换装置13的后面。
当某两个缠绕筒的转速不一致时，其间的缠绕丝会被拉紧或放松，在拉簧12的作 用下双摆臂将会有一定角度的转动，移动转换装置13将此转动传至位置传感器14，位 置传感器便有相应的信号输出。由计算机的控制可使相应缠绕筒的转速减低或增加，以 达到控制张力的目的。为了调整缠绕丝的高度，第二个换向轮5-2的平面与实验台平面 呈90G安放。第三个换向轮5-3、第四个换向轮5-4和第五个换向轮5-5呈三角形设置。以下通过具体实施例对本实用新型的工作原理做进一步的说明。
四台电机同时通电使缠绕筒转动拉动缠绕丝，在没有加进控制之前，由于各个电机 转速的差异使得缠绕丝拉紧、放松无规则交替进行，极易将缠绕丝拉断。通过控制理论 计算可提出一种控制的方案，使线材拉丝生产工艺达到最优化。加进控制后，缠绕丝被 视为匀速运动体，整个系统会自动进行调整，保持整个装置的运转平稳，各段张力的一 致。具体过程为
本实用新型选择第一个机架作为速度调节的标准。第一个缠绕筒2-l的转速首先被 稳定在某一个值上，其余3个缠绕筒2-2 2-4在三个张力控制器4-l 4-3的调整下， 可以控制每个缠绕筒的转速，以使缠绕丝受力均匀。如果第二个缠绕筒2-2的转速小于 第一个缠绕筒2-l的转速，则两个缠绕筒2-l 2-2之间的缠绕丝被拉紧，第一个张力控 制器4-l中的摆臂将克服拉簧12的拉力，使位置传感器14输出的信号传给上位控制计 算机，进行相应的调整。由此使第二个缠绕筒2-2的转速加快并保持与第一个缠绕筒2-l 的转速相同。此时第一个张力控制器4-1的摆臂在拉簧12的作用下回到初始位置。反 之如果第二个缠绕筒2-2的转速大于第一个缠绕筒2-1的转速时，两个缠绕筒2-l 2-2 之间的缠绕丝被放松。同样，第一个张力控制器的摆臂在拉簧的作用下，亦使位置传感 器14输出的信号传给上位控制计算机，进行相应的调整，使第二个缠绕筒2-2的转速 加快并保持与第一个缠绕筒2-l的转速相同。第三个或第四个缠绕筒转速发生变化，其 控制过程与前述完全相同，转速均是向前一级缠绕筒追踪。
本实用新型的特点和有益效果在于，可以通过小型装置来检验或验证计算机仿真获 取的运行参数，解决了设计参数与实际生产过程运行参数偏离的问题。即通过在本实用 新型上的实验直接检验算法的正确性或由实验得出最佳的运行参数来验证所提方案是 否达到最优化，这在线材加工以及控制理论计算方面都是非常有实际意义的。该装置不 但能够有量化的指标输出而且有实际可以观测到的状态改变。
权利要求1. 多分部电机控制的线材加工实验装置，具有实验台面、缠绕筒、稳定轮、张力控制器、换向轮、张紧机构、加紧机构、干扰机构、缠绕丝，其特征是由1个缠绕筒、1个稳定轮、1个张力控制器组成一个机架，在实验台面(1)上设置四个等间距的缠绕筒(2-1～2-4)，每个缠绕筒侧面设有一个稳定轮(3)，缠绕筒与稳定轮两外圆相切，在第一至第三个缠绕筒(2-1～2-3)的侧下方各设有一个张力控制器(4-1～4-3)，7个换向轮(5-1～5-7)分别置于第一个缠绕筒(2-1)、第三个缠绕筒(2-3)和第四个缠绕筒(2-4)的侧面，第三个换向轮(5-3)与第五个换向轮(5-5)之间设有张紧机构(6)，第一个张力控制器(4-1)与第二个缠绕筒(2-2)之间以及第三个张力控制器(4-3)与第四个缠绕筒(2-4)之间各设有一个加紧机构(7)，第二个张力控制器(4-2)与第三个缠绕筒(2-3)之间以及在第二个换向轮(5-2)的下方设有干扰机构(8)，缠绕丝(9)依次穿过4个缠绕筒、3个张力控制器、7个换向轮、1个张紧机构、2个加紧机构、2个干扰机构形成闭环回路。
2. 按照权利要求1所述的多分部电机控制的线材加工实验装置，其特征是所述3个 张力控制器(4-l 4-3)，每个张力控制器由上摆臂(10-1)、下摆臂(10-2)、转轮(11)、 拉簧(12)及移动转换装置(13)组成，上摆臂(10-1)和下摆臂(10-2)的一端通过 一个穿过所述实验台面(1)的活动轴固定；上摆臂(10-1)的另一端通过一短柱与转 轮(11)固定，下摆臂(10-2)的另一端与拉簧(12)固定；拉簧(12)的另一端所述 实验台面(1)的底面固定，上摆臂(10-1)的侧面与移动转换装置(13)相接触，位 置传感器(14)置于移动转换装置(13)的后面。
3. 按照权利要求1或2所述的多分部电机控制的线材加工实验装置，其特征是所述 第二个换向轮(5-2)其平面与实验台面呈9()G安放。
4. 按照权利要求1或2所述的多分部电机控制的线材加工实验装置，其特征是所述 第三至第五个换向轮(5-3 5-5)呈三角形设置。
专利摘要本实用新型提供了一种由多分部电机控制对线材进行模拟加工的实验装置。由缠绕筒、稳定轮、张力控制器组成一个机架，共由四个机架构成。在实验台面上设置四个缠绕筒，每个缠绕筒侧面设有一个稳定轮。在第一至第三个缠绕筒的侧下方各设有一个张力控制器，7个换向轮分别置于第一、第三和第四个缠绕筒的侧面。第三与第五个换向轮之间设有张紧机构。在张力控制器与缠绕筒之间或设有加紧机构或设有干扰机构。缠绕丝依次穿过四个机架、换向轮、张紧机构、加紧机构以及干扰机构形成闭环回路。在本实用新型上可以直接检验设计参数的正确性或由实验得出最佳的运行参数来验证所提方案是否达到最优化，这在线材加工以及控制理论计算方面非常有实际意义。
文档编号G09B25/00GK201266450SQ20082014226
公开日2009年7月1日 申请日期2008年10月6日 优先权日2008年10月6日
发明者刘继光, 李保林, 浩 袁 申请人:天津大学