一种布棉摆锤机及其均匀性补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种布棉摆锤机及其均匀性补偿方法。
【背景技术】
[0002] 在岩棉制品和矿棉制品的生产线中，摆锤系统是重要的布棉和铺棉设施；摆锤布 棉和铺棉的均匀情况直接影响到矿物棉制品的质量和品质。在目前的生产应用中，广泛使 用的摆锤系统是由三相异步电动机配备相应的减速机装置驱动的。在此类摆锤系统中，偏 心轮、摇臂和摆锤（包含摆锤机架和皮带机）构成了典型的曲柄滑块机构；所述的偏心轮 机构做匀速转动为曲柄，摇臂做复杂的往复摆动为摇杆，摆锤做小角度摆动近似为滑块的 往复移动，而往复移动中滑块的运动速度是实时变化的，其变化规律为正弦或余弦曲线。因 此，摆锤在一个运动周期内运动方向改变两次，运动速度也有较大的变动，若矿物棉输出的 速度恒定，则经摆锤布棉之后，棉层在中间区域内的厚度较薄，在左右两侧区域内的厚度较 厚。如此以来，便导致矿物棉制品的横向密度不均勾，影响矿物棉制品的质量和品质。
【发明内容】
[0003] 为了解决现有技术中存在的矿物棉制品的横向密度不均匀等缺陷，本发明提供一 种布棉摆锤机及其均匀性补偿方法。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
[0005] -种布棉摆锤机，包括机架、摆锤体、摇臂叉、摇臂杆、曲柄和驱动装置；摆锤体通 过轴承结构安装在机架上，并可往复摆动；摇臂叉的一端通过轴承与摆锤体相连、另一端通 过销轴与摇臂杆的一端相连，摇臂叉和摇臂杆构成摇臂机构；摇臂杆的另一端通过滚动轴 承与曲柄的一端连接，曲柄的另一端安装在驱动装置的转动轴上。
[0006] 上述摇臂杆的另一端指不与摇臂叉连接的一端。
[0007] 本发明上述布棉摆锤机：（1)把偏心轮机构简化成曲柄结构，减少了设备自身的 重量并且降低了加工成本；（2)改善了摇臂一体化的结构，在摇臂叉和摇臂杆之间增加了 一个转动自由度，使二者可以绕连接轴转动，可以有效地减少摇臂结构的内应力。
[0008] 上述摇臂叉的一端通过轴承与摆锤体的中上部相连。这样提高了摆锤机中摆动中 心的位置，可以在不改变喂棉皮带结构的情况下减少摆锤在运动过程中对喂棉机构的不良 影响。中上部指摇臂叉顶端与中间之间的部分，进一步优选摇臂叉的一端通过轴承与摆锤 体高度方向的四分之三处相连。高度方向的四分之三指摆锤体竖直向下未摆动时，从底部 起的四分之三高度处。
[0009] 上述摇臂杆的长度优选为1150-1250mm。这样通过适当地增加摆锤系统中摇臂的 有效长度，在不影响正常幅宽的情况下减少了摆锤的摆角，减少了系统的动态不稳定性。 [0010] 为了进一步提高布棉摆锤机的稳定性，上述摇臂叉为"人"字型结构，摇臂叉分叉 后的两头分别通过轴承与摆锤体横向的两端相连、摇臂叉未分支的一头通过销轴与摇臂杆 的一端相连。
[0011] 摆锤体横向、纵向指摆锤体竖直向下未摆动时的相对位置，摆锤体横向与水平方 向平行的方向，纵向指与竖直方向平行的方向。
[0012] 为了方便控制，驱动装置为伺服电机，曲柄不与摇杆连接的一端安装在伺服电机 的转动轴上。
[0013] 为了能更好地控制，驱动装置包括依次相连的伺服电机和减速机，曲柄不与摇杆 连接的一端安装在减速机的转动轴上。
[0014] 上述布棉摆锤机的均匀性补偿方法：将摆锤体的摆动区域依次分为：左侧区域、 中间区域和右侧区域，左侧区域和右侧区域对称分布在中间区域的两侧、称为两侧区域；控 制驱动装置的转速，当摆锤体运动至中间区域时，减小驱动装置的输出转速，进而降低曲柄 的转速；反之，当摆锤体运动至两侧区域时，增加驱动装置的输出转速，进而提升曲柄的转 速。
[0015] 所述驱动装置（伺服电机）的转速增减程度结合现场试验结果计算决定。
[0016] 众所周知，若曲柄匀速转动，则滑块的运动规律为简谐运动。由于简谐运动的 特性决定了摆锤体在中间区域时：运动方向不变、运动状况平稳、平均速度较快，在两侧 区域时：频繁地加速、减速，并改变运动方向，运动状况剧烈变化，平均速度较慢。根据速 度的变化情况，本发明把摆锤体的摆动区域分为三个区域：左侧区域、中间区域和右侧 区域，分别对应偏心轮上的左侧区域、中间区域和右侧区域。在一个摆动周期内，左侧区 域对应转角
?间区域对应转角
右侧区域对应转角
假设摆锤的最大速 度为Vni，则摆锤在左侧区域的运动规律为变加速运动，运动速度由A*Vni (其中.4 = ) 1 按余弦曲线规律减速至速度为零，然后再反向加速至A*Vni，平均速度约为;摆锤在 右侧区域内的运动规律与左侧区域相同；摆锤在中间区域内的运动规律也为变加速运动， ^ .4 + 1 运动速度由余弦曲线规律加速至Vnf^减速至A*vm，平均速度约为q- Vm。由上述分 析可知，摆锤在左右两侧区域的摆动速度较小，在中间区域的摆动速度较大；如此以来，在 上游设备运行正常的情况下，便导致摆锤运动速度快的区域（即中间区域）矿物棉制品的 密度较小，摆锤运动慢的区域（即两侧区域）矿物棉制品的密度较大。
[0017] 而采用本申请上述方法则通过调整伺服电机的转速，实现偏心轮的差速转动，从 而控制摆锤部件速度的均匀性，从而提高矿物棉制品的均匀性。
[0018] 为了进一步提高补偿效果，布棉摆锤机的均匀性补偿方法是利用直线插补的方 法，控制伺服电机的转速，使伺服电机的速度曲线在目标速度曲线附近得以实时的修正。
[0019] 为了进一步提高补偿的精准性，布棉摆锤机的均匀性补偿方法是一个闭环的控制 系统，闭环的控制系统为在矿物棉制品生产线上安装横向的称重装置和厚度检测装置来检 测生产线上矿物棉制品在横向上的质量和厚度分布，所得数据一方面反应补偿效果，另一 方面作为自动调整补偿系数的控制信号，补偿不足时，增大补偿系数；补偿过量时，减小补 偿系数。
[0020] 作为本申请的一种改进，上述布棉摆锤机的均匀性补偿方法，补偿前摆锤体的速 度曲线为正弦函数曲线匕=以11(0)，设定补偿后摆锤体的速度目标曲线为中间区域平直、 两侧区域陡峭的类梯形曲线f2;其中，中间区域平直指摆锤部件在中间区域的速度为定值； 两侧区域陡峭指摆锤部件在两侧区域的速度由定值减速至零、然后反向加速至定值的线性 函数；
[0021] 根据上述设定的补偿后的速度目标曲线，把摆锤体的一个摆动周期0< Θ <231 均分为N份，左侧区域对应转角
，中间区域对应转角
右侧区域对应转角
设定摆锤体在中间区域的速度为νΕ，当转角为时，摆锤在短暂的时间内完成临界 点的变向加速，速度曲线近似为一条陡峭的斜直线，设为f2= k* Θ，式中^cos(i)则在摆 锤部件的一个摆动周期之内，摆锤体的补偿函数f3= f2-fi，即：
[0023] 根据上述补偿函数，可精确调整伺服电机的转速，从而控制摆锤体摆动的均匀性， 进而改善摆锤布棉的均匀性，提高矿物棉制品的质量，具体过程结合现有知识可顺利实现。
[0024] 本发明未提及的技术均参照现有技术。
[0025] 本发明本布棉摆锤机把偏心轮机构简化成曲柄结构，减少了设备自身的重量并且 降低了加工成本；改善了摇臂一体化的结构，在摇臂叉和摇臂杆之间增加了一个转动自由 度，使二者可以绕连接轴转动，可以有效地减少摇臂结构的内应力；本发明布棉摆锤机的均 匀性补偿方法，采用插补法实现对伺服电机转速的实时补偿，从而补偿由于曲柄固有的特 性而产生的摆锤摆动速度不均匀的情况，改善摆锤布棉的均匀性，提高矿物棉制品的质量； 采用闭环控制系统，对摆锤速度补偿情况有称重反馈信号，根据该信号，可以实时调整补偿 系数。
【附图说明】
[0026] 图1为现有布棉摆锤机的结构示意图
[0027] 图2为本发明布棉摆锤机的结构改进图；
[0028] 图3为本发明布棉摆锤机补偿前的速度曲线图；
[0029] 图4为本发明布棉摆锤机设定的补偿目标图；
[0030] 图5为本发明布棉摆锤机补偿原理图；
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