一种双偏心摆式飞剪机传动控制参数计算方法与流程

本发明属于带钢精整处理技术领域，涉及一种基于剪切目标定尺长度的双偏心摆式飞剪机传动控制参数计算方法。

背景技术：

经冷轧机组轧制后的带钢，必须经过精整处理加工，才能得到高质量的合格产品。精整机组主要进行重卷、纵切、横切、表面检查等工序。现代化冷连轧机组不断向高速、自动化方向发展，且运行速度越来越高，对精整设备提出运行速度更快、精度更高、质量更好的要求。飞剪作为带钢横切机组的重要设备对于机组的速度、精度和质量都起着关键的作用，双偏心摆式飞剪正是在这种形势下研制开发的，它的工作原理：电机带动双偏心曲轴转动，再由双偏心曲轴通过双偏心驱动上、下刀架转动，实现摆动，而下刀架又通过装在上刀架滑动槽的滑动轨道相对上刀架上下滑动，完成带钢剪切。双偏心摆式飞剪的传动控制参数包含飞剪双偏心曲柄转动角加速度ε，单位rad/s²，加减速时间t1，单位：s，双偏心摆式飞剪匀速转动角速度ωcon，单位：rad/s，匀速运行保持时间t2，单位：s。上述控制参数的计算精度、计算速度直接决定了飞剪剪切速度与精度。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种双偏心摆式飞剪机传动控制参数计算方法，本发明的有益效果是控制时可以根据该方法计算传动控制参数，保证飞剪定尺剪切顺利实现，应用于带钢精整处理，效果明显。

本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：

步骤一、根据机械设备及来料带材规格，输入以下参数：上刀架摆动轴心到上剪刃的垂直距离bd、上刀架摆动轴心到上刀架转动轴心的距离ab、上刀架摆动轴心到上剪刃的水平距离d0d、双偏心曲轴上刀架转动偏心量oa、来料带钢最大厚度hmax、来料带钢最大宽度bmax，最大剪切速度vmax；

步骤二、根据生产要求，给定以下工艺参数：飞剪剪切速度vs、剪切目标定尺长度ls；

步骤三、计算剪切同步角

步骤四、计算同步剪切时，双偏心摆式飞剪双偏心曲轴的角速度ω；

步骤五、计算双偏心摆式飞剪最大角加速度εmax，剪切基本定尺长度l0；计算最大剪切目标定尺长度lmax，最小剪切目标定尺长度lmin；判断lmin≤ls≤lmax及vs≤vmax是否成立？如果不成立，提示“给定工艺参数超限”；

步骤六、初设飞剪双偏心曲轴角加速度ε＝0.1；

步骤七、如果ls≥l0，判断飞剪双偏心曲轴匀速转动角速度ωcon与飞剪剪切速度ωs的大小关系，若0≤ωcon≤ωs成立，执行步骤九；若不成立，则令ε＝ε+0.1，重复计算，直到判别条件成立；

步骤八、如果ls＜l0，判断飞剪双偏心曲轴转动角速度ωcon与飞剪剪切速度ωs的大小关系，若ωcon≥ωs成立，执行步骤九；若不成立，则令ε＝ε+0.1，重复计算，直到判别条件成立；

步骤九、得到飞剪传动控制参数：飞剪双偏心曲轴角加速度ε、飞剪双偏心曲轴匀速转动角速度ωcon、飞剪加减速时间t1、飞剪匀速运行保持时间t2。

进一步，步骤三中所述的计算剪切同步角按下式确定：

式中，l为上下剪刃间隙值，mm

h为带钢厚度，mm

es为下剪刃偏心距，mm

进一步，步骤四中所述的计算同步剪切时，双偏心摆式飞剪双偏心曲轴的角速度ω，按下式确定：

设带钢速度为vs，m/min。设双偏心曲轴的角速度为ω、转角为θ(与竖直方向所成角度，分为四个象限，依顺时针方向，0≤θ≤360)。

根据几何关系式可知：

θ位于第一象限时(0≤θ≤90)，飞剪运动简图如图2所示。

bz＝ozsinθ＝(az-oa)sinθ(5)

∠zbd＝90+∠dbo(7)

∠d0dz＝90-∠zdb(10)

上刀刃d点的速度为：

根据速度瞬心法，求得

a点的速度为：

θ位于第二象限时(90≤θ≤180)，飞剪运动简图如图3所示。

bz＝ozcos(θ-90)＝(az+oa)cos(θ-90)(15)

∠zbd＝90-∠dbo(17)

∠d0dz＝90+∠zdb(20)

上刀刃d点的速度为：

根据速度瞬心法，求得

a点的速度为：

θ位于第三象限时(180≤θ≤270)，飞剪运动简图如图4所示。

bz＝ozain(θ-180)＝(az+oa)sin(θ-180)(25)

∠zbd＝90-∠dbo(27)

∠d0dz＝90-∠zdb(30)

上刀刃d点的速度为：

根据速度瞬心法，求得

a点的速度为：

θ位于第四象限时(270≤θ≤360)，飞剪运动简图如图5所示。

bz＝ozcos(θ-270)＝(az-oa)cos(θ-270)(35)

∠zbd＝90+∠dbo(37)

∠d0dz＝90+∠zdb(40)

上刀刃d点的速度为：

根据速度瞬心法，求得

a点的速度为：

双偏心曲轴的角速度为

式中：e为偏心距oa。

进一步，步骤五中所述的计算双偏心摆式飞剪最大角加速度εmax，按下式确定：

式中：gd²——换算到电机轴上的飞轮矩，kg.m²；

t——传动电机额定转矩，nm；

g—重力加速度。

进一步，步骤五中所述的计算双偏心摆式飞剪剪切基本定尺长度l0，按下式确定：

进一步，步骤五中所述的计算最大剪切目标定尺长度lmax，步骤如下：

1)令双偏心摆式飞剪角加速度ε等于飞剪最大角加速度εmax，剪切速度vs等于飞剪最大速度vmax；

2)计算飞剪剪切速度vs对应的飞剪双偏心曲轴转动角速度ωs；

根据式(44)得到：

3)初步设定最大剪切目标定尺长度lmax等于剪切基本定尺长度l0；

4)判断飞剪双偏心曲轴匀速转动角速度ωcon与飞剪双偏心曲轴转动角速度ωs的大小关系，若0≤ωcon≤ωs成立，则令lmax＝lmax+0.1，重复计算，直到判别条件不成立；

飞剪双偏心曲轴匀速转动角速度ωcon计算详述如下：为了得到最大剪切目标定尺长度lmax，单位：mm，第一刀剪切后，滚筒必须先降速，保持匀速，再升速到剪切速度，进行第二刀剪切。

即：第一刀剪切完成后，双偏心曲轴转动角速度从剪切角速度ωs降速到匀速转动角速度ωcon，降速时间为t1；保持匀速ωcon转动，匀速运行时间为t2，双偏心曲轴转动角速度再从ωcon升速到ωs，升速时间为t1，角加速度为ε，单位：rad/s²，然后进行第二刀剪切，完成定尺剪切，如图7所示。

则有下列算式成立：

tζ＝2t1+t2(49)

ψ＝(ωcon+ωs)t1+t2ωcon(50)

式中，双偏心曲轴角速度可调位域ψ和双偏心曲轴角速度可调时域tζ，按下述计算：

双偏心曲轴角速度可调位域ψ，单位：度，为

双偏心曲轴角速度可调时域tζ，单位：s，为

式中，ls：定尺长度，mm

式(48)、(49)代入式(50)得到

整理得到方程式

求解得到

5)令lmax＝lmax-0.1，得到最大目标定尺长度lmax。

进一步，步骤五中所述的计算最小剪切目标定尺长度lmin，步骤如下：

1)令双偏心摆式飞剪角加速度ε等于飞剪最大角加速度εmax，剪切速度vs等于飞剪最大速度vmax；

2)计算飞剪剪切速度vs对应的飞剪双偏心曲轴转动角速度ωs；

根据式(44)得到：

3)初步设定最小剪切目标定尺长度lmin等于剪切基本定尺长度l0；

4)判断飞剪双偏心曲轴匀速转动角速度ωcon与飞剪双偏心曲轴转动角速度ωs的大小关系，若ωcon≥ωs成立，则令lmin＝lmin-0.1，重复计算，直到判别条件不成立；

飞剪双偏心曲轴匀速转动角速度ωcon计算详述如下：为了得到最小剪切目标定尺长度lmin，单位：mm，第一刀剪切后，双偏心曲轴必须先升速，保持匀速，再减速到剪切速度，进行第二刀剪切。

即：第一刀剪切完成后，双偏心曲轴转动角速度从剪切速度ωs升速到匀速运行角速度ωcon，升速时间为t1；保持匀速ωcon运行时间t2，角速度再从ωcon降速到ωs，降速时间为t1，加速度为ε，单位：rad/s²，然后进行第二刀剪切，完成定尺剪切，如图9所示。

则有下列算式成立：

tζ＝2t1+t2(58)

ψ＝(ωcon+ωs)t1+t2ωcon(59)

式(57)、(58)代入式(59)得到

整理得到方程式

求解得到：

5)令lmin＝lmin+0.1，得到最小目标定尺长度lmin。

附图说明

图1是基于剪切目标定尺长度的双偏心摆式飞剪机传动控制参数计算流程图；

图2是飞剪运动简图(第一象限)；

图3是飞剪运动简图(第二象限)；

图4是飞剪运动简图(第三象限)；

图5是飞剪运动简图(第四象限)；

图6是最大剪切目标定尺长度计算流程图；

图7是最大剪切目标定尺剪切速度变化曲线；

图8是最小剪切目标定尺长度计算流程图；

图9是最小剪切目标定尺剪切速度变化曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明步骤如下：

步骤一、根据机械设备及来料带材规格，输入以下参数：上刀架摆动轴心到上剪刃的垂直距离bd、上刀架摆动轴心到上刀架转动轴心的距离ab、上刀架摆动轴心到上剪刃的水平距离d0d、双偏心曲轴上刀架转动偏心量oa、来料带钢最大厚度hmax、来料带钢最大宽度bmax，最大剪切速度vmax；

步骤二、根据生产要求，给定以下工艺参数：飞剪剪切速度vs、剪切目标定尺长度ls；

步骤三、计算剪切同步角

剪切同步角为计算如下：

式中，l为上下剪刃间隙值，mm

h为带钢厚度，mm

es为下剪刃偏心距，mm

则，剪切开始角度为

剪切结束角度为θj＝180(3)

步骤四、计算同步剪切时，双偏心摆式飞剪双偏心曲轴的转动角速度ω；

设带钢速度为vs，m/min。设双偏心曲轴的角速度为ω、转角为θ(与竖直方向所成角度，分为四个象限，依顺时针方向，0≤θ≤360)。

根据几何关系式可知：

θ位于第一象限时(0≤θ≤90)，飞剪运动简图如图2所示。

bz＝ozsinθ＝(az-oa)sinθ(5)

∠zbd＝90+∠dbo(7)

∠d0dz＝90-∠zdb(10)

上刀刃d点的速度为：

根据速度瞬心法，求得

a点的速度为：

θ位于第二象限时(90≤θ≤180)，飞剪运动简图如图3所示。

bz＝ozcos(θ-90)＝(az+oa)cos(θ-90)(15)

∠zbd＝90-∠dbo(17)

∠d0dz＝90+∠zdb(20)

上刀刃d点的速度为：

根据速度瞬心法，求得

a点的速度为：

θ位于第三象限时(180≤θ≤270)，飞剪运动简图如图4所示。

bz＝ozsin(θ-180)＝(az+oa)sin(θ-180)(25)

∠zbd＝90-∠dbo(27)

∠d0dz＝90-∠zdb(30)

上刀刃d点的速度为：

根据速度瞬心法，求得

a点的速度为：

θ位于第四象限时(270≤θ≤360)，飞剪运动简图如图5所示。

bz＝ozcos(θ-270)＝(az-oa)cos(θ-270)(35)

∠zbd＝90+∠dbo(37)

∠d0dz＝90+∠zdb(40)

上刀刃d点的速度为：

根据速度瞬心法，求得

a点的速度为：

双偏心曲轴的角速度为

式中：e为偏心距oa。

步骤五、计算双偏心摆式飞剪最大角加速度εmax，剪切基本定尺长度l0；计算最大剪切目标定尺长度lmax，最小剪切目标定尺长度lmin；判断lmin≤ls≤lmax及vs≤vmax是否成立？如果不成立，提示“给定工艺参数超限”；

各参数计算如下：

(1)双偏心摆式飞剪最大角加速度εmax，单位：rad/s²，计算如下：

式中：gd²——换算到电机轴上的飞轮矩，kg.m²；

t——传动电机额定转矩，nm；

g——重力加速度。

(2)剪切基本定尺长度l0计算如下：

带材定尺剪切需要剪切两刀，第一刀剪切完成后，双偏心曲轴保持剪切速度转动，旋转后，进行第二刀剪切，则，剪切基本定尺长度l0，单位：mm，为：

(3)最大剪切目标定尺长度lmax计算如下：

如图6所示，最大剪切目标定尺长度lmax按以下步骤计算：

1)令双偏心摆式飞剪角加速度ε等于飞剪最大角加速度εmax，剪切速度vs等于飞剪最大速度vmax；

2)计算飞剪剪切速度vs对应的飞剪双偏心曲轴转动角速度ωs；

根据式(44)得到：

3)初步设定最大剪切目标定尺长度lmax等于剪切基本定尺长度l0；

4)判断飞剪双偏心曲轴匀速转动角速度ωcon与飞剪双偏心曲轴转动角速度ωs的大小关系，若0≤ωcon≤ωs成立，则令lmax＝lmax+0.1，重复计算，直到判别条件不成立；

飞剪双偏心曲轴匀速转动角速度ωcon计算详述如下：为了得到最大剪切目标定尺长度lmax，单位：mm，第一刀剪切后，滚筒必须先降速，保持匀速，再升速到剪切速度，进行第二刀剪切。

即：第一刀剪切完成后，双偏心曲轴转动角速度从剪切角速度ωs降速到匀速转动角速度ωcon，降速时间为t1；保持匀速ωcon转动，匀速运行时间为t2，双偏心曲轴转动角速度再从ωcon升速到ωs，升速时间为t1，角加速度为ε，单位：rad/s²，然后进行第二刀剪切，完成定尺剪切，如图7所示。

则有下列算式成立：

tζ＝2t1+t2(49)

ψ＝(ωcon+ωs)t1+t2ωcon(50)

式中，双偏心曲轴角速度可调位域ψ和双偏心曲轴角速度可调时域tζ，按下述计算：

双偏心曲轴角速度可调位域ψ，单位：度，为

双偏心曲轴角速度可调时域tζ，单位：s，为

式中，ls：定尺长度，mm

式(48)、(49)代入式(50)得到

整理得到方程式

求解得到

5)令lmax＝lmax-0.1，得到最大目标定尺长度lmax。

(4)最小剪切目标定尺长度lmin计算如下：

如图8所示，最小剪切目标定尺长度lmin按以下步骤计算：

1)令双偏心摆式飞剪角加速度ε等于飞剪最大角加速度εmax，剪切速度vs等于飞剪最大速度vmax；

2)计算飞剪剪切速度vs对应的飞剪双偏心曲轴转动角速度ωs；

根据式(44)得到：

3)初步设定最小剪切目标定尺长度lmin等于剪切基本定尺长度l0；

4)判断飞剪双偏心曲轴匀速转动角速度ωcon与飞剪双偏心曲轴转动角速度ωs的大小关系，若ωcon≥ωs成立，则令lmin＝lmin-0.1，重复计算，直到判别条件不成立；

飞剪双偏心曲轴匀速转动角速度ωcon计算详述如下：为了得到最小剪切目标定尺长度lmin，单位：mm，第一刀剪切后，双偏心曲轴必须先升速，保持匀速，再减速到剪切速度，进行第二刀剪切。

即：第一刀剪切完成后，双偏心曲轴转动角速度从剪切速度ωs升速到匀速运行角速度ωcon，升速时间为t1；保持匀速ωcon运行时间t2，角速度再从ωcon降速到ωs，降速时间为t1，加速度为ε，单位：rad/s²，然后进行第二刀剪切，完成定尺剪切，如图9所示。

则有下列算式成立：

tζ＝2t1+t2(58)

ψ＝(ωcon+ωs)t1+t2ωcon(59)

式(57)、(58)代入式(59)得到

整理得到方程式

求解得到：

5)令lmin＝lmin+0.1，得到最小目标定尺长度lmin。

步骤六、初设飞剪双偏心曲轴角加速度ε＝0.1；

步骤七、如果ls≥l0，判断飞剪双偏心曲轴匀速转动角速度ωcon与飞剪剪切速度ωs的大小关系，若0≤ωcon≤ωs成立，执行步骤九；若不成立，则令ε＝ε+0.1，重复计算，直到判别条件成立；

飞剪双偏心曲轴匀速转动角速度ωcon按照式(55)计算。

步骤八、如果ls＜l0，判断飞剪双偏心曲轴转动角速度ωcon与飞剪剪切速度ωs的大小关系，若ωcon≥ωs成立，执行步骤九；若不成立，则令ε＝ε+0.1，重复计算，直到判别条件成立；

飞剪双偏心曲轴匀速转动角速度ωcon按照式(62)计算。

步骤九、得到飞剪传动控制参数：飞剪双偏心曲轴角加速度ε、飞剪双偏心曲轴匀速转动角速度ωcon、飞剪加减速时间t1、飞剪匀速运行保持时间t2。

通过采用本发明所提出的基于剪切目标定尺长度的双偏心摆式飞剪机传动控制参数计算方法，对某汽车板连续镀锌机组的双偏心摆式飞剪机传动控制参数进行计算分析。双偏心摆式飞剪机结构参数及工艺参数如下：bd＝1020mm，ab＝219mm，d0d＝56mm，oa＝19mm，l＝70.5mm，es＝40mm，飞剪换算到电机轴上的飞轮矩gd²＝2.17kg.m²。剪切带钢最大宽度bmax＝1120mm，最大厚度hmax＝2.5mm，最大剪切速度vmax＝40m/min。主要计算结果如表1所示：

表1传动控制参数计算结果

按照计算结果，对某汽车板连续镀锌机组的双偏心摆式飞剪机进行了控制，实践证明，本发明的计算方法计算快速，精度高，完全满足工程需要。

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。