專利名稱：一種熱軋型鋼飛剪電機啟動最大加速時間的工藝控制方法
技術領域：
本發明屬于冶金工藝技術領域，具體涉及一種熱軋型鋼飛剪電機啟動最大加速時間的工藝控制方法。
背景技術：
飛剪是軋鋼生產線上重要的設備之一，布置在精軋機組前，用于型鋼熱軋時，對軋材頭尾進行切斷、碎斷，并具備分段功能，為進一步軋制做好準備，其工作性能的好壞直接影響到軋制線的生產效率和產品切口質量。隨著連續式軋機的發展，飛剪得到了越來越廣泛的應用。現有熱軋飛剪傳動系統的結構如圖I所示，兩臺主傳動電機I并聯輸入，它們各自通過聯軸器2、飛輪3及減速機4完成一級減速，然后分別驅動兩個小齒輪5，再通過兩個小齒輪5和一個下部大齒輪6嚙合完成二級減速。下部大齒輪6與下曲軸7相連，上部大齒輪8與上曲軸9相連。上部大齒輪8與下部大齒輪6為相同規格的齒輪，傳動比為I。通過兩臺電機I的驅動，使上曲軸9和下曲軸7同步驅動，并各自帶動相連的刀座連桿同步相向運動實現剪切。當曲柄連桿式型鋼飛剪系統配置及各部件設計完成后，飛剪剪刃的一些特性可以通過數學方法得到。但由于熱軋型鋼飛剪結構的復雜性，使得其自身的一些運動學特性很難準確得到，如系統的轉動慣量是隨曲柄轉角發生變化的，很難通過公式進行求解。這些參數的較難確定也使得直接利用系統轉動慣量對主傳動電機進行校核的方法實現起來較為困難。在實際工程設計中，設計人員為趕工期或是省去大量計算的麻煩，而采用類比的方法，往往根據現有圖紙對飛剪系統的主傳動電機進行估算，這就容易導致熱軋生產中飛剪開始剪切時剪刃水平速度與型鋼軋件運行速度之間存大較大差異，且現場較難根據生產工藝實現精確控制，并有可能影響飛剪剪切效果和型鋼斷面質量，同時還有可能會影響產能。因此，使用一套合理的熱軋型鋼飛剪電機啟動最大加速時間的工藝控制方法將有助于更好地實現飛剪的剪切工藝要求，而且它可以很好地解決工程實際中工程人員的不經濟設計失誤造成的太多浪費。同時，也使工程師增加了對熱軋飛剪剪切工藝設計的理解，提高了自身的設計水平。

發明內容
針對上述存在的技術問題，本發明通過對剪刃空間軌跡進行精確求解，并結合熱軋型鋼剪切工藝要求和循環迭代的數值方法，提出一種熱軋型鋼飛剪電機啟動最大加速時間的工藝控制方法，用以指導熱軋型鋼飛剪電機的設計選型，使熱軋型鋼飛剪工藝設計更加完善和便捷。本發明提出一種熱軋型鋼飛剪電機啟動最大加速時間的工藝控制方法，包括以下 幾個步驟步驟一設置熱軋飛剪機構各組成零部件的相關參數；
步驟二 計算曲柄轉角為0時上剪刃末端點在坐標系xoy中坐標值；步驟三獲得初始剪切角V1 ;步驟四獲得初始停位角Ct (I ;步驟五初始剪切角所對應的電機轉速的求解；步驟六獲得電機啟動最大加速時間和啟動時電機的實際加速度。所述的步驟一中熱軋飛剪機構各組成零部件的相關參數包括固定機架的長度A、搖桿的長度r4、第一連桿的長度r3、第二連桿的長度r5、曲柄的長度r2、第一連桿與第二連桿之間的夾角$3、xoy坐標系與mon坐標系的夾角A1、曲柄轉角$、第二收斂允差e 2、 飛剪開口度H。、電機額定轉速nmax、系統總傳動比i、剪刃重合度S、未斷的斷面相對高度值E、剪切軋件水平速度Vk、開始剪切時剪刃與型鋼軋件的距離C、第一收斂允差e i、型鋼軋件斷面設計高度H以及第三收斂允差e 3 ;其中0為坐標系原點，在曲柄連桿機構所在平面內，以固定機架為m正方向的坐標軸，以固定機架逆時針旋轉90 °為n正方向的坐標軸，建立坐標系mon，以水平向左為X正方向的坐標軸，以垂直向下為y正方向的坐標軸，建立坐標系xoy0所述的步驟二中計算曲柄轉角0時上剪刃末端點在坐標系xoy中坐標值具體過程為以曲柄轉角$為0作為計算的起點，按照飛剪剪刃空間軌跡的求解方程
I /; cos(^) + r' cos( ￠, ) = /1- r, cos(^)
^7；、'",,、，得到^和<b4;其中A為固定機架的長度,r4為搖桿的
I r2 siii(>) + r, Sin(f4) = /; )
長度，r3為第一連桿的長度，r2為曲柄的長度，小2為搖桿與m軸正向的夾角，4>4為第一連桿與m軸正向的夾角。
[mn = r\ cos⑷ + K cos(成 +dd)對上剪刃末端點有彳..▲、，得到該點在坐標系mon中的空間
[nD = r2 sin(#) + r5 sm(為 + $A)
軌跡值，其中nD為該點在坐標系mon中的n方向坐標值，mD為該點在坐標系mon中的m方向
{ xn = mn cos(d,) + rin sin(fl5,)
坐標值，小3為第一連桿與第二連桿之間的夾角，并根據公式D D . , I , D I:
1 = ~mD sm⑷+ Cos(^1)
將該點在坐標系mon中的空間軌跡轉化至坐標系xoy中，并保存結果，其中xD為該點在坐標系xoy中的X方向坐標值；yD為該點在坐標系xoy中的y方向坐標值。所述的步驟三中獲得初始剪切角L的具體過程為根據步驟二中得到的曲柄轉角小為0時上剪刃末端點在坐標系xoy中坐標值(xD, yD),設置角度增量A 0作為循環
迭代的步長，按公式辦=m + H2-^-^-c ，得到上剪刃末端點在y正方向的理論值yP，
其中Hl為曲柄的長度，H2為上剪刃末端點最低位時與曲柄的距離，s為剪刃重合度，H為
型鋼軋件斷面設計高度，c為開始剪切時剪刃與型鋼軋件的距離；利用^^ <巧，遍歷步
驟二中求解的上剪刃末端點的坐標矩陣中各元素，其中e I為第一收斂允差，如果其中某
元素yD不滿足公式，則曲柄轉角0增加一個角度步長A 0，按照步驟二中的
計算方法，重新計算上剪刃末端點在坐標系xoy中坐標值，并重新進行本步驟，直至滿足公式為止；再根據公式&>0，對滿足公式2^^<句的上剪刃末端點的坐標矩陣
中的^進行判斷，如果不滿足，則曲柄轉角0增加一個角度步長A e，按照步驟二中的計算方法，重新計算上剪刃末端點在坐標系xoy中坐標值，并重新進行本步驟，直至滿足公式
xD>0 ;最終同時滿足公式X'~yp <巧和公式xD>0，得到飛剪初始剪切角Vl。所述的步驟四中獲得初始停位角a ^的具體過程為根據步驟二中得到的曲柄轉角小為0時上剪刃末端點在坐標系xoy中坐標值(xD，yD)，同時，仍設置角度增量A 9作
為循環迭代的步長，按照公式>，—goW = r2+r5 *得到上剪刃末端點在y方向的理論值
y_goal，其中r5為第二連桿的長度，r2為曲柄的長度，H0為飛剪開口度，s為剪刃重合度；
利用公式W ￡3為第三收斂允差，遍歷步驟二中求解的上剪刃末端點的坐y ^goal
標矩陣中各元素，如果其中某元素yD不滿足公式<g.;，則曲柄轉角Cj5增加一
y _goal
個角度步長A 0，按照步驟二中的計算方法，重新計算上剪刃末端點在坐標系xoy中坐標
值，并重新進行本步驟，直至滿足公式-' -^0ul S &為止；再根據公式xD〈0，對滿足公式
y_Koa!
的上剪刃末端點的坐標矩陣中的&進行判斷，如果不滿足，則曲柄轉角小
y_goal
增加一個角度步長A e，按照步驟二中的計算方法，重新計算上剪刃末端點在坐標系xoy中坐標值，并重新計算本步驟，直至滿足公式XD〈0 ;最終同時滿足公式yD—y-g(如和
y—沿仙
公式xD〈0，得到飛剪初始停位角Citlt5所述的角度增量A 0為0 r。所述的步驟五中初始剪切角所對應的電機轉速的求解的具體過程為 給定電機轉速的最小值nmin和最大值nmax,并取nmin為0,取nmax為電機額定轉速，令nk= (nmin+nmax)/2 nk表示電機轉速的平均值,結合系統總傳動比計算飛剪曲柄的輸入轉動
iJTrVt
角速度W=Sl，將步驟三求解的初始剪切角L作為曲柄轉角4的已知值，并代入方程 60/
fKi cos(彡)+ n cos(4) -r,-r, cos(我)
',、! 中，得到七和其中A為固定機架的長度，r4為搖桿
[r2 sm(沴)+ r3 Sn馳)=r4 sin(02)
的長度，r3為第一連桿的長度，r2為曲柄的長度，小2為搖桿與m軸正向的夾角，4>4為第一
Vnm I f-r, sin(^) —r% sin(我 + )I CO
連桿與m軸正向的夾角；將七、小4與《代入公式廣= 2 Z I、
LU L r2 c0sW) rS C0S(A + #4 )」L 2 _
IVdx = V0m cos(為)+ VDn sin(戎)
和T/ ' T, .“、中，得到Vdx和VDy，其中上剪刃末端點沿m軸的速度為
IVDy = -^an Sm(諗)+ fa, cos(病)
VDm,沿n軸的速度為VDn，上剪刃末端點沿X軸的速度為VDx，沿n軸的速度為VDy，第二連桿的長度為r5，第一連桿與第二連桿之間的夾角為(t3，xoy坐標系與mon坐標系的夾角為，第二連桿角速度為CO2，根據公式V^-V-ir^D+VDnCosd)=。得到CO2,
權利要求
1.一種熱軋型鋼飛剪電機啟動最大加速時間的工藝控制方法，其特征在于包括以下幾個步驟 步驟一設置熱軋飛剪機構各組成零部件的相關參數； 步驟二 計算曲柄轉角為時上剪刃末端點在坐標系xoy中坐標值； 步驟三獲得初始剪切角F1 ； 步驟四獲得初始停位角Citl; 步驟五初始剪切角所對應的電機轉速的求解； 步驟六獲得電機啟動最大加速時間和啟動時電機的實際加速度。
2.根據權利要求I所述的一種熱軋型鋼飛剪電機啟動最大加速時間的工藝控制方法，其特征在于所述的步驟一中熱軋飛剪機構各組成零部件的相關參數包括固定機架的長度A、搖桿的長度r4、第一連桿的長度r3、第二連桿的長度r5、曲柄的長度r2、第一連桿與第二連桿之間的夾角小3、xoy坐標系與mon坐標系的夾角Ct1、曲柄轉角0、第二收斂允差e 2、飛剪開口度H。、電機額定轉速nmax、系統總傳動比i、剪刃重合度S、未斷的斷面相對高度值E、剪切軋件水平速度Vk、開始剪切時剪刃與型鋼軋件的距離C、第一收斂允差e i、型鋼軋件斷面設計高度H以及第三收斂允差e 3 ;其中0為坐標系原點，在曲柄連桿機構所在平面內，以固定機架為m正方向的坐標軸，以固定機架逆時針旋轉90°為n正方向的坐標軸，建立坐標系mon，以水平向左為X正方向的坐標軸，以垂直向下為y正方向的坐標軸，建立坐標系 xoy。
3.根據權利要求I所述的一種熱軋型鋼飛剪電機啟動最大加速時間的工藝控制方法，其特征在于所述的步驟二中計算曲柄轉角0時上剪刃末端點在坐標系xoy中坐標值具體過程為 以曲柄轉角小為0作為計算的起點，按照飛剪剪刃空間軌跡的求解方程
4.根據權利要求I所述的一種熱軋型鋼飛剪電機啟動最大加速時間的工藝控制方法，其特征在于所述的步驟三中獲得初始剪切角V1的具體過程為 根據步驟二中得到的曲柄轉角$為0時上剪刃末端點在坐標系xoy中坐標值(xD，yD)，設置角度增量A 0作為循環迭代的步長，按公式
5.根據權利要求I所述的一種熱軋型鋼飛剪電機啟動最大加速時間的工藝控制方法，其特征在于所述的步驟四中獲得初始停位角a ^的具體過程為根據步驟二中得到的曲柄轉角$為O時上剪刃末端點在坐標系xoy中坐標值(xD，yD)，同時，仍設置角度增量A 0作為循環迭代的步長，按照公式J_i^〃/=r2+r5-得到上剪刃末端點在y方向的理論值y_goal，其中r5為第二連桿的長度，r2為曲柄的長度，H。為飛剪開口度，s為剪刃重合度；利用公式U. - 二 f e3為第三收斂允差，遍歷步驟二中求解的上剪刃末端點的坐標矩陣中各元素，如果其中某元素yD不滿足公式yD—y-gm/ Sg3，則曲柄轉角$增加一個角度步長A e，按照步驟二中的計算方 y—g°al法，重新計算上剪刃末端點在坐標系xoy中坐標值，并重新進行本步驟，直至滿足公式 }-g°aI <￡,%± ;再根據公式XD<0,對滿足公式y-8°al < A的上剪刃末端點的 y_goaly_goal坐標矩陣中的xD進行判斷，如果不滿足，則曲柄轉角0增加一個角度步長A e，按照步驟二中的計算方法，重新計算上剪刃末端點在坐標系xoy中坐標值，并重新計算本步驟，直至滿足公式xD〈0 ;最終同時滿足公式& }'-goal < q和公式xD〈0，得到飛剪初始停位角a。。y — goal. '
6.根據權利要求4或5所述的一種熱軋型鋼飛剪電機啟動最大加速時間的工藝控制方法，其特征在于所述的角度增量A e為O 1°。
7.根據權利要求I所述的一種熱軋型鋼飛剪電機啟動最大加速時間的工藝控制方法，其特征在于所述的步驟五中初始剪切角所對應的電機轉速的求解的具體過程為給定電機轉速的最小值nmin和最大值nmax,并取nmin為0,取nmax為電機額定轉速,令nk= (nmin+nmax)/2 nk表示電機轉速的平均值,結合系統總傳動比計算飛剪曲柄的輸入轉動角速度
8.根據權利要求I所述的一種熱軋型鋼飛剪電機啟動最大加速時間的工藝控制方法，其特征在于所述的步驟六中獲得電機啟動最大加速時間和啟動時電機的實際加速度具體過程為 分別將步驟三、步驟四中得到的初始剪切角初始停位角％代入至公式a 2=270° +a Cilmax=O中，得到曲柄轉動最大勻加速角a lmax，根據公式a」=i a q，取a q為a lmax，得到飛剪電機轉動的最大勻加速角a p其中Ci2為勻速角，V1為飛剪初始剪切角，表示飛剪初始停位角；由于飛剪從靜態開始啟動，初始角速度Oci為0，將步驟四中 得到的對應飛剪電機轉速n按公式
全文摘要
本發明公開了一種熱軋型鋼飛剪電機啟動最大加速時間的工藝控制方法，屬于冶金工藝技術領域，包括設置熱軋飛剪機構各組成零部件的相關參數、計算上剪刃末端點在坐標系xoy中坐標值、初始剪切角的計算、初始停位角的計算、初始剪切角所對應的電機轉速的求解和獲得電機啟動最大加速時間和啟動時電機的實際加速度。本發明作為飛剪曲柄連桿機構設計的一個有益的設計補充，能真實地反映飛剪機構設計的原則，為飛剪的準確控制提供強有力的理論支持；完全摒棄了幾何作圖帶來的種種不確定的局限性，有利于更好地理解飛剪的工作特性，具有良好通用性、適應性、速度快和計算精度高等優點，并可就此形成相應的計算軟件，方便且快捷，值得推廣與延伸。
文檔編號G05B13/04GK102830617SQ20121025687
公開日2012年12月19日 申請日期2012年7月23日 優先權日2012年7月23日
發明者許燚, 嚴國平, 羅新華 申請人:中冶南方工程技術有限公司