技術(shù)頻道

      BWS-BB伺服在自動鋼筋矯直定尺剪切機(jī)項目運(yùn)用的解決方案

      1、引言

      鋼筋矯直定尺剪切機(jī)作為鋼材加工機(jī)械的一種,也屬于低技術(shù)含量的機(jī)械設(shè)備、靠產(chǎn)量獲取利潤的行業(yè)。但隨著市場競爭的日趨激烈,也開始由拼成本、價格,向拼質(zhì)量、技術(shù)含量、加工能力過渡。時光科技應(yīng)成都某金屬加工機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)的要求,共同就該企業(yè)的鋼筋矯直定尺剪切機(jī)進(jìn)行了設(shè)備改進(jìn)。

      改進(jìn)的設(shè)備為F4~F14mm帶肋鋼筋的矯直定尺切斷和F4~F14mm的光圓鋼筋矯直定尺切斷設(shè)備,主要由送料、矯直和切斷三部分組成。對于剪切部分主要為追剪(氣動垂直剪切)、直接啟制動型盤刀、剪切兩種剪切方式。

      2、解決方案

      出于穩(wěn)妥、降低設(shè)備改進(jìn)風(fēng)險的考慮,此次設(shè)備改進(jìn)項目采取了循序漸進(jìn)的方式,經(jīng)歷了四個改進(jìn)階段。

      階段一:舊設(shè)備改造

      采取在原有的直接啟制動型盤刀剪切機(jī)的剪切電機(jī)加上時光IMS系列伺服控制器的方法實現(xiàn)就設(shè)備改造。改造設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。

      線形標(biāo)注 2: 分矩箱


      線形標(biāo)注 2: 送料電機(jī)線形標(biāo)注 2: 剪切電機(jī)線形標(biāo)注 2: 減速機(jī)

      圖1

      (1)改造原理

      通過直接上下電控制30KW送料電機(jī)帶動幾組整形輥將鋼筋送入矯直部分矯直后,送入剪切部分進(jìn)行定尺切斷;切斷部分保持原有7.5KW普通異步電機(jī),連接減速比11的減速機(jī),帶動分矩箱和盤刀進(jìn)行切斷。

      由于BWS-BB伺服控制器具有加減速控制和位置控制功能,所以只要能保證切刀在同一位置啟動,通過良好的加減速控制功能,保持每一次接到撞塊上接近開關(guān)給出剪切信號后刀盤從啟動到停止的動作時間一致,就能在送料速度穩(wěn)定的情況下獲得較好的剪切精度。同時配于IMS伺服控制器獨(dú)有的Qmcl語言進(jìn)行軟件編程,可方便、靈活的實現(xiàn)以上功能。

      (2)改造效果

      以剪切F12mm的帶肋鋼筋剪切效果為例。

      Ø 剪切精度:20~30毫米(改造前精度為500~700毫米);

      Ø 最快送料速度:1.4~1.6 米/分;

      Ø 電機(jī)溫度明顯下降,機(jī)械沖擊減小;

      Ø 提高了加工質(zhì)量、加工效率。

      (3)項目改造分析

      Ø 剪切精度、送料速度有所提高,但仍存在提高空間。原因在于:

      ① 采取“電機(jī)+減速機(jī)+分矩箱+刀盤”的機(jī)械結(jié)構(gòu),造成剪切部分慣量很大,電

      機(jī)速度調(diào)整范圍較大,再加上減速機(jī)傳動,在動作反應(yīng)時間上性能較差。

      ② 普通異步電機(jī)性能較差,加減速能力不足;直接上下電控制的30KW送料電機(jī)送

      料速度波動較大。

      Ø 通過撞塊上接近開關(guān)給出剪切信號的方式,由于接觸位置不同會帶來一定誤差,

      而其改變鋼筋長度十分不方便。

      階段二:升級控制方式——碼盤測長發(fā)出剪切信號

      在第一階段改造基礎(chǔ)上,在矯正輥后外加測長輥,測長棍后端連接編碼器,測長棍隨鋼筋旋轉(zhuǎn)發(fā)出長度脈沖,當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定脈沖數(shù)(長度)后,采用第一階段相同的方式進(jìn)行剪切。測長棍安裝如圖2所示。

      圖2

      線形標(biāo)注 2: 減震裝置線形標(biāo)注 2: 測長輥

      (1)改進(jìn)效果

      仍以剪切F12mm的帶肋鋼筋剪切效果為例,與第一階段改造效果比較,具有如下改進(jìn):

      Ø 剪切精度:小于20毫米;

      Ø 可方便改變剪切長度;

      Ø 避免了撞塊方式的接觸誤差。

      (2)項目改進(jìn)分析

      剪切精度得到進(jìn)一步提高,但無法排除送料速度波動帶來的誤差,且電機(jī)性能較差,故仍存在精度提高的空間。

      階段三:控制理論的進(jìn)一步完善——同步控制剪切

      進(jìn)一步改進(jìn)測長(測速)裝置和減振裝置;將直接啟制動送料電機(jī)加裝電磁調(diào)速裝置,進(jìn)一步提高送料的速度和速度的穩(wěn)定性。

      (1)剪切原理:測長編碼器既可以測出鋼筋長度同時又可以測出鋼筋移動的速度,當(dāng)編碼器測到計長脈沖(鋼筋設(shè)定長度)到達(dá)后開始剪切;剪切的過程中,利用IMS伺服控制器保持速度和位置同步的性能,保持切刀和鋼筋的移動距離和速度一致(同步),就可以排除由于鋼筋移動速度波動帶來的誤差。

      (2) 改進(jìn)效果

      以剪切F10mm的光圓鋼筋為例。

      剪切精度:2~5毫米

      最快送料速度:2.0~2.3 米/秒

      (3)項目改進(jìn)分析

      Ø 送料速度和剪切精度明顯提高,操作簡單,使用方便。

      Ø 由于BWS伺服控制器的同步控制方式,是一種精度很高的控制方式,在

      同步過程中為了保持速度和位置的同步,會相應(yīng)進(jìn)行很高輸出頻率的調(diào)整,一旦速度波動很大或測長裝置振動打滑,如果此時控制器的頻率調(diào)整超過了電機(jī)的承受能力,就會導(dǎo)致電機(jī)過流,通古限制控制器頻率輸出可以保護(hù)電機(jī),但會影響剪切精度;受“電機(jī)+減速機(jī)+分矩箱+刀盤”剪切結(jié)構(gòu)的影響,送料速度提高有限,頻繁加減速會影響減速機(jī)壽命。

      階段四:新型剪切機(jī)定型——直驅(qū)式剪切機(jī)

      (1)改進(jìn)原理

      Ø 鑒于“電機(jī)+減速機(jī)+分矩箱+刀盤”機(jī)械結(jié)構(gòu)的缺點,采用一種低

      頻電機(jī),去除減速機(jī)。通過降低電機(jī)的工作基頻到13Hz,電機(jī)極數(shù)升高到8極,保證了電機(jī)的輸出扭矩加大到基頻以下為450N.m。這樣,電機(jī)直接驅(qū)動分矩箱便保證了剪切力度和剪切速度。

      Ø 將送料部分和剪切部分連接為系統(tǒng),并加裝人機(jī)界面(觸摸屏)。

      Ø 增加自動校正功能,使設(shè)定長度盡可能與實際長度保持一致。

      (2)改進(jìn)效果

      Ø 剪切精度:2~3毫米;;

      Ø 最快送料速度:2.3~2.5 米/分;

      Ø 可方便的設(shè)定剪切鋼筋的長度、剪切根數(shù),并顯示出當(dāng)前剪切根數(shù)和

      剪切速度。

      (3)項目改進(jìn)分析

      Ø 不經(jīng)過減速機(jī)直接驅(qū)動的方式,不僅簡化了設(shè)備構(gòu)造,減少了中間環(huán)

      節(jié)和故障點,更提高了電機(jī)的反應(yīng)時間(只須加速到250rpm,而加減速機(jī)則要加速到1500rpm),消除了傳動間隙誤差;送料電機(jī)改為變頻器控制,更提高了送料速度和速度控制精度,有利于同步剪切控制。

      Ø 加工精度、加工效率得到進(jìn)一步提高。

      Ø 產(chǎn)品檔次得到提高,設(shè)備成本也相應(yīng)升高。

      3、設(shè)備定型

      經(jīng)過四個階段的設(shè)備改進(jìn),確定兩種剪切部分機(jī)械結(jié)構(gòu)、三種剪切形式的剪切機(jī):

      Ø 兩種剪切機(jī)械結(jié)構(gòu)

      機(jī)型一:電機(jī)+減速機(jī)+分矩箱+刀盤;

      機(jī)型二:電機(jī)+分矩箱+刀盤。

      硬件配置如下表:

      名稱

      型號/規(guī)格

      數(shù)量

      備注

      BWS伺服控制器

      BEC-BB-7R5G33B

      1

      BWS伺服電機(jī)

      BH-10-48-7.5/11-4-1500 7.5kw

      1

      機(jī)型一:4P/1500rpm

      機(jī)型二:8P/13Hz

      編碼器

      2500線

      2

      制動電阻

      50歐/1100W

      1

      觸摸屏

      PWS1711

      1

      兩種機(jī)型相比,第二種機(jī)型精度和送料速度較高,結(jié)構(gòu)簡單故障率低,使用更加方便;但成本相對較高。

      Ø 通過軟件編程方式實現(xiàn)三種剪切方式

      方式一:撞開關(guān)方式;

      方式二: 測長碼盤計長方式;

      方式三:同步剪切方式。

      兩種機(jī)型均保留了三種剪切方式,根據(jù)上述的優(yōu)缺點可以選擇使用,也可以作為備選方式,在測長裝置故障的情況下備用。

      4、結(jié)論

      通過此成都金屬加工機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)實際應(yīng)用檢測及半年多時間的考核試驗,兩種機(jī)型均超過了同類型產(chǎn)品的技術(shù)水平,在提供生產(chǎn)效率(加工能力提高了近2倍)、加工精度和方便使用方面均有一定優(yōu)勢。尤其在現(xiàn)有簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu)下(成本較低),能夠達(dá)到如此精度,已具備了一定市場上競爭的能力。

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