一种钢板定尺机及其定尺方法

技术领域

本发明涉及一种定尺机和定尺方法，具体是一种钢板定尺机及其定尺方法。

背景技术

众所周知，定尺精度是影响成材率、废钢率的关键因素，定尺装置是影响钢厂投资成本的关键之一。定尺机是一种常用的定尺装置。现有的定尺机主要是通过电机直接驱动定尺小车主动车轮或齿轮齿条方式，来实现定尺小车在轨道上的水平移动，当定尺小车达到预定位置时停车，通过定位销分别从定尺小车两侧将定尺小车与轨道固定进行定位，防止小车移动。这种防止定尺小车移动的方式，操作繁琐，影响定尺机的定尺效率；且上述定位销压溃时不易取出，不仅不利于定尺机定尺长度的调节，且使用定位销定位时，还会引起定尺小车位置的变化，从而影响定尺机的定尺精度。

此外，现有技术中通常将定尺机置于剪切机或锯机等剪切设备之后，配合定尺机进行定尺。而在上述定尺的定尺过程中，现有定尺机通常采用公式为v＝k×e的自动定尺模型进行钢板的定尺，其中，上述v表示上述驱动电机的给定速度，e表示上述钢板定尺的实际长度值与预设钢板定尺的差值，K表示比例常数。上述自动定尺控制模型中，K值的大小直接影响系统的动态响应，K值偏大则系统瞬态响应变化大，易引起系统不稳定；K值偏小则导致瞬态响应变化小，响应时间长。因此，K值的变化使得系统易出现稳态误差，从而会在很大程度上影响钢板的定尺精度。

此为现有技术的不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术中存在的问题，提供一种钢板定尺机及其定尺方法，用于提高定尺机的定尺精度。

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种钢板定尺机，包括定尺小车、用于驱动定尺小车移动的小车驱动电机和用于输送钢板的输送机构，输送机构的上方平行设有两齿条，所述齿条沿钢板的输送方向分布，定尺小车设在齿条的上方，定尺小车的下端安有用于行走的齿轮，所述齿轮与所述的齿条相啮合，所述齿轮通过减速机安装在小车驱动电机的输出轴上；小车驱动电机的输出轴上安有编码器，小车驱动电机连接一变频器，所述的变频器、编码器连接在一控制器上；还包括一用于定位钢板的定尺挡板，所述定尺挡板通过升降机构固定在定尺小车上。

所述的升降机构包括用于驱动定尺挡板上升与下降的挡板驱动电机和可转动的安装在定尺挡板上的偏心轴，偏心轴的轴心线与定尺挡板相垂直，偏心轴与挡板驱动电机的输出轴同轴相连；该升降机构还包括一伸缩杆，所述伸缩杆的两端分别铰接在定尺小车的底部和定尺挡板上。

所述的小车驱动电机、减速机和挡板驱动电机分别安装在定尺小车上。

编码器采用绝对值编码器。

所述齿条的一侧设有标尺，所述标尺与齿条相平行。标尺的使用，便于更为直观地观察定尺机的实际定尺长度。

本发明还提供了一种钢板定尺机定尺方法，其特征在于，包括：

步骤A、实时测量定尺小车由初始位置到当前位置所移动的实际距离L；

步骤B、实时依据上述测量的实际距离L，以及预先标定的处于初始位置上的定尺小车上的定尺挡板与剪切设备之间的初始间距S，计算处于当前位置的定尺小车上的定尺挡板与所述剪切设备之间的间距SL，SL＝L+S；

步骤C、实时计算上述间距SL与预设的钢板定尺L0的差值的绝对值e，0≤e；

步骤D、将计算出的绝对值e与多个预设的差值阈值进行大小比较，根据比较结果控制变频器的输出频率v；

步骤E、当变频器的输出频率v＝0时，定尺小车锁止，则所述的间距SL为钢板的实际剪切长度；否则，通过变频器的输出频率v控制小车驱动电机的转速，并继续执行步骤A。

其中，步骤E中所述的定尺小车锁止是指小车驱动电机的给定转速为0，此时定尺小车停止移动。

在上述步骤C中，预设的差值阈值为x₁、x₂和x₃，其中0<x₁<x₂<x₃。

所述的根据比较结果控制变频器的输出频率v的控制方法为：

当e>x₃时，37≤v≤40；

当x₂≤e≤x₃时，32≤v≤37；

当x₁<e<x₂时，v＝0.2*e+2；

当0≤e≤x₁时，v＝0；

其中，v表示所述变频器的输出频率，e为步骤B中计算出的差值的绝对值。

其中，上述根据绝对值e的大小将v分为37≤v≤40和32≤v≤37两个阶段，既可以加快定尺小车的移动速度，又可以防止因定尺小车惯性过大致使定尺小车不便于快速减速的现象发生，这可提高对定尺小车移动速度控制的灵活性，从而可提高定尺机的定尺精度。此外，当x₁<e<x₂时，v＝0.2*e+2，使用“2”做补偿量，既可以消除由于系数“0.2”偏小导致系统无响应的现象，又可以加快系统的相应速度。

作为优选，x₁＝1mm，x₂＝150mm，x₃＝500mm。

在上述步骤A中，实时测量定尺小车由初始位置到当前位置所移动的实际距离L的方法为：将编码器安装在用于驱动定尺小车移动的小车驱动电机的输出轴上，通过编码器反馈小车驱动电机的转速，通过编码器反馈的信息计算出所述的实际距离L。

本发明的有益效果是：

(1)本发明所述的钢板定尺机，在输送机构的上方平行设有两齿条，两齿条沿钢板的输送方向分布，定尺小车设在齿条的上方，定尺小车的下端安有用于行走的齿轮，所述齿轮分别与所述的齿条相啮合，所述齿轮通过减速机安装在小车驱动电机的输出轴上；其中，齿条与齿轮配合使用，协同实现定尺小车沿输送机构的移动，便于精细调节定尺机的定尺，从而提高定尺机的定尺精度；此外，两齿条不仅用于实现定尺小车的移动，且齿条与齿轮的相互啮合，使得便于对定尺小车进行定位，使用时，只需控制小车驱动电机的输出速率为0，即可对小车进行横向定位，这在很大程度上可避免现有技术中对定位小车定位过程繁琐的不足，较为实用。

(2)本发明所述的钢板定尺机定尺方法，采用分段式的复合定尺模型，不但可提高定尺机定尺的稳定性，还可在很大程度上提高定尺机的定尺精度。

附图说明

图1为发明所述钢板定尺机的结构示意图；

图2为图1中所述定尺小车和定尺挡板的驱动机构的结构示意图；

图3为图1中所示伸缩杆的结构示意图；

图4是本发明所述钢板定尺机定尺方法的方法流程图；

图5为图4中所示步骤D的一种实现方法流程图。

其中：1为剪切设备，2为定尺小车，3为输送机构，4为钢板，5为减速机，6为齿条，7为齿轮，8为小车驱动电机，9为编码器，10为输出轴，11、定尺挡板，12为偏心轴，13为挡板驱动电机，14为伸缩杆，15为标尺，16、输出轴，17为输出轴，18为伸缩杆套，19为定位孔，20为定位销，21为连杆，22、定位孔。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。其中，本具体实施方式以济钢中厚板厂定尺机为例说明。

图1、图2为本发明的一种钢板定尺机，包括定尺小车2、用于驱动定尺小车2移动的小车驱动电机8和用于输送钢板4的输送机构3，输送机构3的上方平行设有两齿条6，所述齿条6沿钢板4的输送方向分布，定尺小车2设在齿条6的上方，定尺小车2的下端安有用于行走的齿轮7，所述齿轮7与所述的齿条6相啮合，所述齿轮7通过减速机5安装在小车驱动电机8的输出轴10上；小车驱动电机8的输出轴10上安有编码器9，小车驱动电机8连接一变频器，所述的变频器、编码器9连接在一控制器上；还包括一用于定位钢板4的定尺挡板11，所述定尺挡板11通过升降机构固定在定尺小车2上。其中，编码器9采用绝对值编码器，用于实时反馈小车驱动电机8转动的圈数，从而确定定尺小车2由初始位置到当前位置所移动的实际距离。

使用之前，首先标定处于初始位置的定尺小车2上的定尺挡板11到到预置剪切机或锯机等剪切设备1间的初始间距，标定完成之后，固定剪切设备1和定尺小车2的初始位置。使用时，定尺小车2在小车驱动电机8的驱动下，在齿条6上移动，编码器9实向控制器反馈小车驱动电机8转动的圈数，在达到一定的控制条件后，小车驱动电机8停止转动，之后通过升降机构调节定尺挡板11下降。使用时，钢板4通过输送机构3向前输送，直至钢板4碰触到所述的定尺挡板，此时，处于当前位置的定尺小车2上的定尺挡板11与剪切设备1间的间距即为钢板的实际剪切长度。

所述的升降机构包括用于驱动定尺挡板11上升与下降的挡板驱动电机13和可转动的安装在定尺挡板11上的偏心轴12，偏心轴12的轴心线与定尺挡板11相垂直，偏心轴12与挡板驱动电机13的输出轴16同轴相连；该升降机构还包括一伸缩杆14，所述伸缩杆14的两端分别铰接在定尺小车2的底部和定尺挡板11上。

所述的伸缩杆14包括伸缩杆套18和一端套在伸缩杆套18内的连杆21，伸缩杆套18上设有定位孔19和定位销20，连杆21上设有与伸缩杆14上的定位孔19和定位销20配合使用的定位孔22，如图3所示。使用时，取下定位销20，通过挡板驱动电机13调节定尺挡板11上升或下降，调节完毕之后，通过定位销20对定尺挡板11进行定位。

其中，所述的小车驱动电机8、减速机5和挡板驱动电机13分别安装在定尺小车2上。

所述齿条6的一侧设有标尺15，所述标尺15与齿条6相平行。标尺15的使用，便于更为直观地观察定尺机的实际定尺长度。

其中，输出轴17为减速机5的输出轴。在本实施方式中，所述的减速机5为1:40涡轮蜗杆减速机。

本发明还提供了一种钢板定尺机定尺方法，如图4所示，包括：

步骤A、实时测量定尺小车由初始位置到当前位置所移动的实际距离L；

步骤B、实时依据上述测量的实际距离L，以及预先标定的处于初始位置上的定尺小车上的定尺挡板与剪切设备之间的初始间距S，计算处于当前位置的定尺小车上的定尺挡板与所述剪切设备之间的间距SL，SL＝L+S；

步骤C、实时计算上述间距SL与预设的钢板定尺L0的差值的绝对值e，0≤e；

步骤D、将计算出的绝对值e与多个预设的差值阈值进行大小比较，根据比较结果控制变频器的输出频率v；

步骤E、当变频器的输出频率v＝0时，定尺小车锁止，则所述的间距SL为钢板的实际剪切长度；否则，通过变频器的输出频率v控制小车驱动电机的转速，并继续执行步骤A。

其中，上述的预设的差值阈值有x₁、x₂和x₃，0<x₁<x₂<x₃。且在在本实施方式中，x₁＝1mm，x₂＝150mm，x₃＝500mm，且有

$>v=\left(\begin{array}{cc}40,& e>500\\ 32,& 150\le e\le 500\\ 0.2*e+2,& 3<e<500\\ 0,& e\le 3\end{array}\right),$> ②

其中，v表示变频器的输出频率，即表示所述变频器驱动所述驱动电机的给定频率，单位为hz；e为通过步骤B计算出的间距SL与预设的钢板定尺L0的差值。

实时测量定尺小车2由初始位置到当前位置所移动的实际距离L的方法为：将编码器9安装在小车驱动电机8的输出轴10上，通过编码器9反馈小车驱动电机8的转速，通过编码器9反馈的信息计算出所述的实际距离L。其中，所述的编码器9采用绝对值编码器。

其中，上述定尺小车2由初始位置到当前位置所移动的实际距离L的计算公式为：

L＝(EU-EUMin)×[(LMax-Lmin)/(EUMax-EUMin)]，

其中，LMax为定尺小车2的当前位置，LMin为定尺小车2的初始位置；EU为编码器9实际值，EUMax为定尺小车2处于当前位置时对应编码器9的码值，EUMin为定尺小车2处于初始位置时对应的编码器9的码值。

使用时，小车驱动电机8带动定尺小车2在齿条6上移动，编码器9实时反馈小车驱动电机8的转速，并通过编码器9反馈的信息计算出所述的实际距离L，从而依据上述测量的实际距离L和预先标定的初始间距S，计算出处于当前位置的定尺小车2上的定尺挡板11与剪切机的间距SL，且SL＝S+L；之后计算出该间距SL与预设的钢板定尺L0的差值的绝对值e，并将计算出的绝对值e与预设的差值阈值x₁＝1mm、x₂＝150mm和x₃＝500mm进行大小比较，根据比较结果控制变频器的输出频率v，如图5所示：

当e>500时，v＝40hz；

否则当150≤e≤500时，v＝32hz；

否则当1<e<150时，v＝0.2*e+2；

否则当0≤e≤1时，v＝0。

其中，上述v＝0时，小车驱动电机8的给定转速为0，即实现定尺小车2的锁止。

本发明所述变频器的输出频率v为小车驱动电机8的给定频率，即通过变频器的输出频率v控制小车驱动电机8的转速，从而实现了对小车驱动电机8转速的分段控制，这既在很大程度上保证了定尺小车2的快速移动，又在很大程度上确保了定尺小车2减速的灵活性控制，提高了定尺小车2的定位精度，进而提高了定尺机的定位精度。

经实验证明，此钢板定尺机定尺方法投入使用后，将钢板的定尺精度控制在±1mm，在很大程度上消除了所剪切的尺寸不合格的钢板段的数量，使钢板改判率从0.165％下降到0.095％；此外，每张钢板预留长度由常规的45mm缩短到15mm，钢板的废边回收率由以往的10％提高到20％。