一种垂直式多层储料架及其控制方法

摘要

本发明提供一种垂直式多层储料架及其控制方法，储料架包括储料架主体以及设置于储料架主体内的多层导辊，多层导辊上设有料膜，多层导辊沿垂直于水平方向设置，还包括有传动马达、编码器以及气动离合器，传动马达设置于储料架主体，并通过传动轴与导辊传动机构连接，从而带动料膜运转，传动轴一端设有编码器，气动离合器与传动马达电气连接；通过采用以上技术方案，使得储料架的料膜收、放过程更平稳；减小储料架运行对系统张力的冲击；减小储料架运行对系统张力的冲击，将进、出储料架的料膜张力的初期波动控制在可控范围内；本发明省去了复杂的机械缓冲机构，简化了系统运行参数的设置，同调试和控制更方便，张力控制更稳。

权利要求

1.一种垂直式多层储料架，包括储料架主体以及设置于所述储料架主体内的多层导辊，多层所述导辊上设有料膜；其特征在于，多层所述导辊沿垂直于水平方向设置；还包括有传动马达、编码器以及气动离合器；所述传动马达设置于所述储料架主体，并通过所述传动轴与导辊传动机构连接，从而带动所述料膜运转；所述传动轴一端设有编码器；所述气动离合器与所述传动马达电气连接；还包括电控比例阀；所述传动马达通过同步带与所述气动离合器一个端面连接，所述气动离合器另一个端面与所述传动轴连接；所述电控比例阀与所述气动离合器电气连接，从而控制所述气动离合器输出扭矩。

2.根据权利要求1所述的垂直式多层储料架，其特征在于，所述编码器为增量型编码器；所述增量型编码器包括有A相脉冲和B相脉冲；所述A相脉冲用来计数，以检测当前所述料膜的运行速度；所述B相脉冲用来计数，并和所述A相脉冲作比较，以判当前所述料膜的运行方向。

3.根据权利要求1所述的垂直式多层储料架，其特征在于，当所述料膜属于静止状态时，所述比例阀控制所述气动离合器输出最大的扭矩Tmax，所述气动离合器的输出扭矩等于所述导辊上所述料膜的张力对所述传动轴所产生的扭矩。

4.根据权利要求1所述的垂直式多层储料架，其特征在于，当所述料膜属于储料运行状态时，所述比例阀控制所述气动离合器由扭矩Tmax至扭矩Tn依次来回输出，所述扭矩Tn为预设值。

5.根据权利要求1所述的垂直式多层储料架，其特征在于，当所述料膜属于放料状态时，所述比例阀控制所述气动离合器减小输出扭矩T小于或等于扭矩Tn，以使所述料膜由静止开始加速向下运行，直至所述料膜达到缓冲位置或放料信号结束，所述扭矩Tn为预设值。

6.根据权利要求1所述的垂直式多层储料架，其特征在于，当所述料膜属于裁切放料状态时，所述比例阀控制所述气动离合器减小输出扭矩T小于或等于扭矩Tn，以使所述料膜由静止开始加速向下运行，直至放卷裁切完成，所述扭矩Tn为预设值。

7.一种垂直式多层储料架的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：调节电控比例阀使气动离合器保持输出最大扭矩Tmax，此时料膜处于静止状态；

S2：调节电控比例阀使气动离合器按预设斜率由最大扭矩Tmax输出至扭矩Tn，传动马达控制料膜由静止到缓慢向下运行；当编码器检测料膜的速度由零变为负值时，电控比例阀停止调节气动离合器输出扭矩T降低，并按预设斜率调节气动离合器回到最大扭矩Tmax，此时传动马达控制料膜料架由缓慢向下运行的趋势平稳转换到由零速到匀速的向上运行；

直至料膜到达上缓冲位置或储料信号撤销，比例阀控制气动离合器由扭矩Tmax至扭矩Tn依次来回输出，以完成料膜储料；扭矩Tn为预设值；

S3：调节电控比例阀使气动离合器减小输出扭矩T至扭矩Tn或扭矩Tn以下，以使所述料膜由静止开始加速向下运行；当料膜到达下缓冲位置或放料信号结束时，调节电控比例阀使气动离合器按预设的斜率输出至最大扭矩Tmax，同时料膜下行速度逐渐减慢直至静止，以完成料膜放料；

S4：调节电控比例阀使气动离合器减小输出扭矩T至扭矩Tn或扭矩Tn以下，以使所述料膜由静止开始加速向下运行，直至放卷裁切完成，电控比例阀在当前输出扭矩T值基础上控制气动离合器按设定斜率增加输出扭矩T至Tmax，直至料膜最后静止，以完成裁切放料。

8.根据权利要求7所述的垂直式多层储料架的控制方法，其特征在于， 所述编码器包括有A相脉冲和B相脉冲；所述A相脉冲用来计数，以检测当前所述料膜的运行速度；所述B相脉冲用来计数，并和所述A相脉冲作比较，以判当前所述料膜的运行方向；根据标定脉冲计数值个数，预设“0”为初始最低限位位置；预设“5000”为最高限位位置；预设“100”为下缓冲位置；预设“5000”为最高限位位置；预设“4900”为上缓冲位置。

9.根据权利要求7所述的垂直式多层储料架的控制方法，其特征在于，料膜的张力Fn和气动离合器的输出扭矩Tn为正比线性关系。

说明书

一种垂直式多层储料架及其控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于印刷机技术领域，具体涉及一种垂直式多层储料架及其控制方法。

背景技术

[0002] 现有的应刷机储料架在高速环境下的放卷零速对接操作，由于其料层较多、结构复杂，在运行过程中更容易对料膜张力产生扰动，同时导辊较多导致张力反馈滞后等原因，用常规PID方式控制张力，其张力的稳定性很难达到后续印刷、复合等工艺要求。并且现有的储料架储料和放料控制方法无法控制输出扭矩和料膜张力，从而导致进、出储料架的料膜存在波动，张力无法很好的控制。

[0003] 基于上述储料架中存在的技术问题，尚未有相关的解决方案；因此迫切需要寻求有效方案以解决上述问题。

发明内容

[0004] 本发明的目的是针对上述技术中存在的不足之处，提出一种垂直式多层储料架及其控制方法，旨在解决现有储料架结构复杂，张力反馈滞后、不稳定的问题。

[0005] 本发明提供一种垂直式多层储料架，包括储料架主体以及设置于储料架主体内的多层导辊，多层导辊上设有料膜；多层导辊沿垂直于水平方向设置；还包括有传动马达、编码器以及气动离合器；传动马达设置于储料架主体，并通过传动轴与导辊传动机构连接，从而带动料膜运转；传动轴一端设有编码器；气动离合器与传动马达电气连接。

[0006] 进一步地，还包括电控比例阀；传动马达通过同步带与气动离合器一个端面连接，气动离合器另一个端面与传动轴连接；电控比例阀与气动离合器电气连接，从而控制气动离合器输出扭矩。

[0007] 进一步地，编码器为增量型编码器；增量型编码器包括有A相脉冲和B相脉冲；A相脉冲用来计数，以检测当前料膜的运行速度；B相脉冲用来计数，并和A相脉冲作比较，以判当前料膜的运行方向。

[0008] 进一步地，当料膜属于静止状态时，比例阀控制气动离合器输出最大的扭矩Tmax，气动离合器的输出扭矩等于导辊上料膜的张力对传动轴所产生的扭矩。

[0009] 进一步地，当料膜属于储料运行状态时，比例阀控制气动离合器由扭矩Tmax至扭矩Tn依次来回输出，扭矩Tn为预设值。

[0010] 进一步地，当料膜属于放料状态时，比例阀控制气动离合器减小输出扭矩T小于或等于扭矩Tn，以使料膜由静止开始加速向下运行，直至料膜达到缓冲位置或放料信号结束，扭矩Tn为预设值。

[0011] 进一步地，当料膜属于裁切放料状态时，比例阀控制气动离合器减小输出扭矩T小于或等于扭矩Tn，以使料膜由静止开始加速向下运行，直至放卷裁切完成，扭矩Tn为预设值。

[0012] 本发明还提供一种垂直式多层储料架的控制方法，包括以下步骤：

[0013] S1：调节电控比例阀使气动离合器保持输出最大扭矩Tmax，此时料膜处于静止状态；

[0014] S2：调节电控比例阀使气动离合器按预设斜率由最大扭矩Tmax输出至扭矩Tn，传动马达控制料膜由静止到缓慢向下运行；当编码器检测料膜的速度由零变为负值时，电控比例阀停止调节气动离合器输出扭矩T降低，并按预设斜率调节气动离合器回到最大扭矩Tmax，此时传动马达控制料膜料架的由缓慢向下运行的趋势平稳转换到由零速到匀速的向上运行；直至料膜到达上缓冲位置或储料信号撤销，比例阀控制气动离合器由扭矩Tmax至扭矩Tn依次来回输出，以完成料膜储料；扭矩Tn为预设值；

[0015] S3：调节电控比例阀使气动离合器减小输出扭矩T至扭矩Tn或扭矩Tn以下，以使所述料膜由静止开始加速向下运行；当料膜到达下缓冲位置或放料信号结束时，调节电控比例阀使气动离合器按预设的斜率输出至最大扭矩Tmax，同时料膜下行速度逐渐减慢直至静止，以完成料膜放料；

[0016] S4：调节电控比例阀使气动离合器减小输出扭矩T至扭矩Tn或扭矩Tn以下，以使所述料膜由静止开始加速向下运行，直至放卷裁切完成，电控比例阀在当前输出扭矩T值基础上控制气动离合器按设定斜率增加输出扭矩T至Tmax，直至料膜最后静止，以完成裁切放料。以上方案，通过采用趋势检测方式判断储料架的临界状态，使得储料架的料膜收、放过程更平稳；利用张力与输出扭矩的关系，在储料架动作之前，根据当前系统设置的张力大小确定储料架理想输出扭矩的取值，再通过判断储料架在被动状态下的运行趋势，确定储料架运行的理想输出扭矩和传动马达介入的时间点，从而减小储料架运行对系统张力的冲击；通过判断储料架在被动状态下的运行趋势，来确定储料架运行的理想电控比例阀输出扭矩和传动马达介入的时间点，从而减小储料架运行对系统张力的冲击；储料架主机放卷裁切完成开始加速，此时传动马达开始运转，电控比例阀保持当前输出值，开始吸收储料架主机放卷加速机构造成的张力扰动。

附图说明

[0017] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0018] 以下将结合附图对本发明作进一步说明：

[0019] 图1 为本发明一种垂直式多层储料架的主视图；

[0020] 图2 为图1沿A-A方向的剖视图；

[0021] 图3 为图2沿B-B方向的剖视图。

[0022] 图中：1、传动轴；2、传动马达；3、编码器；4、联轴节；5、同步带；6、气动离合器；7、电控比例阀；8、料膜；9、储料架主体；10、导辊。

具体实施方式

[0023] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

[0024] 如图 1至图3所示，本发明提供一种垂直式多层储料架，包括储料架主体9以及设置于储料架主体9内的多层导辊10，多层导辊10上设有料膜8；多层导辊10沿垂直于水平方向设置；还包括有传动马达2、编码器3以及气动离合器6；传动马达2设置于储料架主体9的上端面，并通过传动轴1与导辊传动机构连接，从而带动料膜运转；传动轴1一端通过联轴节设有编码器3；气动离合器6与传动马达2电气连接。

[0025] 优选地，结合上述方案，如图 1至图3所示，本发明提供一种垂直式多层储料架还包括电控比例阀7；传动马达2通过同步带5与气动离合器6一个端面连接，带动离合器6的一个端面一起转动；气动离合器6另一个端面与传动轴1连接；电控比例阀7与气动离合器6电气连接，通过调节电控比例阀7的大小从而控制气动离合器6输出扭矩T的大小，进而控制料膜在储料架上被动运行时的张力大小。

[0026] 优选地，结合上述方案，编码器为增量型编码器；增量型编码器包括有A相脉冲和B相脉冲；A相脉冲用来计数，以检测料膜当前的位置，且根据其单位时间内的脉冲计数值检测料架运行速度；B相脉冲用来和A相脉冲作比较，根据脉冲的超前或滞后，判断料膜当前运行方向，运行方向同时也作为料膜的运行趋势判断；调试时，标定脉冲计数值个数，“0”为初始最低限位位置；“5000”为最高限位位置；“100”为下缓冲位置；“5000”为最高限位位置；“4900”为上缓冲位置。

[0027] 优选地，结合上述方案，如图 1至图3所示，本发明提供一种垂直式多层储料架还包括电控比例阀7；传动马达2通过同步带5与气动离合器6一个端面连接，带动离合器6的一个端面一起转动；气动离合器6另一个端面与传动轴1连接；电控比例阀7与气动离合器6电气连接，通过调节电控比例阀7的大小从而控制气动离合器6输出扭矩T的大小，进而控制料膜在储料架上被动运行时的张力大小；当料膜属于静止状态时，比例阀控制气动离合器输出最大的扭矩Tmax，此时气动离合器的输出扭矩等于导辊上料膜的张力对传动轴所产生的扭矩，储料架属于静止状态。

[0028] 优选地，结合上述方案，如图 1至图3所示，本发明提供一种垂直式多层储料架还包括电控比例阀7；传动马达2通过同步带5与气动离合器6一个端面连接，带动离合器6的一个端面一起转动；气动离合器6另一个端面与传动轴1连接；电控比例阀7与气动离合器6电气连接，通过调节电控比例阀7的大小从而控制气动离合器6输出扭矩T的大小，进而控制料膜在储料架上被动运行时的张力大小；当料膜属于储料运行状态时，比例阀控制气动离合器由扭矩Tmax至扭矩Tn依次来回输出，直至完成储料架储料运行过程，扭矩Tn为预设值。

[0029] 优选地，结合上述方案，如图 1至图3所示，本发明提供一种垂直式多层储料架还包括电控比例阀7；传动马达2通过同步带5与气动离合器6一个端面连接，带动离合器6的一个端面一起转动；气动离合器6另一个端面与传动轴1连接；电控比例阀7与气动离合器6电气连接，通过调节电控比例阀7的大小从而控制气动离合器6输出扭矩T的大小，进而控制料膜在储料架上被动运行时的张力大小；当料膜属于放料状态时，比例阀控制所述气动离合器减小输出扭矩T小于或等于扭矩Tn，以使料膜由静止开始加速向下运行，直至料膜达到缓冲位置或放料信号结束，扭矩Tn为预设值。

[0030] 优选地，结合上述方案，如图 1至图3所示，本发明提供一种垂直式多层储料架还包括电控比例阀；传动马达通过同步带与气动离合器一个端面连接，气动离合器另一个端面与传动轴连接；电控比例阀与气动离合器电气连接，从而控制气动离合器输出扭矩；当料膜属于裁切放料状态时，比例阀控制气动离合器减小输出扭矩T小于或等于扭矩Tn，以使料膜由静止开始加速向下运行，直至放卷裁切完成，扭矩Tn为预设值。

[0031] 相应地地，结合上述方案，本发明还提供一种垂直式多层储料架的控制方法，包括上述所述的垂直式多层储料架；还包括以下步骤：

[0032] S1：调节电控比例阀使气动离合器保持输出最大扭矩Tmax，此时料膜处于静止状态，此时气动离合器的输出扭矩等于导辊上料膜张力Fn对传动轴所产生的扭矩Tn；

[0033] S2：调节电控比例阀使气动离合器按预设斜率由最大扭矩Tmax输出至扭矩Tn，并在Tn基础上持续减小输出扭矩，由于此时的料膜张力Fn大小没变，根据Fn=ma+f（静摩擦及机械损耗力），在气动离合器输出扭矩减小到Tn或Tn以下后，料膜开始出现由静止到缓慢向下运行的趋势，传动马达控制料膜由静止到缓慢向下运行；当编码器检测料膜的速度由零变为负值时，电控比例阀停止调节气动离合器输出扭矩T降低，并按预设斜率调节气动离合器回到最大扭矩Tmax，此时传动马达控制料膜料架的由缓慢向下运行的趋势平稳转换到由零速到匀速的向上运行；直至料膜到达上缓冲位置或储料信号撤销，传动马达继续保持运行，而电控比例阀再次控制离合器从Tmax迅速平稳减小至Tn，在气动离合器的控制扭矩减小过程中，由于气动离合器输出扭矩持续减小从而使传动马达不足以通过气动离合器驱动料膜继续上行，这一过程料膜由原先的匀速向上运行逐渐转为减速直至零速，通过检测编码器检测到上行速度到达零速阈值时，传动马达停止运转，比例阀控制离合器再次从当前输出值开始增加输出扭矩至最大Tmax，料架也逐渐由缓慢向下运行转为完全静止，储料动作结束；以此类推，比例阀控制气动离合器由扭矩Tmax至扭矩Tn依次来回输出，以完成料膜储料，扭矩Tn为预设值；

[0034] S3：调节电控比例阀使气动离合器减小输出扭矩T至扭矩Tn或扭矩Tn以下，以使料膜由静止开始加速向下运行，此时电控比例阀输出保持，直到料膜到达下缓冲位置或是放料信号结束；当料膜到达下缓冲位置或放料信号结束时，调节电控比例阀使气动离合器按预设的斜率输出至最大扭矩Tmax，同时料膜下行速度逐渐减慢直至静止，储料架放料结束，以完成料膜放料；

[0035] S4：调节电控比例阀使气动离合器减小输出扭矩T至扭矩Tn或扭矩Tn以下，以使所述料膜由静止开始加速向下运行，此时电控比例阀输出保持，直到料膜到达下缓冲位置或是放料信号结束，放卷裁切完成开始加速，此时传动马达开始运转，电控比例阀保持当前输出值，开始吸收主机放卷加速机构造成的张力扰动，主机加速过程结束，传动马达停止运转，电控比例阀在当前输出值基础上控制气动离合器按设定斜率增加输出扭矩至Tmax，料膜最后静止，储料架裁切放料结束。

[0036] 优选地，结合上述方案，本实施例中，编码器为增量型编码器，增量型编码器包括有A相脉冲和B相脉冲；A相脉冲用来计数，以检测料膜当前的位置，且根据其单位时间内的脉冲计数值检测料架运行速度；B相脉冲用来和A相脉冲作比较，根据脉冲的超前或滞后，判断料膜当前运行方向，运行方向同时也作为料膜的运行趋势判断；调试时，标定脉冲计数值个数，“0”为初始最低限位位置；“5000”为最高限位位置；“100”为下缓冲位置；“5000”为最高限位位置；“4900”为上缓冲位置。

[0037] 优选地，结合上述方案，本实施例中，料膜的张力Fn和气动离合器的输出扭矩Tn根据气动离合器的扭矩曲线及实际测验一一对应；具体为，储料架在调试阶段，根据气动离合器的扭矩曲线，结合实际测验，测出储料机构在不同张力情况下的临界参数值，即储料架在一定料膜张力下，刚好能以被动形式往下接近匀速运行时的参数张力Fn和扭矩Tn一一对应，且满足Tn=K*Fn的关系，K为系数。具体为：

[0038] 料膜张力：F1、F2、F3、…………Fn；

[0039] 对应输出扭矩：T1、T2、T3、…………Tn。

[0040] 实验的手段把这一关系更加精确化了，首先，物理学里力矩与力的公式：M=L*F，这里M力矩是一个矢量，L为力臂，F为力也是一矢量，本申请方案中的扭矩Tn与张力Fn的关系是由上述公式简化而来，依据是：第一、机构中的张力、扭矩均为一个固定方向，所以只需要考虑大小关系即可；第二、该机构中的减速比是一常数，可看成是上式中的L，所以得到的一个Tn正比与Fn（作用在导向辊上的力，也就是料膜的张力）的线性关系；具体推导过程是：这里用系数K来代替表示，即Tn=K*Fn，因为气动离合器的输出扭矩特性可以从产品的技术手册上得到，所以Tn范围已知，机构的马达到导向辊的传动比也是已知的，所以张力Fn和扭矩Tn之间的关系K很容易就确定下来，但是上述的关系只是理想状态下的，实际运行过程中会受传动机构摩擦力、机械结构惯性的影响，所以需要通过实验进一步将K精确化，实验的方法步骤在文中已述，就是通过分段的方法测出几个点，然后再重新线性化，也就是Tn=Kn*Fn，这里的Kn是分段的，分段越多越精确，本申请方案中通过分十段来确认系数Kn，已经能满足系统控制要求。

[0041] 本实施例中，利用张力与输出扭矩的关系，在储料架动作之前，根据当前系统设置的张力大小F确定储料架比例阀理想输出扭矩T的取值，再通过判断储料架在被动状态下的运行趋势，确定储料架运行的理想比例阀输出扭矩和传动马达介入的时间点，从而减小储料架运行对系统张力的冲击；张力的稳定性取决于测定张力与输出扭矩的关系取样数量，分析度越高其实际的张力控制稳定性越高。

[0042] 通过采用以上技术方案，采用趋势检测方式判断储料架的临界状态，使得储料架的料膜收、放过程更平稳；利用张力与输出扭矩的关系，在储料架动作之前，根据当前系统设置的张力大小确定储料架理想输出扭矩的取值，再通过判断储料架在被动状态下的运行趋势，确定储料架运行的理想输出扭矩和传动马达介入的时间点，从而减小储料架运行对系统张力的冲击；通过判断储料架在被动状态下的运行趋势，来确定储料架运行的理想电控比例阀输出扭矩和传动马达介入的时间点，从而减小储料架运行对系统张力的冲击，将进、出储料架的料膜张力的初期波动控制在可控范围内，继而满足后续PID的控制要求；储料架主机放卷裁切完成开始加速，此时传动马达开始运转，电控比例阀保持当前输出值，开始吸收储料架主机放卷加速机构造成的张力扰动；本发明省去了复杂的机械缓冲机构，简化了系统运行参数的设置，同调试和控制更方便，张力控制更稳。

[0043] 以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。