RU146294U1 - COMPACT MICROPROCESSOR ROLLING MACHINE - Google Patents

Abstract

1. Вальцовочная машина, содержащая вальцующий инструмент в виде механической роликовой вальцовки и привод, отличающаяся тем, что она снабжена бесконтактным тензодатчиком, закрепленным на приводном валу вальцовки, датчиком частоты вращения и программируемым блоком микропроцессорного управления, включающего микроконтроллеры, причем привод выполнен в виде бесколлекторного электродвигателя постоянного тока и планетарного редуктора, усиливающего крутящий момент на электродвигателе, датчик частоты вращения выполнен с возможностью контроля частоты вращения бесколлекторного электродвигателя постоянного тока, микроконтроллеры выполнены с возможностью анализа показаний бесконтактного тензодатчика, контролирующего крутящий момент в Нм, и датчика частоты вращения, а также с возможностью управления бесколлекторным электродвигателем в соответствии с заданными параметрами вальцевания.2. Вальцовочная машина по п.1, отличающаяся тем, что вальцующий инструмент содержит вальцовку с рабочими органами в виде конических роликов и веретена с хвостовиком, соединенные патроном, через планетарный редуктор с приводным валом бесколлекторного электродвигателя постоянного тока.1. Rolling machine containing a rolling tool in the form of a mechanical roller rolling and a drive, characterized in that it is equipped with a contactless strain gauge mounted on the drive shaft of the rolling, a rotational speed sensor and a programmable microprocessor control unit including microcontrollers, the drive being made in the form of a brushless motor DC and planetary gearbox that amplifies the torque on the electric motor, the speed sensor is configured to the role of the rotational speed of a brushless DC motor, microcontrollers are capable of analyzing the readings of a non-contact strain gauge that controls the torque in Nm and a speed sensor, as well as with the ability to control a brushless motor in accordance with the specified rolling parameters. 2. The milling machine according to claim 1, characterized in that the milling tool comprises milling with working bodies in the form of tapered rollers and a spindle with a shank connected by a chuck through a planetary gearbox with a drive shaft of a DC brushless motor.

Description

Полезная модель относится к обработке металлов давлением и может быть использована для развальцовки механическими роликовыми вальцовками труб в трубных решетках (трубных досках, коллекторах) в теплообменном оборудовании различных областей техники.The utility model relates to the processing of metals by pressure and can be used for flaring by mechanical roller rolling of pipes in tube sheets (tube boards, collectors) in heat exchange equipment of various fields of technology.

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому техническому результату является вальцовочная машина снабженная индикаторами начала вальцовки и достижение оптимального крутящего момента на валу шпинделя, в виде светодиодов, включенных в цепь питания через контакты автономных микропереключателей патент RU 2100122. Вальцовочная машина имеющая электродвигатель, редуктор, электронное устройство содержащее блок питания, сравнивающее устройство, показывающий прибор, блок ограничения крутящего момента, электрическое дифференцирующее устройство и два пусковых устройства, при этом блок ограничения крутящего момента включает датчик активной мощности, а сравнивающее устройство - переменный резистор, усилитель, резистор и одно из пусковых устройств, причем датчик активной мощности последовательно соединен со сравнивающим устройством, а показывающий прибор соединен параллельно между сравнивающим устройством и датчиком активной мощности, при этом электрическое дифференцирующее устройство присоединено параллельно показывающему прибору и содержит блок дифференцирования, усиления и сравнения и другое пусковое устройство, разрывающее цепь электродвигателя при превышении значения скорости изменения крутящего момента по сравнению с заданной величиной патента РФ №2473409.The closest in technical essence and the achieved technical result is a milling machine equipped with indicators of the beginning of milling and the achievement of the optimum torque on the spindle shaft, in the form of LEDs included in the power circuit through the contacts of autonomous microswitches patent RU 2100122. Milling machine with an electric motor, gearbox, electronic device comprising a power supply, a comparator, showing a device, a torque limiting unit, an electrical differential its device and two starting devices, while the torque limiting unit includes an active power sensor, and the comparison device includes a variable resistor, amplifier, resistor and one of the starting devices, the active power sensor being connected in series with the comparison device, and the indicating device is connected in parallel between a comparator device and an active power sensor, while an electric differentiating device is connected in parallel to the indicating device and contains a differential unit Bani, amplification and comparison of both starting device rupturing the motor circuit when exceeding the torque change rate compared to the predetermined value patent RF №2473409.

Недостатком описанных запатентованных ранее устройств является отсутствие устройств позволяющих точно контролировать величину крутящего момента на приводном валу вальцовочной машины, сложная настройка максимального крутящего момента при вальцевании труб разных диаметров на максимальный крутящий момент. Наличие логических цепей требующих исполнения в громоздких блоках управления. В данных машинах двигатели не позволяющие регулировать частоту вращения привода в широких пределах. Невозможность изготовления приводов машин в компактном исполнении, что затрудняет их использование в труднодоступных местах коллектора или водяной камеры. Как также следует из описания вальцовочных машин, во время выполнения операции закрепления частота вращения веретена вальцовки постоянна и зависит от характеристик электродвигателя и редуктора. В тоже время известно, что в начале цикла вальцевания, по времени составляющем 60-70%, потребляемый момент обычно мал и здесь возможно использование высокой частоты вращения веретена. Поэтому производительность работ и ресурс вальцовок в случае использования известных вальцовочных машин при закреплении теплообменных труб понижены.The disadvantage of the previously patented devices described above is the lack of devices that allow precise control of the torque on the drive shaft of the rolling machine, and the difficult setting of the maximum torque when rolling pipes of different diameters to the maximum torque. The presence of logical circuits requiring execution in bulky control units. In these machines, motors do not allow controlling the drive speed over a wide range. The impossibility of manufacturing machine drives in a compact design, which makes them difficult to use in hard-to-reach areas of the collector or water chamber. As also follows from the description of the rolling machines, during the fastening operation, the rotation frequency of the rolling spindle is constant and depends on the characteristics of the electric motor and gearbox. At the same time, it is known that at the beginning of the rolling cycle, which is 60-70% in time, the consumed moment is usually small and it is possible to use a high spindle speed here. Therefore, the productivity and resource of rolling in the case of using known rolling machines when fixing heat-exchange pipes is reduced.

Задачей и техническим результатом полезной модели является повышение производительности работ при качественном выполнении операции закрепления теплообменных труб механическими роликовыми вальцовками независимо от конструкции теплообменного аппарата. Расширение сферы применения вальцовочной машины для вальцевания в труднодоступном расположении трубных пучков за счет компактного исполнения в пистолетной компоновке и возможности применения аккумуляторного источника питания.The objective and technical result of the utility model is to increase the productivity of work with the high-quality execution of the operation of fixing the heat exchange pipes by mechanical roller milling, regardless of the design of the heat exchanger. Expanding the scope of the rolling machine for rolling in an inaccessible arrangement of tube bundles due to the compact design in the pistol arrangement and the possibility of using a battery power source.

Технический результат достигается тем, что вальцовочная машина состоит из вальцовочного инструмента (механическая роликовая вальцовка) и приводного электрического механизма оснащенного микропроцессорным управлением и микроконтроллерами управляющими работой бесколлекторного электродвигателя постоянного тока.The technical result is achieved by the fact that the milling machine consists of a milling tool (mechanical roller milling) and a drive electric mechanism equipped with microprocessor control and microcontrollers controlling the operation of a DC brushless motor.

Компактная вальцовочная машина состоит из бесколлекторного электродвигателя постоянного тока, планетарного редуктора усиливающего крутящий момент на двигателе, бесконтактного тензодатчика крутящего момента, датчика частоты вращения на выходном валу и электронного блока управления двигателем с задаваемыми параметрами вальцевания (крутящий момент, частота вращения).The compact milling machine consists of a brushless DC motor, a planetary gearbox that amplifies the torque on the motor, a non-contact torque strain gauge, a speed sensor on the output shaft and an electronic motor control unit with preset rolling parameters (torque, speed).

Применение бесколлекторного электродвигателя постоянного тока (рис.1) позволяет исключить затраты на эксплуатацию (замена щеток) повысить ресурс и надежность вальцовочной машины по сравнению с существующими аналогами отечественных и зарубежных производителей с коллекторными двигателями. Частота вращения применяемого в вальцовочной машине бесколлекторного электродвигателя постоянного тока может регулироваться бесступенчато от 0-2500 об/мин. Отсутствие потерь энергии (по сравнению с щеточным мотором коллекторного типа) позволяет увеличить крутящий момент до 160 Нм в применяемой машине, по сравнению с существующими аналогами отечественных и зарубежных фирм с максимальными значениями крутящего момента 26-50 Нм одного класса, при этом снижается потребляемый ток и уменьшается нагрев рабочих элементов двигателя.The use of a DC brushless motor (Fig. 1) eliminates the cost of operation (replacing brushes) to increase the life and reliability of the milling machine compared to existing analogues of domestic and foreign manufacturers with collector motors. The rotational speed of the brushless DC motor used in the rolling machine can be continuously adjusted from 0-2500 rpm. The absence of energy losses (compared to the brush type brush motor) allows increasing the torque up to 160 Nm in the used machine, in comparison with the existing analogues of domestic and foreign companies with maximum torque values of 26-50 Nm of one class, while the current consumption is reduced and reduced heating of the working elements of the engine.

Используемый в качестве привода бесколлекторный двигатель имеет меньшие габариты по сравнению с имеющимися аналогами вальцовочных машин выполненных с двигателями на переменном токе с частотным преобразователем, соответственно компоновка основных узлов вальцовочной машины и блока управления возможна в компактном корпусе сравнимым по размерам с обычной бытовой дрелью.The brushless motor used as a drive has smaller dimensions compared to existing analogs of milling machines made with alternating current motors with a frequency converter, respectively, the layout of the main components of the milling machine and control unit is possible in a compact case comparable in size to a conventional household drill.

Повышение производительности достигается за счет программного управления частотой вращения двигателем, в начале процесса вальцевания трубы развиваемые усилия незначительны, крутящий момент минимален, следовательно возможно увеличение частоты вращения и сокращения времени на вальцевание до возникновения требуемого крутящего момента для раздачи трубы.The increase in productivity is achieved through programmed control of the engine speed, at the beginning of the pipe rolling process, the developed forces are small, the torque is minimal, therefore, it is possible to increase the rotation speed and reduce the rolling time until the required torque for pipe distribution occurs.

Технический результат достигается также тем, что в схему управления приводом включается тензорезисторный бесконтактный датчик (тензорезистор) закрепленный на приводном валу вальцовки, измеряющий непосредственно в процессе вальцевания крутящий момент, данные с тензодатчика анализируют микроконтроллеры управляющие по программе частотой вращения приводного двигателя, направлением вращения (включение реверса). Микроконтроллеры представляют собой блок управления, электронное устройство выполненное в виде платы с расположением на ней электронных компонентов, размещаемая непосредственно в корпусе вальцовочной машины. Кроме электронных компонентов на плате располагаются: клеммы для подключения соединительных проводов линий управления и питания бесколлекторного двигателя, кнопки управления работой машины «старт/стоп», светодиодные индикаторы режима работы устройства.The technical result is also achieved by the fact that a strain gauge proximity sensor (strain gauge) mounted on the drive roll shaft is included in the drive control circuit, measuring torque directly during rolling, data from the strain gauge are analyzed by microcontrollers that control the speed of the drive motor, direction of rotation (turning on the reverse ) Microcontrollers are a control unit, an electronic device made in the form of a board with the location of electronic components on it, located directly in the body of the rolling machine. In addition to the electronic components on the board are: terminals for connecting the connecting wires of the control and power lines of the brushless motor, buttons for controlling the start / stop operation of the machine, LED indicators for the operation mode of the device.

Блок управления позволяет производить работы в ручном и автоматическом режиме, для переключения режимов на блоке предусмотренна соответствующая кнопка «режим». В ручном режиме управления скорость и ускорение двигателя регулируется потенциометрами, для изменения направления вращения предназначена кнопка «реверс», старт и остановка двигателя производится кнопками «старт/стоп». В автоматическом режиме управление происходит путем подачи команд, от устройства пользователя в виде планшетного персонального компьютера, блоку управления по шине RS-485. Команды формирует процессор персонального компьютера управляемый специально разработанным и установленным программным обеспечением и драйверами.The control unit allows you to work in manual and automatic mode, to switch modes on the unit provides a corresponding button "mode". In manual control mode, the speed and acceleration of the engine is controlled by potentiometers, the reverse button is used to change the direction of rotation, the engine starts and stops by the start / stop buttons. In automatic mode, control occurs by issuing commands from the user device in the form of a tablet personal computer to the control unit via the RS-485 bus. Teams are formed by a personal computer processor controlled by specially designed and installed software and drivers.

Конструктивное решение полезной модели изображено на рис.2, гдеThe constructive solution of the utility model is shown in Fig. 2, where

1 - Бесколлекторный электродвигатель постоянного тока1 - Brushless DC motor

2 - Планетарный редуктор2 - Planetary gearbox

3 - Бесконтактный тензодатчик крутящего момента3 - Contactless torque strain gauge

4 - Корпус4 - Case

5 - Патрон для крепления вальцовки5 - Chuck for mounting rolling

6 - Механическая роликовая вальцовка6 - Mechanical roller rolling

7 - Электронный блок управления (микроконтроллеры)7 - Electronic control unit (microcontrollers)

8 - Вальцуемая труба8 - Rolled pipe

9 - Трубная доска9 - Tube board

Работа вальцовочной машины происходит следующим образом.The operation of the rolling machine is as follows.

Веретено вальцовки вращаясь от привода электродвигателя воздействует на конические ролики расположенные в окнах корпуса вальцовки, под действием силы трения в процессе планетарного вращения роликов и корпуса относительно вращающегося веретена. В процессе обкатывания конических поверхностей роликов и веретена под действием силы трения веретено начинает перемещаться в осевом направлении и своей конической поверхности раздвигает ролики расположенные в окнах корпуса вальцовки в радиальном направлении, которые обкатываясь по внутренней поверхности трубы разжимают ее, увеличивая диаметр. В процессе деформации трубы на валу привода вальцовки растет потребляемый крутящий момент который непрерывно считывается тензодатчиком и анализируется микроконтроллером, при заданных пороговых значениях крутящего момента происходит подача электрических сигналов изменяющих частоту вращения двигателя которая контролируется датчиком частоты вращения, происходит отключение (останов), переключение направления вращения (реверс). Пороговые значения частоты вращения и крутящего момента задаются оператором на панели планшетного компьютера электронного блока управления.The rolling spindle rotating from the electric motor drive acts on conical rollers located in the windows of the rolling casing under the action of friction during planetary rotation of the rollers and the casing relative to the rotating spindle. In the process of rolling in the conical surfaces of the rollers and the spindle under the action of the friction force, the spindle starts to move in the axial direction and the rollers located in the windows of the rolling body in the radial direction, which rolling around the inner surface of the pipe, expand it, expanding it, expanding its diameter. In the process of pipe deformation, the consumed torque increases on the roll drive shaft, which is continuously read by the strain gauge and analyzed by the microcontroller; at specified threshold torque values, electrical signals are supplied that change the engine speed, which is controlled by the rotation speed sensor, shutdown (stop), rotation direction switching ( reverse). Threshold speed and torque are set by the operator on the panel of the tablet computer of the electronic control unit.

В процессе вальцевания трубы применяется следующий цикл работы:In the process of rolling the pipe, the following cycle of work is applied:

1) вращение на максимальной частоте до достижения предварительного крутящего момента;1) rotation at maximum frequency until a preliminary torque is reached;

2) вращение на заданной частоте вращения до достижения заданного крутящего момента;2) rotation at a given speed until a specified torque is reached;

3) останов вращения при достижении рабочего заданного крутящего момента;3) rotation stop upon reaching the working set torque;

4) включение реверса на заданной частоте вращения (освобождение вальцовки из трубы);4) the inclusion of reverse at a given speed (release of rolling from the pipe);

5) останов вращения при достижении предварительного заданного крутящего момента.5) rotation stop when a predetermined torque is reached.

В процессе работы данный цикл может многократно повторяться.In the process, this cycle can be repeated many times.

Управление работой вальцовочной машины может осуществляться как в автоматическом цикле, так и в ручном режиме с включением кнопок:The operation of the milling machine can be carried out both in the automatic cycle and in manual mode with the inclusion of buttons:

- «режим» вальцевание в автоматическом режиме по программе (работа по циклу 1-5);- "mode" rolling in automatic mode according to the program (work on a cycle 1-5);

- «старт» прямое вращение (работа по циклу 2-3);- “start” direct rotation (work on a cycle 2-3);

- «реверс» (работа по циклу 4);- “reverse” (work on cycle 4);

- «стоп» останов вращения.- “stop” rotation stop.

Компактная вальцовочная машина с электроприводом и микропроцессорным управлением работающая по программе обеспечивает повышение производительности работ при качественном выполнении операций по закреплению теплообменных труб механическими роликовыми вальцовками в теплообменных аппаратах различных областей промышленности. Применение бесколлекторного двигателя и датчика крутящего момента позволяет увеличить ресурс работы и мощность вальцовочной машины.The compact milling machine with electric drive and microprocessor control operating under the program provides increased productivity with high-quality operations on fixing heat-exchange pipes by mechanical roller milling in heat-exchangers of various industries. The use of a brushless motor and a torque sensor allows you to increase the service life and power of the milling machine.

Claims (2)

1. Вальцовочная машина, содержащая вальцующий инструмент в виде механической роликовой вальцовки и привод, отличающаяся тем, что она снабжена бесконтактным тензодатчиком, закрепленным на приводном валу вальцовки, датчиком частоты вращения и программируемым блоком микропроцессорного управления, включающего микроконтроллеры, причем привод выполнен в виде бесколлекторного электродвигателя постоянного тока и планетарного редуктора, усиливающего крутящий момент на электродвигателе, датчик частоты вращения выполнен с возможностью контроля частоты вращения бесколлекторного электродвигателя постоянного тока, микроконтроллеры выполнены с возможностью анализа показаний бесконтактного тензодатчика, контролирующего крутящий момент в Нм, и датчика частоты вращения, а также с возможностью управления бесколлекторным электродвигателем в соответствии с заданными параметрами вальцевания.1. Rolling machine containing a rolling tool in the form of a mechanical roller rolling and a drive, characterized in that it is equipped with a contactless strain gauge mounted on the drive shaft of the rolling, a rotational speed sensor and a programmable microprocessor control unit including microcontrollers, the drive being made in the form of a brushless motor DC and planetary gearbox that amplifies the torque on the electric motor, the speed sensor is configured to The role of the rotational speed of a brushless DC motor, microcontrollers are configured to analyze the readings of a non-contact strain gauge that controls the torque in Nm, and a speed sensor, as well as to control a brushless motor in accordance with the specified rolling parameters. 2. Вальцовочная машина по п.1, отличающаяся тем, что вальцующий инструмент содержит вальцовку с рабочими органами в виде конических роликов и веретена с хвостовиком, соединенные патроном, через планетарный редуктор с приводным валом бесколлекторного электродвигателя постоянного тока.

2. The milling machine according to claim 1, characterized in that the milling tool comprises milling with working bodies in the form of tapered rollers and a spindle with a shank connected by a chuck through a planetary gearbox with a drive shaft of a DC brushless motor.

Images