СПОСОБ ТОРМОЖЕНИЯ ДВИЖУЩЕЙСЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ЛЕНТЫ И УСТАНОВКА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА
MOVING METAL STRIP STOPPING METHOD AND DEVICE FOR METHOD IMPLEMENTATION

Область техники
Изобретение относится к способу торможения металлической ленты, которая сматывается с размоточного устройства и наматывается на намоточное устройство. Изобретение также относится к установке для осуществления способа, в которой торможение осуществляется при помощи тормоза, работающего на вихревых токах. При этом индуктированные вихревые токи создаются вращающейся магнитной системой.
Уровень техники
При продольном разделении катаной металлической ленты дисковыми ножницами обычно применяются расположенные в направлении движения ленты за дисковыми ножницами тормозные агрегаты, которые в случае необходимости тормозят движущуюся металлическую ленту с фрикционным замыканием и по возможности без проскальзывания.
В известных установках для продольного разделения ленты тормозной агрегат состоит из главного тормоза и/или предварительного тормоза. Главный тормоз состоит из групп отдельных тормозных колец, которые охватываются разделенными в продольном направлении полосами лент по типу S-образного набора роликов. Чтобы передавать тормозной момент от этих тормозных колец на полосы, предусмотрен еще предварительный тормоз. В качестве предварительного тормоза годится тормоз, работающий на вихревых токах. Однако в настоящее время тормоза, работающие на вихревых токах, имеют недостаток, состоящий в том, что они могут осуществлять достаточное тормозное действие только для лент из металлов с очень высокой электропроводностью, например из алюминия или цветных металлов.
В известной установке для продольного разделения ленты согласно DE-OS 2306029 за ножницами, оснащенными дисковыми ножами, расположен двухступенчатый тормозной агрегат. Недостатки этого агрегата состоят в повышенном износе, возможном царапании поверхностей металлической ленты и отсутствии удовлетворительного направления металлической ленты с боковых сторон.
Чтобы устранить эти недостатки, согласно DE 19540748 С2 создана установка для продольного разделения ленты с тормозными средствами, в которой на полосы в области охвата тормозных колец действуют прижимные средства. Эти прижимные средства действуют на полосы без проскальзывания, либо без контакта, либо с контактом на обращенной к тормозным кольцам стороне, как с передачей, так и без передачи тормозной силы.
Данное изобретение отвергает такой путь из-за относительной дороговизны элементов тормозного агрегата и в противоположность этому направлено на то, чтобы исследовать, в какой мере можно использовать принцип действия тормоза, работающего на вихревых токах, чтобы получить приемлемое решение задачи торможения движущихся металлических лент.
Анализ уровня техники показывает, что уже были попытки в соответствии с идеей согласно DE 19524289 С2 создать устройство для торможения электропроводных лент при помощи эффекта вихревых токов, в котором устройство для создания магнитного поля содержит по меньшей мере один магнитный ролик, вращающийся противоположно направлению транспортировки.
Хотя это решение задумано, по-видимому, в правильном направлении, оно не имеет возможности дальнейшего развития, в частности не позволяет
- установить дополнительный магнитный ролик на расстоянии на нижней стороне ленты,
- изменять расстояние от магнитных роликов,
- использовать магнитные ролики с электромагнитами, а также не может быть реализовано приемлемым в техническом и технологическом отношении образом.
Практика показала, что бесконтактное приложение тормозных моментов посредством индуцированных вихревых токов от вращающихся магнитных роликов не может оказать требуемого тормозного действия. Эффективному приложению тормозных моментов препятствует расстояние от магнитных роликов (изменяющееся, а также изменяемое из-за вихревых токов).
Это подтверждается следующим.
При наличии одного магнитного ролика возникает проблема, состоящая в том, что лента выдавливается из магнитного поля и тормоз, работающий на вихревых токах, перестает действовать на нее. Если же предусмотрены два магнитных ролика, то магнитные системы влияют друг на друга (возможно, с нежелательным нагревом), в результате чего механическая сила на ленту не передается и даже может произойти скручивание в продольном направлении, причем при малом расстоянии лента скользит по магнитному ролику, а при большом расстоянии не передается тормозная сила.
Таким образом, при использовании магнитных роликов вместо статических генераторов вихревых токов без дополнительных тормозных средств проблема не решается.
Даже если усовершенствовать идею согласно DE 19524289 С2, то, например, в отношении нижнего второго магнитного ролика нельзя найти решения, позволяющего избежать указанных проблем и недостатков. Более того, добавляется еще то, что из-за тенденции к скручиванию лент вокруг оси в направлении транспортировки нижний магнитный ролик действует в известной степени как поверхность соударения и так или иначе не выполняет предусмотренную функцию.
В случае двух магнитных роликов, принимая во внимание возможность изменения расстояния, следует отметить, что при малом расстоянии может произойти повреждение ленты, а при большом расстоянии из-за малой интенсивности магнитного поля тормозная сила не будет достаточной или требуется магнитная система с чрезмерно большими размерами.
Сущность изобретения
Поэтому в основу изобретения положена задача создать способ и установку для торможения металлической ленты, которая сматывается в виде рулона с размоточного устройства и снова наматывается на намоточное устройство, с помощью тормозного агрегата с работающим на вихревых токах тормозом в виде вращающейся магнитной системы, которые, во-первых, исключают повреждение поверхности металлической ленты и, во-вторых, обеспечивают действие на металлическую ленту эффективной тормозной силы. При этом установка не должна иметь дополнительных тормозов, должна быть простой по конструкции, а тормозное действие должно осуществляться с одной стороны, без контакта. Ток, индуцированный переменным магнитным полем в металлической ленте (являющейся электрическим проводником), создает на ней противодействующий момент, использование которого в качестве тормозного момента в описанных выше установках приводило к определенным недостаткам.
Указанная задача решается тем, что в способе торможения металлической ленты, сматываемой в виде рулона с размоточного устройства и снова наматываемой на намоточное устройство, при помощи тормозного агрегата, содержащего по меньшей мере один работающий на вихревых токах тормоз с вращающейся магнитной системой для оказания тормозного воздействия на металлическую ленту посредством действующего на опору индуцированного противодействующего момента, согласно изобретению опору выполняют в виде контропоры или контрролика из электро- и магнитонепроводящего материала и оказывают бесконтактное тормозное воздействие с одной стороны металлической ленты.
Тормозное воздействие можно оказывать на контрролик.
Металлическую ленту целесообразно подвергать по меньшей мере одному продольному разделению.
Тормозное воздействие можно регулировать путем изменения скорости вращения магнитной системы независимо от скорости металлической ленты.
Тормозное воздействие можно также регулировать путем регулировки местоположения магнитной системы независимо от скорости металлической ленты.
Кроме того, тормозное воздействие можно регулировать путем регулировки местоположения контропоры независимо от скорости металлической ленты.
Вращающуюся магнитную систему предпочтительно окружают барабаном и тормозное воздействие регулируют путем регулировки местоположения магнитной системы внутри барабана независимо от скорости металлической ленты.
Способ предпочтительно включает автоматизированную программу для управления/регулирования торможения катаной металлической ленты, причем указанная программа содержит по меньшей мере одну из следующих операций:
- ввод/запись данных для регулировки скорости металлической ленты,
- ввод/запись/вывод данных для регулировки тормозного действия вращающейся магнитной системы,
- ввод/запись/вывод данных для регулировки скорости вращения магнитной системы,
- ввод/запись/вывод данных для регулировки местоположения магнитной системы,
- ввод/запись/вывод данных для регулировки воздушного зазора как расстояния между вращающейся магнитной системой и металлической лентой,
- ввод/запись/вывод данных о габаритных размерах рулонов и/или
- ввод/запись/вывод данных для регулировки местоположения опоры. При использовании автоматизированной программы целесообразно использовать регулирующий контур, выполняющий следующие функции:
а) запись/ввод фактических значений результатов измерения тормозной тяги и/или скорости металлической ленты,
б) ввод необходимых заданных значений,
в) вывод значения числа оборотов вращающейся магнитной системы,
г) вывод величины расстояния между вращающейся магнитной системой и металлической лентой,
д) индикацию регулировочных значений на дисплее.
Для регулировки числа оборотов вращающейся магнитной системы можно использовать частотный преобразователь.
Способ может также включать
а) использование программы предварительного выбора для вычисления данных, исходя из введенных значений толщины, ширины, материала, количества единиц использования и/или желательного натяжения ленты/тормозной силы металлической ленты для определения расстояния от контрролика и/или числа оборотов вращающейся магнитной системы,
б) регулирование частотного преобразователя во время движения металлической ленты путем измерения ее натяжения или тормозной силы и
в) уменьшение натяжения ленты/тормозной силы путем изменения расстояния до контрролика и/или числа оборотов, когда скорость ленты меньше заданной скорости.
Поставленная задача решается также тем, что в установке для торможения металлической ленты, сматываемой в виде рулона с размоточного устройства и снова наматываемой на намоточное устройство, содержащей удерживающее рулон размоточное устройство, намоточное устройство и тормозной агрегат, содержащий по меньшей мере один работающий на вихревых токах тормоз в виде вращающейся магнитной системы, согласно изобретению предусмотрена опора, выполненная в виде контропоры или контрролика из электро- и магнитонепроводящего материала, и тормоз установлен без контакта относительно металлической ленты, движущейся от размоточного устройства к намоточному устройству.
Вращающаяся магнитная система предпочтительно окружена барабаном и установлена с возможностью поворота вокруг центра барабана.
Вращающаяся магнитная система может быть установлена с возможностью перемещения в радиальном направлении.
Установка предпочтительно выполнена с возможностью бесступенчатого регулирования бесконтактного расстояния между вращающейся магнитной системой и барабаном.
Для восприятия тангенциальных сил постоянных магнитов на вращающейся магнитной системе может быть предусмотрена отбортовка.
Вокруг вращающейся магнитной системы может быть предусмотрена оболочка из нержавеющей стали для восприятия центробежных сил.
Целесообразно, чтобы были предусмотрены частотный преобразователь, регулирующий контур и средства измерения натяжения ленты/тормозной силы, а также средство изменения расстояния от опоры/контрролика, содержащее линию данных программируемого контроллера, модуль ввода, управляющий блок с подводящей линией и дисплеем для индикации данных, первое управляющее устройство для средства изменения расстояния от опоры /контрролика, второе управляющее устройство для двигателя вращающейся магнитной системы и линии для измерения скорости металлической ленты и натяжения ленты/тормозной силы.
Хотя изобретение с вращающейся магнитной системой частично использует принцип устройства, описанного в DE 19524289 С2, оно не следует из этого известного технического решения очевидным образом. Лишь благодаря изобретению на основе принципа установки под металлической лентой контактирующей с ней опоры, выполненной в виде контрролика, может быть реализовано эффективное приемлемое решение.
До сих пор при помощи одной только вращающейся магнитной системы посредством противодействующего момента, индуцированного вращающим моментом вихревого тока, нельзя было обеспечить эффективное полное тормозное действие на металлическую ленту с помощью практичной и компактной конструкции без дополнительных тормозных агрегатов, и потому от решения согласно DE 19524289 С2 нужно было отказаться.
Изобретение характеризуется следующими признаками и техническими эффектами, которые не вытекают из ближайшего к нему аналога.
1. Контропора при помощи контрролика обусловливает торможение с одной стороны, без контакта. В противоположность этому согласно упомянутому аналогу, с одной стороны, в результате действующего на ленту в вертикальном направлении магнитного поля (тормозной силы) лента стремится удалиться от магнитного ролика и выйти из магнитного поля, а с другой стороны, металлическая лента всегда находится в магнитном поле. Это обстоятельство, особенно при низких скоростях ленты, является очень проблематичным, и в конечном итоге тормозная система на практике до сих пор не использовалась.
Благодаря регулируемому контрролику (расстояние между лентой и магнитным роликом регулируется) можно быстро и точно изменять магнитное поле работающего на вихревых токах тормоза, действующее на металлическую ленту.
Можно использовать диапазон регулирования, составляющий 0-100% от максимального создаваемого магнитного поля.
Благодаря этой возможности выбора с каждым требуемым рабочим параметром может быть согласованы как тормозная сила, так и нагрев металлической ленты.
В опубликованных документах, определяющих уровень техники, об этой возможности не упоминается.
Контрролик согласно изобретению предотвращает это и создает соответствующую противодействующую силу, что полностью обеспечивает функцию применения магнитного ролика для создания тормозных сил.
Далее, выполнению этой функции способствует то, что контрролик должен состоять из электрически- и магнитонепроводящего материала.
Регулировка тормозной силы может согласно изобретению дополнительно осуществляться путем изменения пространственного положения (расстояния) контрролика относительно магнитного ролика (здесь - вращающейся магнитной системы).
Одновременно вертикальная сила осуществляет выравнивание тормозимых металлических лент, имеющих тенденцию к скручиванию, и благодаря этому позволяет сделать минимальным воздушный зазор между вращающейся магнитной системой и лентой, в результате чего наряду с эффективным тормозным действием становится возможной компактная конструкция с малыми габаритами.
2. Преимущественная регулировка числа оборотов для управления тормозной силой производится путем регулировки числа оборотов вращающейся полюсной системы с помощью частотного преобразователя.
3. Управление тормозной силой осуществляется при помощи замкнутого регулирующего контура с использованием измерительных датчиков натяжения ленты и образованием регулирующего контура с частотным преобразователем двигателя для вращающейся магнитной системы, оснащенной исключительно постоянными магнитами. Таким образом, при помощи управляющего устройства можно точно и легко установить требуемую тормозную силу.
4. В отличие от уровня техники вокруг вращающейся магнитной системы для восприятия центробежных сил постоянных магнитов согласно изобретению предусмотрена оболочка из нержавеющей стали, а не обладающая недостатками оболочка из непроводящего материала (пластмассы).
Оболочка из нержавеющей стали обеспечивает возможность восприятия центробежных сил ролика, оснащенного постоянными магнитами (а не электромагнитами), возникающих при вращении магнитной системы с большим числом оборотов. Хотя материал оболочки может быть электропроводным, он не должен быть магнитопроводным.
5. Отбортовка на вращающейся магнитной системе обеспечивает восприятие тангенциальных сил, которые действуют на отдельные постоянные магниты, находящиеся на полюсном барабане. Благодаря этой отбортовке перемещение отдельных магнитных сегментов невозможно и обеспечивается длительное функционирование тормозной системы.
Изобретение применимо как для простых установок для разматывания и наматывания металлических лент, так и для установок для продольного разделения описанного выше типа.
Изобретение позволяет устранить недостатки известных тормозов, работающих на вихревых токах, в особенности то, что вращающиеся магнитные системы не выполняют функцию торможения вихревыми токами. Торможение вихревыми токами при помощи вращающейся магнитной системы может также являться функцией единственного главного тормоза, а не использоваться только в качестве предварительного тормоза.
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется подробным описанием примера его осуществления и чертежами, на которых:
фиг.1 схематично изображает установку согласно изобретению на виде сбоку с тормозом, работающим на вихревых токах, в виде вращающейся магнитной системы и контрроликом в качестве опоры,
фиг.2 изображает фрагмент установки согласно фиг.1 со схематичным изображением отбортовки на вращающейся магнитной системе,
фиг.3 изображает схему установки согласно фиг.1 с блоком управления и его соединениями,
фиг.4 изображает упрощенную блок-схему регулирующего контура.
Лучший вариант осуществления изобретения
На фиг.1 схематично показана установка для продольного разделения (разделительные устройства, такие как дисковые ножницы, не показаны), в которой металлическая лента 1 движется с удерживающего рулон 1.1 размоточного устройства 2.1 к намоточному устройству 2.2.
Для торможения металлической ленты 1 предусмотрен тормозной агрегат 3 в виде тормоза 3.1, работающего на вихревых токах, в котором используется вращающаяся магнитная система 3.2 с регулируемой скоростью вращения, расположенная над металлической лентой 1 и не имеющая с ней контакта. Благодаря току, индуктированному в движущейся металлической ленте 1 магнитным полем вращающейся магнитной системы 3.2, в ленте 1 возникает противодействующий момент, который может обеспечить всю необходимую тормозную силу.
Это возможно потому, что под металлической лентой 1 размещена опора 4 для ограничения отклонения или обеспечения расстояния "а" (отсутствие контакта) между металлической лентой 1 и вращающейся магнитной системой 3.2. Опора 4 на фиг.1 выполнена в виде контрролика 4.1 из электрически- и магнитонепроводящего материала.
Вращающаяся магнитная система 3.2 выполнена с возможностью регулировки ее скорости вращения. Для реализации всех возможностей вращающейся магнитной системы 3.2 в качестве тормозного агрегата можно регулировать ее пространственное положение относительно металлической ленты 1.
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения вращающаяся магнитная система 3.2 окружена барабаном 3.2.1. В этом случае магнитная система 3.2 будет вращаться с высокой скоростью, превышающей скорость барабана 3.2.1.
При этом можно осуществить бесступенчатую регулировку вращающейся магнитной системы 3.2 в барабане 3.2.1, эксцентрично относительно центра соответствующего барабана 3.2.1, путем поворота и/или радиального перемещения, и предусмотреть возможность бесступенчатой регулировки расстояния в пределах расстояния без контакта между магнитной системой 3.2 и барабаном 3.2.1.
Согласно фиг.2 для восприятия тангенциальных сил магнитной системы 3.2, оснащенной исключительно постоянными магнитами 3.2.1, предусмотрена отбортовка 3.2.2.
Как видно из фиг.1, вокруг вращающейся магнитной системы 3.2 расположена оболочка 3.3 из нержавеющей стали для восприятия центробежных сил, действующих на постоянные магниты 3.2.1.
Предусмотрены частотный преобразователь (не показан), регулирующий контур 5, показанный на фиг.4, и показанные на фиг.3, средства измерения натяжения ленты/тормозной силы, а также средство 6 изменения расстояния "а" до опоры 4/контрролика 4.1, которое содержит:
а) линию 6.1 передачи данных программируемого контроллера,
б) модуль 6.2 ввода,
в) управляющий блок с подводящей линией 6.3 и дисплеем 6.4 для индикации данных,
г) первое управляющее устройство 6.5 для средства 6 изменения расстояния "а" до опоры 4 или контрролика 4.1,
д) второе управляющее устройство 6.6 для двигателя 3.4 вращающейся магнитной системы 3.2 и
е) линии 6.7 для измерения скорости металлической ленты 1 и натяжения ленты/тормозной силы на направляющем ролике 3.5.
При таком выполнении в способе согласно изобретению в качестве главного тормоза можно использовать регулируемый тормоз 3.1, работающий на вихревых токах. Полное тормозное действие обеспечивается только вращающейся магнитной системой 3.2 с помощью контрролика 4.1 и представляет собой действующий на движущуюся металлическую ленту 1 противодействующий момент.
В общем, указанные выше недостатки уровня техники, такие как царапание поверхностей металлических лент, например анодированных алюминиевых лент, устраняются, так как тормозное действие, во-первых, может прикладываться к металлической ленте 1 с одной стороны и без контакта, является регулируемым и эффективным для металлической полосы, без S-образных средств охвата, и, во-вторых, оно создается только вращающейся магнитной системой 3.2 с помощью контрролика 4.1.
Способ осуществляется таким образом, что тормозное действие можно регулировать путем изменения скорости вращения магнитной системы 3.2, независимо от скорости металлической ленты 1, и, таким образом, оно тоже является регулируемым.
Согласно п.п.7 и 8 формулы изобретения возможны и другие варианты осуществления способа.
В частности, тормозное действие можно регулировать путем регулировки местоположения соответствующей магнитной системы 3.2, независимо от скорости металлической ленты 1. При этом можно также устанавливать или регулировать местоположение соответствующей опоры 4.1, независимо от скорости металлической ленты 1.
Способ и установка согласно изобретению дают возможность реализовать при помощи вращающейся магнитной системы 3.2 автоматизированную программу управления или, скорее, регулирования торможения катаной металлической ленты 1, которая включает в себя по выбору или в совокупности следующие шаги:
- ввод/запись/вывод данных для регулировки скорости металлической ленты,
- ввод/запись/вывод данных для регулировки тормозного действия вращающейся магнитной системы 3.2,
- ввод/запись/вывод данных для регулировки скорости вращения магнитной системы 3.2,
- ввод/запись/вывод данных для регулировки местного положения магнитной системы 3.2,
- ввод/запись/вывод данных для регулировки воздушного зазора "а" между магнитной системой 3.2 и опорой 4,
- ввод/запись/вывод данных о габаритах рулона 1.1 и/или
- ввод/запись/вывод данных для регулировки местного положения опоры 4.
При этом может применяться регулирующий контур 5, который согласно фиг.4 имеет следующие функции:
а) запись/ввод фактических значений по результатам измерения тормозной тяги и/или скорости металлической ленты 1,
б) ввод необходимых заданных значений,
в) вывод значения числа оборотов для вращающейся магнитной системы 3.2,
г) вывод значения расстояния "а" между вращающейся магнитной системой 3.2 и металлической лентой 1,
д) индикация регулировочных значений на дисплее 6.4.
Для регулировки числа оборотов вращающейся магнитной системы 3.2 в способе используется частотный преобразователь.
Способ осуществляют с помощью:
а) программы предварительного выбора с вычислением данных, исходя из введенных значений толщины, ширины, материала, количества единиц использования и/или желательного натяжения или тормозной силы металлической ленты 1 для определения расстояния "а" от контрролика и числа оборотов вращающейся магнитной системы 3.2,
б) регулирования частотного преобразователя во время движения металлической ленты (1) путем измерения натяжения ленты или тормозной силы и
в) уменьшения натяжения ленты или тормозной силы путем изменения расстояния "а" и/или числа оборотов, если скорость ленты меньше заданной скорости.
Наконец, таким образом для практических целей становится возможным управлять индуцированной тормозной силой посредством точной регулировки числа оборотов полюсного барабана вращающейся магнитной системы 3.2, при этом число оборотов можно регулировать переменным образом с помощью частотного преобразователя.
Расстояние от контрролика 4.1 до вращающейся магнитной системы 3.2 после предварительной установки также можно регулировать переменным образом посредством снабженного электродвигателем устройства (не показано).
Программа предварительного выбора согласно п.12 формулы изобретения включает в себя вычисление данных на основании введенных значений толщины ленты, ширины ленты, количества единиц использования и желательного натяжения ленты, чтобы определить расстояние от контрролика 4.1 и/или частоту (число оборотов) вращающейся магнитной системы 3.2. Например, частоту нужно изменять, если она находится вне диапазона 40-60 Гц.
После запуска установки (начала производственного процесса) регулируют частотный преобразователь путем измерения натяжения ленты. При этом натяжение удерживания соответствует уменьшению тормозной силы/ натяжения ленты посредством изменения расстояния и/или числа оборотов, начиная со скорости ленты, которая меньше предполагаемой скорости (например, около 10 м/мин). Это обеспечивает меньший нагрев металлических лент 1 вращающейся магнитной системой.
Управляющее устройство содержит частотный преобразователь и систему регулирования с датчиком натяжения ленты, программируемый контроллер 6.1, управляющее устройство, например, для пневматики 6, регулирующей контрролик 4.1, модуль 6.2 ввода с обменом данными с главным управляющим устройством (не показано) установки (определяется как интерфейс), вследствие чего отдельный модуль ввода не требуется.
Возможен собственный коммутационный шкаф, в котором в качестве входных устройств предусмотрены модуль 6.2 ввода с обменом данными, подводящая линия (электропитание), измерительная линия для датчика натяжения ленты и измерительная линия для скорости ленты. Имеются выходы к пневматическим клапанам, исполнительному двигателю и к подводящей линии для двигателя 3.4. На дисплее индицируются данные ввода (как заданные значения) и данные измерений (как фактические значения).
Промышленная применимость
По сравнению с описанным в DE 19524289 С2 устройством для торможения электропроводных лент при помощи эффекта вихревых токов, которое непригодно для использования на практике, поскольку в устройстве для создания магнитного поля входит дополнительный магнитный ролик, вращающийся противоположно направлению транспортировки, устройство согласно изобретению, где под металлической лентой 1 размещена опора 4 для ограничения отклонения или выдерживания расстояния "а" (без контакта) между металлической лентой 1 и вращающейся магнитной системой 3.2, проверено практическими испытаниями и представляет собой простое в эксплуатации решение.