玻璃横切结构及人机界面系统设计.doc

需要完整说明书和图纸的请联系778672454第一章概述1.1我国玻璃市场现状玻璃装饰建材产品在日常生活中已得到了广泛使用但是，就我国目前的浮法玻璃生产技术而言，除了合资生产线达到国际先进水平外，其余均属一般水平，与国际先进水平相比存在着较大差距国家每年需要花大量外汇从国外进口大量优质浮法玻璃，以满足国内建筑业，装饰，装修和玻璃深加工业对优质浮法玻璃的需求1994年，全国优质浮法玻璃产量占总产量的5.5%，经综合分析预测，本世纪末我国浮法玻璃需求量为1.4亿重量箱，其中，优质浮法玻璃需求量为：交通运输业850-900万重量箱，建筑业1250－1300万重量箱，制镜业300－350万重量箱，市场及其他400－450万重量箱，出口600－700万重量箱，供给3400－3700万重量箱占总产量的24.3%－26.4%.我们应抓紧机遇，建设具有当代国际先进技术水平的浮法玻璃生产线，推进我国平板玻璃工业技术进步，生产出优质浮法玻璃，满足日益增长的市场需求，参与国际竞争，缩小我国浮法玻璃技术与国际先进水平的差距1.2 我国浮法玻璃技术与国际先进水平的差距我国浮法玻璃技术与国际先进水平的差距表现在软件上是指浮法玻璃生产线各部分的自动控制能力和全线自动控制程度和水平。

对于浮法玻璃的生产来说，高水平的自控可以最大限度的消除认为因素对玻璃质量的影响，从而达到稳定，高质量的生产国内的浮法玻璃生产线一般都是以半经验半技术自控，自控程度和自控水平较低1.3 高精度玻璃切割的必要在加工浮法玻璃的过程中,高精度的玻璃切割作为加工的第一道工序是必不可少的平板玻璃生产线是连续型生产线原料在经过了熔化、成形、退火后成为连续的带状玻璃带这条玻璃带必须经过切割才能满足包装与市场的需求横切机就是玻璃切割必不可少的设备之一它的设备形式、控制原理及与生产的匹配性直接影响了成品玻璃板的几何质量平板玻璃生产线的特点是连续性和大规模，但是由于缺乏行之有效的控制方法，横切机切割质量的检测和调节一直是由人工来完成的由于人工检测调节的间歇性、经验性和不确定性，玻璃切割质量的控制不能很好的针对工况的变化，同时又加重了工人的劳动强度而横切机的切割系统是一个离散、滞后、非线性不确定的系统传统的控制方法又很难满足它的控制要求采用先进的智能控制技术可以将这一问题较好的解决1.4 玻璃横切机的分类由于目前各种工艺设备研究都相对独立, 造成了横切机名称与特征上的混乱与界限不明确的现状以下是从平板玻璃横切机的工作原理和结构形式方面对其进行的分类。

玻璃带为运动的带状物体, 运动速度为V L为了保证成品玻璃板为矩形, 横切机的切刀必须同时具有纵向与横向两个方向的运动 (如图1 所示)纵向运动使切刀与玻璃带保持运动同步, 即纵向运动速度V Z 与玻璃带运动速度V L 保持一致; 而横向运动则使切刀完成切割工作, 其运动速度为V H切刀的横向运动速度V H、刀口压力和刀刃状况决定了切痕的切口情况; 切刀的纵向运动速度V Z与玻璃带运动速度V L 的一致性与否, 则决定了切痕轨迹的几何形状切刀两个方向的运动可以分别进行控制, 也可以由切刀的工作运动分解形成, 即V Z 和V H 可由切刀的工作运动速度V Q 及它与横向运动方向的夹角Α而确定, 并由此而决定了横切机机械运动机构的组成方式根据横切机上用以承载切刀工作机构并担负其工作运动导轨作用的横梁与玻璃带输送辊道 (玻璃带运动方向) 的相互位置关系, 横切机机械运动机构的组成方式可以分为垂直式与斜置式 垂直式横切机的切刀在工作运动过程中, 其横向运动与纵向运动分别由不同的运动执行机构来实现的在运动控制系统的作用下, 横向运动速度与纵向运动速度应分别满足玻璃切割工艺与随玻璃带同步运动的基本要求, 从而实现切刀对玻璃带的正确切割。

斜置式横切机切刀的横向运动与纵向运动, 是由沿斜置横梁运动的切刀的工作运动分解形成的横向运动速度和纵向运动速度的比例关系, 按照控制对象的不同, 由实际工作要求决定, 可以采用角度调节方式或速度控制方式实现下面将分别对垂直式和斜置式横切机的机械运动机构的组成方式及其基本工作原理进行分析说明1.4.1　垂直式玻璃横切机如前所述, 垂直式横切机采用双运动执行机构,它的机械运动机构由横梁、横梁传动机构、横梁导轨、切刀小车、小车传动机构、小车导轨等组成(如图2 所示)横梁导轨安装在玻璃带输送辊道两边, 与玻璃带运动方向平行切刀小车及其传动机构与导轨安装在横梁上, 横梁与玻璃带输送辊道 (玻璃带运动方向) 垂直放置横梁在横梁传动机构的带动下做纵向往复运动, 切刀小车在其传动机构的带动下做横向往复运动垂直式横切机的基本工作原理是: 根据实际生产的工况与要求, 运动控制系统与机构分别对横梁和切刀小车传动机构进行控制, 使横梁前行运动速度V Z= V L ; 同时, 在电机转矩、转速及负载情况允许的条件下, 应尽可能提高切刀小车的工作速度V H , 以减少横切机整体的工作循环时间　　垂直式横切机的特点是控制方式简单易行, 但机械运动机构的组成方式较为复杂,并由于横梁的运动惯量较大, 因而不适用于玻璃带运动速度较高的生产场合。

在实际生产中, 垂直式横切机在平拉或格法玻璃生产线上应用较多由于垂直式横切机的横梁速度应与玻璃带速度保持一致, 所以垂直式横切机又称为垂直随动式横切机1.4.2斜置式横切机 由玻璃带切割时所必须具有的横向运动和纵向运动可知, 切刀的实际工作运动, 应该是这两个相互垂直方向上运动的合成反之, 若控制切刀进行该合成运动, 则可以对应地分解为横向与纵向运动斜置式横切机, 就是通过把决定切刀小车运动方向的横梁与玻璃带输送辊道 (玻璃带运动方向) 倾斜放置, 并对切刀小车沿横梁的工作运动进行控制, 而实现玻璃带切割时所需的横向与纵向运动 切刀小车的工作运动速度V Q 与横向运动速度V H 和纵向运动速度V Z 的关系, 可以由式 (1) 和式(2) 表示, 其中Α为V Q 与V H 之间的夹角V H= V Q·cosΑ (1)V Z= V Q·sinΑ (2) 在玻璃切割过程中, 为了保证切痕的平直, 切刀的纵向运动必须与玻璃带的运动保持同步, 即必须保证V Z= V L当V L 为恒量或基变量时, 由式(2) 可知, 可以通过分别控制Α和V Q 来实现V Z 与V L 相等的要求。

若仅变化Α , 则称为角度调节方式;若仅变化V Q , 则称为速度控制方式此外, 由于机械运动机构实现困难, 通常都不会采用对 Α和V Q同时调控的方式1) 角度调节式横切机采用角度调节方式的斜置式玻璃横切机, 称为角度调节式横切机它的机械运动机构由横梁、切刀小车、小车导轨、小车传动机构和角度调节装置等所组成 (如图3 所示)在角度调节时, 可令V Z= V Q·sinΑ = V L (3)则有Α = arcsinV LV Q(4)若保持V Q = 常量, 则角度Α与V L 之间的关系可由式 (4) 确定在实际生产中, 由于产品规格与实际工况的改变, 将会引起V L 的改变因此, 需要根据实际确定的或实际测出的V L , 由式 (4) 中求出对应的Α值[Α ∈ (0, 90° ) ], 并据此调节横梁的实际斜置角度　　根据平板玻璃生产线的工艺特点, 玻璃带的运动速度与所生产的玻璃规格有关生产的玻璃越厚,则拉引速度越慢, 即玻璃带运行速度越低 (V L 越小) ; 反之, 生产的玻璃越薄, 则拉引速度越快, 即玻璃带运行速度越高 (V L 越大)由式 (4) 和式 (1) 中可以看出, V L 越小 (V Z= V L ) , 则 Α越小, 而相应V H 就会越大; 反之, V L越大 (同样有V Z= V L ) , 则Α越大, 而相应V H 就会越小。

在实际切割时, 当玻璃带运动速度越快时, 除了要求切刀的同步速度V Z 要更快外, 实际的切割周期也必须越短, 即V H 也必须越快切割周期是指横切机的切刀从初始状态 (位置) 启动直到重新回到下一个初始状态 (位置) 所经历的全部时间它包括工作行程时间t前、停顿等待时间t停 和返回下次初始状态 (位置) 时间 t返 (如图4 所示) , 并可由式(5) 表示其中停顿等待时间与返回时间往往设成定值, 而工作行程时间则通常决定于切割条件与切割运动的实际调节控制方式t= t前+ t停+ t返 (5)　　在角度调节时, 由V Q = 常量, 对于同样尺寸规格的产品, 无法保证V Z 和V H 同时提高的要求此外, 由横切机驱动电机的机械特性可知, 驱动电机在正常调速范围内, 转速越高则它所输出的转矩就越小而角度调节式横切机在生产中实际切割薄玻璃时, 由于同步运动的需要, V Z 较高, 则电机实际输出转矩的纵向转矩分量较小, 而相应的横向转矩分量则较大同理, 当需要在生产中切割厚玻璃时, 对应驱动电机的输出转矩的纵向转矩分量较大, 而其横向转矩分量则较小但在浮法玻璃生产线上, 玻璃越薄, 玻璃的切割阻力越小, 横切机的切刀压力也就越小, 即相应驱动电机的横向负载越轻, 所需的横向转矩越小; 反之, 玻璃越厚, 玻璃的切割阻力越大, 横切机的切刀压力也就越大, 即驱动电机的横向负载也就越重, 所需的横向转矩越大。

这恰与角度调节式横切机的实际工作状态相反,因而不能很好地满足实际切割工作的需要目前, 角度调节式横切机仅在一些应急的、非生产关键环节上有限使用, 但一般都不作为生产线上的主用横切机而且, 角度调节一般都是针对某种相对固定的产品规格及以相对稳定工况为前提而进行的, 难以根据实际的V L 实现无级自动跟踪式的调节2) 速度控制式横切机 采用速度控制方式的斜置式玻璃横切机, 称为速度控制式横切机它的机械运动机构由横梁、刀具小车、小车导轨、小车传动机构等组成 (如图5 所示)这是机械运动机构组成方式最为简单的横切机, 也是目前使用最为广泛的当进行速度控制时, 由式 (3) 中可以得到V Q =V LsinΑ (6)由于Α为定值, 由式 (6) 可知, 切刀工作运动速度V Q 与玻璃带运动速度V L 成正比因此, 可根据实际测出的V L , 就能通过式 (6) 求出对应的V Q ,最终根据V Q 来控制驱动电机的实际运行由于Α为定值, 则由式 (1)、(2)、(6) 中还可以得出V H∝V Q∝V L (7)V Z∝V Q∝V L (8)由式 (7)、(8) 可知, 当V L 增大时, V Q 增大,V H 与V Z 也都相应增大, 而驱动电机所输出的负载转矩则相应减小。

当V L 减小时, V Q 减小, V H 与V Z也都相应减小, 而驱动电机所输出的负载转矩则相应增大这与玻璃实际生产时, 玻璃带理论运动速度随板材厚度变化时所需的切刀横向与纵向的运动状态和切割工艺要求相一致, 并且由于机械运动机构组成方式简单可靠, 因此速度控制式横切机作为生产线上的主用横切机而得到了广泛的应用在速度控制时, 由于切刀的工作运动速度V Q需根据玻璃带实际运动速度V L 而定, 即V Q 随着V L的变化而变化, 所以速度控制式横切机通常又称为随动斜置式横切机目前, 对切割过程中的切刀速度的控制策略有两种: ①在切刀切割的过程中, 切刀的速度与玻璃带的速度在每一时刻都保持式 (6) 的关系, 即完全随动的策略, 切刀速度为时时变化的以这种控制策略控制的横切机称为完全随动斜置式横切机②当切刀停止时, 控制器根据玻璃带速度按式 (6) 不停的计算着切刀的速度当切刀启动时,。