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24.326.4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在线切割才能满足包装与市场的需求。横切机就是玻璃在线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 由玻璃带在线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 QcosΑ (1) V Z= V Qsi
nΑ (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 Qsi
nΑ = V L (3) 则有 Α = arcsi
nV 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。