（武漢科技大學(xué)機(jī)械自動(dòng)化學(xué)院，湖北 武 漢 4 30081）

料耙小車的耙料驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要任務(wù)是驅(qū)動(dòng)耙齒做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，將礦料耙入滾筒的皮帶中。某廠的取料機(jī)，根據(jù)后方冶煉廠的要料的生產(chǎn)需要，耙料機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度要求達(dá)到10 s內(nèi)完成雙向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，單向行程是1.7 m，速度達(dá)到340 m/s。原機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是采用雙出桿油缸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。機(jī)構(gòu)在行程中間是勻速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)狀況良好，但是在機(jī)構(gòu)換向時(shí)，由于速度的突變，使整個(gè)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)振動(dòng)，系統(tǒng)沖擊大，結(jié)構(gòu)脫焊的現(xiàn)象。要消除這些隱患，就必須解決機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)換向時(shí)速度突變問題。

1 耙料驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)與其運(yùn)動(dòng)仿真分析

在取料機(jī)的大車上左右兩邊安裝有行走導(dǎo)軌，料耙小車通過導(dǎo)輪行走在導(dǎo)軌上。油缸的缸筒安裝固定在大車平臺(tái)上，油缸的左右活塞桿通過連桿與料耙小車連接在一起。當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，壓力油驅(qū)動(dòng)油缸活塞運(yùn)動(dòng)，活塞桿通過連桿驅(qū)動(dòng)料耙小車，驅(qū)使料耙小車實(shí)現(xiàn)左右的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。

利用AMESim仿真軟件，建立仿真模型，進(jìn)行仿真，如圖1所示。

圖1 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度曲線

圖2 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)加速度曲線

仿真曲線顯示，在換向的瞬間，機(jī)構(gòu)動(dòng)作加速度大，最高加速度接近每平方秒兩米。在如此高的加速度，使料耙小車行駛到行程終點(diǎn)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)小車前沖，設(shè)備振動(dòng)等現(xiàn)象，這些會(huì)引起整臺(tái)設(shè)備機(jī)構(gòu)工作的不平穩(wěn)性，造成設(shè)備故障率增高，機(jī)械零件間的過度磨損增加。因此，必須改善料耙小車的運(yùn)動(dòng)曲線，提高小車運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，促進(jìn)整臺(tái)設(shè)備機(jī)構(gòu)工作平穩(wěn)，降低機(jī)構(gòu)零件的過度磨損。

2 比例控制的程序設(shè)計(jì)

考慮到設(shè)備存在的問題，為了有效控制料耙小車的工作運(yùn)動(dòng)曲線，我們選用Rexroth公司的4WRZE25比例換向閥作為液壓系統(tǒng)的控制元件，用于控制執(zhí)行元件油缸的動(dòng)作。比例方向控制閥是一種液壓控制閥，通過該閥的液體流量與閥的輸入電信號(hào)成比例關(guān)系。只要設(shè)計(jì)合適的閥的輸入信號(hào)，使通過閥的流量按照輸入信號(hào)成比例變化，就可以使油缸活塞的運(yùn)動(dòng)曲線按設(shè)計(jì)進(jìn)行變化，以達(dá)到控制料耙小車的運(yùn)動(dòng)曲線的目的。圖3所示為料耙小車的運(yùn)動(dòng)曲線。

圖3 料耙小車運(yùn)動(dòng)曲線

在料耙小車運(yùn)動(dòng)的左右兩個(gè)終點(diǎn)處各設(shè)置了1組限位開關(guān)，用于檢測(cè)料耙小車的運(yùn)動(dòng)位置。在每一組限位開關(guān)中，一個(gè)限位開關(guān)用于獲取變速位置，通過信號(hào)反饋到PLC，PLC控制油缸驅(qū)動(dòng)料耙小車實(shí)現(xiàn)減速或加速，另外一個(gè)限位開關(guān)用于獲取終點(diǎn)位置，通過信號(hào)反饋到PLC，PLC控制油缸驅(qū)動(dòng)料耙小車實(shí)現(xiàn)換向。

采用編程語(yǔ)言LL984進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。在加速階段，斜率為k，時(shí)間間隔為△t，信號(hào)初始值為i0。當(dāng)接觸到端部第一個(gè)限位開關(guān)感應(yīng)開始計(jì)時(shí)，時(shí)間為t，則比例閥給定信號(hào)為i=i0+k×t/△t。在勻速階段，比例閥給定信號(hào)為最大值，閥口全開，料耙小車在油缸驅(qū)動(dòng)下，全速運(yùn)動(dòng)。在減速階段，斜率為k，時(shí)間間隔為△t，信號(hào)最大值為imax，當(dāng)接觸到端部第一個(gè)限位開關(guān)感應(yīng)開始計(jì)時(shí)，時(shí)間為t，則比例閥給定信號(hào)為i=imax-k×t/△t。圖4所示為油缸驅(qū)動(dòng)料耙小車運(yùn)動(dòng)減速的程序控制設(shè)計(jì)。

圖4 減速運(yùn)動(dòng)控制程序

改變小車的運(yùn)動(dòng)曲線，料耙小車在換向的時(shí)候，有1 s的時(shí)間用于小車的減速、或加速。通過控制料耙小車實(shí)現(xiàn)減速、加速的過程，使得整個(gè)料耙小車的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性得到了顯著的提高。此外，我們還可以通過PLC編程改變速度梯度，增加料耙勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)間，降低料耙小車的往復(fù)運(yùn)動(dòng)周期，提高料耙作業(yè)率。

3 結(jié)束語(yǔ)

我們將該設(shè)計(jì)實(shí)際應(yīng)用于某廠的料耙小車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)后，整臺(tái)取料機(jī)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性得到了明顯的提高。原先存在于設(shè)備中的由于料耙小車換向所帶來的設(shè)備振動(dòng)完全消除，由于設(shè)備振動(dòng)而帶來的機(jī)構(gòu)零件的不穩(wěn)定性也得到了有效的遏止。這表明系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，能完全滿足原設(shè)備對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的工況要求。

[1]付永領(lǐng).AMESIM系統(tǒng)建模和仿真[M].北京：航空航天大學(xué)出版社，2006.

[2]成大先，等.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[3]廖常初主編.大中型PLC應(yīng)用教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.