自动减速控制

关键词： 铝板带 冷轧机 轧机 减速

自动减速控制（精选六篇）

自动减速控制 篇1

关键词：铝板带冷轧,自动减速控制,设计

随着冷轧机工艺技术的进步及轧机速度的提高, 对轧机自动化程度的要求也越来越高。为了充分发挥轧机的生产效率, 往往要求在料尾减速的控制方面实现高精度的自动功能。这既可减轻操作手的工作强度, 更重要的是通过准确的减速时机的确定, 可以节约轧机的减速时间, 从而提高轧机的生产能力。结合1台全液压四重不可逆式1600mm铝板带冷轧机的控制, 通过两种不同的方法, 说明入口自动减速控制的设计。

该轧机的轧制材料为铝及铝合金 (1000系列、3003系列、8011、5182等) , 来料厚度0.2~7mm, 成品厚度0.1~2.0mm, 卷材内径Φ510mm (不带套筒) 、Φ505mm (带套筒指套筒内径) , 卷材外径Φ1700mm (max) , 轧制速度715m/min (max) 。

该轧机直流控制系统采用ABB公司的DSC500B系列全数字直流传动装置, PLC系统采用美国Rockwell自动化公司的AB Control Logix5550控制器及RSLogix5000-V11.11系列编程软件。其主操作台配备研华工控一体机作为触摸屏使用, 并通过RSVIEWV6.4软件来实现。

为了进行较高精度的自动减速控制, 需要操作手通过触摸屏向PLC中输入初始卷径Di、来料厚度h及剩余带材长度La或剩余圈数n0等相关参数。

1 控制思想

对一台轧机而言, 其开卷机卷材的初始带长或初始圈数是预先不知道的, 为了实现轧机一次轧制过程末尾的自动减速控制, 只能通过间接的计算方法计算出轧机轧制过程中卷材的剩余带长或剩余圈数。并通过与操作手预先设定的目标值相比较, 当实际值达到目标值时即发出减速命令, 从而实现轧机的自动减速控制。

2 实现原理

方法一:圆周法。开卷机开卷时, 一直监视所剩卷材的长度, 当该长度达到一定值时, PLC系统即发出自动减速命令。

根据剩余卷材长度设定值La及轧机入口运行线速度Vt, 计算开始减速之点, 即开始减速时卷筒上剩余的带材长度LR, 也即当时卷材的实际带长。根据运动方程式:

其中, (Vt2-V02) 2a+La为自减速开始到减速结束开卷卷材移动量;La为减速完成后卷筒上卷材剩余长度, 由操作手设定;Vt为入口减速前运行速度;为入口减速完了速度, 可在主控PLC中通过设定;a为机列减速度, 可通过设定减速时间在主控PLC中通过计算得出。

从圆周法的软件结构可知, 每一圈的圆周差ΔC表示如下:

其中, CA8为8圈前的圆周长;CA为现在的圆周长。

假定现在卷筒上卷材圈数为n, 此时圆周长Cn和卷筒上的带材长度Ln, 则其表达式如下:

其中, Cn为卷筒上剩余n圈时的圆周长;D0为套筒的外径, 即入口卷材材的内径、最小卷径。

实际圆周长差值△C的计算可以通过在开卷电机 (或减速箱) 及入口偏导辊上分别安装的脉冲编码器来实现。脉冲编码器的计数脉冲进入PLC的高速计数器模块, 开卷机卷轴每转一圈, PLC则收到来自开卷脉冲编码器的一个固定的脉冲数;同样入口偏导辊每转一圈, PLC也收到来自偏导辊脉冲编码器的一个固定的脉冲数。通过两个脉冲数的比较及入口偏导辊的直径即可在PLC中计算出开卷机每两圈之间的带材长度差值, 即开卷相邻两圈的圆周长差。

成立的n由 (4) 式可以求出。如果知道现在的开卷线速度, 则根据 (1) 式可以计算得出开始减速点LR。实际软件逻辑中是当LR≤Ln时, 即发出自动减速命令。当设定减速之后的速度V0=0时, 即可实现自动减速停车。圆周法的实现中需要操作手通过触摸屏输入的参数有:初始卷径Di和剩余带材长度La两个参数。

方法二:卷径法。与圆周法相似, 卷径法同样是一直监视所剩卷材的长度或者所剩卷材的圈数, 并通过计算得出剩余带材长度或剩余圈数。当计算值等于或小于设定值时, PLC系统即发出自动减速命令。

(1) 带材长度的计算。开卷卷材剩余实际带长LR, 与开卷实际卷径D, 开卷最小卷径D0以及入口带材厚度h之间的关系如下:

根据运动方程式可知, 从开始减速到减速结束的自动减速过程中, 开卷走过的带材实际长度Lt为:

其中:Vt为入口减速前运行速度;V0为入口减速完了速度;a为机列减速度, 可通过设定减速时间在主控PLC中通过计算得出。

当 (6) 式的开卷卷材剩余实际带长LR小于或等于自动减速过程中卷材实际走过的带长Lt与操作手设定的剩余带长La两者之和, 即LR≤Lt+La时, PLC系统即发出自动减速命令。

(2) 带材圈数的计算。带材圈数n与开卷实际卷径D、入口带材厚度h的关系如下:

其中, D为开卷实际卷径;D0为套筒的外径, 即入口卷材的内径, 也即最小卷径。

假定减速结束时, 卷材的卷径为D1, 则在自动减速过程中, 卷材圈数的减少值Δn为:

当 (8) 式的卷材实际圈数n小于等于自动减速过程中卷材圈数的减少值Δn与操作手设定的剩余圈数n0两者之和, 即n≤n0+Δn时, PLC系统即发出自动减速信号。

(3) 实际卷径D的计算。实际卷径的获得有脉冲计算法和直接测量法两种。其中脉冲计算法又可通过两种方法来实现。本文仅以脉冲计算法之二加以简述。脉冲计算法之二是通过安装在入口偏导辊轴上的脉冲编码器和安装在开卷机减速箱上的脉冲编码器来实现。即通过入口偏导辊脉冲编码器反馈计算出开卷机线速度, 根据线速度相等的原则, 通过开卷机脉冲编码器反馈计算出卷材卷径。根据公式V=πD1n1, 在已知偏导辊转速n1 (通过偏导辊脉冲编码器反馈获得) 和偏导辊直径D1的情况下, 可计算出当前偏导辊线速度。基于偏导辊和开卷机的线速度相等, 根据公式V=πDn/j (j为减速箱机械传动比) , 在已知开卷机转速n (通过开卷机脉冲编码器反馈获得) 和开卷机线速度V的情况下, 很容易算出开卷机的当前卷材卷径D。

直接测量法就是通过超声波测距仪或激光测距仪来直接测得当前卷材的实际卷径。直接测量法需要硬件方面的费用投资较大。

卷径法的实现中需要操作手通过触摸屏输入的参数有:初始卷径Di、来料厚度h和剩余带材长度La (或剩余圈数n0) 3个参数。

结语

自动减速控制 篇2

现代化工业缝纫机在运动控制器的控制精度、效率、可靠性和经济性等方面提出了越来越高的要求,定位精度是工业缝纫机设备的一项重要指标,它综合反映了缝纫机构件和控制系统的精度及动态特性,影响定位精度的因素有多方面,加减速算法对数控系统的定位也有十分重要的影响。在控制算法中可以采用适当的加减速曲线算法来改善速度与精度之间的矛盾。数控系统常采用的加减速曲线有直线型、指数型和S型三种加减速曲线。一般情况下,系统的控制过程是由加速、匀速、减速和低速定位四个阶段组成,但是,根据步进电机实际运行距离的不同,加减速控制可能只有加速阶段和减速阶段或者不需要进行加减速控制而直接运行,其中减速和低速定位两个阶段对控制系统的定位精度有很重要的影响。

2 加减速控制中减速点的判断基础

指数曲线加减速过程中,根据实际加工花样的加工线段长度的不同,可以把指数曲线加减速分为如下四种情况:

(1)短线段加工情况

短线段加工的频率曲线如图1(a)所示,该情况下步进电机不需要加减速控制,只需以f0频率运行。

(2)中线段加工情况

中线段加工的频率曲线如图1(b)和(c)所示,步进电机整个运行过程只有加速和减速阶段。这种情况又可分两种情况:1)速度加速到允许的最高频率flim后,立即进入减速阶段,如图1(b);2)速度加速到f0和flim之间某一频率后立即进入减速阶段运行,如图1(c)所示。

(3)长线段加工情况

长线段加工的频率曲线如图1(d)所示,步进电机由加速阶段、匀速阶段和减速阶段三个阶段构成。该情况下,步进电机以起始频率f0启动,经过一段加速后频率到达允许的最高频率flim,然后进入匀速阶段运行一段,最后经过一段减速过程,让电机平稳地停下来。

控制系统在匀速阶段转入减速阶段或直接由加速阶段转入减速阶段的位置称为减速点[1]。如何在不同的运行长度的情况下正确预测减速点,也就成为加减速自动控制中的关键问题。

通过理论计算得到的减速点为理论减速点,所得到的减速区域为理论减速区,实际控制中开始减速的位置为实际减速点,所进入的减速区为实际减速区[1]。在进行花样轨迹的加工时,首先需要预测减速点,即计算理论减速点,以确定何时进入减速区。以采用减速算法进行加工,从而保证在系统运行到终点时,速度达到预定值。

减速点的预测可以根据当前设置加工速度、加减速规律和系统允许的最大加工速度等相关参数计算。这种方式减速点的判断算法是:根据加减速规律预先计算出减速区长度,根据判断当前点后面的距离是否进入减速区范围来判断,若进入减速区,则下一周期开始减速。

3 自动判断减速点位置

通过图案数据提取数据段的位移量并转化成极坐标的脉冲数p(单位:步),加工频率为fm(单位:步/秒)。

实际加工过程加减速受到加工段的脉冲数p的影响,减速点出现的情况有如下两种[2]:

(1)频率从起始频率f0加速至指令频率fm后匀速运行一段时间后开始减速或直接开始减速;

(2)频率加速到起始频率f0和指令频率fm之间的某一频率后立即开始减速。此时,加速过程能达到的最大频率由实际计算得出。

当加速度α1、减速度α2和脉冲数p确定后,在不考虑实际加工频率限制的前提下,加速过程所能达到的最大频率可以计算得出。本文将该情况称为临界情况,其频率、加速度、位移曲线如图2所示:

由如图2可知,频率曲线只有加速阶段和减速阶段。步进电机从起始频率f0加速到最大频率flim后立即进入减速阶段,当减速至起始频率f0后停止,整个过程运行完全部脉冲数p。临界情况下加速阶段运行的脉冲数为nacc_lim:

在没有考虑指令频率fm限制的情况下,频率曲线所能到达的极限频率是flim。但在实际加工过程中,指令频率fm会限制最大频率,假设步进电机加速度为α1,那么从起始频率f0加速到fm所运行的脉冲数为nmax_s_lim:

减速点位置是根据式(1)和(2)计算出的nacc_lim和nmax_s_lim的大小来确定。

加速过程中频率可以到达运行频率fm。整个过程由加速阶段、匀速阶段和减速阶段组成。频率、加速度、位移曲线如图3所示。

1)加速阶段总的脉冲数为nmax_s_lim:

2)加速过程到达的最大频率fmax为:

3)减速阶段总的脉冲数ndec_val:

加速过程中频率增大到f0和fm之间的flim后立即进入减速阶段。整个过程只有加速阶段和减速阶段。频率、加速度、位移曲线如图4所示。

1)加速阶段总的步数nacc_lim为:

2)加速过程到达的最大频率fmax为:

3)减速阶段总的步数ndec_val:

由上计算出两种情况下的加速步数nmax_s_lim后,就可以确定减速点的位置。设步进电机减速前运行总步数为nstart_dec,则有:

当步进电机运行步数到达nstart_dec时,即进入减速区运行,减速过程运行步数为ndec_val。指数曲线加减速过程中对减速点的判断流程如图5所示。

4 工程应用

在实际工程应用中为计算简便,取加速度和减速度相等,即α1=α2。

减速点计算过程如下:

(1)根据图案形状计算加工当前线段长度所需要的脉冲数;

(2)根据当前设定的速度值以及数控控制过程中加工工艺要求的限制计算加速过程运行的脉冲数;

(3)根据(2)中所得的脉冲数,自动判断减速点位置,确定减速段开始点,完成该段图案数据的指数曲线加减速控制。

5 结束语

本文基于指数加减速模型得出减速点的判断与计算方法。在控制过程中利用该计算方法对加工程序进行预处理,提前得到该加工程序的速度变化情况,由系统完成升降速控制,保证了加工过程的流畅性和平稳性,减少了系统的冲击,提高了加工工件的美观度。

参考文献

[1]张振华.数控系统加减速算法以及定位技术研究[D],大连理工大学,2007.

[2]刘伟.基于SEP4020的嵌入式多面菱体磨削控制系统的设计与研究[D].重庆大学,2010.

[3]潘敏,邬义杰,冷洪滨.数控系统加减速控制方法的研究[J].浙江大学学报,2005,(9):31-33.

[4]刘敏.数控机床伺服系统加减速控制的指数算法及其分析[J].机械设计与制造,2002,(6):71-72.

反馈控制减速电机的新型开锁机构 篇3

目前收款机(包括ECR收款机、POS收款机)行业中收银钱箱的打开是由收款机主机给出控制命令,控制电路输出脉冲电流,驱动电磁铁吸合牵动开锁机构从而实现开锁操作的。这种技术方案的优点是结构简单,成本较低,其特点是开锁动作时间固定(脉冲时间宽度固定),没有反馈控制,开锁力矩不稳定。这是由于电磁铁的出力特点是吸力大小与驱动电流成正比而与吸合距离的平方成反比,因此,在吸合起始阶段吸力很小,为达到一定的吸力需要很大的起始驱动电流。在起始驱动电流和吸合距离已定的条件下,吸合力矩在吸合起始阶段比吸合后阶段要小得多,这与实际需要是不相符的。因此,这种技术方案的缺点是明显的:(1)开锁动作时间固定,不管锁机构是否打开,定时时间一到驱动电流就消失;(2)没有反馈控制,开锁驱动动作发出后,无法检查执行情况,锁机构是否打开没有检测反馈信号及控制,锁机构是否确实打开并不确定;(3)开锁起始力矩小,可靠性低,开锁不可靠,容易出现打不开的状况,尤其是在阻力较大、长期使用后铁心磁化的情况下特别突出;(4)电磁铁吸合时响声、震动大。在实际中时常出现维修人员经常为修钱箱而频繁往返公司与用户之间的情况,甚至个别情况下,维修人员的往返交通费用足可以购买一个钱箱。钱箱打不开虽然不是什么大故障,但影响了用户的正常使用,对用户就是大问题、严重问题。由于对故障性质认识的差异,有时会导致经营者与用户之间的矛盾加深,损害了收款机经营者在用户心目中的形象和信赖关系。

为了改变这种状况,提升开锁机构的稳定性和可靠性,需要设计一种能够克服电磁铁开锁机构缺点的新型开锁机构。

2 构成特点

新型开锁机构的构成与控制原理示意图如图1所示。由图1可以看出,新型开锁机构由控制电路板1、减速电机2和位置检测传感器3组成。当然还应该有必要的结构零件,但因为不同电机安装方式、不同开锁方式下,会需要不同的结构零件,因此在图1中没有示出结构部件。

鉴于可以采用不同的开锁方式以及选用不同的位置传感器,检测是否开锁的方式也有直接检测被锁件的直接检测方式和检测拨辊位置的间接检测方式,电机也可以采取竖直或水平等安装方式,这些不同方式选择可以有多种组合,因而有多种实施方案,而每个实施方案都可能有不同的结构件需要。在此仅以电机竖直安装、采用拨辊直接拨动锁钩的开锁方式、选用微动开关做位置传感器及检测拨辊位置的间接检测方式组成的实施方案为例,说明新型开锁机构的开锁工作原理。

图2是本新型开锁机构的机械结构原理示意图。采用拨辊直接拨动锁钩的开锁方式,以微动开关做位置传感器,采用检测拨辊位置的间接检测方式。

在图2中,为清楚表示出本实施例的机械结构关系,未画出固定板。在图2中,电机座板4上安装有座板柱5,减速电机2和位置传感器———微动开关3,减速电机2和位置传感器———微动开关3与控制电路板1之间按图1所示进行连接;减速电机2的轴上固定有检测拨臂8,检测拨臂8上固定有拨辊9;装置有锁钩销6,锁钩销6上装置有锁钩10,锁钩10上联结有锁钩复位弹簧7;还装置有弹推被锁部件的推出弹簧13和弹推轮14;处于被关锁状态的被锁件11上固定有关锁销12。

本实施例的工作原理如下:当接到主机发来的开锁命令时,控制电路板1内的开锁信号整形电路输出启/停控制电路的置位信号,使启/停控制电路输出高电平而输出电流使功率三极管Tr导通,驱动执行元件减速电机2作顺时针转动;减速电机2输出轴带动检测拨臂8和拨辊9作顺时针转动;当拨辊9运动到与锁钩10后部接触的位置后,拨辊9带动锁钩10运动,推动锁钩10绕锁钩销6转动使锁钩10前端的钩部与被锁件11上的关锁销12分离,被锁件11在被压缩状态的推出弹簧13和弹推轮14的作用下离开关锁位置,实现开锁。减速电机2继续得电转动带动固定在检测拨臂8上的拨辊9顺时针方向运动,当减速电机2带动检测拨臂8上的拨辊9转动到拨辊9与锁钩10后部分离后,锁钩10在锁钩复位弹簧7的推动下复位回复到初始的待锁状态;直到减速电机2带动检测拨臂8转动到检测拨臂8上的凸轮部分与位置检测微动开关3的接触部分分离,微动开关3由拨辊9与锁钩10后部开始接触位置时起始的闭合状态变为断开状态,控制电路板1内的检测信号整形电路输出启/停控制电路的复位信号,启/停控制电路输出低电平而使功率三极管Tr关断,减速电机2断电,减速电机2在惯性作用下继续转动一个小角度后停止,完成一次开锁操作,同时也为下一次开锁操作做好了准备。

至于控制电路板1的实际电子线路,由于采用不同的传感器需要配合采用不同的检测信号整形电路,与主机之间采用不同接口、信号也需要配合采用不同的输入信号整形电路,并且控制并不复杂,加之篇幅限制,具体的控制线路在此就不详细讨论了。

3 实际效果及分析

笔者采用输出转速100r/min、转矩约0.5N·m的减速电机,按前述阐述实施方案,制作了新型开锁机构样机,进行了实测试验,验证了该开锁机构是可行、可靠的效果。试验中看到,新型开锁机构在接到主机开锁信号减速电机开始转动之后,人为用手很难阻止拨辊(或锁钩)的运动,只是稍微减缓电机的转动速度,同时试图阻止机件运动的手有一种开锁力量在积聚、增加的感觉,阻止机件运动的手一旦松开,减速电机就立即正常转动,带动开锁机构完成了开锁操作。这说明新型开锁机构即使在有较大阻力的情况下,仍能可靠开锁。

作为对比,笔者对采用电磁铁作为执行元件的某两个型号钱箱(打印机驱动口驱动和电脑主机串口驱动各一种)开锁机构进行了对比试验。结果发现,当用手在开锁拨杆上轻轻地施加少许作用力(或轻轻地拿着、摸着电磁铁铁芯),在施加开锁驱动操作的时候,人的手只能感觉到比较轻微的一下抖动、颤动,开锁操作就结束了,电磁铁根本就没有吸合。由此可以推断,在有较小阻力的情况下,电磁铁开锁机构根本无法开锁。因此可以看出,新型开锁机构与电磁铁作为执行元件的开锁机构之间实际开锁效果的巨大差别,同时可以认定,新型开锁机构有着电磁铁开锁机构无可比拟的优势。

这样的试验结果完全可以从电磁铁和减速电机的工作特性得到解释。

电磁铁的出力特点是吸力大小与驱动电流成正比而与吸合距离的平方成反比。在实际驱动电路中,驱动电压和电磁铁线圈的确定之后,最大驱动电流就是确定不变的。因此,在吸合距离最大的吸合起始阶段,电磁铁的吸力是最小的,只有达到完全吸合的状态,才能达到电磁铁标称参数给出的吸力(拉力),而在没有达到完全吸合状态之前的实际开锁过程中,电磁铁开锁机构的开锁力量要比电磁铁标称参数给出的吸力(拉力)要小得多。这就解释了为什么在开锁机件上人手只能感觉到比较轻微的一下抖动、颤动,只要稍有阻力就无法开锁的原因。

电机具有独特的工作出力特性。在电机受到电力驱动并且转动力矩达到起动力矩之后开始转动而输出一定的功率、转矩;在负载阻力矩达到堵转转矩之后电机将堵转而停止转动;在堵转转矩的范围之内,电机的输出功率、转矩随着负载的增加而增加。把减速机构与电机结合在一起的减速电机,电机的转速经过减速机构减速之后,减速机构输出的转速变为电机转速的减速比分之一,而减速机构输出的转矩则增加到电机转矩的减速比倍,实现了输出力矩的倍增。减速电机这种在一定范围内出力随着负载增加而增加的特性和减速倍增力矩的原理,解释了为什么试图阻止开锁的手会感觉到有一种开锁力量在积聚、增加的感觉的原因,也说明了为什么一个小小的减速电机具有如此之大开锁力量的道理。正是减速电机的这些特性,保证了新型开锁机构的开锁力,大大地提升了其可靠性。

4 结束语

综上所述,以减速电机为执行元件的新型开锁机构,开锁力矩大而且能够随着阻力的增大而增大,能够确保可靠地实现开锁,大大地提升可靠性,具有电磁铁开锁机构无可比拟的优势。

参考文献

[1]梁汉基.反馈控制减速电机的开锁机构[P].中国专利:01276938.X,2002-9-25.

[2]郁建平.机电控制技术(第一版)[M].北京:科学出版社,2006.

矿用行星减速器噪声的综合控制 篇4

噪声是施工现场环境的重要指标, 是衡量减速器质量水平的重要指标, 同时也是减速器整机设计参数、制造精度、安装优劣等情况的综合反映。随着产品标准的国际化, 行业对减速器噪声值的限定更加严格。而大功率行星减速器又因所处恶劣的工况、大承载、大安全系数和特有的均载机构等因素给噪声控制增加了新的课题。减速器噪声产生的根本原因是:1) 齿轮啮合齿对周期性的碰撞与连续冲击, 导致齿轮受迫振动而产生噪声。2) 啮合齿之间不可避免的相对齿面滑动, 这种齿面摩擦会引发齿轮自激振动而产生噪声。

行星减速器是个复杂的承载机构, 噪声来源与影响因素也较多。30多年来, 大陆公司积累了很多减速器噪声的控制办法, 大致归纳为以下几方面:

1) 减速器齿轮啮合参数的选择、润滑方式选择、箱体材料选择是控制噪声的前提。

(1) 根据使用要求全面优化啮合参数。适当增加齿轮齿数、减小啮合角能增加齿轮重合度, 降低齿轮啮入时冲击速度。选用小螺旋角斜齿轮可以增加承载的齿数, 提高运转平稳性, 并合理分配变位系数能降低齿面滑动率, 合理选择侧隙可以保证齿轮在高温和一定制造误差下不“卡死”, 又能降低齿面排气速度确保润滑状态, 又可以保证齿轮啮合时冲击较小, 通过大量生产实践证明有效降低了噪声。

(2) 合理选用润滑方式, 润滑油种类和用量。长期重载使用的齿轮副, 会因表面质量的恶化而加速磨损, 因此润滑油牌号必须根据减速器的结构形式、使用油温和工况载荷等指标适当选用。工作油位范围也须严格控制, 并建议采用局部强制润滑。良好的保护油膜可以很好的保护齿面, 降低齿面磨擦带来的噪声。

(3) 合理选择箱体的结构和材料。箱体是减速器噪声的主要辐射体, 合理选择箱体材料和安装方式能调整箱体固有频率, 设置筋板增加箱体刚度, 保证箱体密封性。以上优化办法, 都可以减少箱体对内部齿轮激振的响应, 避免共振, 降低噪声。

(4) 合理设计结构和控制均载机构公差对控制噪声也有较大作用。行星减速器复杂的结构和特有均载机构要求我们必须严格论证整个轮系的承载状态。如常用的太阳轮浮动均载机构中, 太阳轮和齿圈同时与多个行星轮进行啮合, 所以我们必须严格控制太阳轮的公法线长度一致性, 并保证各行星轮轴、太阳轮、齿圈轴线的同心度要求等, 以控制不均匀性和浮动量, 降低机构噪声。

下表 (表1) 是《机械设计手册》第五版 (闻邦椿, 主编) 列出各项因素对噪声影响的估计值, 仅供参考。

2) 齿轮和箱体的加工精度和齿轮修形方式是整机噪声控制最重要的因素。根据本公司大量实践验证, 齿轮磨齿达到6-7级后, 噪声较精度在8-9级齿轮明显降低, 若同时对齿轮修形, 噪声会大幅降低。高精度设备加工的箱体, 整机噪声也明显较小。合理使用加工设备, 综合控制齿轮和箱体等关键件的制造精度, 成为控制减速器噪音的核心。

(1) 提高齿轮加工精度是噪声控制的基础。齿轮的加工精度对齿轮系统噪声有着重要的影响。齿轮加工精度有三个方面标准:平稳性、准确性、齿面接触情况。提高加工精度有助于降低齿轮系统的噪声, 在各单项轮齿误差中, 平稳性项目中的齿形误差和基节误差对噪声影响较大;齿轮副在接触斑点不好的齿轮副局部弹性变形过大, 引起明显产生偏载, 也会引发异常噪声;齿轮传动的准确性误差, 影响齿轮的动态平衡, 而引起轮系振动而产生噪声。在行星机构中, 减少行星轮轴的位置度偏差和太阳轮的基节偏差, 对行星部的均载效果提高明显。齿轮精加工后的表面粗糙度对齿面摩擦噪声的影响也很明显。提高齿轮表面粗糙度能改善齿面润滑和降低齿面磨损, 对齿面保护和噪声控制有一定好处。

(2) 正确选用齿廓修形和齿向修形是控制噪声最简单有效的办法。齿形制造误差和安装误差, 承载后的弹性变形和热变形, 啮合过程中的冲击和偏载, 大大提高了啮合噪声。重载齿轮传动过程中, 符合理论齿形的轮齿在运转初期噪音较大, 且低速级齿轮的齿根会出现啮合咬伤条纹。这是因为轮齿在啮入处较大的冲击载荷, 使齿尖部产生大的弹、塑性变形, 形成冲击并损伤齿面。重载齿轮和有平稳性要求的齿轮进行齿廓修形。齿轮承载后齿形必然会发生弯曲和扭转弹性变形, 齿轮加工和热处理造成的初始齿向误差、平行度误差、中心距误差等都会引起齿向接触不均匀, 造成齿轮偏载, 增加噪声值, 故必须进行齿向修行控制噪声。尤其是重要均载件, 如太阳轮, 因其特殊作用, 偏载无法用加工精度来消除, 所以进行齿向修形来控制偏载产生的噪声非常必要。

修形方法和修形量应根据冲击和偏载的成因和严重程度决定, 各减速器生产企业的标准各异, 常用的齿廓修形办法有齿顶修缘和齿顶倒角, 本公司推荐重载齿轮应成对进行齿廓修形, 齿高方向从齿顶尖向下 (0.5-0.6) ×m范围, 齿厚修形量 (0.016-0.02) ×m。非重要齿轮或无修形设备, 可在渗碳前对齿顶倒角, 以减少了热处理开裂倾向。重载齿轮的齿向修形长度推荐为L≤0.1×齿宽+5mm, 齿厚修形量≈ (2-3) Fβ。特殊齿轮 (如太阳轮) 应该修鼓形齿, 根据承载情况计算选取。

(3) 箱体加工精度对噪声影响不可忽视。箱体轴承孔中心距误差和平行度误差对减速器噪声有较大影响, 实践证明, 箱体采用高精度加工的减速机在噪声值稳定性方面明显优于箱体用普通镗铣床加工的减速器。

3) 装配过程是减速器制造的重要环节, 安装造成的减速器质量事故不胜枚举, 好的装配方式和装配工艺是减速器整机使用性能和噪声控制的保证。

(1) 合理控制齿轮的侧隙和接触区域, 能保证齿轮更好的承载状态;合理控制轴承径向的游隙, 能保证轴承具有较好的刚度;合理调整轴承轴向间隙, 能减少轴承端面振摆量。对噪声综合控制有较大作用。

(2) 合理选择各轴、齿轮、轴承等关键零部件的装配形式, 必要时可借助压力设备, 但必须避免野蛮安装, 好的装配方式能保证各零件好的承载状态, 避免残余装配应力引起噪声。

(3) 保证装配中无杂物进入齿轮箱。装配前必须对齿轮、箱体等进行清洗, 防止有铁屑和杂物等进入箱体。

步进电机加减速的S曲线控制 篇5

电机的加减速控制是数控系统的重要组成部分, 也是其关键技术之一。快速准确的定位更是加减速控制的重中之重, 要实现这一目标就需要保证电机在不失步的情况下启动和停止, 并以最快的速度达到指定位置。目前常见的加减速曲线有:梯形曲线、S型曲线和指数曲线等。由步进电机的特性可知, S型曲线控制更适用于实际应用。

2 S型曲线数学模型

目前运用最为广泛的仍为7段S型曲线, 它把整个过程分为加加速、匀加速、减加速、匀速、加减速、匀减速、减减速这7个过程。它能够有效的保证加速度与速度的连续, 但根据实际不同的路劲长度, 可分成多种情况进行考虑, 整体的数学模型就相对而言比较复杂, 计算量也偏大。

在七段S曲线的基础上, 为了简化模型, 降低整体系统的计算量, 文章提出了五段S曲线, 其分为五个阶段:加加速、加减速、匀速、加减速、减减速。与七段S曲线相比, 减少了匀加速和匀减速这两个过程, 但其仍可以满足加速度a和速度v连续。设Vs为起始速度, Ve为终止速度, V为设定的最高速度, T1~T5为各个阶段的运行时间。

假设在T1, T2, T3, T5时间段内, 加速度a的变化率J的值是恒定的。为了保证运行轨迹在起始位置与减加速末位置的加速度a均为0, 应该保证加加速的时间与减加速的时间相同, 即T1=T2, 同理可得T4=T5, 又由于加速度的变化率J恒定, 可得T1=T2=T4=T5=Tm, 这里的Tm由起始速度Vs、最高速度V和加速度变化率J决定, 进一步推导可得初始速度等于终止速度, 即Vs=Ve。

利用加速度、速度、位移之间的积分关系可以推导出加速度a、速度v、位移s之间的积分关系可直接列出公式, 只要确定了Tm和T3两个变量, 就可以任意时刻的加速度、速度和位移, 可以构造出完整的S曲线。相比于七段S曲线, 该算法较简单, 易于实现, 但其计算过程中间参数较多, 相对比较复杂。

3五段S曲线加减速控制算法

S曲线的加减速可分为前加减速和后加减速, 后加减速对各个坐标轴进行速度控制, 不需要预测减速点, 计算量较小, 但会带来一定的位置误差;前加减速仅对合成速度进行控制, 需要预测减速点, 其计算量比较大, 但可以保证位置的精度。为了保证系统的精度, 文本采用前加减速控制的方式。

在实际过程中, 根据路径S长短不同, 可分为两种情况。

(1) 当路径较长时。在这种情况下, 系统的速度能达到设定的最高速度, 它是一条完整的五阶段S曲线。

(2) 当路径较短时。在这种情况下, 系统的运行速度达不到设定的最高速度, 它是一条不完整的五段S曲线, 缺少了中间的匀速阶段, 剩下的4个阶段的运行时间完全相同。由图1可知, 在这种情况下, 系统实际运行的最高速度Vmax小于设定的最高速度V。

4仿真及结果分析

为了检验这种算法能否保证系统速度、加速度的连续性以及满足柔性加减速的要求, 对上述加减速控制进行仿真验证。取a=2000mm/s2, T=1ms, Ve=Vs=0进行仿真, 其结果图如图1所示。由图可知, 当路径较短时, S曲线加减速控制新算法可使系统具有较高的柔性, 减小了实际加工过程中的冲击, 缩短了程序的运行时间, 提高了机床运行的平稳性。

5结束语

文章给出了一种S曲线的控制策略, 简化了其中间运算过程, 提高了系统运行的实时性。经过仿真验证了其可行性, 并且已经在实际项目中进行了运用。

参考文献

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[2]郭新贵, 李从心.S曲线加减速算法研究[J].机床与液压, 2002 (5) :60-62.

[3]胡建华, 廖文和, 周儒荣.CNC系统中几种升降速控制曲线的研究与比较[J].南京航空航天大学学报, 1999, 31 (6) :706-711.

自动减速控制 篇6

近年来, 在制造自动化技术领域, 以柔性制造单元 (Flexible Manufacturing Cell, FMC) 和柔性制造系统 (Flexible Manufacturing System, FMS) 为代表的柔性制造技术 (Flexible Manufacturing Technology, FMT) 得到了快速发展, 应用现代制造及控制技术进行二次研发, 在大中型制造企业优先考虑柔性制造单元和柔性制造系统的建设, 可使企业从制造生产逐步走向创造生产, 适应产品更新和市场的快速变化, 保持企业在国内外市场上的竞争优势。目前, 我国制造业的柔性化生产程度一直较低, 尤其是减速器的装配自动化, 长期以来始终由人工和天车配合来完成装配, 不仅效率低, 精度差, 而且严重威胁工作人员的人身安全, 所以, 减速器柔性装配技术亟待研究和解决问题。

2 系统构成与工作原理

2.1 硬件组成

减速箱柔性装配单元包括:PLC控制装置、激光条码、物料输送线、减速器装配线[2]、物料暂存库、入库机械手[1]、轴装配机械手、箱体装配机械手等。如图1所示。

2.2 减速器装配过程

减速器装配系统工作原理框图如图2所示。各零部件由传送线送至装配单元入口, 经条码检测, 数据信息由PLC200从站传递给PLC300主站, PLC300主站发出控制指令将相应的轴及上、下箱体送至指定工位。箱体装配机器人将下箱体送至减速器装配工位, 经传感器检测后, 由装配机械手将各轴按顺序装配于下箱体的相应位置上, 最后箱体装配机器人完成上箱体的装配工作, 已完成装配的减速器通过传送线送出装配单元, 进入下一个工位。

在上述过程中, 是按数据库的管理进行的。若条码检测到的零件非所需待装工件, 则由入库机械手将其送至暂存仓库中, 当装配需要时再由机械手将其放在物料传送线上, 完成后续装配工作。整个装配过程是由Profibus-DP现场过程总线、PLC、激光条码与数据库共同完成的。

2.3 控制部分

控制系统[3,4]由可编程程序控制器S7-200/300、SICK通讯卡CMF400[5]、激光条码CLV420[6]及计算机组成, 通过硬件组态设置EM277、CMF400属性, 将各参数正确调整后下载到S7-300中, 其中CMF地址为3;S7-200地址分别为10、20、30、50、70等, 在s7-300中进行的硬件组态如图3所示。

3 软件部分

3.1 程序设计

为了完成柔性装配过程, 就要正确设计控制程序。控制程序要实现对传感器检测的输入、输出轴信息、机械手的箱体抓取与装配信息的分析处理, 必须通过Profibus-DP现场过程总线和各从站的具体控制动作共同完成。S7-200部分控制程序如图4所示。

3.2 Access数据库主界面

Access数据库具有存储零件装配信息、显示人机交互界面窗体、有效检索数据及查询以及信息输出载体报表等功能, 实现装配过程的动态管理。图5是根据减速器轴和箱体零件的成组码位标准建立的Access数据库管理窗体。

结束语

现场总线技术是当今自动化领域发展的热点之一, 被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现导致自动化领域的一场深刻变革, 对不同的领域产生了深远的影响, 尤其是制造业领域。开展Profibus-DP应用技术研究对推动我国现场总线技术的发展和产品研发有着现实意义。基于成组技术和现场总线技术原理, 本文提出了减速器柔性装配的设计与控制方案。该方案是利用Siemens公司提供的CP5611卡, 通过S7-300与S7-200PLC及工业激光条码创建的Profibus-DP现场过程总线控制系统, 它能够实时的控制机械手、传送线完成减速器输入轴、输出轴以及箱体等零部件的柔性装配过程。实验表明, 现场总线技术与激光条码技术相结合为解决减速器柔性装配问题提出了一种新方法。

摘要：本文对减速器柔性装配单元的控制系统进行了实验研究, 基于柔性装配单元FAC (fexible assembly cell) 的控制机理, 提出了Profibus-DP现场总线控制方案。通过DP控制可将多品种、中小批量生产利用成组技术转换为连续的大批量生产。该柔性装配单元采用S7-300及S7-200PLC构建的Profibus-DP现场过程总线和工业激光条码作为控制核心, 通过PLC程序控制机械手、传送线完成预定装配过程, 通过数据库对零件的加工进行管理, 从而实现减速器输入轴、输出轴以及箱体零部件的柔性装配。

关键词：FAC柔性装配单元,Profibus-DP现场总线,工业条码,机械手,成组技术

参考文献

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[2]胡仁喜, 张红松, 刘昌丽.SolidWorks机械设计工程实践[M], 北京:科学出版社, 2007.

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[5]任伟红, 周洪, 谢国胜等.基于西门子S7-226PLC分布式海关条码监控系统[J].微计算机信息, 2001, 17 (4) :15-16.