- 相關推薦
淺談機電液結合高速沖槽機的運動控制論文
隨著我國整體經(jīng)濟水平的提高，汽車消費拉動汽車制造業(yè)迅速發(fā)展，使得液力自動變速器( 簡稱AT) 的需求量不斷攀升。液力耦合器是AT 中的關鍵零部件，到目前為止，其核心技術一直為國外公司所掌握，AT 的配套問題已成為制約國產(chǎn)汽車制造業(yè)進一步發(fā)展的瓶頸，而主要技術難題之一就是高速沖槽工藝。高速沖槽機是實現(xiàn)液力耦合器渦輪盤片沖槽工藝的專用加工設備，技術關鍵點是需要保證高速、高精度的自動間歇分度裝置與沖槽運動實現(xiàn)精準配合，才能獲得高質(zhì)量的成品。
在呈圓弧形的輪盤圓周上，均勻分布著27 個窄槽，窄槽尺寸為1. 5 mm × 10 mm。在對其進行高速沖壓的過程中，對渦輪輪盤的分度精度、沖頭的運動精度、沖頭的材料及其熱處理硬度以及渦輪輪盤的分度動作與沖頭動作之間的互鎖都有著嚴格的要求，高速沖槽機既要控制渦輪輪盤進行高速間歇分度運動，又要在每個分度停歇時間內(nèi)實現(xiàn)準確而迅速的沖槽運動。同時，隨著液力耦合器型號的變化，渦輪輪盤片參數(shù)有相應變化，設備要求能通過調(diào)整設置，適應于不同要求下的盤片加工。在以往的高速沖槽機設計中，常見于單方面倚重電氣控制或機械設計來解決分度與沖槽的運動控制，其結果是: 偏重機械結構的實現(xiàn)法，不能做到對產(chǎn)品變化的靈活適應; 偏重計算機實現(xiàn)運動控制的方案，可靠性和制造成本制約了技術應用。為了能夠既滿足高效性與經(jīng)濟性的共同要求，又能可靠實現(xiàn)工藝要求的加工運動，在新型高速沖槽機的設計中，提出采用機械、電氣、液壓相結合控制的方案，實現(xiàn)設備的運動控制。
1 間歇機構的選型與設計
根據(jù)生產(chǎn)綱領要求，液力耦合器渦輪輪盤片的分度與沖槽頻率要達到54 次/min，間歇機構的動靜比為1∶ 1，相鄰槽的分度角為15. 652°，間歇機構必須滿足高速、高精度、小分度角等技術要求。在各類機械中，能夠?qū)⒅鲃蛹倪B續(xù)運動轉換成從動件有規(guī)律的停歇運動的機構稱為間歇運動機構。間歇機構能夠?qū)崿F(xiàn)周期性的運動和停歇，以實現(xiàn)液力耦合器渦輪輪盤片的分度運動，為凸模的沖槽動作創(chuàng)造工作時間。
常用的間歇運動機構有4 種: 棘輪機構、槽輪機構、不完全齒輪機構和凸輪式間歇運動機構。輪齒式棘輪機構運動可靠，但是存在空程和沖擊，且不能實現(xiàn)自鎖，在高速時尤其嚴重，而摩擦式棘輪機構雖然運動平穩(wěn)，但是運動準確性差，因此棘輪機構不宜用于運動速度且精度要求高的分度場合; 槽輪機構結構相對簡單，并且效率高，能準確控制轉角，運動較平穩(wěn)，但是槽輪結構的分度角不宜過小，且不適用于高速場合; 不完全齒輪機構難以實現(xiàn)小的分度角，也不適用于高速、高精度運行場合; 凸輪間歇運動機構與以上3 種常用機構相比較，具有運動速度高、傳動精度高的特點，可以在較大范圍內(nèi)實現(xiàn)不同運動規(guī)律和分度角，是較為理想的間歇運動機構。對于高速、高精度間歇分度運動，可采用弧面凸輪分度機構來實現(xiàn)。
弧面凸輪分度機構是把連續(xù)回轉運動轉化為步進動作的新型傳動機構，它具有高速性能好、運轉平穩(wěn)、定位時自鎖、結構緊湊、體積小、噪聲低、壽命長等顯著優(yōu)點，是代替槽輪機構、棘輪機構、不完全齒輪機構等傳統(tǒng)間歇機構的理想功能部件。作者根據(jù)液力耦合器渦輪輪盤片分度數(shù)以及最佳滾子直徑分布，新設計了中心距為150 mm、滾子直徑19 mm、分度數(shù)為27、動靜比為1 ∶ 1 的弧面凸輪分度機構。
2 分度運動與沖擊動作的配合
渦輪輪盤的沖槽動作，需要較大的沖擊力，并能在弧面凸輪分度機構的短暫間歇期內(nèi)迅速完成，因此，需要采用專用沖擊油缸來實現(xiàn)，沖擊動作必須干脆利落，要求與凸輪分度動作嚴格互鎖。也就是說，在對渦輪輪盤上均勻分布的窄槽進行沖壓的過程中，分度動作沒有完成時，液壓沖擊油缸不能進行沖槽動作; 同樣，液壓沖擊缸的沖槽動作沒有完成，沖頭沒有歸位時，分度動作禁止進行，否則就會損壞沖頭或造成凸輪分度機構故障。為此，采用檢測裝置結合控制系統(tǒng)實施多點互鎖，很好地解決了高速分度運動與高速沖槽運動之間的互鎖聯(lián)動問題，其原理見圖3: 圖中以圓周歸位檢測傳感器SQ1 作為渦輪盤圓周運動的始末監(jiān)測點，標定零件沖槽周期;分度檢測傳感器SQ3 的顯性信號脈寬標定沖擊動作時隙( > 500 ms); 沖頭檢測傳感器SQ2 指示沖頭歸位狀態(tài)。在此設計下: (1) 沖擊動作條件為“SQ2ON”& “SQ3 OFF→ON”，即分度到位，進行沖擊;(2) 分度運動限制條件為“SQ2 OFF”，即沖擊未結束，禁止進行分度運動。作為安全保護措施，這種連鎖關系是運動配合設計的一個關鍵問題，由于分度間歇時隙由凸輪機構實現(xiàn)，主動電機在正常工作時是連續(xù)運行的，所以當分度運動限制條件出現(xiàn)時，控制系統(tǒng)需要分兩種情況來處理，以判斷調(diào)用不同的緊急故障處理程序:(1) SQ3 OFF: 立即停止主動電機;(2) SQ3 ON: SQ3 上升沿信號0. 5 s 后，停止主動電機。
3 控制系統(tǒng)組成與功能
電氣控制系統(tǒng)在高速沖槽機中有兩方面的作用:一方面實現(xiàn)沖槽運動與間歇運動的互鎖控制，另一方面實現(xiàn)設備的人機交互操作。根據(jù)控制任務的需求與經(jīng)濟性，系統(tǒng)控制核心采用臺達二代標準薄型主機DVPSS2，以檢測傳感器信息、控制執(zhí)行電器動作，并保證設備小型化的設計要求;設計觸摸屏作為人機交互界面，提供操作平臺，取代傳統(tǒng)按鍵指示燈操作面板，使設備外觀簡潔、參數(shù)調(diào)節(jié)易于實現(xiàn)，同時可以提供更全面的系統(tǒng)信息，包括系統(tǒng)計數(shù)、工位狀態(tài)圖示、故障類型及詳細處理信息等。與凸輪機構配合的系統(tǒng)工作流程以圓周歸位檢測傳感器SQ1 有效信號為起始，即當有渦輪輪盤被放入并夾緊后，激活觸摸屏上加工啟動按鈕，系統(tǒng)開始運行，分度機構電機啟動并帶動凸輪旋轉，渦輪輪盤隨凸輪機構一起實現(xiàn)動靜比為1 ∶ 1 的間歇運動，控制系統(tǒng)通過SQ2 記錄沖槽次數(shù)，待SQ1 再次有效，且沖槽計數(shù)正確(計數(shù)值= 27)兩個條件同時滿足時，結束一個加工周期，分度電機停止、壓盤釋放，觸摸屏聲光提示加工完成。在加工過程中，任何不符合正常信號時序的狀態(tài)，一經(jīng)控制系統(tǒng)檢測到，立即終止當前加工，報警并顯示故障描述;操作者也可以通過與PLC 連接的急停操作按鈕，在緊急情況下，人為終止加工進程，系統(tǒng)同樣給出故障描述，以作為進一步故障分析的基礎。
4 結束語
作為液力耦合器制造中的關鍵設備，倚重先進的凸輪設計技術優(yōu)勢，采用機、電、液結合的控制方案，理想地解決了高速沖槽機的互鎖控制問題，實現(xiàn)了設備高速、高精度、安全、穩(wěn)定的運行，確保了液力耦合器渦輪輪盤片的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，為該領域提供了新的實踐應用。該系統(tǒng)經(jīng)過近一年的運行，證明該系統(tǒng)具有分度精度高、加工效率高、產(chǎn)品質(zhì)量高、設備運行穩(wěn)定等特點，為汽車液力自動變速器的國產(chǎn)化提供了關鍵設備。
【淺談機電液結合高速沖槽機的運動控制論文】相關文章：
淺談機電一體化電機的保護與控制的論文05-24
高速壓片機電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展與比較論文08-22
淺談泵站機電自動化控制技術的有效應用論文08-23
淺談高速公路材料質(zhì)量控制10-24
機電設備控制技術論文08-28
機電傳動控制論文06-26
淺談呼吸機相關肺炎的預防與控制07-14
淺談音樂與戲劇的完美結合論文05-29
淺談音樂與閱讀的完美結合論文10-15