气动系统

2024-07-09

气动系统(精选十篇)

气动系统 篇1

1 故障现象

系统使用一段时间后出现了故障。有一组控制部分的空气开关合不上。

2 故障排除

经检查发现是交流驱动电机烧坏引起空气开关跳闸, 该电机为380 V、5.5 kV、11 A线圈部分短路。用相同型号的电机更换后开机, 从控制电脑上发现系统故障保护显示。怀疑电机烧坏引起控制系统故障。检查各控制部件, 当检查到空气开关时发现下端头无380V电压, 把空开拆下后发现触点已经烧坏。由于空气开关烧坏引起三相电源缺相导致电机烧坏。该电机为德国生产, 厂家报价4万。因电机报价太高, 且为了防止下次再因缺相烧坏电机耽误工作, 决定在线路中加入一套缺相保护装置。以避免造成不必要的损失。

L1.L2.L3为三相电源。当按下手动开关SB后交流接触器KM1得电, 触点1.2吸合KM1接触器自锁。KM1触点3.4吸合则KM2接触器也得电。当L1.L2.L3三相中任何一相断路时, KM1.KM2两个接触器都释放从而保护电动机不因电源断相而烧坏。

参考文献

[1]张新宝. 中国侵权行为法[M]. 中国社会科学出版社. 1998 (修订) . 371.

[2]过伟华. 妇产科隐私权侵权行为探讨[J]. 临床误诊误治, 2011, 24 (1) :5-6

康斯博格气动腰托按摩系统介绍 篇2

会议内容:

基于DPCA以后会对座椅关键部件指定供应商的趋势,所以期望能与供应商进行一些专业上的交流,加强对产品技术特性的了解,为后续选择供应商作工作准备。本次会议主要对腰托系统、按摩系统、通风系统及加热垫进行了技术交流。

一、腰托系统的交流

Q:机械腰托与气动腰托的差别?

A:气动腰托无支撑硬点、贴合性好、舒适性高;气动腰托具有可扩展性,在由两向变为四向时只需增加气袋、气管,成本增加少;同等情况下,2向气动腰托比机械腰托的价格超出不到5RMB。

Q:腰托系统支撑效果的评测?

A: 主要是测定反应速度(充气速度)

测定 X向,气袋置于两平板间负载25KG,在20~30s内,达到行程20mm左右(2

个气袋同时测定,不单独测试)

测定Z向(对于四向腰托),Z向不作此类测试,在设计时会定义Z向的跨度 Q:腰托行程的定义?

A:腰托行程20mm指的是腰托单体的行程。一般来讲,在装配到座椅上后的行程要求为8~10mm(SAEⅡ型假人测试)

Q:腰托系统的体压分布如何评判?

A:选取不同的人群样本,进行体压测试。

Q:要求腰托系统实现模块化的要求时,对边界(泡沫厚度、形状、簧架)要求有哪些?

A:腰托系统的模块化是根据客户不同的输入,选择满足要求的气袋、气泵和电磁阀来组成整个腰托系统。

气动腰托易布置

Q:腰托的保压标准?

A:有两种评定方法(负载时):高度变化、气压变化

一般来讲,日系车采用高度变化来评定,部分欧系车用气压变化。PSA标准是采用气压变化来评定的康斯博格目前产品的性能:气压变化 1h:小于5%24小时:小于10%高度变化 1h:小于3%24小时:小于5% Q:腰托带有记忆功能时,记忆功能是怎么实现的?

A:记忆的位置是用气压来关联的,记忆模块会记录这个位置的气压,通过气压传感器来实现

Q:空载(人体没有靠着靠背上)时与负载时腰托系统如何检测(2种情况下传感器感知的压力不一样),从而使得腰托都能达到正确的记忆位置

A:通常记忆功能的实现都是需要负载后来实现的,目前还不能在空载时精确的回复到记忆位置

Q:两个气袋冲完气后压力差异?

A:差异非常小(模具精度高、使用的同一气泵充气)

二、按摩系统的交流

Q:一次按摩循环是多长时间,按摩停止后如何再次启动?

A:一个按摩循环一般设定为20分钟,按摩20分钟后会自动停止。停止后需要再次

触发来启动按摩。

Q:气袋充放气时的噪音?

A:康斯博格放气阀单体的噪音:小于30dB

单独的气泵的噪音:小于35dB

加装减噪装置后的气泵噪音:小于32dB

Q:气袋充气和按摩同时进行时造成的声音差异?

A:在以应用于客户的产品中尚未收到此类抱怨

Q:按摩系统腰托系统与车身的连接方式如何选择,can、lin或简单的开关?

A:在系统具有多种工作模式时(不同的按摩强度、不同的气袋充放气顺序),需要使

用can或lin 连接,通常控制界面集成在车载的多媒体显示屏上

如果是机械式腰托,一般使用机械开关来控制

三、通风系统的交流

B-B式的通风系统:

装配方便,所有组件都安装在泡沫背面;

需要在泡沫上和面套上打孔,可能会对泡沫强度有影响

需要额外的10mm装配空间,与腰托系统共存时布置上可能会有困难A-B式的通风系统(风扇在B面,通风层在A面):

通风效果好,不需要在泡沫上打孔;

与按摩系统共存时,布置上可能会有困难

A-A面式的通风系统(风扇和通风层都在A面)

风扇布置在A面时,会有噪音振动方面的问题。康斯博格尚无成熟的此类产品

与按摩系统共存时,布置上可能会有困难

Q:吸风式通风系统与吹风式通风系统的性能比较?

A:对比实验证明,吸风式比吹风式的降温要过要好

四、加热系统的交流

Q:加热丝的固定方式?

A:胶水粘接(双层布料);缝制(单层布料,对加热丝强度要求高)

Q:加热垫在泡沫上的固定方式?

A:粘贴到泡沫上;缝制在面套上(面套厂完成);用打钉的方式固定在面套上

(座椅厂完成);织毛条固定在泡沫上

Q:按摩系统对加热垫的影响?

A:对加热垫布的材料、粘接强度、粘接区域会有要求

Q:影响加热效果的因素?

A:面套材质、厚度、是否打孔

康斯博格加热垫的单位面积功率小于700W,过大会加速面套老化,使加热垫布

发黑,所以通过增大功率来提升加热性能是有限的。

Q:加热垫串联和并联的区别?

气动伺服系统的应用与发展 篇3

摘要:本文通过对气动伺服系统发展的介绍,主要针对典型的气动伺服测试系统做了进一步的分析,并详细介绍了气动伺服控制对位置实现精确控制的方法。

关键词:气动伺服系统 发展 应用

中图分类号:TP21文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)03-0134-01

1气动伺服控制的概念

随着科学技术的发展,自动控制技术已被广泛应用于工农业生产和国防建设。实现自动化的技术手段,在目前主要有两个:电气(电子)控制和流体动力控制。流体动力控制有三类:一是液压控制,工作流体主要是矿物油。二是气压控制,工作介质主要是压缩空气,还有燃气和蒸气。三是射流技术,工作介质有气体也有液体,该技术在一些多管道的生产流程中得到应用。

气压伺服控制是以气体为工作介质,实现能量传递、转换、分配及控制的一门技术。气动系统因其节能、无污染、结构简单、价格低廉、高速、高效、工作可靠、寿命长、适应温度范围广、工作介质具有防燃、防爆、防电磁干扰等一系列的优点而得到了迅速的发展。众多的报道表明,气动技术是实现现代传动和控制的关键技术,它的发展水平和速度直接影响机电产品的数量和水平,采用气动技术的程度已成为衡量一个国家的重要标志。

2气动技术的应用情况及研究的必要性

据资料表明,目前气动控制装置在自动化中占有很重要的地位,已广泛应用于各行业,现概括如下:

①绝大多数具有管道生产流程的各生产部门往往采用气压控制。如:石油加工、气体加工、化工、肥料、有色金属冶炼和食品工业等。

②在轻工业中,电气控制和气动控制装置大体相等。在我国已广泛用于纺织机械、造纸和制革等轻工业中。

③在交通运输中,列车的制动闸、货物的包装与装卸、仓库管理和车辆门窗的开闭等。

④在航空工业中也得到广泛的应用。因电子装置在没有冷却装置下很难在300℃~500℃高温条件下工作,故现代飞机上大量采用气动装置。同时,火箭和导弹中也广泛采用气动装置。

⑤鱼雷的自动装置大多是气动的,因为以压缩空气作为动力能源,体积小、重量轻,甚至比具有相同能量的电池体积还要小、重量还要轻。

⑥在生物工程、医疗、原子能中也有广泛的应用。

⑦在机械工业领域也得到广泛的应用。

从气动的特点和应用情况可知,研究和发展气动技术具有非常重要的理论价值和实际意义。气动技术在美国、法国、日本、德国等主要工业国家的发展和研究非常迅速,我国于七十年代初期才开始重视和组织气动技术的研究。无论从产品规格、种类、数量、销售量、应用范围,还是从研究水平、研究人员的数量上来看,我国与世界主要工业国家相比都十分落后。为发展我国的气动行业,提高我国的气动技术水平,缩短与发达国家的差距,开展和加强气动技术的研究是很必要的。

3气动控制的发展

气动伺服控制系统按其采用的电—气转换元件的不同可分为电—气比例伺服系统和电—气开关伺服系统。电—气比例伺服系统模拟信号控制的比例阀或伺服阀作电—气信号转换元件。这类系统控制精度高、响应较快,但伺服阀或比例阀造价昂贵,因而系统成本高,而且对工作环境要求严。

伺服气动系统的引进意味着气体力学新的应用,这些学科在不久前,严格保留了电子伺服驱动优化的机制。一个值得关注的应用是在木材厂的机器上控制压力辊(见下图1),该系统由美国俄勒冈州波特兰市的Pacific Fluid Systems公司制造。

当它们通过木材厂的电锯时,控制器定位压力辊,压力辊携带原木、毛方木或按规格裁切的木料。控制压力辊意味着基于以前定义的外型,紧紧地携带原木,并不能损坏它们。

当它们通过木材厂的电锯时,传感器——控制器——执行机构相结合定位压力辊,压力辊携带原木、毛方木或按规格裁切的木料。压力辊的控制是按照以前定义的轮廓,紧紧地携带原木,并不能损坏它们。编程前,圆木的位置和力对压力辊应用非常关键,在更高带宽,比例控制模式下运行,从而使圆木运动到它能减速到最终位置的地方。然后,控制器移动到被控停止位置,并切换力到模式从而承受压力。

Pacific 公司的工程部经理Tom Wells说:“编程前要求的圆木的位置和力对这个应用非常关键,它允许我们在更高带宽,比例控制模式下运行,从而使圆木切换到力模式从而承受适当的压力。这极大地降低了设置时间。”

气动在这种应用的另一个好处是固有的兼容。在表面连续改变的地方,适应偏离比其他技术更快、更有弹性。新伺服气动系统相对于旧的‘开关阀运动更平滑、更精确,这些电子式控制,比例伺服阀在配置气动系统的应用中提供更好的选择,不太可能直接影响运动的精度。

另一个逐渐增长的创新是使能液压能力运动控制。这些控制器使用位置和压力反馈完成闭环控制。这种双反馈控制能力允许控制器补偿经典气动细微差别,例如,空气热胀冷缩和阀的非线性化。一个主动阻尼方法比以前电-气动解决方案提供更稳定的高性能。控制器现在能同时处理一到八个轴。Delta的系统包括允许图形调节的控制器中的调节向导(见图2)。

软件里的调节向导使优化伺服气动运动更容易,包括主动阻尼算法的自动调节的优点。气动在不要求电子执行机构的精度的地方性价比非常高。

4结束语

随着高性能的电—气控制元件和执行元件的迅速发展,气动伺服控制技术的研究也取得了一定的成果。我国的周洪博士、陈大军博士对电—气比例/伺服系统及其控制策略进行了研究。此外,哈尔滨工业大学许耀铭教授承担国家高技术“863”计划自动化领域智能机器人主课题中的“电—气伺服系统及其电—气伺服器件的开发研究”,取得了一定的成果。

参考文献:

[1] 王秋菊.气动机械手位置伺服控制系统的研究[D].湖南大学,2004.

[2] 张捷,张慧慧.电-气动伺服系统实验平台的设计与研究[J].北京工业大学学报,2000.

[3] 王宣银.气动伺服系统的神经网络辨识[J].组合机床与自动化加工技术,2001.

[4] 鲍官军.气动柔性驱动器FPA的特性及其在多指灵巧手设计中的应用研究[D].浙江工业大学,2006.

[5] 徐晓峰,朱德森.基于DSP的伺服控制系统设计[J].工业控制计算机,2003.

气动系统 篇4

单作用气缸具有结构简单、成本低、节省空间且出力大等诸多优点, 在自动化生产线中已经得到了广泛的应用[1]。例如, 工业用电阻式点焊机采用单作用气缸的气动力控制系统进行电极的加载[2], 其焊接质量取决于焊接电流、加压时间、电极加载力这三大要素。多年来, 研究人员对气动伺服阀控马达的特性、对称气动伺服阀控双作用气缸的特性等作了深入的基础研究[1,2,3,4,5,6,7,8,9]。同一气腔的排气时间通常超过充气时间的2倍, 这就导致采用常规方法难以实现单作用气缸的高速控制与节能[6]。文献[2,4,6]研究了一种新型非对称气动伺服阀, 该阀下游节流口面积为上游节流口面积的2倍, 将其用于焊机电极的高速气动控制, 使气动压力控制系统的下降过程和上升过程具有相同的时间。

本文通过实验取得伺服阀的流量增益、流量-压力系数和压力增益系数, 对具有非对称气动伺服阀和单作用气缸的气动力控制系统进行建模和分析。最后, 结合点焊机闭式气动力控制系统进行验证。

1 非对称气动伺服阀控缸的气动压力控制系统

电阻式点焊机的气动控制过程可分为两个阶段, 一是实现气缸快速无碰撞地夹紧工件, 减少由焊头的磨损和烧损引起的气缸行程变化, 为此, 文献[6]研制了一种特殊气缸及其气动系统, 可实现焊头和工件的位置与力的复合控制;二是夹紧工件后实现气缸的快速加压与控制[8]。本文主要研究在位置与力复合控制系统中如何实现快速加压与控制。图1为该非对称气动伺服阀控单作用气缸的气动压力控制系统部分的示意图。图1中, ui为输入电信号, uf为压力反馈信号, ps为供气压力, pe为排气压力, pL为负载压力, V为体积, m为负载质量, KC为弹簧刚度, Ksw为负载的等效弹簧刚度。气动压力控制系统采用新型非对称三通气动伺服阀来控制单作用气缸气腔内的压力, 从而控制焊机电极 (单作用气缸活塞) 和焊接板之间加载力的大小。由于电极通过大电流 (5~20kA) , 故为了简化电极和力传感器的安装, 通过压力反馈系统间接实现电极的加载。工作状态下电极位移极小, 可将被焊接板的负载力简化为弹性负载。非对称气动伺服阀内藏有阀芯位移传感器。压力传感器为共和电业制造的PGM-10KC, 共振频率为40kHz, 压力信号由带宽为5kHz的应变计DPM-602A放大。

气动伺服阀处于图1所示的左位时, 气体经上游供气节流口向气缸供气;气动伺服阀处于右位时, 气缸经伺服阀下游排气节流口向外界排气。当充气节流口面积和放气节流口面积相同时, 同一气腔的排气时间通常超过充气时间的2倍[5]。为了满足气容-气阻回路的高速排气及其高速控制的需要, 这里采用非对称气动伺服阀, 其上下游节流口的面积是不相等的, 即在相同阀位移时, 下游排气节流口的面积Sd是上游供气节流口面积Su的2倍 (Sd=2Su) 。因此, 非对称气动伺服阀可以使排气过程与充气过程的时间相同, 实现电极的高速气动控制。考虑到气体的可压缩性, 气缸的气腔体积越小, 气动力控制系统的固有频率越高, 加载力响应越快。因此, 电阻式点焊机气动加压系统单作用气缸的气腔体积尽可能设计得较小。

2 非对称气动伺服阀的特性实验

非对称气动伺服阀[2,6]为双级气动伺服阀, 第一级即先导级, 包括永磁式力马达和推拉式喷嘴挡板机构, 第二级包括圆柱滑阀、力反馈弹簧和主阀芯位移传感器。滑阀主阀芯通过机械力反馈弹簧与力马达相连。图2所示为气动伺服阀的流量特性。主阀芯直径为8mm, 行程为-350~350μm。供气压力为0.7MPa时, 供气侧可控名义流量为145L/min。对称气动伺服阀 (Sd=Su) 下游排气口的可控流量为120L/min;非对称气动伺服阀 (Sd=2Su) 下游排气口的可控流量达240L/min。非对称气动伺服阀和对称气动伺服阀的计算结果和实验结果一致。在阀位移相同时, 非对称气动伺服阀下游节流口将气体排放到大气的最大排气面积大约为上游节流口从进气口向容腔供气的供气面积的2倍。通过该曲线还可以得到伺服阀的流量增益系数kq

图3所示为非对称气动伺服阀压力增益特性的实验结果。由该曲线可以得到伺服阀的压力增益系数kp。图4所示为供气压力0.7MPa时非对称气动伺服阀输入信号和输出阀位移的频率特性实验结果, 该伺服阀的固有频率ωv (ωv=2π f) 为1256rad/s, 阻尼系数ζv为0.58。

3 理论分析

3.1 数学模型

为了推导气动系统的传递函数, 作以下假设:

(1) 压力为绝对压力。供气压力ps为常数 (ps=0.7MPa) , 气缸零位压力pL0=0.5MPa。

(2) 伺服阀节流窗口为矩形窗口。阀工作在中间位置附近, 且经过节流孔的气体为绝热气体, 气体比热比和节流孔的流量系数为常数。

(3) 活塞的位移很小。气缸内的气体变化过程为等温变化过程。

根据流量和运动学的基本方程及阀零位工作点附近的线性化方程, 可以得到各部件的数学表达式。

放大器和伺服阀的传递函数为

i=Ka (ui-uf) (1)

x (s) i (s) =Κvωv2s2+2ξvωvs+ωv2 (2)

式中, i为输入电流;Ka为伺服放大器的放大系数;x为阀芯位移, 向气缸供气时位移为正;Kv为伺服阀阀系数;KaKv=2×10-4m/V。

当主阀芯位移为正 (x>0) 时, 气源向气缸供气, 非对称气动伺服阀的上游控制节流口面积和通过的质量流量分别为

S=bpx

qm=qmu

式中, S为节流口开口面积;bp为上游节流口面积梯度;qmu为通过上游节流口的质量流量。

当主阀芯位移为负 (x≤0) 时, 气缸向外界排气, 非对称气动伺服阀的下游控制节流口面积和通过的质量流量分别为

S=-2bpx

qm=-qmd

式中, 2bp为下游节流口面积梯度;qmd为通过下游节流口的质量流量。

伺服阀控制节流孔的质量流量是负载压力和阀位移的函数。在某一工作点附近工作时, 通过控制节流孔的流量非线性式可以线性化, 即

Δqm=kqΔx-kcΔpL (3)

式中, kq为非对称伺服阀流量增益系数, kq=18.6kg/ (s·m) ;kc为非对称伺服阀流量-压力系数, kc=1.5×10-10kg/ (s·Pa) ;pL为负载压力。

压力增益kp

kp=px|0 (5)

kqkp的值可由式 (4) 和式 (5) , 以及图2和图3所示的流量-阀位移特性实验曲线和压力-阀位移特性实验曲线得出, kp=1.2×1011Pa/m。考虑到节流口宽度远大于阀芯和阀套之间的间隙值, 即bp≫rc, 阀芯和阀体之间实际存在矩形节流孔的泄漏量为[10]

qmc=πbprc232μΔp

式中, rc为阀芯和阀套之间的间隙值;μ为空气的黏度, μ=1.8×10-7Pa·s。

零位流量-压力系数kc的理论值为

kc=-qmpL|0=πbprc232μ

气缸气腔内气体的流量连续性方程为

qm=VnRΤdpLdt+ApLRΤdydt

Δqm=1nRΤ (dpLdt|0ΔV+V0dΔpLdt+

nAdydt|0ΔpL+nApL0dΔyΔt)

式中, V为气缸内腔体积, V=5.00cm3;n为气体多变指数, 等温变化时n=1.0;R为气体常数, R=287N·m/ (kg·K) ;T为气体绝对温度, T=293K;A为活塞有效面积;y为活塞位移, 定义弹簧被压缩方向为正;t为时间;ρ0为气体密度。

考虑到阀零位时的初始条件为

dpLdt|0=0

dydt|0=0

并假设c0=V0nRΤ, a0=ApL0RΤ, ρ0=pL0RΤ, 则气缸流量连续性方程为

Δqm=c0dΔpLdt+a0dΔydt (6)

气缸活塞复位弹簧和被焊接钢板等效弹簧Ksw并联构成等效弹性负载, 其质量弹簧系统的运动学方程和线性化方程分别为

pLA=my¨+by˙+ky+pL0A+fd+fcsgn (y˙) AΔpL=mΔy¨+bΔy˙+kΔy+Δfd+Δfcsgn (y˙) } (7)

式中, m为负载质量, m=17.5kg;b为黏性阻力系数, b=228N·s/m;k为活塞等效弹性负载系数, k=kc+Ksw;pL0为气缸的初始负载压力, pL0=0.5MPa;fd为外界干扰力, N;fc为静摩擦力, N。

由于焊接时电极中通过大电流, 故在电极处安装力传感器很困难。因此, 这里通过压力反馈系统间接实现电极的力控制。压力传感器安装在驱动气缸的缸体上, 通过负载压力反馈代替电极力反馈构成闭环压力控制系统。压力反馈信号为

uf=Kf (pL-pe) (8)

式中, Kf 为压力传感器增益, Kf=1.5×10-5V/Pa;pe为周围大气压力, pe=0.1013MPa。

3.2 开环压力控制系统的传递函数

式 (3) 、式 (6) 和式 (7) 的拉普拉斯变换式为

qm (s) =kqx (s) -kcpL (s) (9)

qm (s) =c0spL (s) +a0sy (s) (10)

ApL (s) = (ms2+bs+k) y (s) +F (s) (11)

F (s) =fd (s) +D (s)

D (s) =L[Δfcsgn (y˙) ]

式中, F (s) 为外界干扰力和静摩擦力的拉普拉斯变换式之和。

由式 (9) , 式 (10) 和式 (11) 可绘出气动阀控缸的方框图 (图5) 。阀位移和外界干扰力到负载腔控制压力的传递函数为

pL (s) = (ms2+bs+k) kqx (s) +a0sF (s) mc0s3+ (mkc+bc0) s2+ (Aa0+bkc+kc0) s+kkc (12)

当负载为弹性负载 (k≠0) 时, 通常有

对于弹性负载, 传递函数式 (12) 可归纳为

pL (s) =kqkc (s2ωm2+2ζmωms+1) x (s) +Aρ0kkcsF (s) (wωr+1) (s2ω02+2ζ0ω0s+1) (14)

ωr=1/ (1ω1+1ω2) =kcA2ρ0/ (1k+1ke) (15)

式中, ωm、ζm分别为质量-弹簧系统的固有频率和阻尼系数;ωr为负载弹簧和气动弹簧串联耦合时的刚度与阻尼系数之比;ω1为气体弹簧刚度与阻尼系数之比;ω2为负载弹簧刚度与阻尼系数之比;ke、ωe分别为气缸气腔内空气的等效弹簧刚度和固有频率;ω0、ζ0分别为负载弹簧和气动弹簧构成的质量-弹簧系统的固有频率和阻尼系数。

若k/ke≪1, 则有ωr<ω2<ω1和ωr≈ω2。若k/ke≫1, 则有ωr<ω1<ω2和ωr≈ω1。

由式 (1) , 式 (2) , 式 (8) 和式 (14) , 可得到闭环压力控制系统的方框图 (图6) 。由误差信号和干扰力信号到控制压力的传递函数为

pL (s) =kakvkqkc (s2ωm2+2ζmωms+1) / (s2ωv2+2ζvωvs+1) E (s) +Aρ0kkcsF (s) (sωr+1) (s2ω02+2ζ0ω0s+1)

这里, 博德图上的穿越频率为

ωc=kakvkqkckfωr=kkakvkfkqA2ρ (1+k/ke) (17)

闭环系统的带宽与开环穿越频率ωc几乎相同。开环压力控制系统的典型博德图如图7所示。动态性能决定于Ksw、ωr、ωm和ω0。如式 (17) 所示, ωc由开环系统的增益和式 (15) 得到的ωr决定。

当没有弹性负载 (k=0) 时, 传递函数式 (12) 为

pL (s) = (ms+b) kqx (s) +a0F (s) mc0s2+ (mkc+bc0) s+ (bkc+Aa0) =Κtp (ωn2/ω3) (ω3+s) x (s) +ΚLpωn2F (s) s2+2ζnωns+ωn2=pLx|F=0x+pLF|x=0F (18)

Κtp=bkqAa0+bkc=bkqA2ρ0+bkc

Κlp=a0Aa0+bkc=ρ0AA2ρ0+bkc

ωn=kem+bω1m=npL0A2+kcbnRΤV0m

ζn=mω1+b2 (bω1+ke) m

ω3=b/m

式中, Ktp为总压力增益;Klp为总负载系数。

忽略非线性摩擦力时, 由式 (18) 可得控制压力的传递函数为

pL (s) x (s) =Κtp (ωn2/ω3) (ω3+s) s2+2ζnωnS+ωn2 (19)

3.3 稳态偏差

图8为图6所示的闭环压力控制系统的简化方框图。图8中, 系统的稳态误差为

E (s) =11+G1G2Ηu (s) -G2G3Η1+G1G2ΗF (s) (20)

运用终值定理, 由式 (19) 可得到阶跃输入信号ui/s时的稳态误差epL:

epL=limte (t) =limssE (s) =ui1+kakvkfkq/kc (21)

4 结果分析与实验

4.1 弹性负载系数的影响

当气动压力控制系统应用于点焊机时, 工件的弹性系数Ksw随焊接过程的温度等条件而变化。并且, 气动压力控制系统的动态特性随负载力而变化。弹性系数Ksw分别为0.6Ksw0、Ksw0和10Ksw0时, 式 (13) 的条件分别为8%≪1, 0.5‰≪1和0.23‰≪1, 计算得出的各频率值如表1所示。可见, 弹性系数增加时, 穿越频率ωc也增加。弹性系数减小时, ωr、ωm、ω0和ωc减小, 但是ωm和ω0之间的距离变得更大, 博德图移向左侧。式 (20) 所示的阶跃输入信号的稳态误差epL大约为6.86%。

4.2 初始条件的影响

气缸的初始容积和初始压力是影响压力控制系统的重要参数。式 (16) 和式 (17) 所示为气缸的初始容积和初始压力对频率ωe、ωr、ωc的影响。

4.3 闭环压力控制系统的频率特性实验

采用动态信号分析仪 (HP35670A) 和动态应变仪器 (Kyowa公司制造的DPM-713B, 频率范围为10kHz) 测试闭式压力控制系统的频率响应特性。实验结果如图9所示。闭环系统-3dB的带宽达到120Hz, 与开环系统的穿越频率ωc (747rad/s) 几乎相同。实验结果和理论分析结果一致。

5 结论

(1) 通过非对称气动伺服阀的特性实验, 得出气动伺服阀的流量增益、流量-压力系数和压力增益。

(2) 分析了非对称气动伺服阀控单作用气缸的数学模型及其影响因素。通常情况下, 气动压力控制系统的数学模型可简化为三阶传递函数形式, 初始条件和负载弹性系数直接影响系统的动态响应。

(3) 得出了结构参数与增益、系统频宽以及稳态误差之间的关系。闭环系统的频宽与开环系统的穿越频率基本相同。闭环气动压力控制系统的实验结果和理论结果一致。具有非对称气动伺服阀和单作用气缸的气动力控制系统数学模型的建立为气动系统分析提供了有效的工具。

摘要:分析了非对称气动伺服阀控单作用气缸的气动压力控制系统的数学模型。通过非对称伺服阀的实验, 得到了伺服阀的流量增益、流量-压力系数和压力增益系数, 建立了系统的数学模型 (包括三阶传递函数式) , 取得了结构参数与增益、系统带宽、稳态误差之间的关系。进行了闭环压力控制系统频率响应的实验, 实验结果与计算结果十分接近。

关键词:气动技术,非对称气动伺服阀,传递函数,单作用气缸,弹性负载

参考文献

[1]Araki K.Frequency Response of a Pneumatic ValveControlled Cylinder with an Uneven-underlap Four-way Valve (Part II, Part IV) [J].Journal of FluidControl, ASME, 1984, 15 (1) :22-64.

[2]訚耀保, 水野毅, 乌建中, 等.具有不均等负重合量的非对称气动伺服阀压力特性研究[J].中国机械工程, 2007, 18 (18) :2169-2173.

[3]陶国良, 王宣银, 路甬祥.3自由度气动比例/伺服机械手连续轨迹控制的研究[J].机械工程学报, 2001, 37 (3) :65-69.

[4]王祖温, 詹长书, 杨庆俊, 等.气压伺服系统高性能鲁棒控制器的设计[J].机械工程学报, 2005, 41 (11) :15-69.

[5]Merrit H E.Hydraulic Control Systems[M].NewYork:John Willy&Sons, 1967.

[6]訚耀保, 水野毅, 荒木献次.非对称高速气动伺服阀的研究[J].流体传动与控制, 2007 (3) :4-8.

[7]荒木献次, 陈剑波.抵抗スポット溶接機用位置.力複合制御シリンダの開発[J].油圧と空気圧, 1996, 27 (7) :941-947.

[8]誾耀保, 荒木獻次.抵抗スポット溶接機のための非対称サ一ボ弁と単動シリンダを用いた高速空気圧-力制御 (第2報非対称電空サ一ボ弁の実験解析と閉ル一プ圧力制御系のハ一ドウエア補償) [J].日本油空圧学会論文集 (フルイドパワ一システム) , 1999, 30 (2) :35-41.

[9]Araki K, Yin Y B, Yamada T.Hardware Approa-ches for a Pneumatic Force Control System with anAsymmetric Servovalve of a Spot Welding Machine[M]//Bath Workshop on Power Transmission andMotion Control (PTMC’98) .Bath, United King-dom, 1998:123-136.

气动系统 篇5

平衡截断方法在气动伺服弹性系统模型降阶中的应用

研究了平衡截断方法在多输入/多输出气动伺服弹性系统模型降阶中的应用。简要分析了气动伺服弹性系统模型建立的一般过程,详细讨论了平衡截断方法的`基本原理并给出了其中的一种算法。以机翼气动伺服弹性系统为对象,比较了降阶前后模型变化情况。

作 者:熊纲 杨超 XIONG Gang YANG Chao  作者单位:北京航空航天大学 飞行器设计与应用力学系, 刊 名:航空学报  ISTIC EI PKU英文刊名:ACTA AERONAUTICA ETASTRONAUTICA SINICA 年,卷(期):2001 22(2) 分类号:V215.3 关键词:气动弹性   气动伺服弹性   模型降阶   平衡截断  

气动系统 篇6

多年来企业一直坚持技术创新,把技术创新放在企业研发的首要位置。“自主创新,方法先行”,创新方法是自主创新的根本之源,2009年10月,济南轻骑科协在济南市科协帮助下,引入创新方法TRIZ理论应用到技术创新中,解决了企业一些技术难题。其中在解决踏板摩托车鞍座气动支撑系统问题尤为突出。

一、背景描述:

目前大排量摩托车代表国际摩托车先进水平,受欧美等国家消费者欢迎。消费者对大排量摩托车要求较高,必须有较高的科技含量和舒适性。在国际上比较先进的大排量摩托车大都采用鞍座自动升起装置,这种装置不仅大大方便了骑行者,而且提升了整车技术含量。鞍座自动升起机构是借鉴了汽车后备箱自动升起的功能而实施的一项先进功能。但目前这种装置还存在一些缺陷,如:需放大空间,否则会出现锁止困难、密封不好等问题。

二、利用TRIZ理论分析解决问题

1.应用的TRIZ方法介绍

在利用TRIZ理论解决问题前。设计者首先要将待解决的问题归纳为TRIZ一般问题,然后利用TRIZ理论中的发明原理、标准解、39个通用工程参数、40个发明原理,找出矛盾矩阵中所对应的项次,列出解决方案。39个通用工程参数将各种矛盾冲突进行标准化归类,用通用工程参数进行问题表述,通用工程参数是连接具体问题与TRIZ的桥梁。TRIZ的39个通用工程参数如表1所示,TRIZ的40个发明原理如表2所示。

TRIZ理论创立人阿奇舒勒通过对大量专利研究、分析、对比和统计,归纳出39个通用工程参数中的任意2个参数产生矛盾时,化解该矛盾的发明原理,即TRIZ的40个发明原理。阿奇舒勒将工程参数的矛盾与发明原理之间建立了对应关系,即39×39矛盾矩阵,可以快速查找,这个矩阵就是阿奇舒勒矛盾矩阵。通过这个矛盾矩阵,根据系统中产生矛盾的2个工程参数,从矩阵表中直接查找化解该矛盾的发明原理,并使用这些原理来解决问题。该矩阵将工程参数的矛盾和40个发明原理有机的联系起来,阿奇舒勒矛盾矩阵(部分)如表3所示。

矛盾矩阵的第1、第2列和第1、第2行分别为39个通用工程参数的序号和名称,分别表示恶化的参数和改善的参数。39x39的通用工程参数从行、列2个维度构成矩阵方格,每个方格对应一组数字,这几个数字就是TRIZ对应的发明原理号码。

2. 具体应用

头盔箱是踏板摩托车主要储物空间,为满足需求,在摩托车整车尺寸外观整车符合人机工程学的前提下,应尽可能增大头盔箱的空间,但鞍座作为头盔箱的上盖,势必也需要随储物空间的增大而增大增重,从而造成手工开启的不便。同时设计要求此车头盔箱要有容纳2个头盔的大容量,相应地鞍座需要较长且内置钢管结构,重量大,重心靠后,而鞍座助力结构可利用的空间狭小,图1所示为参考国外同类结构而设计的助力开启装置,主要由一个主弹簧,一个铰链支架和其它连接件组成。

根据结构分析,列出实际工程矛盾点:想提高结构的强度,但不希望增加整个部件的重量;在狭小的空间布局运动部件,其长度会受限制。根据这些矛盾点,由表1确定对应的工程参数为3运动物体的长度和13结构稳定性,14强度与2静止物体的重量。其中设定欲改善的参数为提高机构强度和结构稳定性,恶化的参数为物体的重量的增加和运动物体的长度的减少。查找表3中欲改善的参数和恶化的参数共同对应的交点方格,该方格中的一组数字即为建议解决此工程问题的发明原理序号,分别是1,8,15,34和21,35,2,39;查找表2对应的发明原理分别为:1分割,8质量补偿,15动态化,34抛弃与修復;21紧急行动,35参数变化,2分离,39惰性环境。见表4。

设计人员通过分析研究后,34抛弃与修复和35参数变化两个发明原理来解决鞍座阻力结构开启的结构问题是最好的解决方案,综合以上问题,可以形成一个合理的实现鞍座助力的机构,如图2。

本设计方案主要是利用连杆机构原理:在图示的1-2-3点一线位置时,即死点。在此位置,所受的来自气弹簧的力,通过3点,没有力臂,鞍座、铰链在此位置闭合。本设计2点在1点、3点连线的下方5mm,有一个很小的力臂,鞍座受到一个图示红色箭头逆时针转动力矩,使鞍座与行李箱的密封良好。开启时:转动鞍座,铰链及气弹簧按图示蓝色箭头方向转动,过死点后一定的角度后,不用手的助力,气弹簧带动铰链继续沿蓝色箭头方向转动,直到气弹簧的最大行程。见图3。

通过鞍座结构重量W和力臂L(重心到旋转轴的距离)以及鞍座允许开启量计算出气弹簧的自由长度、行程以及力值分别为:165毫米,行程45毫米,力值550N。该设计方案经过实际验证,完全达到了预期的效果,既能起到鞍座开启助力的作用,又可以对鞍座限位,并且鞍座锁止后密封良好,同时保证头盔箱的巨大储物空间。

此项目填补了国内空白,是我公司应用TRIZ理论进行技术创新较成功的案例,已获得国家发明专利,并应用在我公司其它产品上。

责编/杨芳

气动人工肌肉智能控制系统研究 篇7

气动人工肌肉属于一种新型的气动执行机构, 它的主体包括编织网、橡胶管、卡箍3部分。编织网围在橡胶管的外部, 卡箍套在人工肌肉的两端。气动人工肌肉有诸多优点, 比如, 具有更大的初始拉力和较强的收缩力, 反应速度快, 更具有柔性, 成本较低, 制作简单, 可以自行设计长度及结构, 更符合生产、医疗、生物应用, 可以广泛应用在机器人行业、医疗仿生行业。气动人工肌肉的工作原理是充气时膨胀, 其长度缩小, 放气时长度伸长, 利用这个原理气动人工肌肉可以做往复伸长收缩运动[1,2,3,4,5,6]。

1控制系统数学模型的建立及仿真

气动人工肌肉在负载不变的情况下, 其长度大小由相对压力决定, 相对压力越大, 则气动人工肌肉的长度越小, 其数学关系如下:

式中:L为气动人工肌肉的长度;P为相对压力;F为外界负载;n为纤维圈数;b为纤维长度。

如图2所示, 通过气动人工肌肉的数学模型, 可以看出, 气动人工肌肉为强非线性系统, 由于气体的可压缩性以及其特殊的材料导致, 必须设计相应的控制器来改进气动人工肌肉的非线性控制。

2控制系统

本项目的实验台的搭建主要分为气动执行系统、下位机控制系统、上位机控制软件。气动执行系统主要包括气动人工肌肉、位移传感器、重物、实验台、高速开关阀、钢丝绳 (如图3) 。气动人工肌肉用卡箍来固定, 气动人工肌肉的一端通过钢丝绳与重物连接, 保持气动人工肌肉处于水平状态, 同时, 在气动人工肌肉的右端需要连接位移传感器进行测量, 在气动人工肌肉的另一端需要用高速开发阀控制, 高速开关阀采用的是PWM控制。

下位机控制系统包括Arduino单片机、外围电路、电源, 上位机控制系统为PC机。下位机通过通信串口与上位机PC机相连, 通过PC机端的操作界面来控制整个气动系统。采用Qt来编写上位机的人机交互界面, 实现串口通信、输入输出、神经网络控制算法、数据库调用。其主要流程为上位机发送数据给下位机单片机, 单片机的变量发生变化, 高速开关阀的PWM的占空比发生改变, 气动人工肌肉的状态发生改变, 可以实现伺服控制。控制系统原理如图4所示。

3神经网络控制

本课题采用的人工智能控制方法为神经网络控制。神经网络由输入层、隐含层、输出层构成, 如图5, 其中有根据需要设定的神经元, 输入层的神经元将输入的数据通过传递函数传递到隐含层, 再由隐含层将数据传递到输出层并由输出层输出[7]。神经元之间的连接权值和阀值需要重复训练, 直至满足期望误差, 从而确定输入与输出之间的映射关系。在气动人工肌肉的控制系统中, 其输入层的输入量为目标位置, 实际位置、位置偏差、输出层的输出值为Kp、Ki、Kd, 如图5所示。

需要说明的是本课题采用的神经网络控制方式为BP神经网络控制, 实施神经网络的部分由上位机PC执行, 在Qt中实施神经网络依然使用C++编程, 主要分为神经网络控制算法模块和数据库模块, 数据库需要存储样本, 在神经网络执行的部分, 先是要读取样本, 初始化神经网络, 包括数据的归一化和神经元的初始化, 接着进行神经网络训练, 当误差符合精度要求时, 存储好神经单元的信息, 修正好权值和阈值, 最后输出理想的输出值。

关于输入层到隐含层的传递函数采用的是S型函数, 其主要程序如下:

在程序中, 将神经单元数量设为5, 学习速率取值0.28, 惯性系数取值0.2, 从实验效果来看, 神经网络PID的控制效果比传统PID的控制误差要小, 可以达到±0.2 mm。神经网络PID控制方法有效地实时调整了比例参数、积分参数、微分参数, 解决了非线性复杂的问题。神经网络PID控制的实施需要由C++及单片机共同实现, 本课题将理论赋予实践, 将电子、计算机、气动系统、神经网络算法、PID算法结合在一起, 实现了气动人工肌肉的智能控制。

参考文献

[1]隋立明, 包钢, 王祖温.气动人工肌肉驱动关节特性研究[J].液压与气动, 2002 (3) :35.

[2]叶骞, 王祖温.气动人工肌肉[J].液压气动与密封, 2000 (2) :12-14.

[3]田社平, 林良明, 颜国正.基于神经网络的人工肌非线性控制[J].上海交通大学学报, 2001, 35 (5) :713-716.

[4]李宝仁, 刘军, 杨刚.气动人工肌肉的建模及仿真[J].机械工程学报, 2003 (7) :23-28.

[5]刘军.气动人工肌肉静动态特性研究[D].武汉:华中科技大学, 2003.

[6]杨钢, 李宝仁, 刘军.气动人工肌肉特性分析的新方法[J].液压与气动, 2002 (10) :22-25.

浅谈国产电解多功能天车气动系统 篇8

1 气动系统构成及原理

国产多功能天车气动系统气源供给多选用英格索兰公司研制的抗粉尘空压机, 为螺杆式压缩机。由主机和主电机系统、润滑和冷却系统、油气分离系统、气路系统、控制系统及保护系统组成。

(1) 主机和主电机系统。

主机由阴阳转子及壳体组成, 工作原理为回转式。工作过程由吸气、压缩和排气组成。主电机为螺杆机专用电机。螺杆压缩机不存在往复力, 由于转子高速运转, 排出气体稳定, 无脉冲现象, 噪音、振动较小。

(2) 冷却和润滑系统。

冷却润滑系统由主机、止逆阀、油分离器、温控阀、油冷却器、风扇、油过滤器、断油电磁阀、组成。压缩空气与油的混合物从主机排出进入油分离器, 流向冷却器进油口和温控阀的旁通入口, 如油温低于温控阀设定值, 温控阀关闭油绕过冷却器, 油温较快上升。当油温超过温控阀设定值时, 温控阀打开, 润滑油通过冷却器降温。润滑油在恒压下流过油过滤器, 进入主机润滑转子、轴承, 使其冷却, 同时润滑转子、密封转子间隙。

(3) 分离系统。

分离系统由油分离器、回油管、安全阀、最小压力阀组成。润滑油和空气从压缩机排出口进入油分离器, 混合气沿筒体内壁流动, 在离心力作用下油滴聚合后落入油分离器底部。带有细小油雾的气流进入油分离器芯子, 部分油汽凝聚落到油分离器里, 另部分油汽凝聚后经过回油管回到压缩机进口, 经分离后气流经最小压力阀进入后冷却器。

(4) 气路系统。

气路系统由最小压力阀、后冷却器、水分离器、空气滤清器、放气阀组成。经油分离器后的气流经最小压力阀进入后冷却器, 使得多达70%的水含量气冷凝析出, 并经水分离器后定期排出机组。

(5) 控制系统。

控制系统由压力开关、加载电磁阀、放气电磁阀、控制油缸及蝶阀组成。压缩机一经起动、加载后即处于工作状态, 带压的润滑油通过加载电磁阀进入油缸, 使蝶阀打开, 此时放气电磁阀关闭, 压缩机以全气量供气。当用气量小于机组额定气量, 则排气压力上升。排气压力超过压力开关上限值时, 压力开关动作, 加载电磁阀失电切断带压的润滑油流向油缸, 控制油缸内的润滑油通过电磁阀的另一通路回到压缩机进气口。控制油缸活塞在复位弹簧作用下向左运动, 蝶阀关闭;同时放气电磁阀打开放气, 使油分离器压力降低, 当排气压力下降到压力开关下限设定值时, 压力开关复位, 使加载电磁阀通电, 将带压的油供给控制油缸, 蝶阀重新打开, 压缩机供气。

(6) 保护系统。

保护系统由热继电器、温度开关、安全阀组成。热继电器有主电机及风扇电机热继电器。温度开关装于螺杆主机排气口, 当主机排气温度达到温度开关设定值时, 温度开关动作, 触发停机。安全阀安装于油分离器筒体上, 当筒体压力超过允许范围时释放筒体内部压力, 避免事故发生。

2 多功能天车气动系统维护

空压机作为气动系统的动力源及重要组成部分, 在高温、多粉尘、强腐蚀的生产环境中运行, 因而做好定期的维护保养工作, 对气动系统的正常运行起着关键作用。

下面为通过实践提出的维护建议。

(1) 每周吹扫空滤芯和冷却器一次。及时清理空滤芯, 保证空滤芯的过滤粉尘效果, 提高整个机组的使用寿命;及时清理冷却器表面, 确保冷却效果, 避免因排气高温导致自动停车。

(2) 定时更换空滤芯、油过滤芯、油分离芯等部件。保证冷却剂的油质, 确保机组冷却效果。

(3) 及时添加并定期更换冷却剂。保证冷却效果, 避免因排气高温引起机组停机。

(4) 及时检查冷凝水排放情况, 若发现排水量太小或没有冷凝水排出, 必须停机清洗水分离器。

(5) 定期给主电机加注润滑脂。每三个月给电机加注专用润滑脂, 确保电机平稳运行。

(6) 定期检查温度开关、最小压力阀、压力开关等运行情况。保证机组的安全稳定运行。

空压机维护比较见表1。

3 多功能天车气动系统的改造

通过对多功能天车气动系统运行过程中的了解, 经过缜密的考虑, 我们对气动系统存在的一些缺陷进行了大胆改造, 并取得了良好的效果。

(1) 增设储气罐。

首先, 消除因压缩机断续排气而对气流引起的压力波动, 保证输出气流的连续、平稳性。其次, 避免空压机频繁加卸载, 延长空压机的使用寿命。同时能进一步分离压缩空气中的油、水等杂质。

(2) 减少不必要的气动设备和管路。

在气动系统中一些多余的气动设备和管路会造成管路压力无功损失。我厂原多功能天车空压机在正常压力运行时无法满足抬母线作业, 检查发现空压机排气口处加设一气源三联体, 在机组正常运行时三联体压力为0.65MPa, 而通过三联体到母线框架的压力为0.61MPa, 在考虑到安装三联体无多大必要后, 拆除三联体直接连通管路, 母线框架工作压力升高到0.64MPa, 满足抬母线要求。

(3) 风冷却器和油冷却器分开使用。

原风冷却器和油冷却器为一体, 其中之一发生破损就必须一起更换, 实际中风冷却器冷凝水分多, 腐蚀严重, 故风冷却器的寿命远低于油冷却器。风冷却器和油冷却器分开使用后, 既降低维修成本, 也便于维修。

(4) 打击头风管改用丝扣连接。

原打击头进风管为铁丝固定, 在打击头振动过程中频繁发生风管拉脱破损现象。通过采用丝扣连接的风管后, 降低了风管故障率, 统计改造后风管的使用时间为原来的十倍。

4 结语

通过对国产多功能天车气动系统的认识了解, 制定并积极实施合理的维护内容, 并通过不断改造完善, 极大的保证了多功能天车的正常运行。

摘要:本文分析了国产多功能天车气动系统的构成及原理, 结合实际提出相关的维护内容及改造, 保证多功能天车的正常运行。

几种气动系统X-D图绘制技巧 篇9

(一) X-D线图设计法内容与步骤

1. 绘工作行程顺序图;2.绘X-D线图;3.消除控制障碍、确定执行信号;4.绘气控逻辑原理图;5.绘气动回路原理图。

绘制X-D线图所使用的符号, 除应符合GB/T7861-1993的规定外, 特殊符号及其说明见表1。

(二) 双缸单往复回路的设计

1. 绘工作行程顺序图

对生产对象, 经过调查研究, 明确所控制执行元件的数目、动作顺序关系以及其他控制要求 (如手动、自动控制等) , 列出工作行程程序。具体方法是:每个执行元件都有其各自的号码 (如缸A、B、…) ;每个执行元件的每个动作都作为一个工作程序写出来 (如A0、A1、…) ;程序之间, 即每个动作的工作状态之间用带“控制箭头→”的连线连接, 箭头指向即表示动作程序进行的方向, 箭头线上对应于执行元件的行程阀输出信号用小写字母表示 (如a0、a1、…) 。

双缸单往复行程程序控制回路, 是指在一个循环程序中, 所有的气缸, 都只作一次往复运动。为了阐明X-D状态图法的设计方法, 现以由两缸组成的攻螺纹机的具体例子来说明, 这两个缸中, A为送料缸, B为攻螺纹缸, 其自动循环动作为:

对于这个程序, 可以用字母简化为

如果略去箭头和小写字母表示的控制信号, 则可进一步简化为:A1B1B0A0。

(1) 画方格图:如图所示, 由左至右画方格, 并在方格的顶上依次填上程序序号1、2、3、4等。在序号下面填上相应的动作状态A1、B1、B0、A0, 在最右边留一栏作为“执行信号表达式"。在方格图最左边纵栏由上至下填上控制信号及控制动作状态组的序号 (简称X-D组) 1、2、…等。每个X-D组包括上下两行, 上行为行程信号行, 下行为该信号控制的动作状态。例如, a0 (A1) 表示控制A1的动作信号是a0;a1 (B1) 表示控制B1动作的信号是a1等。

(2) 画动作状态线 (D线) :用横向粗实线画出各执行元件的动作状态线。它以行列中大写字母相同、下标也相同的行列交叉方格左端的格线为起点, 直到字母相同但下标相反的方格。如:D线:A1-A0。

(3) 画信号线 (X线) :用细实线画各行程信号线。信号线的起点是与同一组中动作状态线的起点相同, 用符号“o”画出;终点是和上一组中产生该信号的动作线终点相同, 用“×"。符号“”表示该信号线的起点与终点重合, 实际上即表示该信号为脉冲信号。如X线:a0 (A1) -b0 (A0) , 即由a0信号执行的动作A1始端为起点, 以a0找小写字母不同而下标相同的b0信号, 再对应b0执行的动作A0始端为终点。若线的起点和终点对应的动作是进程近邻, 定有障碍, 此时应将终点延长到该动作的终端, 如a1 (B1) -b1 (B0) , X线从B1始端画到B0终端为止, 其中B0始端到B0终端为障碍段。

2. 列出所有执行元件的执行信号表达式

(1) 判别有无障碍信号:在X-D图中, 若各信号线均比所控制的动作线短 (或等长) , 则各信号均为无障碍信号;若有某信号线比所控制的动作线长, 则该信号为障碍信号, 长出的那部分线段就叫障碍段, 用波浪线“~~~”表示。

(2) 排除障碍段 (简称消障) :为了使各执行元件能按规定的动作顺序正常工作, 设计时必须把有障碍信号的障碍段去掉, 使其变成无障碍信号, 再由它去控制主控阀。在X-D图中, 障碍信号表现为控制信号线长于其所控制的动作状态存在时间, 所以常用的排除障碍的办法就是缩短信号线长度, 使其短于此信号所控制的动作线长度, 其实质就是要使障碍段失效或消失。常用的方法有: (1) 脉冲信号法, (2) 逻辑回路法, (3) 辅助阀法。在X-D图中, 若信号线与动作线等长则此信号可称为瞬时障碍信号, 它不加排除也能自动消失, 仅使某个行程的开始比预定的程序产生稍微的时间滞后, 一般不需要考虑。则用辅助阀法排除障碍的X-D线图为:

(三) 双缸多往复行程程序回路X-D图设计

多缸多往复行程程序回路是指在同一个动作循环中, 至少有一个气缸往复动作两次或两次以上, 其设计步骤与前述多缸单往复行程程序回路设计步骤基本一致。现以一双气缸多往复行程程序回路为例简要说明该回路的设计方法, 该回路的工作程序为:

省略去箭头及控制信号可简化为A 1 B 1 B 0 B 1 B 0 A 0。则X—D线图:与上述的X—D图的绘制方法相比, D线均相同, X线画法则为:由小写的字母信号控制的动作始端为起点, 而终点为找小写字母相对的大写字母, 且下标与小写字母的下标相反的动作始端为终点, 如:X线:a0 (A1) ---A0;a1 (B1) ---A0;b1 (B0) ---B0等。同时多了表示重复动作的虚线的画法, 如粗虚线表示多往复, 中虚线表示重复动作状态补齐线, 细虚线表示重复信号的补齐线。补齐重复动作状态线的要点为:把重复的动作状态当作普通 (非“多往复”) 情况画上 (如B1在第2组的第2程序、第4组的第4程序处都分别用粗实线画上m段与n段, 见图) ;然后补上对应于相同程序而在不同组的动作线 (如与B1在第2组第2程序m段相应的第4组第2程序的m′段;同理, 对应于n段补上n′段) 。且凡是信号线长于动作线的信号被称之为I型障碍;而有信号线而无动作线或信号线重复出现而引起的障碍则称之为II障碍信号。排除I型障碍的根本方法是缩短控制信号障碍段排障法, 而排除II型障碍的根本方法是对重复信号给以正确的分配。综上所述, 得双缸多往复的X-D图为:

(四) 多缸单往复行程程序回路X-D图设计

气动机械手就是典型的多缸单往复气动系统, 它由四个气缸组成, 可在三个坐标内工作, 图中A为夹紧缸, 其活塞退回时夹紧工件, 活塞杆伸出时松开工件。B缸为长臂伸缩缸, 可实现伸出和缩回动作。C缸为立柱升降缸。D缸为回转缸, 该气缸有两个活塞, 分别装在带齿条的活塞杆两头, 齿条的往复运动带动立柱上的齿轮旋转, 从而实现立柱及长臂的回转。其要求的动作顺序为:

写成工作程序图为:

则X-D线图画法与X线、D线均与双缸多往复系统一样为:

(五) 多缸多往复行程程序回路X-D图设计

气动系统 篇10

目前,某些工厂的产品具有易燃、易爆、酸性、腐蚀性、放射性等对人有害的特性,而此类产品的原材料也具有相应特殊的物理、化学性质,在加工生产过程中,原材料的输送如防护不当,极易发生事故,所造成的后果非常严重。在最近几年,随着机电一体化和气动技术发展迅速,机器人以及其他智能机器和自动化装置在工业应用领域有着广阔的前景[1,2]。本文主要介绍一套针对危险性原材料的自动输送系统。

1 系统结构

自动输送系统可分为机械装置、气动系统和电气控制三部分。机械装置主要有运送车和机械手。运送车是一套移动设备,能装载6个盛放危险性原材料的化学桶。气动系统的执行部件包括1个气动双向马达、1个气动吸附泵以及7个气缸,用来驱动运送车和机械手的动作。电气控制部分采用上、下位机的主从模式,上位机为个人电脑(IPC)、下位机选用PLC。IPC负责系统监视和人机交互,而PLC根据IPC的输入程序和传感器检测的信息实时控制气动系统中的10个电磁阀来控制马达、气缸等的循环动作。系统有连续和单步2种工作方式。用户可以通过IPC显示器来监视整个系统。系统构成如图1所示。

2 机械装置

机械装置包括运送车、机械手和一些辅助装置。运送车由运动轮、机架、承载桶的托台、托台旋转分度机构以及装载危险原材料的6个桶等部件组成。运送车能在原材料的装载和卸载地点之间进行前进-后退,车上托台由分度机构控制可每次旋转60°。分度机构由托台、定位销、定位气缸、分度气缸、分度棘齿装置等构成,它的任务就是在机械手每完成一次桶的卸载后,驱动托台旋转60°,将下一个桶转至机械手抓取的位置,以让机械手依次卸载各桶。机械手由爪、腕、臂、腰和底座构成,爪能抓拢和释放,腕能翻转和复位,臂能伸缩,腰能升降,以及底座能摆转、复位。由于被卸载的原材料可能是易燃易爆的,所以抓取和搬运桶的过程必须顺畅而且力度适中。爪是一个较复杂的结构,它是一个可抓取并带真空吸盘的装置,抓取材料桶时,爪能抓拢桶,并通过吸盘负压吸附住桶,而释放材料桶时,动作相反[3,4]。

3 气动系统

气动系统是由气源装置,气动二连件、电磁阀,气缸,吸盘和马达等组成的回路。气动控制原理图如图2所示。

4 控制系统设计

4.1 控制系统功能

控制系统的目的是通过控制气动系统中各电磁阀来控制气动马达、吸盘和气缸,使机械装置完成设定的操作循环。动作顺序是:首先,运送车将装有危险性原材料的桶从装载位置送到机械手的抓取位置。然后机械手臂伸出,机械手爪抓住桶并通过负压吸附住桶,然后机械手的腰升高120 mm而使桶被拿离车子的托台,机械手的底座旋转120°,将桶摆转移到要卸载材料位置的上方,然后机械手的腕翻转过180°将材料缓慢地倒出并停顿2秒钟。然后,手腕、底座、腰部依次翻转、摆转、下降复位到平台上方,然后气体也被注入到吸盘与桶之间,爪松开将空桶放回车上的托台上,机械手缩回。这时机械手已经完成了一个卸载动作。接着运送车的定位销落下,分度机构动作,下一桶被旋转到机械手抓取位置开始新一轮的搬运。每次材料输送循环包括机械手的6次卸载动作和运送车的5次分度旋转动作。过程如图3所示。整个循环可以设置为自动连续操作,也可以是人工单步操作。循环的动作顺序也可以根据需要修改。

4.2 控制系统硬件

控制系统的硬件部分设计为主-从模式,即IPC-PLC。PLC需24个输入点,23个输出点,三菱的FX2n-48MR型号的PLC可以满足要求。

自动输送系统设计的PLC的输入输出分配如图4所示。

4.3 控制系统软件

控制系统的软件部分主要有3部分,包括IPC中的主程序、IPC与PLC内部的通讯程序和PLC内部自动输送控制程序。IPC中的程序又包括监视程序,参数修改程序,错误诊断程序,数据管理程序以及与PLC的通讯程序等。通过交互界面,用户不仅可以给系统发出指令,并能够监视自动输送系统的各个状态。其中一个人机交互界面在IPC中如图5所示。

PLC程序包括三部分,包括人工单步程序、自动输送程序,以及与主机的通讯程序。自动输送系统的顺序功能图如图6所示。

5 结语

自动输送系统有两种工作方式:连续操作和单步操作。系统实现了危险原材料的自动输送,提高了安全性、工作效率,而降低了危险性。所介绍的自动输送系统能够完成预定的工作,并能被远程监控,由于其基于PLC开发,具有实用性和广泛应用性。

摘要:结合机电一体化和气动技术,介绍一套针对危险性工业原材料的自动输送系统。系统的机械部分由运送车和机械手组成,由气动和电气控制联合驱动。系统实现了危险材料的自动输送,增加了安全性和效益,并降低了人工劳动强度。

关键词:自动输送系统,气动,PLC

参考文献

[1]徐英,曲波.基于可编程控制器的机械手控制系统的设计[J].电工电气,2011(3):24-26.

[2]何洋,项基,彭勇刚.基于ARM9和嵌入式Linux的注塑机机械手上位机控制器[J].机电工程,2012(3):297-301.

[3]张新荣,霍莹,王金民.基于PLC的生产线运料车控制系统设计[J].制造业自动化,2011(04上):115-118.

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