比例技術在耙料驅動機構中的應用分析

（武漢科技大學機械自動化學院，湖北 武 漢 4 30081）

料耙小車的耙料驅動機構的主要任務是驅動耙齒做往復直線運動，將礦料耙入滾筒的皮帶中。某廠的取料機，根據后方冶煉廠的要料的生產需要，耙料機構的運動速度要求達到10 s內完成雙向往復運動，單向行程是1.7 m，速度達到340 m/s。原機構的運動是采用雙出桿油缸進行驅動。機構在行程中間是勻速運動，運動狀況良好，但是在機構換向時，由于速度的突變，使整個機構出現振動，系統沖擊大，結構脫焊的現象。要消除這些隱患，就必須解決機構運動換向時速度突變問題。

1 耙料驅動機構結構與其運動仿真分析

在取料機的大車上左右兩邊安裝有行走導軌，料耙小車通過導輪行走在導軌上。油缸的缸筒安裝固定在大車平臺上，油缸的左右活塞桿通過連桿與料耙小車連接在一起。當系統工作時，壓力油驅動油缸活塞運動，活塞桿通過連桿驅動料耙小車，驅使料耙小車實現左右的往復直線運動。

利用AMESim仿真軟件，建立仿真模型，進行仿真，如圖1所示。

圖1 驅動機構運動速度曲線

圖2 驅動機構運動加速度曲線

仿真曲線顯示，在換向的瞬間，機構動作加速度大，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時，會出現小車前沖，設備振動等現象，這些會引起整臺設備機構工作的不平穩性，造成設備故障率增高，機械零件間的過度磨損增加。因此，必須改善料耙小車的運動曲線，提高小車運動的平穩性，促進整臺設備機構工作平穩，降低機構零件的過度磨損。

2 比例控制的程序設計

考慮到設備存在的問題，為了有效控制料耙小車的工作運動曲線，我們選用Rexroth公司的4WRZE25比例換向閥作為液壓系統的控制元件，用于控制執行元件油缸的動作。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成比例關系。只要設計合適的閥的輸入信號，使通過閥的流量按照輸入信號成比例變化，就可以使油缸活塞的運動曲線按設計進行變化，以達到控制料耙小車的運動曲線的目的。圖3所示為料耙小車的運動曲線。

圖3 料耙小車運動曲線

在料耙小車運動的左右兩個終點處各設置了1組限位開關，用于檢測料耙小車的運動位置。在每一組限位開關中，一個限位開關用于獲取變速位置，通過信號反饋到PLC，PLC控制油缸驅動料耙小車實現減速或加速，另外一個限位開關用于獲取終點位置，通過信號反饋到PLC，PLC控制油缸驅動料耙小車實現換向。

采用編程語言LL984進行程序設計。在加速階段，斜率為k，時間間隔為△t，信號初始值為i0。當接觸到端部第一個限位開關感應開始計時，時間為t，則比例閥給定信號為i=i0+k×t/△t。在勻速階段，比例閥給定信號為最大值，閥口全開，料耙小車在油缸驅動下，全速運動。在減速階段，斜率為k，時間間隔為△t，信號最大值為imax，當接觸到端部第一個限位開關感應開始計時，時間為t，則比例閥給定信號為i=imax-k×t/△t。圖4所示為油缸驅動料耙小車運動減速的程序控制設計。

圖4 減速運動控制程序

改變小車的運動曲線，料耙小車在換向的時候，有1 s的時間用于小車的減速、或加速。通過控制料耙小車實現減速、加速的過程，使得整個料耙小車的運動平穩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，增加料耙勻速運動時間，降低料耙小車的往復運動周期，提高料耙作業率。

3 結束語

我們將該設計實際應用于某廠的料耙小車驅動系統后，整臺取料機設備的運動平穩性得到了明顯的提高。原先存在于設備中的由于料耙小車換向所帶來的設備振動完全消除，由于設備振動而帶來的機構零件的不穩定性也得到了有效的遏止。這表明系統設計合理，能完全滿足原設備對傳動機構的工況要求。

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