超高壓水射流機器人切割系統(tǒng)電氣控制設(shè)計

趙艷麗 莊嚴(yán) 石曉磊

摘 要：隨著經(jīng)濟不斷的發(fā)展，信息技術(shù)不斷發(fā)展，超高壓水射流技術(shù)與機器人技術(shù)也日漸成熟。超高壓水射流技術(shù)與機器人技術(shù)進(jìn)行融合，更加的安全、更加的環(huán)保。由于這兩種技術(shù)的融合，在越來越多的領(lǐng)域中應(yīng)用，如航天領(lǐng)域、建筑領(lǐng)域、航彈切割等。本文主要對水射流切割機器人的系統(tǒng)構(gòu)成原理進(jìn)行分析，并探究超高壓水射流機器人切割系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：超高壓水射流 機器人切割系統(tǒng) 系統(tǒng)設(shè)計

超高壓水射流切割技術(shù)一直是我國近10年來水射流行業(yè)的研究熱點問題，水射流有著高能、冷態(tài)、點割等特點，對切割的材料有著良好的包容性，在切割的過程中對環(huán)境的影響較小。超高壓水射流切割機器人將普通的水通過超高壓加壓器將水流壓制到410Mp后使用直徑為0.3mm的水噴嘴產(chǎn)生的水射流在計算機的控制下進(jìn)行材料的切割工作。廣泛的應(yīng)用在各個領(lǐng)域中，所以要對超高壓水射流機器人切割系統(tǒng)的原理進(jìn)行分析，并對其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。

一、水射流切割機器人系統(tǒng)構(gòu)成原理

水射流切割機器人的工作系統(tǒng)主要的組成部分包括：高壓水發(fā)生系統(tǒng)、高壓水通路、輔助設(shè)備、機器人、切割頭等組成的，主要的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

如上圖所示，該系統(tǒng)的控制核心是機器人控制柜，控制柜能夠?qū)C器人在切割過程中的行動軌跡進(jìn)行控制，確定切割的位置，保障切割的準(zhǔn)確性。使用I/O口對平臺的外部動作進(jìn)行控制。例如，對關(guān)閉切割頭與打開切割頭進(jìn)行控制、抽風(fēng)除塵系統(tǒng)裝置的控制等。其中變量柱塞泵恒壓控制系統(tǒng)是由機器人模擬量的輸出口進(jìn)行控制工作，可以達(dá)到調(diào)節(jié)高壓水切割水流的目的，從而可以對任意厚度的切割材料進(jìn)行切割工作。RS232串口將機器人控制柜與增壓泵系統(tǒng)之間進(jìn)行連接工作，實現(xiàn)兩者之間的通訊，一旦二者之間其中一個出現(xiàn)了故障問題后，為了保障工作站的安全，另外一個系統(tǒng)也將關(guān)閉。

二、超高壓水射流切割機器人的關(guān)鍵技術(shù)

超高壓水射流切割技術(shù)參數(shù)，水射流的參數(shù)確定是以水射流的壓力、噴嘴的直徑以及噴嘴的材料特性等進(jìn)行確定的。其中水壓、水流速的直徑、噴嘴的直徑擴散率等參數(shù)的變化都會影響切割的質(zhì)量。所以超高壓水射流切割技術(shù)參數(shù)的確定是超高壓水射流機器人切割系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。超高壓水射流技術(shù)的切割效果與純水射流切割相比，切割效果更好。在增壓泵或者是水流增壓器的功率參數(shù)確定后，明確水射流需要的壓力與流量后，可以根據(jù)相關(guān)公式計算出單噴嘴噴頭的水射流的流量。或者在設(shè)備進(jìn)行作業(yè)時，需要知道水射流的工程參數(shù)，可以通過噴嘴的形狀、增壓泵的功率進(jìn)行計算工作。根據(jù)相關(guān)計算德馳，隨著高壓噴嘴的直徑增加，水射流的切割速度會隨之下降、切割材料的深度也會隨之減小，并且材料出現(xiàn)破碎。進(jìn)行靶距與水射流切割速度關(guān)系的研究，從而進(jìn)行控制系統(tǒng)參數(shù)的確定工作。在切割速度保持不變的前提下，如果高壓噴嘴的直徑較大，則靶距的切割范圍較大。但是隨著水射流壓力的逐漸增加，最大切割速度下的靶距范圍會逐漸的縮小，材料切縫的寬度會隨著靶距的增加而逐漸的增加。

超高壓水射流主泵機組的設(shè)計，在超高壓水射流主泵機組系統(tǒng)中超高壓往復(fù)柱塞泵是重要的組成部分。但是在運行的過程中發(fā)現(xiàn)柱塞泵存在著泵頭壽命較短、柱塞加工難以及泄露等嚴(yán)重問題。所以在超高壓水射流動力源的選擇時，往復(fù)柱塞泵的功率的設(shè)計功率要在250KW左右，壓力值的設(shè)定在280Mp。

總結(jié)：綜上所述，在進(jìn)行超高壓水射流機器人電氣系統(tǒng)設(shè)計的過程中，控制系統(tǒng)的參數(shù)十分的重要。將超高壓水射流技術(shù)與機器人技術(shù)進(jìn)行有效的融合，在未來社會發(fā)展的過程中將會有著更大的發(fā)展空間，超高壓水射流機器人切割系統(tǒng)的智能化、模塊化的標(biāo)準(zhǔn)不斷的提高，更應(yīng)該注重每一個環(huán)節(jié)的設(shè)計控制工作，提高設(shè)備的使用壽命，保障設(shè)備在運行的過程中能夠更加精準(zhǔn)的進(jìn)行切割，保障工程

質(zhì)量。

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