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        全自動清污機(jī)孔口定位設(shè)計

        2014-10-20 02:07:56劉曉蓉
        綜合智慧能源 2014年1期
        關(guān)鍵詞:大車孔口停機(jī)

        劉曉蓉

        (華電鄭州機(jī)械設(shè)計研究院有限公司,鄭州 450015)

        0 引言

        耙斗式清污機(jī)主要由起升機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、耙斗開閉機(jī)構(gòu)和翻板開閉機(jī)構(gòu)組成。起升機(jī)構(gòu)、耙斗開閉機(jī)構(gòu)和翻板開閉機(jī)構(gòu)在全自動過程中均為固定式觸發(fā)運(yùn)行模式,即一個機(jī)構(gòu)運(yùn)行到限位位置后,觸發(fā)另一個機(jī)構(gòu)運(yùn)行。大車行走過程比較復(fù)雜,要在整個行程范圍內(nèi)對各個孔口實施自動定位停車,待所有抓污工作結(jié)束后,大車自動返回起始位置,從而完成整個自動運(yùn)行過程。因此,各孔口準(zhǔn)確定位是自動過程實現(xiàn)的關(guān)鍵,如果定位誤差超出允許范圍,耙斗下降時就會卡阻在壩面軌道入口處,導(dǎo)致欠載,進(jìn)而使耙斗停止下行,自動跳轉(zhuǎn)到下一順序機(jī)構(gòu)運(yùn)行,輕則造成該孔口無法清污,重則引發(fā)意外事故。所以,孔口精確定位是全自動清污過程的重要環(huán)節(jié)。

        1 全自動清污機(jī)行走驅(qū)動配套設(shè)備

        采用PQ2X30耙斗式清污機(jī)作為孔口定位的試驗設(shè)備,壩面孔口軌道與耙斗單邊間隙為8 mm,由此要求停車誤差小于8 mm。選擇不同的行走驅(qū)動配置,觀察、測量大車停機(jī)過程,以此選擇行走驅(qū)動配套設(shè)備的最佳配置方案。

        首先選擇2臺異步繞線式電動機(jī)作為清污機(jī)的行走驅(qū)動配套設(shè)備,電動機(jī)型號YZRE132M2-6,功率為4 kW,轉(zhuǎn)速為905 r/min,電動機(jī)轉(zhuǎn)子串接頻敏電阻器,型號BP1-006/10006;設(shè)置2個接近開關(guān),一個接通觸發(fā)電動機(jī)斷電,另一個接通觸發(fā)制動器抱閘,開關(guān)型號E2E-X20MD1-M1。

        為掌握行走電動機(jī)斷電后自由滑行至零速和制動滑行至零速的狀況,筆者進(jìn)行了如下試驗。

        (1)第1個試驗。先設(shè)置1個接近開關(guān)感應(yīng)塊,接近開關(guān)被其感應(yīng)時,引發(fā)電動機(jī)斷電。在制動器打開的情況下,清污機(jī)以最大行走速度行駛,突然斷電,測量自由停車的滑行距離,測試結(jié)果見表1。在環(huán)境溫度為16℃時,第1次測試自由滑行距離為550 mm,以后n次測試自由滑行距離為590 mm。在環(huán)境溫度為23℃時,第1次測試自由滑行距離為620 mm,以后n次試驗自由滑行距離為750 mm。

        (2)第2個試驗。設(shè)置2個感應(yīng)塊,第1個感應(yīng)塊的設(shè)置情況如前所述。第2個感應(yīng)塊使另一接近開關(guān)感應(yīng),發(fā)出制動抱閘信號,測試制動抱閘后清污機(jī)制動滑行距離。在環(huán)境溫度為16℃時,第2個感應(yīng)塊放置在第1個感應(yīng)塊前550mm的位置,在環(huán)境溫度為23℃時,放置在第1個感應(yīng)塊前620 mm的位置,測試結(jié)果見表1。由此可以看出,在不同溫度的情況下,第1次測試和第n次測試制動抱閘后滑行距離差異較大。

        表1 溫度與滑行距離測試

        環(huán)境溫度為16℃時,在自由滑行最短距離550 mm的位置設(shè)定第2個感應(yīng)塊制動抱閘,測得環(huán)境溫度為23℃條件下大車制動抱閘后的滑行距離為50~80 mm。由以上試驗可以得出如下結(jié)論:這種行走驅(qū)動配置停車準(zhǔn)確率極差,無法達(dá)到自動準(zhǔn)確定位停車之目的。

        若使清污機(jī)行走不受溫度和行走次數(shù)的影響,就必須改變清污機(jī)行走的驅(qū)動配置方式,保證每次停機(jī)前行進(jìn)速度一致,用以確保停機(jī)后滑行距離相對一致。為避免客觀因素影響,應(yīng)盡量減小斜坡時間和制動滑行距離,當(dāng)然還要考慮慣性沖擊對清污機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性的影響。那么,大車驅(qū)動方案必須選用調(diào)頻且多段速控制。

        筆者在電氣控制設(shè)計時,設(shè)置了2個接近開關(guān),一個作為減速控制信號(后稱減速感應(yīng)塊),減速運(yùn)行后的頻率設(shè)為5Hz;另一個作為電動機(jī)斷電控制信號(停機(jī)感應(yīng)塊)。變頻器加/減速的斜坡曲線有2種:線性適用于需要平穩(wěn)傳動或緩慢加/減速的場合;S-曲線型適用于傳送易碎物品的傳送機(jī)或其他需要平穩(wěn)改善速度的場合。為縮短減速時間和減小變速慣性,選擇線性加/減速斜坡,減速時間設(shè)定為3s。

        2 定位方案設(shè)計

        2.1 接近開關(guān)感應(yīng)范圍

        定位方案選用2個歐姆龍E2E-X20MD1-M1接近開關(guān),該開關(guān)可感應(yīng)金屬材料,感應(yīng)距離為20 mm。它除了可以完成行程控制和限位保護(hù)外,還是一種非接觸型的檢測裝置,可用來檢測零件尺寸和測試設(shè)備的運(yùn)行速度,也可用于變頻計數(shù)器、變頻脈沖發(fā)生器、液面控制和加工程序的自動銜接等。其特點(diǎn)是工作可靠、壽命長、功耗低、復(fù)定位精度高、操縱頻率高及適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境等。接近開關(guān)的感應(yīng)范圍如圖1所示。

        圖1 歐姆龍E2E-X20MD1-M1接近開關(guān)檢測距離特性

        感應(yīng)距離為20 mm,其額定檢測距離約為80%(16 mm),是接近開關(guān)穩(wěn)定區(qū),接近開關(guān)顯示為綠燈;其余80%~100%的檢測范圍(16~20 mm)為不穩(wěn)定區(qū)域,接近開關(guān)顯示為紅燈。所以,接近開關(guān)和感應(yīng)塊之間的垂直距離必須介于0~16 mm之間。另外,對于檢測感應(yīng)塊的形狀,需要根據(jù)相關(guān)要求設(shè)計外形尺寸,尺寸過大和過小都不合適,其要求如圖2所示。對鐵質(zhì)感應(yīng)塊而言,其邊長在45 mm以上時,才具備穩(wěn)定的檢測質(zhì)量??傊?,接近開關(guān)和感應(yīng)塊的距離越近,外界環(huán)境影響越小,定位準(zhǔn)確率越高。在實際安裝過程中,接近開關(guān)和感應(yīng)塊要留有一定間隙,以防大車行進(jìn)過程中與感應(yīng)塊發(fā)生剮蹭。感應(yīng)塊最好制作成活動塊,以便調(diào)整修正位置。

        圖2 歐姆龍E2E-X20MD1-M1接近開關(guān)檢測物體敏感性曲線

        2.2 接近開關(guān)感應(yīng)塊安裝位置設(shè)計與計算

        為使清污機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、準(zhǔn)確停車和提高工作效率,應(yīng)盡量縮短低速運(yùn)行時間,需要對2個感應(yīng)塊的安裝位置進(jìn)行理論計算。

        設(shè)定減速時間t=3 s,行走電動機(jī)額定頻率fe=50 Hz,額定轉(zhuǎn)速 ne=905 r/min,車輪直徑D=500 mm,減速機(jī)傳動比i=114;大車減速后最小頻率fmin=5Hz,最小轉(zhuǎn)速nmin=90.5r/min。清污機(jī)從最大速度到停止的減速過程如圖3所示。

        圖3 行駛速度與減速停機(jī)時間控制關(guān)系

        設(shè)定大車正常行駛頻率fmax=40 Hz,速度為vmax;減速后頻率fmin=5 Hz,最小速度為vmin。

        式中:i為傳動比;ne為額定轉(zhuǎn)速。

        大車行駛頻率從fmax=40 Hz減速到fmin=5 Hz,所用時間

        t2-t1為從減速感應(yīng)塊到制動感應(yīng)塊的時間(即勻速行駛時間設(shè)定為6s),那么大車運(yùn)行從t=0減速到t=t2時間段行駛的路程為

        大車電動機(jī)頻率從5 Hz降為0 Hz,即t3-t2時間段所用時間值為

        大車停機(jī)后,運(yùn)行頻率從5Hz降為0Hz,即t3-t2時間段滑行路程為

        從s2得到了停機(jī)感應(yīng)塊的安裝位置。又因接近開關(guān)直徑為30 mm,將其安裝在耙斗下滑滑道中心位置(安裝在其他位置響應(yīng)加減s'),那么,停機(jī)塊感應(yīng)塊應(yīng)安裝在尚未到孔口中心相距(30/2+s2+s'-實際感應(yīng)范圍調(diào)整量)的位置上。當(dāng)清污機(jī)行走到該位置時,接近開關(guān)被感應(yīng),該脈沖信號傳送到可編程序控制器(PLC)程序中,該信號脈沖使電動機(jī)斷電,清污機(jī)運(yùn)行頻率在0.3 s內(nèi)從5 Hz降為0 Hz滑行3 mm停止,制動器此時抱閘。從s1的計算可以確定減速感應(yīng)塊和停車感應(yīng)塊之間的安裝距離為300 mm。這樣就減小了低速運(yùn)行時間,提高了工作效率。在不同的孔口和溫度環(huán)境下多次驗證,完全達(dá)到準(zhǔn)確停車要求,誤差小于2 mm。

        圖4 車輪與軌道間隙

        3 制造、安裝精度對自動定位的影響

        3.1 行走車輪與行走軌道間隙

        清污機(jī)車輪輪緣與軌道之間留有一定間隙(如圖4所示),它的存在消除了軌道安裝鋪設(shè)后遺留的直線度和平行度誤差,消除了設(shè)備本體機(jī)架和車輪存在的制造誤差,避免了清污機(jī)在行走時車輪和軌道發(fā)生干涉,這也是門式起重機(jī)等設(shè)備的常用方式。當(dāng)清污機(jī)需要自動定位且對定位精度要求較高時,這個間隙也給清污機(jī)自動定位埋下隱患,如圖5所示。以停機(jī)接近開關(guān)為基準(zhǔn)位,每次該開關(guān)感應(yīng)時清污機(jī)都會停止在準(zhǔn)確位置,一旦有意外外力影響(如雜物或軌道不平等),清污機(jī)機(jī)架會在間隙允許的范圍內(nèi)發(fā)生扭轉(zhuǎn)。因停機(jī)感應(yīng)塊位置是固定的,所以,B點(diǎn)位置相對確定,以B點(diǎn)為中心發(fā)生相對轉(zhuǎn)動,設(shè)機(jī)架轉(zhuǎn)動時C點(diǎn)發(fā)生垂直于大車軌道的相對位移10 mm,則對于A點(diǎn)的耙斗軌道則會發(fā)生約30 mm的順軌道方向的位移,從而導(dǎo)致清污機(jī)本體耙斗滑道和壩上的耙斗軌道不能對應(yīng),造成自動定位失效。所以,全自動清污機(jī)應(yīng)進(jìn)一步提高設(shè)計、水平和制作精度,盡量減小消缺空間。

        圖5 清污機(jī)機(jī)體轉(zhuǎn)動示意圖

        3.2 耙斗安裝水平度的影響

        耙斗起升鋼絲繩的調(diào)整。雙吊點(diǎn)起升鋼絲繩懸吊的耙斗兩側(cè)是否與滑道水平,直接影響清污機(jī)孔口定位的誤差范圍。從清污機(jī)到壩底長度達(dá)幾十米,如果2個吊點(diǎn)的鋼絲繩長短相差5 mm或者2個定滑輪安裝錯位都會造成耙斗平衡梁傾斜,導(dǎo)致耙斗前耙齒向一側(cè)偏移,造成耙斗與壩面軌道一側(cè)間隙減小,對位誤差范圍縮小,對位難度加大,極易卡在壩面軌道入口處,造成欠載停止下行。安裝時需調(diào)整2條鋼絲繩長度,保證耙斗與軌道兩側(cè)間隙相同。對起升部分雙電動機(jī)驅(qū)動的機(jī)型來說,除調(diào)整鋼絲繩長度外,最好將電動機(jī)設(shè)置為電氣或機(jī)械同步,防止耙斗水平梁傾斜。

        4 結(jié)束語

        全自動清污機(jī)孔口定位是現(xiàn)場調(diào)試中比較棘手的問題。需要根據(jù)現(xiàn)場情況具體分析研究,反復(fù)推敲、摸索。全自動清污機(jī)的準(zhǔn)確自動定位,不但對清污機(jī)的機(jī)械、電氣設(shè)計提出了很高要求,同時也對清污機(jī)的生產(chǎn)制造、安裝及軌道鋪設(shè)等方面都提出了更加嚴(yán)格的要求。具體體現(xiàn)在四大機(jī)構(gòu)運(yùn)行的各個方面,尤其大車行走和四大機(jī)構(gòu)運(yùn)行動作的銜接,這需要機(jī)械、電氣專業(yè)的完美融合,只有這樣,才能達(dá)到全自動清污機(jī)行動準(zhǔn)確、銜接通暢、工作安全的目的。

        [1]劉曉蓉.全自動清污機(jī)程序設(shè)計[J].華電技術(shù),2013,35(8):9-10.

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