□趙文瑞

農(nóng)用機(jī)械澆注機(jī)回轉(zhuǎn)速度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

□趙文瑞

采用單片機(jī)技術(shù)，通過電液比例閥的控制對(duì)液壓伺服系統(tǒng)進(jìn)行改造，同時(shí)根據(jù)電壓值不同來控制農(nóng)用機(jī)械澆注機(jī)的傾轉(zhuǎn)速度，實(shí)現(xiàn)澆鑄過程的連續(xù)多工位變速、定時(shí)控制，同時(shí)達(dá)到復(fù)雜鋁合金鑄件高質(zhì)量、高效率生產(chǎn)的目的。

農(nóng)用機(jī)械澆注機(jī)；單片機(jī)；D/A轉(zhuǎn)換；電液比例閥

1　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1輸入電路

用光電耦合電路作為外界與單片機(jī)間的絕緣，平時(shí)單片機(jī)的輸入引腳經(jīng)電阻器R接至5V;當(dāng)所連接的按鈕開關(guān)SW閉合（導(dǎo)電）時(shí)，光電耦合器內(nèi)部的LED發(fā)光而使光敏晶體管TR導(dǎo)電，因此使單片機(jī)的輸入引腳為邏輯“0”。這種接法的優(yōu)點(diǎn)是萬一外界電路錯(cuò)，也不會(huì)燒壞單片機(jī)。

1.2D/A芯片的選取及電路

DAC0832是采用CMOS工藝制成的單片直流輸出型8位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。它由倒T型R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、運(yùn)算放大器和參考電壓VREF四大部分組成。運(yùn)算放大器輸出的模擬量V0為：輸出的模擬量與輸入的數(shù)字量成正比，這就實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。

1.3輸出電路

光電耦合可以傳輸線性信號(hào)，也可以傳輸開關(guān)信號(hào)，在輸出級(jí)應(yīng)用時(shí)主要用來傳遞開關(guān)信號(hào)。單片機(jī)輸出控制信號(hào)送入光耦，其中R1為光耦輸出晶體管的負(fù)載電阻，它必須保證：在光耦導(dǎo)通時(shí)，其輸出晶體管可靠飽和；而在光耦截止時(shí)，Q1可靠飽和。在本設(shè)計(jì)中一共有九個(gè)輸出單元模塊，它們分別于單片機(jī)的PC0~PC7和PB7連接，用來控制液壓伺服系統(tǒng)的電液比例閥的動(dòng)作。

2　液壓系統(tǒng)改造

通過對(duì)該農(nóng)用機(jī)械澆注機(jī)的工藝以及鑄件鑄型結(jié)構(gòu)的分析，可將傾轉(zhuǎn)澆注過程分為六段（總行程為0毅耀90毅），同時(shí)各行程段角度范圍和運(yùn)動(dòng)時(shí)間可調(diào)，每段過程勻速回轉(zhuǎn)，且各段運(yùn)動(dòng)銜接時(shí)不出現(xiàn)沖擊現(xiàn)象。用電液比例控制閥來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電磁換向閥和調(diào)速閥，它既能控制液流流向，又能控制流量大小。再配合單片機(jī)控制技術(shù)，不僅提高了農(nóng)用機(jī)械澆注機(jī)工作過程的平穩(wěn)性，而且提高了澆鑄速度的控制精度，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)用機(jī)械澆注機(jī)的無級(jí)調(diào)速，滿足了對(duì)復(fù)雜鋁合金鑄件高質(zhì)量、高效率生產(chǎn)的要求。實(shí)驗(yàn)證明，電液比例方向閥在農(nóng)用機(jī)械澆注機(jī)液壓系統(tǒng)傾轉(zhuǎn)缸速度控制中能達(dá)到良好的效果，完全符合預(yù)期要求，提高了鑄件質(zhì)量。

3　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

當(dāng)農(nóng)用機(jī)械澆注機(jī)開始澆鑄前，農(nóng)用機(jī)械澆注機(jī)處于直立狀態(tài)，根據(jù)上圖可以計(jì)算出初始狀態(tài)的各個(gè)位移量；當(dāng)農(nóng)用機(jī)械澆注機(jī)每?jī)A轉(zhuǎn)15毅時(shí)，分別在圖中畫出對(duì)應(yīng)的線段，利用三角形的幾何關(guān)系可以分別計(jì)算出不同分段內(nèi)的液壓缸的位移量。

如初始位置和最終位置的計(jì)算可以列出下列等式：

通過測(cè)量可得到：BF=6.82BE=7.05

從上面的表格可以看出，當(dāng)傾轉(zhuǎn)角度在0毅耀90毅內(nèi)時(shí)液壓缸內(nèi)的位移的變化呈現(xiàn)出一定的規(guī)律，同時(shí)在不同的角度段內(nèi)其電壓值成比例變化，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)傾轉(zhuǎn)速度的勻速控制。另外為了提高鑄件的質(zhì)量對(duì)不同段內(nèi)的速度進(jìn)行控制，可以通過按鍵輸入來實(shí)現(xiàn)?？偟膩碇v，此農(nóng)用機(jī)械澆注機(jī)利用單片機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)脈沖數(shù)對(duì)傾轉(zhuǎn)缸的角度進(jìn)行判斷并反饋到單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算，輸出信號(hào)送至電液比例閥，從而控制液壓系統(tǒng)中傾轉(zhuǎn)缸的回轉(zhuǎn)角度，達(dá)到最終對(duì)澆鑄過程的連續(xù)多工位勻速控制。

4　程序調(diào)試及設(shè)計(jì)結(jié)果

在程序中默認(rèn)計(jì)脈沖數(shù)，一個(gè)脈沖算1毅，每15毅為一段，0毅耀90毅分為六段，在每一段中可以通過按鍵設(shè)定一定的電壓值也可以選取默認(rèn)的電壓值。當(dāng)計(jì)數(shù)到十五個(gè)脈沖出現(xiàn)一個(gè)階梯波，這時(shí)進(jìn)行判斷是不是達(dá)到單片機(jī)設(shè)置的電壓值，如果沒有達(dá)到則階梯波不跳轉(zhuǎn)，如果達(dá)到設(shè)定電壓值則跳轉(zhuǎn)進(jìn)入下個(gè)計(jì)數(shù)脈沖中[7]；然后判斷脈沖數(shù)所表示的角度值是否大于90毅，當(dāng)大于90毅時(shí)則中斷返回重新開始計(jì)脈沖，如果不大于90毅按一下回車之后將數(shù)據(jù)送入單片機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器內(nèi)。根據(jù)以上設(shè)計(jì)思路，在Proteus上畫出電路圖并仿真模擬出階梯波形。

（作者單位：河南省鶴壁汽車工程職業(yè)學(xué)院）

[1]任立民.基于單片機(jī)控制的復(fù)雜鋁合金澆鑄系統(tǒng)[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化.2007（5）:10

1004-7026（2015）03-0093-02中國(guó)圖書分類號(hào)：TF351.6

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