输送机构（共4篇）
输送机构 篇1
部分断面掘进机是一种能够实现截割、装载、转载运输、调动行走和喷雾灭尘的联合机组, 它既可掘进煤巷, 又可用于半煤岩巷道掘进。悬臂掘进机主要由截割部、铲板部、第一运输机及本体部、行走部、液压系统、后支承、水系统及电气系统等部分构成。
作为掘进机输送机构的第一运输机位于机体中部, 是刮板链式结构, 同时为了便于安装采用二体结构, 即第一运输机的溜槽分前溜槽、后溜槽, 前后溜板用高强度螺栓连接。第一运输机一般主要由前溜槽、后溜槽、驱动装置、涨紧装置、刮板链组件等组成。运输机前端通过销轴与铲板和本体相连, 后端通过的高强度螺栓固定在本体上。
涨紧装置多数采用丝杠加弹簧缓冲的结构, 对刮板链的松紧程度进行调整。
驱动装置主要由驱动架、输入轴、链轮、脱链器、液压马达等组成。由一个或两个液压马达直接驱动链轮, 带动刮板链组运动, 实现物料运输。
掘进机总体方案设计时, 在进行各部分细化设计前, 为了保证掘进机的整机质量, 设计工过程中要进行设计验证, 本文将以传统设计理念对掘进机第一运输机的结构设计进行设计计算。
现以EBZ55掘进机为例, 简述掘进机输送机构即第一运输机的设计计算过程。
1 设计简述
1.1 第一运输机生产能力计算
生产能力计算公式为:
式中:
F———第一运输机截面积, 已知输送机槽宽B=700mm=0.7m;输送机有效高度, h=65mm=0.065m, 货载堆积角ρ, 即高于槽帮煤岩的安息角, 一般ρ=20°。可求
v———第一运输机驱动链轮链速, 已知:第一运输机用排量q1=40ml/r的泵, 一台排量q2=594ml/r的马达驱动, 泵的驱动电机转速n0=1470r/min, 油泵容积效率及马达效率η=0.91, 可求:
已知:驱动链轮节圆直径d=225mm=0.25m, 可求:
ψ———第一运输机装满系数, 依使用条件, 如输送机倾角、煤岩硬度、块度、温度及溜槽结构定, 按第一运输机向上输送, 其角度取15°时, 取ψ=0.5。
将F=0.09m2;v=1m/s;ψ=0.5带入上式2-1, 得
第一运输机生产能力:
1.2 第一运输机运行阻力计算
运行阻力计算公式为:
式中:q——第一运输机的溜槽中, 单位长度内煤的重量, 煤的比重取0.85, 可求:q=F×0.85×1000=76.5kg/m;
q0———刮板链、刮板在槽中每米重量, 上、下槽中共计q0=2×10.43=20.86kg/m;
L———第一运输机的运输长度, 可取L=5m;
W———煤在第一运输机的槽中移动的阻力系数, 可取W=0.5m;
β———第一运输机倾斜角度的平均值, 取β=8.5°;
f1———第一运输机的刮板链在槽中移动的阻力系数, 双链, 有导向, 可取f1=0.25。
将q=76.5kg/m;q0=20.86kg/m;L=5m;W=0.5m;β=8.5°;f1=0.25带入上式2-2, 得
第一运输机运行阻力:
1.3 马达提供给第一运输机刮板链的牵引力验算
牵引力计算公式为:
式中:d———驱动链轮节圆直径, 已知d=225mm=0.225m;
M———马达输出扭矩, 进油口压力p1=140kg/cm2, 出油口压p2=40kg/cm2力, 可求进出油口压力差△p=p1-p2=140-40=100kg/cm2;已知马达排量q2=594ml/r=0.594L/r, 油泵容积效率ηv=0.91及马达效率ηM=0.91可求:
将d=0.225m;M=86kf·f带入上式2-3, 得
马达提供给第一运输机刮板链的牵引力:
2 结语
本文所述掘进机的第一运输机的设计仍然是以传统设计为基础, 在设计过程中在动力学、运动学、受力计算等方面应广泛应用现代设计方法, 如概念设计、三维设计运动学、动力学仿真技术、有限元设计、优化设计等。同时, 应广泛学习国际上这方面的新设计方法为我所用, 提高我们的设计水平, 积累我们的设计经验, 搞出安全、可靠、性能优良的高端产品。
摘要：部分断面掘进机多采用刮板链式输送机构。输送机构一般是由机尾向机头方向倾斜向上布置的。为了保障设计质量, 设计工作要包含计算过程。本文将以EBZ55为例简述掘进机第一运输机设计。
关键词：掘进机,输送机构,第一运输机,溜槽,涨紧装置,驱动装置
参考文献
[1] (苏) r.h.巴塞尔等著.掘进机.煤炭工业出版社, 1980.
[2]唐经世主编.隧道与地下工程机械--掘进机.中国铁道出版社, 1998.
[3]吴宗泽主编.机械设计师手册 (上、下) .机械工业出版社, 2002.
[4]陈秀宁主编.机械设计基础.浙江大学出版社, 2007.
输送机构 篇2
滑橇输送机构作为一种成熟的输送形式,已经广泛地应用在各大汽车厂家。由于滑橇输送机构定位精度高、自动化程度高、生产节拍快,所以已经逐渐成为主流输送形式。然而,纵观大多数汽车厂家,普遍采用的是液压或者伺服电机驱动升降机构+电机驱动滚床的滑橇输送机构,鲜见将压缩空气作为升降动力源+人工托动滑橇的输送机构。目前,上汽通用五菱汽车股份有限公司为海外项目开发的车身焊装线成功地采用了气动控制的滑撬机构,效果良好,生产线已经量产。下面就对此新型输送机构做简单阐述。
1 气动控制滑橇机构的工作原理
工作原理如下:2#工位处于降下状态时,工人进行焊接,焊接完成后,举升气缸1、2伸出,白车身随着剪刀差机构举升,检测到位后,举升机构停止,此时(必须保证3#台也已经举升到位)员工踩下锁紧脚踏阀,锁紧气缸缩回,滑橇锁紧机构打开,3#员工手工拉滑橇把车身输送到3#工位,滑橇通过惯性及冲量自动进3#锁紧机构。与此同时,2#员工手工把1#的滑橇连同白车身也一起拉到了2#工位,2#滑橇到位检测开关检测到滑橇后,此时2#员工手动按下下降按钮,举升气缸缩回,滑橇及白车身降下,下降检测开关检测到滑橇下将到位后,气缸即停止动作,用钩子把雪橇拉回1#工位,进入下一循环。新型输送机构工作原理如图1所示。
2 需要解决的问题
结合以上滑橇机构的工作原理,虽然采用气缸举升+人工托运的模式,但是只要连接成一条循环往复的生产线,不管是自动线还是手动线,就必须解决工位间、工位内的自锁互锁问题。
2.1 工位间互锁
例如,2#工位举升到位后,2#工位的滑橇锁紧机构只有在3#工位举升到位后才可以解锁,原因是只有各工位都举升到位,2#滑橇才能在同一高度输送白车身到3#工位,否则存在安全风险。
2.2 工位内互锁
例如,2#及后面所有的工位的升降操作,只有在滑橇到位且所有夹具均打开情况下才能进行;而1#工位则不然,举升操作必须保证滑橇到位,但只要保证所有夹具均打开就能进行下降操作,原因是1#工位滑橇输送到2#工位后,虽然此时没有滑橇,但是仍然满足下降要求,只有下降到位,才能将零件通过吊具放到位。
3气动控制滑橇输送机构的开发难点
3.1 举升同步问题
众所周知,空气可以压缩,流量较难控制,而把空气作为动力源,就存在空气压缩、流量较难控制带来的种种问题。图1所示为气动控制滑橇输送机构的结构模型:在举升气缸1、2的共同作用下,将2个剪刀差机构举升起来,同时2个剪刀差通过同步拉动杆连接在一起,由此实现同步。此结构中,同步拉动杆的作用很重要,因为2个举升气缸很难做到同步(2个气缸的进气流量很难调整到完全一致),而拉动杆正好弥补了此缺陷。
3.2 升降停止位置准确性问题
为解决此问题,采用了“三位五通”中压控制阀+带先导式单向阀的控制形式,原理图如图2所示,可以实现到位停止及中间任意位置的暂时停止。
3.3 滑橇升降检测问题
升降检测采用行程开关检测,安全可靠且方便维护(如图3所示)。
3.4 滑橇到位检测问题
滑橇自动输送生产线多数情况下采用接近开关+光电开关的形式检测滑橇机构,我们采用气动控制滑橇输送机构,因此无法采用电控形式;采用气动行程开关的检测形式,可以实现双向检测,经验证效果良好,完全满足适用的要求(如图4、图5所示)。
3.5 滑橇的锁紧解锁问题
(1)滑橇锁紧问题。滑橇常态保持锁紧状态,采用“二位五通”单气控阀控制,在无外界信号输入情况下保持锁紧状态,锁紧机构分为2个部分,由前后2个气缸分别控制,滑橇输送分为2个状态:负载前进;空载回退。滑橇要靠外部惯性力冲进锁紧机构,由于负载不同惯性力也不同,所以锁紧气缸的锁紧力也需要设定不同值。滑橇负载前进时,加上负载外部惯性力大,如图6所示锁紧1的锁紧气缸的锁紧力要设定得高一些;相反,滑橇空载回退时,需要把缩紧2个气缸的力设低一些,因为此时滑橇回退的惯性力小,如果设定值高,则滑橇不一定能推进夹紧机构。
(2)滑橇解锁问题。滑橇解锁通过人工踩踏脚踏阀实现,其中的互锁自锁前文已经提到,原理如图7所示,采用脚踏阀的优点是员工进行其他操作时通常不会碰触到脚踏阀,避免危险的产生。
4 气动控制滑橇输送机构的总体结构及运行情况介绍
气动控制滑橇输送机构的总体结构如图8所示,主要组成部分包括输送托架、举升气缸、剪刀叉、锁紧机构。输送原理图如图7所示。
经实际运行证明,气动控制滑橇输送机构运行可靠、平稳,运行成本低,完全达到预期设计目标,目前此条生产线已经投入安全运行1年多。
5 结语
气动控制滑橇输送机构作为一种低成本投入、低节拍、低耗能的输送方式,经实际生产验证安全可靠,在汽车制造领域值得推广。
参考文献
[1]韩明军,郑武,农振,等.气缸顺序动作控制系统设计[J].企业科技与发展,2014(4):13-16.
[2]郭联金,潘斌.FluidSIM在液压与气动控制仿真实验中的应用[J].虚拟仿真技术探索与实践,2015,32(8).
[3]周权,张恩坚.滑橇气动举升机构开发设计[J].装备制造技术,2015(3).
输送机构 篇3
为克服现有汽车电泳涂装输送机采用悬臂梁结构的缺陷, 本课题组研发了一种新型混联式汽车电泳涂装输送机构[1]。混联机构兼具串联机构和并联机构的优点, 具有可控自由度高、工作空间大、速度快、刚性高等优点[2,3], 但由于机构的复杂, 提高了对其控制的要求和难度, 为此, 基于动力学模型的控制被引入到混联机构控制研究中[4,5]。然而, 混联机构由于其闭链结构和运动学约束而使其整体动力学模型较为复杂, 导致所设计控制系统往往难以满足其快速性要求[6]。
本文以本课题组最新研制的混联式汽车电泳涂装输送机构为研究对象, 该混联机构的行走机构与升降翻转机构相对独立。升降翻转机构由翻转机构和升降机构组成。当翻转机构作用时, 车体作翻转运动;当升降机构作用时, 车体作升降运动。行走和升降运动复合使得车身在电泳槽中充分搅动, 从而解决“空气包”问题, 使车体100%表面都能泳涂上漆。车身在电泳液中的电泳时间是汽车电泳涂装的工艺参数之一, 通常限定在2min~4min。在一定时间内, 如果泳涂时间过长, 涂膜则会增厚[7,8]。此外, 汽车电泳涂装输送机构需实现进退、升降、翻转及其复合运动, 因此具有多模式运动的特点。
针对上述新型混联式汽车电泳涂装输送机构的结构特点、多模式运动特点以及汽车电泳涂装的工艺要求, 本文提出一种多模型控制方法, 即将混联式汽车电泳涂装输送机构简化为不同工况的翻转系统和升降系统两个子系统, 通过分别给两个子系统设计合适的控制器, 以更好地满足该新型汽车电泳涂装输送机构的多运动模式要求, 同时有效地提高混联式汽车电泳涂装输送机构在不同模式下运动控制的快速性。
1 运动学分析
新型混联式汽车电泳涂装输送机构如图1所示, 该混联机构车体固定架与连接杆之间相互固定, 车体通过夹具固定于车体固定架上。其升降翻转机构的结构简图如图2所示, 该机构连接杆中心有两个主动输出, 即一个移动输出和一个转动输出;其驱动运动副有六个, 即四个移动输出和两个转动输出。
1.第一驱动器;2.第一丝杠;3.第二丝杠;4.导轨;5.第一滑块;6.第一转动副;7.第一连杆;8.第二转动副;9.第二滑块;10.第三转动副;11.第二连杆;12.第二驱动器;13.主动轮;14.皮带;15.从动轮;16.连接杆;17.车体固定架;18.车体;19.行走驱动器;20.行走底座;21.导向轮;22.第一行走轮;23.第二行走轮;24.导轨
选择混联机构连接杆中点位姿参数q= (z, β) T为系统广义坐标, 其中, z是连接杆中点在z方向上的位移量, β为连接杆中点绕y方向上逆时针转过的角度。以如图2所示混联机构所在位置为绝对零位, 建立定坐标系{B}={O-XYZ}, 其中定坐标系O-XYZ的原点O位于P1与P2的中点, X轴沿P1P2方向, Z轴垂直于行走平面。该混联机构升降翻转机构运动学侧视图和正视图分别如图3、图4所示, 运动副中心点Bi和连接杆两端输出Pi在系统静坐标系下的坐标分别为:B1 (0, 0, z1) T, B2 (0, -L3, z2) T, P1 (x1, 0, 0) T, P2 (x2, 0, 0) T, P3 (x3, -L3, 0) T, P4 (4x, -L3, 0) T。
采用杆长长度约束方程, 根据混联机构结构并结合冗余支链整理可得机构运动学逆解方程:
式中, L1为支杆长度, r1为从动轮半径, r2为主动轮半径, zi (i=1.2) , βi (i=1, 2) 分别为升降翻转机构连接杆两端在静坐标系{B}的z轴位置和绕y轴逆时针转动的角度。
为了将广义力转化为关节驱动力, 需求出雅各比矩阵。采用基于符号运算的微分变换法求解升降翻转机构的雅各比矩阵, 即式 (1) 两端分别对时间求导并整理可得:
式 (2) 简记为, 式中即为升降翻转机构的雅各比矩阵。
2 动力学分析
本文选择拉格朗日方法建立升降翻转机构的动力学模型。拉格朗日法是以系统动能和势能为基础建立动力学方程, 推导过程比较简单, 形式较为简洁, 所建立动力学模型便于控制系统设计。拉格朗日函数L定义为系统的动能T和势能P之差, 即L=T-P, 其中T和P可以用任何方便的坐标系来表示, 系统动力学方程[9,10], 即拉格朗日方程为:
整理并建立标准动力学方程:
式中, M (q) 为惯性矩阵, 为哥氏力和离心力项, G (q) 为重力项, Q为广义驱动力。
系统动能T包括车体动能TP、支链动能TL、传动动能TT以及滑块动能TS。即系统动能T为:
系统势能P包括车体势能PP、支链势能PL、传动势能PT以及滑块势能PS。即系统势能P为:
将式 (5) 和式 (6) 代入式 (4) 中并整理得升降翻转机构完整动力学方程为:
对机构整体动力学建模得完整动力学最终结果为:
式中, mp是被输送车体质量;ml1、ml2、ml3分别为连杆7、连杆11和连接杆16的质量;ml4是车体固定架17上支架的质量;m1、m2分别为第一滑块5和第二滑块9的质量;ma、mb分别为主动轮13与从动轮15的质量;a、b、c分别为车体长宽高;rl3为连接杆16的半径;r1、r2分别为从动轮15半径和主动轮13半径;L1、L2分别为连杆7和11的长度;L4为车体固定架17上斜支架的长度;θ为车体固定架17上两根斜杆之间的角度。
方程 (7) 具有以下性质:
1) M是对称且正定的;
2) 是反对称矩阵。
方程 (7) 是以连接杆中点位姿参数q= (z, β) T为系统广义坐标建立的, 因此, 方程中的Q即为分别作用在 (z, β) 方向上的广义力。为了将广义力转化为关节驱动力, 需要做如下变换:
式中, J为升降翻转机构的雅各比矩阵, 为关节驱动力/力矩向量。
考虑到汽车电泳涂装输送混联机构在实际工作过程中存在的各种外部干扰和摩擦力, 可得到如下形式的动力学模型:
式中, D (t) 为摩擦力项, 根据参考文献[11]可知, , 其中Fc为库仑摩擦力矩阵, Bc为粘度系数矩阵, 分别为四个滑块在x轴方向位置, 分别为两个主动轮逆时针转动角度;F (t) 为外界干扰项, 如噪声等, 根据参考文献[12]可知, 其表达式为有界函数F (t) =hsin (ωπt) 。
从式 (7) 可见, 新型混联式汽车电泳涂装输送机构具有较为复杂的动力学模型。为更好地实现新型输送机构实时动力学控制的工程应用, 根据汽车电泳涂装工艺要求和输送机构特点, 本文将复杂动力学模型简化为不同工况的两个子系统:翻转系统和升降系统。
翻转系统的动力学模型为:
式中, M′ (q) 为翻转系统动力学模型的惯性矩阵, C′ (q, (5) q) 为翻转系统动力学模型的哥氏力和离心力项, G′ (q) 为翻转系统动力学模型的重力项, Q′为翻转系统动力学模型的广义驱动力, D′ (t) 为摩擦力项, F′ (t) 为外界干扰项。
升降系统的动力学方程为:
式中, M′ (q) 为升降系统动力学模型的惯性矩阵, C′ (q, (5) q) 为升降系统动力学模型的哥氏力和离心力项, G′ (q) 为升降系统动力学模型的重力项, Q′为升降系统动力学模型的广义驱动力, D′ (t) 为摩擦力项, F′ (t) 为外界干扰项。
对新型混联式汽车电泳涂装输送机构, 将其视为两个子系统分别建模, 则子系统的动力学模型和整体动力学模型相比, 其惯性矩阵M (q) 和哥氏力、离心力项C (q, (5) q) 均得到了简化, 为混联机构的动力学控制提供了简化的数学模型, 并为进一步实现新型混联式汽车电泳涂装输送机构的高性能实际工程控制奠定了基础。
3 控制器设计
3.1 翻转子系统控制器设计
由于混联机构通过翻转运动输送车体进入槽液, 在翻转过程中, 被控对象的运动环境发生了较大变化, 对于控制系统来说, 若视其为外部扰动, 则要求其具有较强的抗干扰能力, 以保持翻转运动的平稳。滑模变结构控制具有响应速度快、对外部扰动不敏感、物理实现简单等特点[13], 因此翻转子系统选用滑模变结构控制方法。
以混联机构连接杆中心点的位姿作为混联机构位姿, 设其期望位姿为qd, 以系统的位姿误差e和速度误差 (5) e作为状态变量, 即:
设计滑模面为:
式中, A=diag (a1, a2) , 1a、a2为可调参数并满足霍尔伍兹稳定条件。
基于动力学模型的滑模控制律设计如下:
首先对式 (13) 中的S求导, 并将速度误差和加速度误差代入得:
由式 (4) 可得:
将式 (15) 代入式 (14) 得:
设系统进入滑动模态后的等效控制量为ueq, 由式 (16) 中可解得:
根据滑模控制基于函数切换控制的设计理论, 设计翻转子系统控制律为:
式中, K=diag (K1, K2) , 且K1、K2均为可调正常数, sgn (S) 为符号函数。
下面证明所设计动力学滑模控制算法的稳定性。
设Lyapunov函数为:
式中, S=[s1s2]T。
对式 (19) 求导可得:
其中:
将式 (21) 代入式 (20) 得:
式中, S=[s1s2]T>0, 而K为正定矩阵, 因此可得 (5) V≤0。
根据Lyapunov稳定性定理, 可见所设计动力学滑模控制算法稳定。
根据式 (8) , 将广义驱动力转换为各关节驱动力F1为:
3.2 升降子系统控制器设计
汽车电泳涂装输送混联机构驱动白车身在电泳槽液里行走时, 为消除其车顶气包, 本课题组提出了驱动白车身进行小幅正弦轨迹运动的控制方案, 因此需升降子系统驱动白车身作小幅度升降运动。在该运动过程中, 控制的平稳性要求较高, 而对控制的伺服精度要求并不高, 因此本文研究采用基于动力学模型的计算力矩控制方式[14,15]。
计算力矩控制设计的基本思想是在控制回路中引入非线性补偿, 使复杂的非线性控制系统化为更易于控制的线性定常系统, 对于本系统而言, 可以引入非线性补偿为:
消去非线性项后化为:
因M′ (q) 可逆, 故上式等价于解耦线性定常系统。
此外, 设qd表示期望升降运动轨迹, 定义跟踪误差为:
对式 (26) 求一次导为:
对式 (26) 求二次导为:
考虑到当期望轨迹qd (t) 给定后, 均已知, 因此可对上述线性定常系统引入具有偏置的PD控制为:
式中, Kd和Kp均为正定矩阵 (为了计算方便可取为对角矩阵) 。闭环系统方程为:
由Kd和Kp正定可知, 是全局渐近稳定的平衡点, 即从任何初始条件出发, 总有, 因此可实现全局稳定的轨迹跟踪。
最后, 将式 (30) 代入式 (24) 后得到控制律为:
将广义驱动力转换为各关节驱动力F2为:
3.3 多模型控制策略
为满足汽车电泳涂装工艺要求并切合工程应用, 本文设计了依据时间切换的多模型控制策略:当0≤t<t1时, 混联式输送机构驱动白车身翻转入槽, 升降翻转机构采用滑模控制方式;当t1≤t<t2时, 混联式输送机构驱动白车身作小幅正弦轨迹运动, 升降翻转机构采用计算力矩控制方式以实现升降运动;当t2≤t<t3时, 混联式输送机构驱动白车身翻转出槽, 升降翻转机构恢复采用滑模控制方式, 控制流程图如图5所示。
4 仿真结果及分析
为验证针对升降翻转机构所设计的动力学多模型控制策略的正确性和有效性, 本文进行了MATLAB仿真。仿真模拟了汽车电泳涂装输送的完整工艺流程:车身在入槽前水平放置, 在行走机构驱动下行进至槽体后, 由升降翻转机构驱动车身逆时针翻转180°使车顶向下浸入槽液, 之后, 升降翻转机构和底盘小车配合, 升降翻转机构作上下运动, 底盘小车匀速向前, 两种运动合成轨迹为正弦波浪式轨迹, 电泳涂装过程结束后, 由升降翻转机构驱动车身逆时针翻转180°, 车身出槽。
期望运动轨迹qd如式 (33) 、式 (34) 所示, 涂装输送运动时间为9s:
根据机构设计, 升降翻转机构物理参数为:mp=17kg, ml1=3.5kg, ml2=1.5kg, ml3=3kg, ml4=0.5kg, m1=m2=2 k g, ma=0.5 k g, mb=0.2 5 k g, a=0.6 5 m, b=0.5 6 m, c=1.1 2 5 m, rl 3=0.0 1 5 m, r1=0.0 5 m, r2=0.0 3 m, L1=0.3 1 1 m, L4=0.6 5 m, θ=1 2 0°。根据工艺流程对升降翻转机构的运动要求以及所设计滑模控制器的特点, 并根据文献[11, 12]可知, 确定升降子系统与翻转子系统的粘性系数矩阵Bc为diag (0.7, 0.7, 0.7, 0.7, 0.9, 0.9) , 库仑摩擦力矩阵Fc为diag (3.5, 3.5, 3.5, 3.5, 4.1, 4.1) , 外界干扰F (t) =3 sin (2πt) 。仿真时, 设置连接杆中心点的初始位姿为[0.15m, 0, 0, 0]。通过仿真调试, 选取滑模控制器参数分别为:a1=80, a2=20, K1=800, K2=100。计算力矩控制器参数分别为:Kd=[9980 0;0 15110], Kp=[9050 0;0 100100]。混联机构在所设计多模型控制器作用下的轨迹跟踪曲线如图6所示, 其中图6 (a) 为连接杆中点位姿在z方向的跟踪曲线, 图6 (b) 为连接杆中点位姿分量β的跟踪曲线, 图7给出了在多模型控制器作用下混联机构连接杆中点位姿分量的轨迹跟踪误差曲线。
利用MATLAB中的“tic”、“toc”指令测试所建立动力学模型计算时间结果为, 整体动力学模型计算用时0.103s, 多模型控制时所建立翻转子系统动力学模型计算用时为0.082s, 升降子系统动力学模型计算用时为0.096s。测试结果表明, 采用多模型控制策略, 有效缩短了计算时间, 因此能有效提高控制系统的实时性。由图6可以看出, 混联机构连接杆中心点位姿的跟踪轨迹在所设计动力学多模型控制器作用下具有较好的动态和稳态性能。由图7可见, 在多模型控制器作用下, 混联机构连接杆中心点位姿在z方向的最大绝对误差为2.067×10-3m, β的最大绝对误差为7.413×10-3rad。综合图6和图7可见, 在所设计动力学多模型控制器作用下, 混联机构具有良好的运动控制性能。
5 结论
针对一种新型混联式汽车电泳涂装输送机构, 为解决具有复杂动力学模型的控制系统难以实现动力学实时控制的问题, 并针对该输送机构具有多模式运动的特点, 提出一种多模型控制策略。
本文的主要贡献有:
1) 建立混联机构动力学模型, 然后将完整动力学模型简化为翻转系统和升降系统两个子系统模型。
2) 提出一种多模型控制策略, 并基于MATLAB/Simulink仿真平台进行测试和仿真试验。对完整动力学模型和两个子系统动力学模型的测试结果表明, 采用多模型控制策略可有效提高控制系统的实时性;对多模型控制系统的仿真结果表明, 在所设计动力学多模型控制器作用下, 混联机构具有良好的运动控制性能。
论文下一步的工作是通过上位机和UMAC运动控制器的软件编程完成汽车电泳涂装输送混联机构的多模型控制试验研究。
摘要：针对一种新型混联式汽车电泳涂装输送机构, 为解决具有复杂动力学模型的控制系统难以实现动力学实时控制的问题, 并针对该输送机构具有多模式运动的特点, 首先采用拉格朗日法建立了混联机构动力学模型, 然后将完整动力学模型分解为翻转系统和升降系统两个子系统模型, 在此基础上提出一种多模型控制策略, 并根据翻转和升降工况的不同分别设计了滑模控制算法和计算力矩控制算法, 在不同的工况下采用相应的控制算法, 并分别进行了稳定性分析和证明。最后, 利用MATLAB对该混联机构的建模及控制进行了仿真测试和试验研究。对完整动力学模型和两个子系统动力学模型的测试结果表明, 采用多模型控制策略可有效提高控制系统的实时性;对多模型控制系统的仿真结果表明, 在所设计动力学多模型控制器作用下, 混联机构具有良好的运动控制性能。
输送机构 篇4
1 印刷机输纸装置简介
输纸装置俗称飞达 (Feeder) , 又称为自动给纸机, 是单张纸印刷机上必不可少的重要主件。用来自动、准确、平稳的与主机同步有序地自纸堆逐张分离纸张, 并将它们输送到定位部件进行定位, 继而输入印刷装置进行印刷。输纸装置由纸堆升降机构、纸张分离递送机构、以及输纸机构组成。
1.1 输纸机构
输纸机构的作用就是将分离头分离出的纸张, 平稳而准确地输送到定位部件, 配合前规和侧拉规对纸张进行定位, 同时检测输纸故障。
现有的传送带式输纸机构主要由:压纸框架、压纸轮、输纸板、传送带、传送带主动辊、传送带从动辊、传送带张紧轮构成, 见图1.1。
传送带式输纸机构是依靠传送带与纸张的摩擦力来进行纸张输送的。为了使纸张在输送过程中更加平稳, 很多传送带式输纸机构, 在输纸板下增设了真空腔, 并在输纸板上开有气孔, 以通过负压增加纸张与传送带之间的附着力。这属于对传送带式输纸机构的改进和完善, 所以本质上还应该归类为传送带式输纸机构。
2 传送带式输纸机构的缺陷
通过对传送带式输纸机构的结构分析不难看出, 它存在一些先天性的缺点和功能上的不足。是传送带, 就必然会存在松紧问题, 就必须增加张紧轮和张紧机构, 增加了张紧轮和张紧机构无疑就会增加生产成本;同时还会增加安装和调试过程中的工作量;也会给用户的使用和维护增加麻烦。这就是传送带式输纸机构的先天性的缺点。
在印刷机输纸装置简介中讲到:“输纸机构的作用就是将分离头分离出的纸张, 平稳而准确地输送到定位部件, 配合前规和侧拉规对纸张进行定位。”也就是说输纸机构本身是没有定位纠偏功能的, 它只能作为前规和侧拉规对纸张进行定位纠偏过程时的一个平台。众所周知, 侧拉规必须在纸张到达前规, 并且纸张前沿与前规靠齐、停止后才能够工作。为了满足侧拉规这一先决条件, 传统的输纸机构由于自身缺乏定位纠偏功能, 因此只能通过浪费宝贵的时间来配合侧拉规定位纠偏, 这已经成为印刷机提高速度的严重瓶颈。这就是传送带式输纸机构的功能上的不足。
3 具有纠偏能力的输纸机构
为了从根本上解决传送带式输纸机构先天性的缺点和功能上的不足。最好的办法就是探索一种新的机构来取代现有的传送带式输纸机构。
3.1 常用连续输送机械
根据人类目前掌握的知识, 能够实现纸张在平面上连续输送的机械无非以下几种:
3.1.1 带式输送机
现有的传送带式输纸机构, 其本身就是一种带式输送机, 因此就不再赘述。
3.1.2 板式输送机
板式输送机是以闭合的、循环运行的链条作为牵引构件, 用对接的或搭接的平形板、波浪形板以及槽型或箱型等构件作为承载构件的输送设备。
板式输送机可沿水平或倾斜方向输送各种散粒物料和成件物品;也可用于流水生产线中, 完成各种工艺要求。
由于板式输送机的大多数部件均用金属材料制成, 而且其牵引链和底板自重大, 故材料消耗多, 且空载功率大, 润滑和维修不便, 底板和牵引链的磨损快, 且噪声较大。结构复杂, 且自重大, 因而造价高。
3.1.3 辊子输送机
辊子输送机是一种用途十分广泛的连续输送设备, 它具有结构简单、运行可靠、维护方便、经济节能、经久耐用等优点;同时与生产工艺过程有很好的相容性和配套性。广泛应用于机械加工、冶金与建材、军事工业、化工与医药、轻工与食品、邮电以及仓库和物资分配中心等各个行业。是各个行业提高生产率, 减轻劳动强度和组成自动化生产线的重要单元。
辊子输送机是—种在两侧框架间排列若干辊子的连续输送机, 主要是用来输送具有一定规则形状、底部平直的成件物品。辊子输送机可以分为有动力和无动力两大类。我们通常将有动力的称为辊子输送机, 将无动力的称为辊道;在此我们着重考虑有动力辊子输送机。
有动力辊子输送机, 它是用驱动装置驱动安装在框架间排列的全部或部分辊子。依靠辊子和所输送物品的摩擦, 完成输送功能。其驱动装置的主要驱动形式有:链条传动、皮带传动、齿轮传动以及蜗轮蜗杆传动。
3.2 辊子式输纸机构
从上述三种连续输送机械的介绍可以看出, 辊子输送机最有可能取代现有的传送带式输纸机构。为了满足结构简单的前提, 在驱动形式上且暂定为“O”型皮带传动;为了减轻重量, 辊子和框架可以采用空心结构, 材料可以选择轻质金属或非金属。
当然仅仅以上这些还是远远不够的。要想用辊子输送机来取代现有的传送带式输纸机构, 最重要的, 是要赋予辊子输纸机构具有纸张纠偏功能, 只有这样才能取消侧拉规, 以及侧拉规拉纸时所耗费的时间, 从而消除印刷机提速的严重瓶颈。
如何才能够赋予辊子输纸机构具有纸张纠偏功能呢?带着这个设想笔者对辊子输送机展开了深入研究。研究发现辊子输送机的最大好处是辊子可以随意摆放, 于是笔者对辊子输送机进行了多种形式的搭建和组合。以下是根据平行四边形的原理对辊子输送机构进行的变形设计, 见图3.2a。
在这种变形设计中, 左右框架任然保持垂直, 并且相互平行, 而辊子则倾斜设置在左右框架之间。由此而使得辊子的输送方向与左右框架的中心线产生了一个偏角α。这样一来势必会使纸张在输送过程中偏离中心线, 并且沿着箭头所示方向, 向侧前方移动, 直至靠向一侧框架。因此, 笔者在此侧框架上设置一块侧靠纸规, 以取代传统的侧拉规, 见图3.2b。
这样一来纸张在输送过程中就能够自动靠边找正, 侧靠纸规可以设置调距丝杆, 使得侧靠纸规可以横向调节, 以便在印刷前按照印刷要求调好边距。至于调距丝杆和常用的调节方式均属于成熟技术在此就不再赘述。
4 结语
输送辊具有结构简单、运行可靠、维护方便、经济节能、经久耐用等自身优势, 将输送辊引入印刷机的输纸机构, 不仅能够解决现有输纸机构结构复杂的先天性缺点。而且赋予了辊子式输纸机构具有纸张纠偏功能, 取消了传统的侧拉规, 不仅降低了生产成本;减少了设备安装和调试过程中的工作量;而且节省了侧拉规拉纸时所耗费的时间, 从而消除印刷机提速的严重瓶颈。
参考文献
[1]冯昌伦.胶印机的使用与调节[M].北京:印刷工业出版社, 1993.10.