發(fā)射藥皮帶自動(dòng)稱量技術(shù)

張 博，蘇劍擎，馬 興

(1.中國兵器工業(yè)第五八研究所 彈藥中心，四川 綿陽 621000;2.廣汽長豐汽車股份有限公司 研發(fā)中心，長沙 410014)

以往顆粒狀發(fā)射藥稱量采用人工機(jī)械天平方式進(jìn)行，勞動(dòng)強(qiáng)度大、人為因素干擾大、安全系數(shù)低;現(xiàn)采用直線振動(dòng)器粗加與盤式振動(dòng)器精加相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)了發(fā)射藥自動(dòng)化高精度稱量，但此方式工作節(jié)拍慢、噪音大、稱藥量小?；诖耍疚奶岢隽瞬捎闷л斔痛旨优c盤式振動(dòng)器精加相結(jié)合的方式，能進(jìn)行快速、大劑量、低噪音、高精度的發(fā)射藥稱量，并能隨意設(shè)置稱量物料的標(biāo)準(zhǔn)重量。

1 稱量系統(tǒng)

1.1 設(shè)備組成

發(fā)射藥皮帶自動(dòng)稱量機(jī)主要由補(bǔ)藥提升機(jī)、藥斗、皮帶輸送機(jī)構(gòu)、電子秤、機(jī)架、稱量機(jī)構(gòu)、控制盒、氣動(dòng)震盤及控制系統(tǒng)等組成，其結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1 發(fā)射皮帶藥自動(dòng)稱量機(jī)

1.2 控制系統(tǒng)組成

控制系統(tǒng)主要由PLC、防爆電子秤、觸摸屏、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)、藥位檢測傳感器、安全柵、氣缸到位檢測開關(guān)、接近開關(guān)、氣缸電磁閥和開關(guān)電源等組成，如圖2 所示。

圖2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 發(fā)射藥自動(dòng)稱量技術(shù)

2.1 可變調(diào)速大劑量快速加藥技術(shù)

采用皮帶加藥方式，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)皮帶輸送機(jī)構(gòu)通過皮帶將藥斗內(nèi)的發(fā)射藥加入稱量機(jī)構(gòu)中。加藥同時(shí)控制系統(tǒng)與電子秤實(shí)時(shí)通訊，通過實(shí)時(shí)稱量讀數(shù)對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。一般對步進(jìn)電機(jī)采用三段式控制:在啟動(dòng)初期電機(jī)轉(zhuǎn)速快、加藥速度快，當(dāng)藥量到一定值后降低電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行慢速加藥，到接近最終稱量值時(shí)控制電機(jī)進(jìn)行微量加藥。這樣不但減少了粗加藥時(shí)間、提高了生產(chǎn)效率，并且確保了粗加藥能達(dá)到較高的精度，為后面精加藥減少加藥量。

2.2 雙通道預(yù)存藥精加技術(shù)

精加藥采用雙通道氣動(dòng)震盤和下料滑槽預(yù)存藥方式進(jìn)行，并與電子秤實(shí)時(shí)通訊。在皮帶粗加藥同時(shí)，將氣動(dòng)震盤振動(dòng)2 個(gè)通道中的1 個(gè)打開，同時(shí)將與之對應(yīng)的下料滑槽出口開關(guān)關(guān)閉，精加氣動(dòng)震盤也同時(shí)工作一定時(shí)間，在此下料滑槽內(nèi)預(yù)存一定量的發(fā)射藥。在粗加完成后依據(jù)與最終值的差值，可把預(yù)存的藥一次性直接加入稱量藥杯內(nèi)，從而減少精加時(shí)間。當(dāng)精加的藥量較大時(shí)，2 個(gè)料道可同時(shí)加藥，到很接近最終值時(shí)再關(guān)閉1 個(gè)氣動(dòng)震盤通道進(jìn)行單通道精加，最后還可點(diǎn)動(dòng)氣動(dòng)震盤，進(jìn)行發(fā)射藥單顆精加，以達(dá)到較高的精度，并減少精加時(shí)間，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品合格率。

2.3 隨意設(shè)置稱量物料的標(biāo)準(zhǔn)重量稱量技術(shù)

稱量機(jī)能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行稱量，可對稱量值進(jìn)行設(shè)置，控制系統(tǒng)將依據(jù)設(shè)置的稱藥量值進(jìn)行分段處理。依照藥量的加藥過程可劃分為3 段: 小藥量段、中藥量段和大藥量段，同時(shí)電機(jī)速度也分為快速、中速、慢速3 種。對于小藥量段，系統(tǒng)控制步進(jìn)電機(jī)以慢的恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)行;對于中藥量段，系統(tǒng)先控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行中速加藥，達(dá)到一定量后，再控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行慢速粗加藥; 對于大藥量段，系統(tǒng)先控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行快速大量加藥，完成較大量后再控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行中速加藥，最后進(jìn)行慢速小劑量加藥。通過以上方式對加藥進(jìn)行控制，能快速和準(zhǔn)確稱量所設(shè)置的稱量值。

3 皮帶加藥系統(tǒng)控制策略

由于在發(fā)射藥皮帶稱量過程中，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測稱量機(jī)構(gòu)中藥杯內(nèi)的藥量值，故采用PLC 對電子秤進(jìn)行實(shí)時(shí)讀數(shù)，并根據(jù)讀數(shù)值來控制皮帶送藥機(jī)構(gòu)和氣動(dòng)震盤。

通過步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器控制防爆步進(jìn)電機(jī)，可以將電機(jī)的歩數(shù)分別設(shè)置為500，1000，5 000，10 000 歩，用不同的步距角和脈沖控制電機(jī)速度從而改變皮帶送藥的速度，這樣既能快速送藥以滿足較大稱量值的需要，也能慢速送藥以滿足小稱量值的需要，還能通過步進(jìn)電機(jī)調(diào)速和步距角調(diào)整實(shí)現(xiàn)微量加藥，從而達(dá)到較高的輸送精度。

步進(jìn)電機(jī)脈沖當(dāng)量δp的計(jì)算公式為

步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速nm的計(jì)算公式為

皮帶運(yùn)動(dòng)速度V 的計(jì)算公式為

其中:i 為減速比;D 為同步帶齒輪的直徑，m;P 為電機(jī)每轉(zhuǎn)1圈所需脈沖數(shù);f 為脈沖頻率; θ 為步距角。依據(jù)上面的公式和已知量，可以計(jì)算出步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量和皮帶運(yùn)動(dòng)速度，從而實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)更精確的控制。

步進(jìn)電機(jī)通過控制器( PLC)發(fā)脈沖來進(jìn)行控制，且采用段式控制。如圖3 顯示生成加速步進(jìn)電機(jī)( #1 段)、按恒速操作電機(jī)( #2 段)、隨后減低電機(jī)速度( #3 段)的輸出信號波形所要求的輪廓表數(shù)值樣本。

圖3 步進(jìn)電機(jī)頻率與時(shí)序

每段的Δ 周期時(shí)間為

式中:End_CTseg表示該段的結(jié)束周期時(shí)間; Init_CTseg表示該段的初始周期時(shí)間; Quantityseg表示該段的脈沖數(shù)。在稱量時(shí)，稱量的精度不僅取決于電子秤的測量精度，也取決于控制精度。通過對電機(jī)速度、雙通道氣動(dòng)震盤等采用有效控制策略和組合，可減小誤差，加快稱量速度，提高稱量精度。

4 結(jié)束語

本技術(shù)解決了顆粒狀發(fā)射藥稱量范圍大、節(jié)拍快、精度高的難題，實(shí)現(xiàn)了發(fā)射藥的皮帶自動(dòng)稱量。該技術(shù)已成功應(yīng)用于某廠的發(fā)射藥自動(dòng)稱量機(jī)項(xiàng)目中，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品一致性，得到了用戶方的一致好評。

［1］虞波，胡翔. 球閥加藥技術(shù)［J］. 兵工自動(dòng)化，2008，27(11):73 -74.

［2］江杰，王建國，張乃洪，等. 動(dòng)態(tài)定量自動(dòng)稱重機(jī)［J］.自動(dòng)化儀表，1992，13(2):19 -23.