超高壓水射流機(jī)器人切割系統(tǒng)電氣控制設(shè)計(jì)

趙艷麗 莊嚴(yán) 石曉磊

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)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(jī)器人技術(shù)也日漸成熟。超高壓水射流技術(shù)與機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)器人切割系統(tǒng) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(diǎn)問題，水射流有著高能、冷態(tài)、點(diǎn)割等特點(diǎn)，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(jī)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(jì)算機(jī)的控制下進(jìn)行材料的切割工作。廣泛的應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中，所以要對超高壓水射流機(jī)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(jī)器人系統(tǒng)構(gòu)成原理

水射流切割機(jī)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(jī)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(jī)器人控制柜，控制柜能夠?qū)C(jī)器人在切割過程中的行動(dòng)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(tái)的外部動(dòng)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(jī)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(jī)器人控制柜與增壓泵系統(tǒng)之間進(jìn)行連接工作，實(shí)現(xiàn)兩者之間的通訊，一旦二者之間其中一個(gè)出現(xiàn)了故障問題后，為了保障工作站的安全，另外一個(gè)系統(tǒng)也將關(guān)閉。

二、超高壓水射流切割機(jī)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(kuò)散率等參數(shù)的變化都會(huì)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(jī)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(jì)算出單噴嘴噴頭的水射流的流量?；蛘咴谠O(shè)備進(jìn)行作業(yè)時(shí)，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(jì)算工作。根據(jù)相關(guān)計(jì)算德馳，隨著高壓噴嘴的直徑增加，水射流的切割速度會(huì)隨之下降、切割材料的深度也會(huì)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(huì)逐漸的縮小，材料切縫的寬度會(huì)隨著靶距的增加而逐漸的增加。

超高壓水射流主泵機(jī)組的設(shè)計(jì)，在超高壓水射流主泵機(jī)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(yùn)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(dòng)力源的選擇時(shí)，往復(fù)柱塞泵的功率的設(shè)計(jì)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(jī)器人電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jī)器人技術(shù)進(jìn)行有效的融合，在未來社會(huì)發(fā)展的過程中將會(huì)有著更大的發(fā)展空間，超高壓水射流機(jī)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(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)控制工作，提高設(shè)備的使用壽命，保障設(shè)備在運(yùn)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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