關(guān)于連續(xù)壓機(jī)鏈毯電控系統(tǒng)及偏心軸鑄造的研究

邱冬梅

（上海人造板機(jī)器廠有限公司，上海 嘉定 201805）

連續(xù)壓機(jī)鏈毯允許調(diào)整的范圍很小，基本在之間，所以對(duì)調(diào)整精度有較高的要求。連續(xù)壓機(jī)一般會(huì)保持快速運(yùn)行狀態(tài)，就要求鏈毯能夠快速響應(yīng)調(diào)整，因此必須使用快速又精準(zhǔn)的電氣控制系統(tǒng)與之相配套使用。

1 偏心輪控制連續(xù)壓機(jī)鏈毯的電控系統(tǒng)的構(gòu)建

偏心輪控制連續(xù)壓機(jī)鏈毯的電控系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外很多連續(xù)壓機(jī)生產(chǎn)線中都有運(yùn)用，為了實(shí)現(xiàn)高精度、高響應(yīng)速度的控制效果，主要從以下三個(gè)方面進(jìn)行研究其一是自動(dòng)尋找偏心輪的最大位置和最小位置，其二是確定偏心輪的最大和最小極限位置，其三是自動(dòng)尋找最短路徑達(dá)到目標(biāo)位置。

考慮到電控系統(tǒng)的運(yùn)行需求，按照下面的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行硬件配置：使用S7PLC與以太網(wǎng)卡配合，通過TCP/IP實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)操作界面的數(shù)據(jù)通訊，監(jiān)控鏈毯控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)位置，同時(shí)修改鏈毯的目標(biāo)位置等。其中變頻器主要用于控制電動(dòng)機(jī)以不同的速度及方向轉(zhuǎn)動(dòng)，位移傳感器測(cè)量鏈毯的實(shí)際位置，S7DP從站則可以對(duì)鏈毯進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作[1-3]。

2 偏心輪控制連續(xù)壓機(jī)鏈毯電控系統(tǒng)分析

圖2 連續(xù)壓機(jī)下鏈毯示意圖

連續(xù)壓機(jī)下鏈毯如圖2所示，圖中數(shù)字1-5分別表示偏心輪、位移傳感器、下鏈毯、鋼帶和板坯。在運(yùn)行中

偏心輪的轉(zhuǎn)動(dòng)能夠推動(dòng)著鏈毯向左或者向右移動(dòng)，而位移傳感器可以測(cè)量鏈毯向左或者向右移動(dòng)的距離；下鏈毯向左或者向右移動(dòng)能夠改變與下鋼帶的滾動(dòng)接觸角度，鋼帶的主要作用是將板坯輸送出壓機(jī)。

2.1 自動(dòng)尋找偏心輪的最大位置和最小位置，進(jìn)行位移傳感器校驗(yàn)

如何利用位移傳感器，對(duì)偏心輪的位置有一個(gè)精準(zhǔn)的測(cè)量，就要對(duì)位移傳感器有一個(gè)準(zhǔn)確而合理的位置校驗(yàn)，使其測(cè)量出來的位置值與實(shí)際一致。當(dāng)偏心輪處于任意位置時(shí)，要實(shí)現(xiàn)這一功能，就要完成如下幾步：

第一步：電機(jī)以一個(gè)恒定且較低的速度運(yùn)行

第二步：偏心輪運(yùn)行完一個(gè)完整的周期，找出最大位置值和最小位置值

第三步：對(duì)偏心輪的位置進(jìn)行校驗(yàn)

實(shí)現(xiàn)第一個(gè)步驟，只需要給定變頻器一個(gè)較低的頻率，電機(jī)就以一個(gè)較低的恒定速度運(yùn)行。

在第二步的完成過程中，關(guān)鍵是如何能自動(dòng)判斷出偏心輪從任意位置出發(fā)，運(yùn)行了完整的一個(gè)周期。圖3顯示了偏心輪的4個(gè)特殊的位置：A--零位，B--最大位置，C--零位，D--最小位置。偏心輪如果運(yùn)行了一個(gè)完整的周期，當(dāng)偏心輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，必然會(huì)經(jīng)過D-A-B-C-D，當(dāng)偏心輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，必然會(huì)有從A-D-C-B-A這樣一個(gè)過程。以順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為例：D-A-B，是一個(gè)位置逐漸變大的過程，B-C-D是位置逐漸變小的過程，當(dāng)PLC檢測(cè)到位置逐漸變大，而后又逐漸變小，再到逐漸變大，就代表偏心輪已經(jīng)運(yùn)行了完整的一個(gè)周期了。PLC每個(gè)掃描周期，程序都將當(dāng)前采樣到的實(shí)際位置與上一個(gè)掃描周期的位置進(jìn)行對(duì)比，在偏心輪運(yùn)行完一個(gè)完整的周期后，程序就計(jì)算出了偏心輪的最大位置值和最小位置值。

第三步對(duì)偏心輪的位置進(jìn)行校驗(yàn)，其目的是使偏心輪的實(shí)際位置值的可讀性更高。校驗(yàn)公式如下：

校驗(yàn)后實(shí)際位置=當(dāng)前實(shí)際位置-（最大位置值+最小位置值）/2。

比如：當(dāng)前實(shí)際位置是102.300mm，最大位置值是104.500mm，最小位置值是99.300mm，那么校驗(yàn)后的實(shí)際位置應(yīng)該是102.300-（104.500+99.300）/2=0.400mm。

圖3 偏心輪的4個(gè)特殊位置

2.2 確定偏心輪的最大和最小極限位置

確定偏心輪的最大和最小極限位置，目的是保證偏心輪的目標(biāo)位置設(shè)定都在允許的范圍內(nèi)。這個(gè)是基于偏心輪的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，如果目標(biāo)位置設(shè)定超出了偏心輪可以達(dá)到的位置，則結(jié)果是偏心輪將一圈又一圈地周而復(fù)始地尋找目標(biāo)位置卻永遠(yuǎn)也找不到，這個(gè)在連續(xù)壓機(jī)生產(chǎn)過程中是很嚴(yán)重的一個(gè)問題，其后果是鋼帶有可能會(huì)超出其允許的軌跡過程而導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)停止。

偏心輪的最大極限值=+(最大位置值-最小位置值）/2

偏心輪的最小極限值=-(最大位置值-最小位置值）/2

比如：最大位置值是104.500mm，最小位置值是99.300mm，那么，而偏心輪的最大和最小調(diào)整極限值是

但是±2600卻不是安全的極限位置值，考慮到偏心輪的安裝間隙、測(cè)量精度、運(yùn)行振動(dòng)等原因，就需要參考這個(gè)計(jì)算出來的極限范圍，設(shè)定一個(gè)范圍略小的安全極限范圍。

2.3 自動(dòng)尋找最短路徑達(dá)到目標(biāo)位置

基于偏心輪結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，到達(dá)目標(biāo)位置的途徑總是有兩個(gè)，一個(gè)是順時(shí)針，一個(gè)是逆時(shí)針。以圖4為例：初始位置在B,目標(biāo)位置是A，鏈毯應(yīng)該是向右移動(dòng)（見圖2）。順時(shí)針，B點(diǎn)直接到了A點(diǎn)，在偏心輪移動(dòng)的過程中，鏈毯從左向右移動(dòng)，調(diào)整過程無誤。逆時(shí)針，則要經(jīng)過B-C-D-E-A，，鏈毯經(jīng)歷了從右向左移動(dòng)，再?gòu)淖笙蛴乙苿?dòng)，其中從右向左移動(dòng)的這個(gè)調(diào)整過程和最初的調(diào)整目的完全相反，調(diào)整過程有誤且時(shí)間長(zhǎng)。自動(dòng)尋找最短路徑，快速達(dá)到目標(biāo)位置，只需要在目標(biāo)位置改變時(shí)，執(zhí)行一次即可。過程如圖5所示：

圖4 基于偏心輪結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)到達(dá)目標(biāo)位置

圖5 自動(dòng)尋找最短路徑 流程圖

3 偏心輪鑄造的研究

該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，偏心軸是最關(guān)鍵的機(jī)械部件之一，一般采用鑄造工藝生產(chǎn)加工。但是金屬工件鑄造中容易出現(xiàn)裂紋、夾渣等缺陷，影響其使用壽命。可以使用軟件對(duì)偏心軸對(duì)鑄造過程進(jìn)行模擬，調(diào)整其鑄造工藝，確定最合適的澆筑位置。

考慮到本課題研究的偏心軸的特點(diǎn)，可以以偏心軸鑄件寬帶方向上的中間切面作為鑄造分型面，并使用中注式澆筑系統(tǒng)從兩邊向中間澆筑金屬液來進(jìn)行鑄造，能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)快速的成型鑄造。

同時(shí)為了對(duì)偏心軸厚大部位的鑄造收縮現(xiàn)象進(jìn)行補(bǔ)縮，提高鑄造質(zhì)量，需要在鑄造模具上設(shè)計(jì)側(cè)冒口，結(jié)合偏心軸的形狀尺寸，可以將側(cè)冒口分別設(shè)計(jì)在偏心軸兩側(cè)的厚大部位。

4 結(jié)論

本文詳細(xì)的闡述了一種偏心輪控制連續(xù)壓機(jī)鏈毯的電控系統(tǒng)，此控制系統(tǒng)主要目的是通過偏心輪調(diào)整結(jié)構(gòu)，是連續(xù)壓機(jī)鏈毯既快速又精準(zhǔn)地達(dá)到目標(biāo)位置，是鋼帶連續(xù)運(yùn)行在理想的范圍內(nèi)，減少停機(jī)時(shí)間，提高連續(xù)壓機(jī)生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，滿足了用戶的需求并為未來的研究提供了指導(dǎo)性思路，偏心軸的鑄造能夠更好的保障及結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。