比例技术在耙料驱动机构中的应用分析

（武汉科技大学机械自动化学院，湖北 武 汉 4 30081）

料耙小车的耙料驱动机构的主要任务是驱动耙齿做往复直线运动，将矿料耙入滚筒的皮带中。某厂的取料机，根据后方冶炼厂的要料的生产需要，耙料机构的运动速度要求达到10 s内完成双向往复运动，单向行程是1.7 m，速度达到340 m/s。原机构的运动是采用双出杆油缸进行驱动。机构在行程中间是匀速运动，运动状况良好，但是在机构换向时，由于速度的突变，使整个机构出现振动，系统冲击大，结构脱焊的现象。要消除这些隐患，就必须解决机构运动换向时速度突变问题。

1 耙料驱动机构结构与其运动仿真分析

在取料机的大车上左右两边安装有行走导轨，料耙小车通过导轮行走在导轨上。油缸的缸筒安装固定在大车平台上，油缸的左右活塞杆通过连杆与料耙小车连接在一起。当系统工作时，压力油驱动油缸活塞运动，活塞杆通过连杆驱动料耙小车，驱使料耙小车实现左右的往复直线运动。

利用AMESim仿真软件，建立仿真模型，进行仿真，如图1所示。

图1 驱动机构运动速度曲线

图2 驱动机构运动加速度曲线

仿真曲线显示，在换向的瞬间，机构动作加速度大，最高加速度接近每平方秒两米。在如此高的加速度，使料耙小车行驶到行程终点时，会出现小车前冲，设备振动等现象，这些会引起整台设备机构工作的不平稳性，造成设备故障率增高，机械零件间的过度磨损增加。因此，必须改善料耙小车的运动曲线，提高小车运动的平稳性，促进整台设备机构工作平稳，降低机构零件的过度磨损。

2 比例控制的程序设计

考虑到设备存在的问题，为了有效控制料耙小车的工作运动曲线，我们选用Rexroth公司的4WRZE25比例换向阀作为液压系统的控制元件，用于控制执行元件油缸的动作。比例方向控制阀是一种液压控制阀，通过该阀的液体流量与阀的输入电信号成比例关系。只要设计合适的阀的输入信号，使通过阀的流量按照输入信号成比例变化，就可以使油缸活塞的运动曲线按设计进行变化，以达到控制料耙小车的运动曲线的目的。图3所示为料耙小车的运动曲线。

图3 料耙小车运动曲线

在料耙小车运动的左右两个终点处各设置了1组限位开关，用于检测料耙小车的运动位置。在每一组限位开关中，一个限位开关用于获取变速位置，通过信号反馈到PLC，PLC控制油缸驱动料耙小车实现减速或加速，另外一个限位开关用于获取终点位置，通过信号反馈到PLC，PLC控制油缸驱动料耙小车实现换向。

采用编程语言LL984进行程序设计。在加速阶段，斜率为k，时间间隔为△t，信号初始值为i0。当接触到端部第一个限位开关感应开始计时，时间为t，则比例阀给定信号为i=i0+k×t/△t。在匀速阶段，比例阀给定信号为最大值，阀口全开，料耙小车在油缸驱动下，全速运动。在减速阶段，斜率为k，时间间隔为△t，信号最大值为imax，当接触到端部第一个限位开关感应开始计时，时间为t，则比例阀给定信号为i=imax-k×t/△t。图4所示为油缸驱动料耙小车运动减速的程序控制设计。

图4 减速运动控制程序

改变小车的运动曲线，料耙小车在换向的时候，有1 s的时间用于小车的减速、或加速。通过控制料耙小车实现减速、加速的过程，使得整个料耙小车的运动平稳性得到了显著的提高。此外，我们还可以通过PLC编程改变速度梯度，增加料耙匀速运动时间，降低料耙小车的往复运动周期，提高料耙作业率。

3 结束语

我们将该设计实际应用于某厂的料耙小车驱动系统后，整台取料机设备的运动平稳性得到了明显的提高。原先存在于设备中的由于料耙小车换向所带来的设备振动完全消除，由于设备振动而带来的机构零件的不稳定性也得到了有效的遏止。这表明系统设计合理，能完全满足原设备对传动机构的工况要求。

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