自动填料仪被动插孔影响因素及伺服控制优化研究

发布时间：2020-11-15 15:36

　　 作为光谱实验样品智能处理系统的重要组成部分,矿粉填料仪能实现发射光谱样品矿样全自动填充,提高了光谱实验样品前处理效率,减轻实验人员劳动强度,将广泛应用于地质勘探检测行业。但当自动填料仪执行石墨电极填充矿样关键工序时,由于加工误差的影响和控制方法的不足,导致填料完成的石墨电极样品质量无法达到用于光谱分析的标准。针对该问题,本文研究自动填料仪填料装配过程,分析填料仪填料被动柔顺装配过程影响因素,针对填料力伺服驱动系统,引入智能控制方法,优化填料力伺服驱动控制系统参数,提高样品制作质量。具体研究内容如下:首先,自动填料仪被动插孔作业影响因素研究。通过建立填料仪轴孔装配接触状态的几何模型,提出了一种被动插孔中轴类零件发生卡死的极限偏转角计算方法,并分析了极限偏转角的影响因素。通过仿真得到被装配零件长度、倒角尺寸及摩擦系数与极限偏转角之间的映射关系。为轴类零件被动柔顺装配中极限偏转角的计算和提高装配插孔成功率提供了理论依据。其次,自动填料仪填料力控制系统优化研究。通过对自动填料仪填料过程的分析,提出一种基于速度控制模式下限制扭矩的填料力-位模糊控制方法。然后对填料力伺服控制系统建立了动力学模型,分析其动力学特性。在确保填料力控制系统的动态性能参数的约束下,通过MATLAB仿真软件对填料力伺服控制系统的PID参数进行整定,并将获取的参数输入填料力伺服驱动控制系统中执行填料操作,验证了系统的动态性能。最后,自动填料仪系统的实现及实验分析。通过对自动填料仪系统进行了软硬件设计,研制了自动填料仪实验样机,并在实验样机分别进行了极限偏转角的验证实验、填料实验,验证了理论分析和仿真结果的正确性。最后进行了可靠性效率实验,对自动填料仪系统进行了总体优化。
【学位单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TH744.1;P575
【部分图文】：

湖北工业大学硕士学位论文71-石墨电极下料模块，2-石墨电极填料模块，3-石墨电极清洗模块，4-石墨电极收纳模块图2.1自动填料仪系统结构2.1.1石墨电极倒料模块如图2.2为石墨电极倒料模块，该模块包括用于盛放矿粉粉末样品的坩埚、用于有序摆放坩埚的物料盘，用于托起坩埚的直线气缸，用于夹取坩埚的气动夹爪，用于倒料动作的旋转气缸，用于物料盘转动的旋转平台，用于带动气动夹爪前后运动的直线伺服模组。石墨电极倒料模块的工作流程为：通过控制旋转平台，使物料盘上的指定工作序号的坩埚运动至取料位置，然后在取料位置下方的直线气缸动作将坩埚托起，由直线伺服模组带动夹爪运动至取料位置将坩埚抓取，最后直线伺服模组运动到填料模块的漏斗上方，将坩埚内的矿样粉末样品倒入填料漏斗内。

湖北工业大学硕士学位论文92.1.3石墨电极收纳模块如图2.4为石墨电极收纳模块，该模块包括气动夹爪和旋转气缸和收纳盒，另外还包括X、Y、Z三轴运动平台，由三个直线伺服模组组成，气动夹爪和旋转气缸安装在X轴伺服模组上，三轴运动平台通过组合运动将加工完成的石墨电极样品从漏斗孔内取出并有序摆放在收纳盒的指定位置上。1-Y轴伺服模组，2-收纳盒，3-气动夹爪，4-旋转气缸，5-X轴伺服模组，6-Z轴伺服模组图2.4石墨电极收纳模块2.1.4清洗模块由于每个坩埚内矿粉样品存在差异性，将矿粉样品填充至碳棒后，需对加工转盘相应填料工位进行清洗，避免矿粉样品残余物影响下次填充矿样的纯洁度，造成矿粉样品元素成分光谱分析检测结果不准确，因此，该流程十分重要。填料模块每填充完一根碳棒，均需对填料工位进行清洗，方便下次使用。如图2.5为清洗模块，该模块的加工转盘包括一个吹气孔和一个吸气孔和4个工位，分别为填料工位、取棒工位和两个清洁工位，填料工位是指在填料模块完成填料工作，取棒工位是指当填料工作结束后，加工转盘旋转90°，将填料工位变为取棒工位，由收纳模块将石墨电极取出。该流程通过加工转盘上的吹气孔将附着于转盘漏斗上的矿粉样品残留物吹起，然后由吸气孔将含有矿粉样品残留物的粉尘吸除。

湖北工业大学硕士学位论文101-密封罩体，2-漏斗，3-吹气孔，4-加工转盘，5-吸气孔图2.5石墨电极清洗模块2.2自动填料仪关键问题分析2.2.1被动插孔成功率影响因素分析插孔作业又是一种典型的轴孔装配，是将一个销类或轴类零件插入到孔内，目前大部分通过机器人操作完成[5]。在自动填料仪的填料模块工作过程中，石墨电极作为轴类零件，漏斗孔作为孔类零件，而石墨电极所在的料槽相当于轴孔装配中的导套，在导套内，外力迫使轴类零件水平插入孔内。在填料模块的插孔作业可分为三个过程：首先是轴类零件全在导套内，在此过程中，轴类零件在水平推力作用下在导套内水平滑动；其次是轴类零件部分已滑出导套但未接触到孔类零件，在该过程中，轴类零件伸出导套部分在重力作用下产生偏斜，致使轴类零件的轴线与孔类零件轴线产生偏斜角；最后是轴类零件接触到孔类零件的倒角孔边缘，在该过程中，外力迫使轴类零件插入漏斗孔。在上述三个阶段工作中，最后一个阶段的是影响插孔成功率的主要原因，在该阶段中，若轴类零件在推力作用下可能直接进入孔内，也可能沿着孔类零件倒角滑入孔内，但是在重力作用下，轴类零件和孔类零件的轴线存在偏转角，经过实验所知，若该偏转角大于25度，则轴类零件在孔类零件边缘发生卡死。发生卡死的原因主要是因为轴孔的轴线不重合，而轴类零件出现偏转角的原因除了重力影响外，还与其物理属性相关，如长度、摩擦系数和倒角尺寸等。轴
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本文编号：2884923