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变机构控制在弯管机中的应用 武汉理工大学机电工程学院程飞月 小R顶镦弯管机是我校和某厂共同研制开发 的左右回转式顶镦弯管机。采取带有轴向顶镦装置 的机械冷弯方式，以液压为动力源、PC为控制源， 自动完成送料、夹紧和弯管。 1弯管过程 弯管是指将经过焊接的长管按照工艺图纸的要 求弯制成各种各样的蛇形管，由送料、夹紧和弯管 3部分完成。送料是将管料从料架上翻入料槽中， 由送料电机将管料送到挡管器处，再由直流伺服电 机定长送料。液压辅助控制部分控制的顶镦夹夹 紧、收紧夹收紧、弯管模闭合后，由弯曲缸带动弯 模旋转弯管；顶镦缸推动顶镦夹使其向管料施加轴 向推力，以满足弯管和顶镦的匹配要求。当一个弯 头弯完后，再由直流伺服电机定长送料，同时转筒 旋转一定角度(通常为180。)，进行再一次弯管， 直到整根管子弯完为止。 在机械冷弯时，为了保证弯管的质量，采用顶 镦缸推动顶镦夹使其向管料施加轴向推力，以满足 弯管和顶镦的匹配要求，使管子在弯曲过程中受到 轴向推力或拉力，从而改变变形区的受力状态。图 1为采用轴向带有顶镦装置的机械冷弯。为了实现 顶镦的作用，其轴向推进速度 顶与弯曲模中管子 的线速度 弯必须满足一定的关系 顶一 弯= (t)。 2系统的组成 根据顶镦工艺中速度及位置伺服的要求，弯管 图1采用轴向带有顶镦装置的机械冷弯 机中用于实现弯曲及顶镦技术的驱动系统采用双输 入双输出液压伺服系统(见图2)。弯曲液压缸轮 为1个齿条液压缸，齿条在油压的作用下带动齿轮 转动，从而使弯曲模旋转实现管子的弯曲。顶镦液 压缸为单活塞液压缸，推动顶镦夹装置，与弯曲缸 运动相配合，实现顶镦工艺参数的要求。 宿助 辜 旗 分 一 一瓣 ： ! l f I ： ! 图2双输入双输出液压伺服系统 在弯曲过程中，弯曲缸与顶镦缸是2个给定速 度参考值的速度伺服系统。同时为了满足弯曲角度 的要求，2缸在弯曲结束前又必须是位置伺服系 统，以保证弯管的质量。本文结合弯管机液压伺服 现在可使用4个月。 (2)耐磨性、润滑性好。经检查尼龙滑轮轮槽 光滑，未见压痕和磨损迹象。 (3)韧性好。比铸铁滑轮耐撞击。 (4)自重轻不生锈。重量相当于铸铁滑轮的 18，更换方便，减轻工人的劳动强度。 (5)导电性差。杜绝了原来在吊钩上焊接时利 一78 用钢绳作地线的做法，很好地保护了钢绳不受电弧 的损坏。 作者地址：武汉钢铁(集团)公司设备维修中心三炼钢维 修车间 邮 编：430083 收稿日期：20070206 起重运输机械 2007(9) 维普资讯 系统的特点，介绍系统变结构控制器的设计。 3液压伺服系统的模型 根据相关技术文献及伺服阀动态性能实测数 据，伺服阀的频宽远大于液压系统固有频率，把伺 服阀看成-t：L例环节；不考虑系统外部泄漏，液压 伺服系统的模型 f t +BP戈+k s +FL=APPL I 。 = + 户 +CtP k =cdwk kl1p 式中A 液压缸作用面积 m 负载质量 粘性阻尼系数 FL外负载力 活塞位移 弹簧刚度 液压缸2腔总体积 PI_负载压力 c 液压缸内泄漏系数 ki伺服阀增益 伺服放大器增益 输入电压 取状态变量： 1= ， 2=戈， 3= 得到系统状态 方程 耋 【戈3=厂( )+bud 式中 ，( ) =一al 1一a2 2一a3 3 b=； 。 A d=篆+ ；ctk。 + k s+ P4p。c 口3 瓦+1 h=49 4 VtM 由于伺服阀阀口的流量特性，系统呈现出很强 的非线性特性。系统的流量系数、泄漏系数、放大 器增益等参数具有明显的不确定性，且随着工作状 起重运输机械 2OO7(9) 态、温度等的变化而缓慢变化；而且要考虑弯管力 与顶镦力之间的耦合等。由于系统参数a 、a2、a3、 b、d均是不确定的，因此采用传统的控制方法很 难得到满意的控制效果。 4控制算法 对工作液压缸的基本控制要求是速度可调、精 确定位，为此要求系统具有速度和位移双重控制。 如图3所示，液压缸的运动过程分为启动阶段、速 度控制阶段和定位控制阶段。为了实现这种速度和 位置双重控制，本文采用如下变结构控制结构，即 c = X 二 耋 式中s( )为速度位置控制切换函数；A的 大小与管子的管径、弯曲半径、弯曲角度、壁厚、 材质等因素有关，由实验确定；F(t)为速度调 节器的输出；L(t)为位置调节器的输出。速度 调节与位置调节的切换关系如图4所示(一个运动 方向)。其中， 、 、 等为速度的给定值。 图3速度和位移双重控制 图4速度调节与位置调节的切换关系 41速度调节器的设计 取滑模平面s1(X)=C12 2+ 3，速度控制 输出F(t)= + d。其中， 为等价控制输 入，它是系统工作状态维持在模态超平面上滑动的 平均控制输入量； 为切换控制项，它可克服系 统参数的变化及干扰的影响，使系统工作状态能达 到并收敛于滑动模态超平面。为了削弱系统状态在 滑模平面上的抖振，采用指数趋近率 S1(t)=一esgn(s1)一 1(t) 42位置调节器的设计 在弯管过程中，为了保证弯曲角度，要求管子 弯曲角度误差05。，而液压伺服系统的非线性 -79- 维普资讯 带式输送机胶带连接工艺的改进 河南省平顶山市理工学校孙红纳 常用胶带有帆布带、维尼龙带和尼龙带等，在 常温条件下用于输送各种非腐蚀性的块状、粒状和 粉状物料，如煤炭、焦炭、砂石等。 普通胶带一般制成100 m长，当输送机所用胶 带长度超过100 m时，接头数量就要增加；另外胶 带磨损后，其损坏的一段更换时也需接头。带式输 送机上胶带的承载能力和使用寿命与接头质量有很 大关系，接头质量好，其承载能力大，使用寿命 长。胶带的价格约300元m，胶带使用寿命的延 长能有效降低生产成本，因此胶带接头的处理非常 重要。 1机械接头法 一般常用的为钩卡连接。钩卡连接的连接皮带 扣为多爪状，用锤子将钩爪楔人带端，穿人销柱后 即成。不同厚度的胶带，应选用与之相配的不同型 号的皮带扣。此种接头方法，强度降低很大，卡接 后的强度只有胶带本身强度的354JD。一般 不采用，多作为应急措施。 2热胶接硫化法 将胶带接头部分的布层和胶层，按一定形式和 角度剖切成对称差级，涂以胶浆使其粘连，然后在 一定压力、温度条件下加热一定时间，经过硫化反 应后，生橡胶变成硫化橡胶，从而获得接头部位较 高的粘着强度。此种方法所得接头强度可达原胶带 的8590。 这种接头虽然强度高，但技术条件很难把握， 准确掌握其技术条件是保证接头强度和寿命的关 键。硫化技术条件控制不严或不当会造成欠硫、过 硫、脱层、起泡、冲皮、明疤等质量缺陷。再者， 硫化设备比较笨重，运输不便。 3工艺改进后的冷胶接硫化法 冷胶接法是在室温下进行，并且工具简便，给 现场施工带来了极大方便。工艺改进后，接头的物 理机械性能与使用寿命能达到热胶接法的同等水 平。 特性决定了不能采用普通的线性调节器，并考虑到 定位时问较短，位置调节器采用如下滑模变结构控 制率 ，、 f ：S2(X)= I1 Xl+C123f2+X310 式中B (t，)， (t )为从速度调节切换 到位置调节时速度调节器的输出值。 5结束语 变结构控制技术由于对系统参数的绝对适应性 以及计算简单等特点而逐渐得到广泛的应用。本文 介绍了变结构滑模控制理论在弯管机上的成功应 用，该弯管机投人生产以来，很好地满足厂生产的 8O一 要求，弯出的管子完全达到了设计要求。 参考文献 1章燕谋锅炉制造工艺学北京：机械工业出版社， 1980 2刘长年液压伺服系统优化设计