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      籽棉回潮率自動測量裝置的設(shè)計

      2015-01-15 14:06:54王夢坎雜李成松王麗紅趙毅兵
      江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2014年11期
      關(guān)鍵詞:控制系統(tǒng)設(shè)計

      王夢+坎雜+李成松+王麗紅+趙毅兵

      摘要:目前新疆運棉車內(nèi)籽棉回潮率主要依靠人工利用手持式籽棉回潮儀進行測量,測量效率低、勞動強度大。設(shè)計了1種運棉車內(nèi)籽棉回潮率自動測量裝置,介紹了其結(jié)構(gòu)特點及工作原理,該裝置為實現(xiàn)運棉車內(nèi)籽棉回潮率的自動化、智能化測量奠定了基礎(chǔ)。

      關(guān)鍵詞:籽棉回潮率;測量裝置;機械裝置;控制系統(tǒng);設(shè)計

      中圖分類號:S226.9文獻標(biāo)志碼:A文章編號:1002-1302(2014)11-0428-03

      2013年新疆維吾爾自治區(qū)棉花總產(chǎn)量高達340萬t,已占據(jù)全國半壁江山,棉花收入占新疆農(nóng)民收入的35%左右,在南疆某些棉花主產(chǎn)縣甚至占到50%~70%。籽棉收購作為棉花產(chǎn)業(yè)鏈的重要環(huán)節(jié),對穩(wěn)定棉花市場、保護棉農(nóng)利益、保障市場供應(yīng)具有重要作用。籽棉通常采用運棉車裝載至棉花加工廠,運棉車內(nèi)籽棉回潮率是交易雙方關(guān)注的焦點。目前籽棉回潮率基本依靠人工利用手持式籽棉回潮儀進行測量,這種測量方式存在以下問題:每次僅能對單點數(shù)據(jù)進行采集,需要多次采集求平均,采集時間長、效率低;勞動強度大,采集深度低,運棉車內(nèi)部數(shù)據(jù)難以采集[1-2]。本研究設(shè)計了一種運棉車內(nèi)籽棉回潮率自動測量裝置,旨在為促進籽棉交易自動化、智能化發(fā)展提供依據(jù)。

      1整機結(jié)構(gòu)及工作原理

      將數(shù)據(jù)采集儀器安裝在籽棉回潮率自動測量裝置上,在該裝置的帶動下可以實現(xiàn)運棉車內(nèi)籽棉回潮率多點多層次[LL]自動化測量,因此該裝置需要在三維空間里實現(xiàn)x、y、z方向的往復(fù)直線運動,該裝置包括機械裝置、控制系統(tǒng)2個部分。機械裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。根據(jù)目前新疆地區(qū)普遍使用的運棉車結(jié)構(gòu),機械系統(tǒng)有頂層、側(cè)面2個工作面,接下來以頂層工作面為例闡釋機械裝置結(jié)構(gòu)及工作原理。機架1是機械裝置的支撐部件,x方向運動調(diào)整機構(gòu)2安裝于機架1的頂層,通過軸承銷與球面軸承連接;y方向運動調(diào)整機構(gòu)3安裝于x方向運動調(diào)整機構(gòu)2上,通過軸承銷與球面軸承連接;z方向運動調(diào)整機構(gòu)4安裝于y方向運動調(diào)整機構(gòu)3上,通過螺栓連接,各部件間均方便組裝及拆卸,由電機提供動力,每個方向的運動調(diào)整機構(gòu)均配有若干電機。該裝置利用絲杠螺母機構(gòu)進行傳動,以傳遞運動為主,類似機床工作臺的進給絲杠,即電機帶動絲杠轉(zhuǎn)動,從而帶動含有傳動螺母的其他傳動部件運動,將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成直線運動,具有速度快、可連續(xù)工作等特點。

      工作時,運棉車停置于機架1正下方,電機提供動力輸入,橫梁5、支座6、卡具7分別屬于x、y、z方向運動調(diào)整機構(gòu)中的一部分,x方向運動調(diào)整機構(gòu)2使橫梁5沿縱梁x方向作雙向直線運動;y方向運動調(diào)整機構(gòu)3使支座6沿橫梁y方向作雙向直線運動;z方向運動調(diào)整機構(gòu)4使卡具7沿垂直z方向作雙向直線運動,從而帶動數(shù)據(jù)采集儀器在三維空間里自由動作(圖2)。

      2機械裝置關(guān)鍵部件的設(shè)計

      根據(jù)新疆運棉車的結(jié)構(gòu)及尺寸,機架設(shè)計為龍門桁架式結(jié)構(gòu),如圖1所示,由21根長短不一的方鋼組成,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,可確保運棉車順利從機架下方通過。為方便運輸、組裝、拆卸,各方鋼間采用固定板及螺栓連接,機架在整個工作過程中起到支撐作用。

      2.1x方向運動調(diào)整機構(gòu)

      由圖3可知,x方向運動調(diào)整機構(gòu)前后左右結(jié)構(gòu)基本對稱,只有一端安裝電機減速器組、鏈傳動組。鏈傳動組2的主動鏈輪通過鍵與電機減速器組1輸出軸直接相連,從動鏈輪通過鍵與絲杠組2直接相連;球面軸承組5外置于橫梁4兩端的下方,橫梁與機架連接;傳動螺母6置于橫梁的兩端,通過螺栓固定,絲杠組3與傳動螺母6配合裝配。工作時,電機提供動力輸入,并通過鏈輪組將動力均勻傳動給絲杠組,絲杠組通過橫梁內(nèi)置的傳動螺母,推動橫梁沿x方向做往復(fù)直線運動。

      2.1.1絲杠螺母機構(gòu)

      絲杠螺母機構(gòu)共有4種基本傳動形式,如圖4所示,本裝置采用第2種即絲杠轉(zhuǎn)動、螺母移動的傳動形式,其特點是結(jié)構(gòu)緊湊、絲杠剛性較好、工作行程大,在機電一體化系統(tǒng)中應(yīng)用較廣泛,但需要限制螺母的轉(zhuǎn)動,故需導(dǎo)向裝置[3-4]。

      為減小絲杠旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動慣量,絲杠組3由兩根絲杠組成,通過聯(lián)軸器連接,與傳動螺母組成絲杠螺母機構(gòu),如圖5所示,機架縱梁充當(dāng)導(dǎo)向裝置,是x方向運動過程中主要的傳動機構(gòu)。根據(jù)實際測量需求及整機測量時間(控制在4min左右),選擇螺距為12mm的梯形螺紋絲杠,傳動螺母與絲杠配合選擇,可達到較高的傳動效率。

      2.1.2球面軸承組

      如圖6所示,球面軸承組由軸承1、軸承銷2、鎖緊螺母3、下板4、上板5、連接板6、連接軸銷7組成,球面軸承組通過連接板、連接軸銷、螺栓跟橫梁連接。連接軸銷使球面軸承組在安裝時減少了約束,便于安裝且具有調(diào)整作用,當(dāng)絲杠螺母結(jié)構(gòu)與球面軸承組在運動過程中出現(xiàn)相對偏移時,連接軸銷可在一定程度上調(diào)整球面軸承組的偏移量,減少絲杠受扭曲的程度;球面軸承與機架側(cè)梁的接觸方式為線面接觸,工作時可及時調(diào)整接觸線,減少運行阻力。

      2.2y方向運動調(diào)整機構(gòu)

      y方向運動調(diào)整機構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖7所示,安裝于x方向運動調(diào)整機構(gòu)上,主要由電機減速器組1、絲杠組2、支座3、球面軸承組4、傳動螺母5組成。電機減速器組1安裝于橫梁的一端,絲杠組2與減速器輸出端口直接相連,支架3通過球面軸承組4與橫梁(圖3)連接,球面軸承組4的上板與支架3焊接,傳動螺母5通過連接板、螺栓與球面軸承組4相連。工作時,電機驅(qū)動絲杠旋轉(zhuǎn),帶動含有螺母的支座沿y方向做往復(fù)直線運動。y方向運動調(diào)整機構(gòu)的絲杠組2與x方向運動調(diào)整機構(gòu)的絲杠組原理和結(jié)構(gòu)相同,含有2根絲杠,以橫梁充當(dāng)導(dǎo)向裝置;球面軸承組4也與x方向運動調(diào)整機構(gòu)的球面軸承組(圖6)原理及結(jié)構(gòu)相同。

      2.3z方向運動調(diào)整機構(gòu)

      z方向運動調(diào)整機構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖8所示,由電機減速器組1、絲杠2、傳動螺母3、光桿4、直線軸承5、卡具6組成。電機減速器組1與絲杠2直接相連,傳動螺母3、直線軸承5均內(nèi)置于卡具6,分別與絲杠2、光桿4配合連接,卡具6的一端用來裝卡數(shù)據(jù)采集儀器,光桿4充當(dāng)絲杠螺母機構(gòu)的導(dǎo)向裝置。工作時電機驅(qū)動絲杠轉(zhuǎn)動,從而帶動卡具在z方向做往復(fù)直線運動。

      3控制系統(tǒng)

      機械裝置的動力主要由電機提供,因此控制系統(tǒng)主要控制電機,來實現(xiàn)x、y、z方向的自由運動。本裝置共有12個電機,頂層工作面與側(cè)工作面各有7、5個。機械系統(tǒng)電機序號如圖9所示,控制1號、2號電機在x方向做往復(fù)直線運動,控制3~6號電機在y方向做往復(fù)直線運動,控制7~12號電機在z方向做往復(fù)直線運動。

      運棉車內(nèi)籽棉回潮率主要采用隨機取點方式進行測量,運行精度要求不高,電機采用750W三相異步交流電機,減速器為渦輪減速器;為提高系統(tǒng)可靠性,采用PLC來實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)及順序動作控制[5]。工作時,1~6號電機同時動作,PLC給1~6號電機1個隨機的時間值,每個電機按這個時間值運動一定距離,判定1~6號電機均已運行完畢后,7~12號電機同時開始動作,每個電機按一定且相同的時間運行完畢后,停頓30s供數(shù)據(jù)采集儀器測量數(shù)據(jù),測量完畢后,7~12號電機反轉(zhuǎn)使數(shù)據(jù)采集儀器抽出回歸原位,隨后1~6號電機反轉(zhuǎn)回歸原位,至此1次測量過程結(jié)束。

      4結(jié)論

      本研究設(shè)計的籽棉回潮率自動測量裝置,可一次性對6處回潮率進行測量,實現(xiàn)了運棉車內(nèi)籽棉回潮率多點多層次自動化測量,提高了測量效率及自動化程度。

      參考文獻:[HJ1.8mm]

      [1]張明柱.新技術(shù)在電測器上的應(yīng)用研究[J].中國纖檢,2012(13):68-69.

      [2]張建柱.我國棉花回潮率電測器技術(shù)發(fā)展綜述[J].中國棉花加工,2010(5):20-22.

      [3]孫桓,陳作模,葛文杰.機械原理[M].7版.北京:高等教育出版社,2006.

      [4]翟志恒,葛正浩,張凱凱,等.絲杠螺母驅(qū)動平行四桿升降機構(gòu)的設(shè)計與分析[J].陜西科技大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2012,30(1):36-39.

      [5]趙中敏,張秋云,楊廣才.PLC控制系統(tǒng)設(shè)計[J].機床電器,2007(2):37-46.endprint

      摘要:目前新疆運棉車內(nèi)籽棉回潮率主要依靠人工利用手持式籽棉回潮儀進行測量,測量效率低、勞動強度大。設(shè)計了1種運棉車內(nèi)籽棉回潮率自動測量裝置,介紹了其結(jié)構(gòu)特點及工作原理,該裝置為實現(xiàn)運棉車內(nèi)籽棉回潮率的自動化、智能化測量奠定了基礎(chǔ)。

      關(guān)鍵詞:籽棉回潮率;測量裝置;機械裝置;控制系統(tǒng);設(shè)計

      中圖分類號:S226.9文獻標(biāo)志碼:A文章編號:1002-1302(2014)11-0428-03

      2013年新疆維吾爾自治區(qū)棉花總產(chǎn)量高達340萬t,已占據(jù)全國半壁江山,棉花收入占新疆農(nóng)民收入的35%左右,在南疆某些棉花主產(chǎn)縣甚至占到50%~70%。籽棉收購作為棉花產(chǎn)業(yè)鏈的重要環(huán)節(jié),對穩(wěn)定棉花市場、保護棉農(nóng)利益、保障市場供應(yīng)具有重要作用。籽棉通常采用運棉車裝載至棉花加工廠,運棉車內(nèi)籽棉回潮率是交易雙方關(guān)注的焦點。目前籽棉回潮率基本依靠人工利用手持式籽棉回潮儀進行測量,這種測量方式存在以下問題:每次僅能對單點數(shù)據(jù)進行采集,需要多次采集求平均,采集時間長、效率低;勞動強度大,采集深度低,運棉車內(nèi)部數(shù)據(jù)難以采集[1-2]。本研究設(shè)計了一種運棉車內(nèi)籽棉回潮率自動測量裝置,旨在為促進籽棉交易自動化、智能化發(fā)展提供依據(jù)。

      1整機結(jié)構(gòu)及工作原理

      將數(shù)據(jù)采集儀器安裝在籽棉回潮率自動測量裝置上,在該裝置的帶動下可以實現(xiàn)運棉車內(nèi)籽棉回潮率多點多層次[LL]自動化測量,因此該裝置需要在三維空間里實現(xiàn)x、y、z方向的往復(fù)直線運動,該裝置包括機械裝置、控制系統(tǒng)2個部分。機械裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。根據(jù)目前新疆地區(qū)普遍使用的運棉車結(jié)構(gòu),機械系統(tǒng)有頂層、側(cè)面2個工作面,接下來以頂層工作面為例闡釋機械裝置結(jié)構(gòu)及工作原理。機架1是機械裝置的支撐部件,x方向運動調(diào)整機構(gòu)2安裝于機架1的頂層,通過軸承銷與球面軸承連接;y方向運動調(diào)整機構(gòu)3安裝于x方向運動調(diào)整機構(gòu)2上,通過軸承銷與球面軸承連接;z方向運動調(diào)整機構(gòu)4安裝于y方向運動調(diào)整機構(gòu)3上,通過螺栓連接,各部件間均方便組裝及拆卸,由電機提供動力,每個方向的運動調(diào)整機構(gòu)均配有若干電機。該裝置利用絲杠螺母機構(gòu)進行傳動,以傳遞運動為主,類似機床工作臺的進給絲杠,即電機帶動絲杠轉(zhuǎn)動,從而帶動含有傳動螺母的其他傳動部件運動,將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成直線運動,具有速度快、可連續(xù)工作等特點。

      工作時,運棉車停置于機架1正下方,電機提供動力輸入,橫梁5、支座6、卡具7分別屬于x、y、z方向運動調(diào)整機構(gòu)中的一部分,x方向運動調(diào)整機構(gòu)2使橫梁5沿縱梁x方向作雙向直線運動;y方向運動調(diào)整機構(gòu)3使支座6沿橫梁y方向作雙向直線運動;z方向運動調(diào)整機構(gòu)4使卡具7沿垂直z方向作雙向直線運動,從而帶動數(shù)據(jù)采集儀器在三維空間里自由動作(圖2)。

      2機械裝置關(guān)鍵部件的設(shè)計

      根據(jù)新疆運棉車的結(jié)構(gòu)及尺寸,機架設(shè)計為龍門桁架式結(jié)構(gòu),如圖1所示,由21根長短不一的方鋼組成,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,可確保運棉車順利從機架下方通過。為方便運輸、組裝、拆卸,各方鋼間采用固定板及螺栓連接,機架在整個工作過程中起到支撐作用。

      2.1x方向運動調(diào)整機構(gòu)

      由圖3可知,x方向運動調(diào)整機構(gòu)前后左右結(jié)構(gòu)基本對稱,只有一端安裝電機減速器組、鏈傳動組。鏈傳動組2的主動鏈輪通過鍵與電機減速器組1輸出軸直接相連,從動鏈輪通過鍵與絲杠組2直接相連;球面軸承組5外置于橫梁4兩端的下方,橫梁與機架連接;傳動螺母6置于橫梁的兩端,通過螺栓固定,絲杠組3與傳動螺母6配合裝配。工作時,電機提供動力輸入,并通過鏈輪組將動力均勻傳動給絲杠組,絲杠組通過橫梁內(nèi)置的傳動螺母,推動橫梁沿x方向做往復(fù)直線運動。

      2.1.1絲杠螺母機構(gòu)

      絲杠螺母機構(gòu)共有4種基本傳動形式,如圖4所示,本裝置采用第2種即絲杠轉(zhuǎn)動、螺母移動的傳動形式,其特點是結(jié)構(gòu)緊湊、絲杠剛性較好、工作行程大,在機電一體化系統(tǒng)中應(yīng)用較廣泛,但需要限制螺母的轉(zhuǎn)動,故需導(dǎo)向裝置[3-4]。

      為減小絲杠旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動慣量,絲杠組3由兩根絲杠組成,通過聯(lián)軸器連接,與傳動螺母組成絲杠螺母機構(gòu),如圖5所示,機架縱梁充當(dāng)導(dǎo)向裝置,是x方向運動過程中主要的傳動機構(gòu)。根據(jù)實際測量需求及整機測量時間(控制在4min左右),選擇螺距為12mm的梯形螺紋絲杠,傳動螺母與絲杠配合選擇,可達到較高的傳動效率。

      2.1.2球面軸承組

      如圖6所示,球面軸承組由軸承1、軸承銷2、鎖緊螺母3、下板4、上板5、連接板6、連接軸銷7組成,球面軸承組通過連接板、連接軸銷、螺栓跟橫梁連接。連接軸銷使球面軸承組在安裝時減少了約束,便于安裝且具有調(diào)整作用,當(dāng)絲杠螺母結(jié)構(gòu)與球面軸承組在運動過程中出現(xiàn)相對偏移時,連接軸銷可在一定程度上調(diào)整球面軸承組的偏移量,減少絲杠受扭曲的程度;球面軸承與機架側(cè)梁的接觸方式為線面接觸,工作時可及時調(diào)整接觸線,減少運行阻力。

      2.2y方向運動調(diào)整機構(gòu)

      y方向運動調(diào)整機構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖7所示,安裝于x方向運動調(diào)整機構(gòu)上,主要由電機減速器組1、絲杠組2、支座3、球面軸承組4、傳動螺母5組成。電機減速器組1安裝于橫梁的一端,絲杠組2與減速器輸出端口直接相連,支架3通過球面軸承組4與橫梁(圖3)連接,球面軸承組4的上板與支架3焊接,傳動螺母5通過連接板、螺栓與球面軸承組4相連。工作時,電機驅(qū)動絲杠旋轉(zhuǎn),帶動含有螺母的支座沿y方向做往復(fù)直線運動。y方向運動調(diào)整機構(gòu)的絲杠組2與x方向運動調(diào)整機構(gòu)的絲杠組原理和結(jié)構(gòu)相同,含有2根絲杠,以橫梁充當(dāng)導(dǎo)向裝置;球面軸承組4也與x方向運動調(diào)整機構(gòu)的球面軸承組(圖6)原理及結(jié)構(gòu)相同。

      2.3z方向運動調(diào)整機構(gòu)

      z方向運動調(diào)整機構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖8所示,由電機減速器組1、絲杠2、傳動螺母3、光桿4、直線軸承5、卡具6組成。電機減速器組1與絲杠2直接相連,傳動螺母3、直線軸承5均內(nèi)置于卡具6,分別與絲杠2、光桿4配合連接,卡具6的一端用來裝卡數(shù)據(jù)采集儀器,光桿4充當(dāng)絲杠螺母機構(gòu)的導(dǎo)向裝置。工作時電機驅(qū)動絲杠轉(zhuǎn)動,從而帶動卡具在z方向做往復(fù)直線運動。

      3控制系統(tǒng)

      機械裝置的動力主要由電機提供,因此控制系統(tǒng)主要控制電機,來實現(xiàn)x、y、z方向的自由運動。本裝置共有12個電機,頂層工作面與側(cè)工作面各有7、5個。機械系統(tǒng)電機序號如圖9所示,控制1號、2號電機在x方向做往復(fù)直線運動,控制3~6號電機在y方向做往復(fù)直線運動,控制7~12號電機在z方向做往復(fù)直線運動。

      運棉車內(nèi)籽棉回潮率主要采用隨機取點方式進行測量,運行精度要求不高,電機采用750W三相異步交流電機,減速器為渦輪減速器;為提高系統(tǒng)可靠性,采用PLC來實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)及順序動作控制[5]。工作時,1~6號電機同時動作,PLC給1~6號電機1個隨機的時間值,每個電機按這個時間值運動一定距離,判定1~6號電機均已運行完畢后,7~12號電機同時開始動作,每個電機按一定且相同的時間運行完畢后,停頓30s供數(shù)據(jù)采集儀器測量數(shù)據(jù),測量完畢后,7~12號電機反轉(zhuǎn)使數(shù)據(jù)采集儀器抽出回歸原位,隨后1~6號電機反轉(zhuǎn)回歸原位,至此1次測量過程結(jié)束。

      4結(jié)論

      本研究設(shè)計的籽棉回潮率自動測量裝置,可一次性對6處回潮率進行測量,實現(xiàn)了運棉車內(nèi)籽棉回潮率多點多層次自動化測量,提高了測量效率及自動化程度。

      參考文獻:[HJ1.8mm]

      [1]張明柱.新技術(shù)在電測器上的應(yīng)用研究[J].中國纖檢,2012(13):68-69.

      [2]張建柱.我國棉花回潮率電測器技術(shù)發(fā)展綜述[J].中國棉花加工,2010(5):20-22.

      [3]孫桓,陳作模,葛文杰.機械原理[M].7版.北京:高等教育出版社,2006.

      [4]翟志恒,葛正浩,張凱凱,等.絲杠螺母驅(qū)動平行四桿升降機構(gòu)的設(shè)計與分析[J].陜西科技大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2012,30(1):36-39.

      [5]趙中敏,張秋云,楊廣才.PLC控制系統(tǒng)設(shè)計[J].機床電器,2007(2):37-46.endprint

      摘要:目前新疆運棉車內(nèi)籽棉回潮率主要依靠人工利用手持式籽棉回潮儀進行測量,測量效率低、勞動強度大。設(shè)計了1種運棉車內(nèi)籽棉回潮率自動測量裝置,介紹了其結(jié)構(gòu)特點及工作原理,該裝置為實現(xiàn)運棉車內(nèi)籽棉回潮率的自動化、智能化測量奠定了基礎(chǔ)。

      關(guān)鍵詞:籽棉回潮率;測量裝置;機械裝置;控制系統(tǒng);設(shè)計

      中圖分類號:S226.9文獻標(biāo)志碼:A文章編號:1002-1302(2014)11-0428-03

      2013年新疆維吾爾自治區(qū)棉花總產(chǎn)量高達340萬t,已占據(jù)全國半壁江山,棉花收入占新疆農(nóng)民收入的35%左右,在南疆某些棉花主產(chǎn)縣甚至占到50%~70%。籽棉收購作為棉花產(chǎn)業(yè)鏈的重要環(huán)節(jié),對穩(wěn)定棉花市場、保護棉農(nóng)利益、保障市場供應(yīng)具有重要作用。籽棉通常采用運棉車裝載至棉花加工廠,運棉車內(nèi)籽棉回潮率是交易雙方關(guān)注的焦點。目前籽棉回潮率基本依靠人工利用手持式籽棉回潮儀進行測量,這種測量方式存在以下問題:每次僅能對單點數(shù)據(jù)進行采集,需要多次采集求平均,采集時間長、效率低;勞動強度大,采集深度低,運棉車內(nèi)部數(shù)據(jù)難以采集[1-2]。本研究設(shè)計了一種運棉車內(nèi)籽棉回潮率自動測量裝置,旨在為促進籽棉交易自動化、智能化發(fā)展提供依據(jù)。

      1整機結(jié)構(gòu)及工作原理

      將數(shù)據(jù)采集儀器安裝在籽棉回潮率自動測量裝置上,在該裝置的帶動下可以實現(xiàn)運棉車內(nèi)籽棉回潮率多點多層次[LL]自動化測量,因此該裝置需要在三維空間里實現(xiàn)x、y、z方向的往復(fù)直線運動,該裝置包括機械裝置、控制系統(tǒng)2個部分。機械裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。根據(jù)目前新疆地區(qū)普遍使用的運棉車結(jié)構(gòu),機械系統(tǒng)有頂層、側(cè)面2個工作面,接下來以頂層工作面為例闡釋機械裝置結(jié)構(gòu)及工作原理。機架1是機械裝置的支撐部件,x方向運動調(diào)整機構(gòu)2安裝于機架1的頂層,通過軸承銷與球面軸承連接;y方向運動調(diào)整機構(gòu)3安裝于x方向運動調(diào)整機構(gòu)2上,通過軸承銷與球面軸承連接;z方向運動調(diào)整機構(gòu)4安裝于y方向運動調(diào)整機構(gòu)3上,通過螺栓連接,各部件間均方便組裝及拆卸,由電機提供動力,每個方向的運動調(diào)整機構(gòu)均配有若干電機。該裝置利用絲杠螺母機構(gòu)進行傳動,以傳遞運動為主,類似機床工作臺的進給絲杠,即電機帶動絲杠轉(zhuǎn)動,從而帶動含有傳動螺母的其他傳動部件運動,將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成直線運動,具有速度快、可連續(xù)工作等特點。

      工作時,運棉車停置于機架1正下方,電機提供動力輸入,橫梁5、支座6、卡具7分別屬于x、y、z方向運動調(diào)整機構(gòu)中的一部分,x方向運動調(diào)整機構(gòu)2使橫梁5沿縱梁x方向作雙向直線運動;y方向運動調(diào)整機構(gòu)3使支座6沿橫梁y方向作雙向直線運動;z方向運動調(diào)整機構(gòu)4使卡具7沿垂直z方向作雙向直線運動,從而帶動數(shù)據(jù)采集儀器在三維空間里自由動作(圖2)。

      2機械裝置關(guān)鍵部件的設(shè)計

      根據(jù)新疆運棉車的結(jié)構(gòu)及尺寸,機架設(shè)計為龍門桁架式結(jié)構(gòu),如圖1所示,由21根長短不一的方鋼組成,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,可確保運棉車順利從機架下方通過。為方便運輸、組裝、拆卸,各方鋼間采用固定板及螺栓連接,機架在整個工作過程中起到支撐作用。

      2.1x方向運動調(diào)整機構(gòu)

      由圖3可知,x方向運動調(diào)整機構(gòu)前后左右結(jié)構(gòu)基本對稱,只有一端安裝電機減速器組、鏈傳動組。鏈傳動組2的主動鏈輪通過鍵與電機減速器組1輸出軸直接相連,從動鏈輪通過鍵與絲杠組2直接相連;球面軸承組5外置于橫梁4兩端的下方,橫梁與機架連接;傳動螺母6置于橫梁的兩端,通過螺栓固定,絲杠組3與傳動螺母6配合裝配。工作時,電機提供動力輸入,并通過鏈輪組將動力均勻傳動給絲杠組,絲杠組通過橫梁內(nèi)置的傳動螺母,推動橫梁沿x方向做往復(fù)直線運動。

      2.1.1絲杠螺母機構(gòu)

      絲杠螺母機構(gòu)共有4種基本傳動形式,如圖4所示,本裝置采用第2種即絲杠轉(zhuǎn)動、螺母移動的傳動形式,其特點是結(jié)構(gòu)緊湊、絲杠剛性較好、工作行程大,在機電一體化系統(tǒng)中應(yīng)用較廣泛,但需要限制螺母的轉(zhuǎn)動,故需導(dǎo)向裝置[3-4]。

      為減小絲杠旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動慣量,絲杠組3由兩根絲杠組成,通過聯(lián)軸器連接,與傳動螺母組成絲杠螺母機構(gòu),如圖5所示,機架縱梁充當(dāng)導(dǎo)向裝置,是x方向運動過程中主要的傳動機構(gòu)。根據(jù)實際測量需求及整機測量時間(控制在4min左右),選擇螺距為12mm的梯形螺紋絲杠,傳動螺母與絲杠配合選擇,可達到較高的傳動效率。

      2.1.2球面軸承組

      如圖6所示,球面軸承組由軸承1、軸承銷2、鎖緊螺母3、下板4、上板5、連接板6、連接軸銷7組成,球面軸承組通過連接板、連接軸銷、螺栓跟橫梁連接。連接軸銷使球面軸承組在安裝時減少了約束,便于安裝且具有調(diào)整作用,當(dāng)絲杠螺母結(jié)構(gòu)與球面軸承組在運動過程中出現(xiàn)相對偏移時,連接軸銷可在一定程度上調(diào)整球面軸承組的偏移量,減少絲杠受扭曲的程度;球面軸承與機架側(cè)梁的接觸方式為線面接觸,工作時可及時調(diào)整接觸線,減少運行阻力。

      2.2y方向運動調(diào)整機構(gòu)

      y方向運動調(diào)整機構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖7所示,安裝于x方向運動調(diào)整機構(gòu)上,主要由電機減速器組1、絲杠組2、支座3、球面軸承組4、傳動螺母5組成。電機減速器組1安裝于橫梁的一端,絲杠組2與減速器輸出端口直接相連,支架3通過球面軸承組4與橫梁(圖3)連接,球面軸承組4的上板與支架3焊接,傳動螺母5通過連接板、螺栓與球面軸承組4相連。工作時,電機驅(qū)動絲杠旋轉(zhuǎn),帶動含有螺母的支座沿y方向做往復(fù)直線運動。y方向運動調(diào)整機構(gòu)的絲杠組2與x方向運動調(diào)整機構(gòu)的絲杠組原理和結(jié)構(gòu)相同,含有2根絲杠,以橫梁充當(dāng)導(dǎo)向裝置;球面軸承組4也與x方向運動調(diào)整機構(gòu)的球面軸承組(圖6)原理及結(jié)構(gòu)相同。

      2.3z方向運動調(diào)整機構(gòu)

      z方向運動調(diào)整機構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖8所示,由電機減速器組1、絲杠2、傳動螺母3、光桿4、直線軸承5、卡具6組成。電機減速器組1與絲杠2直接相連,傳動螺母3、直線軸承5均內(nèi)置于卡具6,分別與絲杠2、光桿4配合連接,卡具6的一端用來裝卡數(shù)據(jù)采集儀器,光桿4充當(dāng)絲杠螺母機構(gòu)的導(dǎo)向裝置。工作時電機驅(qū)動絲杠轉(zhuǎn)動,從而帶動卡具在z方向做往復(fù)直線運動。

      3控制系統(tǒng)

      機械裝置的動力主要由電機提供,因此控制系統(tǒng)主要控制電機,來實現(xiàn)x、y、z方向的自由運動。本裝置共有12個電機,頂層工作面與側(cè)工作面各有7、5個。機械系統(tǒng)電機序號如圖9所示,控制1號、2號電機在x方向做往復(fù)直線運動,控制3~6號電機在y方向做往復(fù)直線運動,控制7~12號電機在z方向做往復(fù)直線運動。

      運棉車內(nèi)籽棉回潮率主要采用隨機取點方式進行測量,運行精度要求不高,電機采用750W三相異步交流電機,減速器為渦輪減速器;為提高系統(tǒng)可靠性,采用PLC來實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)及順序動作控制[5]。工作時,1~6號電機同時動作,PLC給1~6號電機1個隨機的時間值,每個電機按這個時間值運動一定距離,判定1~6號電機均已運行完畢后,7~12號電機同時開始動作,每個電機按一定且相同的時間運行完畢后,停頓30s供數(shù)據(jù)采集儀器測量數(shù)據(jù),測量完畢后,7~12號電機反轉(zhuǎn)使數(shù)據(jù)采集儀器抽出回歸原位,隨后1~6號電機反轉(zhuǎn)回歸原位,至此1次測量過程結(jié)束。

      4結(jié)論

      本研究設(shè)計的籽棉回潮率自動測量裝置,可一次性對6處回潮率進行測量,實現(xiàn)了運棉車內(nèi)籽棉回潮率多點多層次自動化測量,提高了測量效率及自動化程度。

      參考文獻:[HJ1.8mm]

      [1]張明柱.新技術(shù)在電測器上的應(yīng)用研究[J].中國纖檢,2012(13):68-69.

      [2]張建柱.我國棉花回潮率電測器技術(shù)發(fā)展綜述[J].中國棉花加工,2010(5):20-22.

      [3]孫桓,陳作模,葛文杰.機械原理[M].7版.北京:高等教育出版社,2006.

      [4]翟志恒,葛正浩,張凱凱,等.絲杠螺母驅(qū)動平行四桿升降機構(gòu)的設(shè)計與分析[J].陜西科技大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2012,30(1):36-39.

      [5]趙中敏,張秋云,楊廣才.PLC控制系統(tǒng)設(shè)計[J].機床電器,2007(2):37-46.endprint

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