2007年 6月第 35卷 第 6期機(jī) 床 與 液 壓MACH INE TOOL & HYDRAUL ICSJun1 2007Vol135 No16自 動(dòng) 抄 片 三 自 由 度 氣 動(dòng) 機(jī) 械 手 設(shè) 計(jì)陳 志 彬 1 , 齊 樂 華 1 , 任 遠(yuǎn) 春 2 , 李 賀 軍 2(11西 北 工 業(yè) 大 學(xué) 機(jī) 電 學(xué) 院 , 西 安 710072; 21西 北 工 業(yè) 大 學(xué) 材 料 學(xué) 院 , 西 安 710072)摘 要 : 為 了 克 服 現(xiàn) 有 抄 片 機(jī) 手 工 操 作 引 起 的 種 種 產(chǎn) 品 缺 陷 , 采 用 模 塊 化 、 集 成 化 、 邏 輯 分 析 等 方 法 , 針 對(duì) 特 殊 使 用 要求 設(shè) 計(jì) 了 一 種 應(yīng) 用 在 高 性 能 紙 基 摩 擦 材 料 抄 片 工 藝 上 的 氣 動(dòng) 機(jī) 械 手 , 包 括 機(jī) 械 手 硬 件 結(jié) 構(gòu) 、 動(dòng) 作 流 程 以 及 氣 動(dòng) 控 制 回 路 。采 用 AS_i總 線 整 合 機(jī) 械 手 傳 感 器 、 終 端 位 置 控 制 器 、 閥 島 和 控 制 器 等 , 具 有 上 擴(kuò) 展 能 力 , 可 以 達(dá) 到 設(shè) 計(jì) 使 用 要 求 。關(guān) 鍵 詞 : 氣 動(dòng) 機(jī) 械 手 ; 抄 片 機(jī) ; AS_i總 線中 圖 分 類 號(hào) : TP271 + 132 文 獻(xiàn) 標(biāo) 識(shí) 碼 : B 文 章 編 號(hào) : 1001 - 3881 (2007) 6 - 117 - 3The D esign of Auto Sheet2mak ing Pneuma tic Robotic M an ipula tor w ithThree D egrees of FreedomCHEN Zhibin1 , Q ILehua1 , REN Yuanchun2 , L I Hejun2(11College ofMechanical and Electrical Engineering, Northwestern Polytechnical University, Xi an 710072,China; 21China Research Center of C /C Composites, Key Laboratory of U ltra2high TemperatureComposites, Northwestern Polytechnical University, Xi an 710072, China)Abstract: The sheet2making apparatus used in p roducing a kind of high2performance friction material has some lim itations1Apneumatic robotic manipulator used to refit this sheet2making apparatus was designed through the app roach of modularization, integra2tion and logic analysis1The manipulator was constructured by an integration of various pneumatic cylinders, sensors, valve islands andservo2positioning controller based on actuator2sensor interface (AS_ i) bus1The manipulator realized the requirements of refitting andcan be extended in the future1Keywords: Pneumatic robotic manipulator; Sheet2making apparatus; AS_i bus0 前 言高 性 能 碳 纖 維 增 強(qiáng) 紙 基 摩 擦 材 料 , 具 有 靜 /動(dòng) 摩擦 系 數(shù) 比 接 近 1, 制 動(dòng) 平 穩(wěn) 、 噪 聲 小 、 環(huán) 保 等 優(yōu) 點(diǎn) ,是 目 前 應(yīng) 用 在 自 動(dòng) 變 速 裝 置 上 的 最 為 理 想 的 濕 式 摩 擦材 料 。 目 前 國 外 的 紙 基 摩 擦 材 料 成 形 工 藝 十 分 成 熟 ,自 動(dòng) 化 程 度 高 , 國 內(nèi) 目 前 同 類 成 型 設(shè) 備 主 要 是 抄 片機(jī) , 且 主 要 采 用 人 工 操 作 , 產(chǎn) 品 厚 度 誤 差 比 較 大 , 嚴(yán)重 影 響 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 的 穩(wěn) 定 性 1 。 為 了 提 高 批 量 生 產(chǎn) 的 產(chǎn)品 質(zhì) 量 和 效 率 , 在 原 有 抄 片 機(jī) 上 加 裝 機(jī) 械 手 是 代 替 手工 操 作 的 有 效 途 徑 。機(jī) 械 手 是 傳 遞 機(jī) 構(gòu) 中 的 重 要 部 分 , 通 過 夾 持 機(jī) 構(gòu)將 物 料 從 某 一 位 置 和 方 位 , 按 一 定 運(yùn) 動(dòng) 軌 跡 傳 遞 到 另一 位 置 和 方 位 。 近 年 來 , 機(jī) 械 手 在 國 內(nèi) 外 自 動(dòng) 化 領(lǐng) 域中 , 特 別 是 在 有 毒 、 放 射 、 易 燃 易 爆 等 惡 劣 環(huán) 境 內(nèi) ,得 到 了 越 來 越 廣 泛 的 應(yīng) 用 。 其 中 氣 動(dòng) 機(jī) 械 手 與 其 它 類型 的 機(jī) 械 手 相 比 , 具 有 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 、 造 價(jià) 較 低 、 易 于 控制 、 維 護(hù) 方 便 、 壽 命 長(zhǎng) 等 優(yōu) 點(diǎn) , 因 此 氣 動(dòng) 控 制 機(jī) 械 手機(jī) 構(gòu) 被 很 多 場(chǎng) 合 所 采 用 。 在 工 業(yè) 自 動(dòng) 化 領(lǐng) 域 里 , 大 量采 用 傳 感 器 , 智 能 元 件 的 拼 裝 式 氣 動(dòng) 機(jī) 械 手 克 服 了 傳統(tǒng) 氣 動(dòng) 機(jī) 械 手 的 笨 重 、 無 通 用 性 等 缺 點(diǎn) , 具 有 很 強(qiáng) 的實(shí) 用 性 和 通 用 性 2 。 同 時(shí) , 由 于 采 用 總 線 連 接 集 成 系統(tǒng) , 特 別 是 帶 集 成 PLC以 及 總 線 接 口 的 閥 島 , 提 高了 氣 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 可 靠 性 , 簡(jiǎn) 化 了 安 裝 和 維 修 。 國 外發(fā) 展 的 帶 新 型 智 能 型 電 磁 閥 的 氣 動(dòng) 定 位 系 統(tǒng) 、 采 用 反饋 控 制 , 當(dāng) 行 程 為 300mm、 速 度 為 2m / s時(shí) , 定 位 精度 可 達(dá) 011mm 3 - 5 。本 文 針 對(duì) 紙 基 摩 擦 材 料 抄 片 機(jī) 自 動(dòng) 化 程 度 低 、 產(chǎn)品 質(zhì) 量 不 穩(wěn) 定 等 缺 陷 , 設(shè) 計(jì) 了 自 動(dòng) 抄 片 氣 動(dòng) 機(jī) 械 手 ?？?以 與 由 閥 島 、 AS2i總 線 組 成 的 控 制 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 協(xié) 調(diào) ,組 成 完 整 的 機(jī) 械 手 。1 氣 動(dòng) 機(jī) 械 手 本 體 設(shè) 計(jì)111 自 動(dòng) 抄 片 機(jī) 總 體 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì)自 動(dòng) 抄 片 機(jī) 是 在 手 工 抄 片 機(jī) 的 基 礎(chǔ) 上 加 裝 氣 動(dòng) 機(jī)械 手 進(jìn) 行 自 動(dòng) 化 改 裝 而 得 到 的 , 其 總 體 機(jī) 構(gòu) 如 圖 1所示 , 與 手 工 抄 片 機(jī) 相 比 增 加 了 機(jī) 械 手 、 吹 氣 罩 9等 ,其 中 氣 動(dòng) 機(jī) 械 手 在 抄 片 機(jī) 摩 擦 材 料 成 形 過 程 中 的 動(dòng) 作如 圖 2所 示 。1 壓 水 輥 5 成 形 網(wǎng) 7 直 線 單 元 9 吹 氣 罩13 雙 作 用 擺 動(dòng) 氣 缸 14 料 缸圖 1 抄 片 機(jī) 總 體 結(jié) 構(gòu) 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 1 壓 水 輥 2 Y軸 滑 塊 驅(qū) 動(dòng) 器 3 Z軸 滑 塊 驅(qū) 動(dòng) 器4 手 指 氣 缸 5 成 形 網(wǎng) 6 抄 片 機(jī) 主 體 7 DGPL直 線 氣 缸 8 壓 縮 空 氣 管 9 吹 氣 罩 10 SPC100終端 位 置 控 制 器 11 位 置 傳 感 器 12 比 例 方 向 控 制 閥13 雙 作 用 擺 動(dòng) 氣 缸圖 2 機(jī) 械 手 動(dòng) 作 示 意 圖摩 擦 材 料 成 形 后 由 料 缸 支 撐 氣 缸 將 料 缸 支 起 90后 (圖 1) , 機(jī) 械 手 搬 動(dòng) 壓 水 輥 1在 成 形 網(wǎng) 5上 輥 壓脫 水 ; 機(jī) 械 手 將 成 形 網(wǎng) 5帶 摩 擦 材 料 從 托 網(wǎng) 架 上 取下 , 沿 導(dǎo) 軌 7右 行 、 上 行 至 到 工 作 臺(tái) 上 方 翻 轉(zhuǎn) 180 ;吹 氣 罩 9下 行 將 摩 擦 材 料 平 整 吹 下 ; 成 形 網(wǎng) 5、 機(jī) 械手 、 料 缸 14復(fù) 位 。112 機(jī) 械 手 動(dòng) 作 功 能 設(shè) 計(jì)為 了 實(shí) 現(xiàn) 圖 2中 的 一 系 列 功 能 , 機(jī) 械 手 動(dòng) 作 根 據(jù)手 工 操 作 的 動(dòng) 作 順 序 進(jìn) 行 設(shè) 計(jì) 和 優(yōu) 化 , 使 用 的 是 安 裝靈 活 的 三 自 由 度 ( 1 + 1 /2 + 1 /2 + 1, 不 包 含 手 指 )模 塊 式 3P1R ( P: 滑 動(dòng) 關(guān) 節(jié) , R: 旋 轉(zhuǎn) 關(guān) 節(jié) ) 拼 裝 機(jī)械 手 。 為 了 安 裝 方 便 , 各 個(gè) 部 件 都 預(yù) 留 了 燕 尾 槽 等 拼裝 導(dǎo) 軌 , 導(dǎo) 向 系 統(tǒng) 裝 置 集 成 了 電 接 口 和 帶 電 纜 及 氣 管的 , 使 機(jī) 械 手 運(yùn) 動(dòng) 自 如 , 具 有 高 剛 性 、 高 強(qiáng) 度 及 精 確的 導(dǎo) 向 和 定 位 精 度 6 - 7 。 圖 2中 的 兩 臺(tái) 機(jī) 械 手 結(jié) 構(gòu) 對(duì)稱 、 功 能 相 同 。 單 臺(tái) 機(jī) 械 手 由 5 個(gè) 氣 缸 拼 裝 而 成 :DGPL直 線 單 元 氣 缸 7 (X軸 )、 小 型 滑 塊 驅(qū) 動(dòng) 器 2、 3( Y、 Z軸 )、 雙 作 用 擺 動(dòng) 氣 缸 ( 180 ) 13、 手 指 氣 缸4。在 抄 片 工 藝 中 , 為 了 保 證 機(jī) 構(gòu) 的 剛 度 和 穩(wěn) 定 性 ,采 用 了 兩 臺(tái) 完 全 相 同 的 機(jī) 械 手 。 工 作 時(shí) 左 右 兩 部 機(jī) 械手 同 步 工 作 。 為 了 使 兩 部 機(jī) 械 手 能 夠 同 步 動(dòng) 作 , 相 同位 置 的 氣 缸 由 一 閥 控 制 , 氣 管 的 長(zhǎng) 度 和 走 向 完 全 對(duì)稱 , 位 置 傳 感 器 觸 發(fā) 的 與 門 (雙 壓 閥 ) 控 制 , 雙 向節(jié) 流 閥 保 證 速 度 相 同 。 圖 3為 各 個(gè) 氣 缸 的 動(dòng) 作 以 及 邏輯 觸 發(fā) , 通 過 之 間 設(shè) 定 的 觸 發(fā) 完 成 機(jī) 械 手 的 動(dòng) 作 循 環(huán)和 功 能 。圖 3 各 氣 缸 功 能 圖 表2 機(jī) 械 手 控 制 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì)211 控 制 系 統(tǒng) 組 成因 為 機(jī) 械 手 存 在 大 量 的 接 口 及 近 20個(gè) 接 近 傳 感器 , 當(dāng) 選 用 一 般 的 控 制 策 略 連 接 這 些 氣 管 件 、 電 插 件及 傳 感 器 , 不 僅 工 作 量 大 , 而 且 容 易 錯(cuò) 接 或 接 觸 不良 , 導(dǎo) 致 機(jī) 械 手 故 障 率 高 。 為 了 安 裝 、 維 護(hù) 方 便 和 聯(lián)網(wǎng) 控 制 , 機(jī) 械 手 采 用 了 帶 PLC及 現(xiàn) 場(chǎng) 總 線 的 閥 島 進(jìn)行 控 制 并 與 AS_i總 線 結(jié) 合 的 控 制 系 統(tǒng) , 得 到 了 一 個(gè)完 整 的 解 決 方 案 8 , 如 圖 4。圖 4 AS_i總 線 獨(dú) 立 就 地 控 制 方 案 圖閥 島 僅 用 一 根 電 纜 將 PLC、 傳 感 器 與 集 裝 式 閥 相連 , 通 過 串 行 信 號(hào) 傳 遞 的 方 式 , 以 一 定 的 數(shù) 據(jù) 格 式 完成 系 統(tǒng) 中 的 信 號(hào) 雙 向 傳 遞 。 這 樣 , 不 僅 接 口 大 大 簡(jiǎn)化 , 節(jié) 省 了 配 線 時(shí) 間 , 而 且 控 制 部 分 小 巧 實(shí) 用 。 由 于閥 島 的 防 護(hù) 等 級(jí) 達(dá) 到 IP65、 符 合 D IN標(biāo) 準(zhǔn) , 甚 至 無需 控 制 箱 , 可 就 近 安 裝 在 機(jī) 械 手 附 近 。 構(gòu) 成 機(jī) 械 手 控制 信 號(hào) 傳 送 樞 紐 的 AS_i總 線 除 了 能 滿 足 機(jī) 械 手 簡(jiǎn) 單I/O、 開 /關(guān) 量 等 基 本 數(shù) 據(jù) 的 高 速 傳 輸 外 , 對(duì) 于 更 高 級(jí)別 的 字 節(jié) 級(jí) (設(shè) 備 級(jí) ) 和 數(shù) 據(jù) 流 級(jí) 的 使 用 要 求 , 還811 機(jī) 床 與 液 壓 第 35卷 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 支 持 “ 金 字 塔 ” 模 式 向 上 擴(kuò) 展 , 典 型 的 網(wǎng) 絡(luò) 為 AS_i- Profibus Industrial Ethernet。 在 規(guī) 模 較 小 、 以 開 關(guān)量 設(shè) 備 為 主 的 應(yīng) 用 中 , 可 以 省 去 “ 塔 尖 ” , 使 用 AS_i和 Profibus2DP構(gòu) 成 現(xiàn) 場(chǎng) 總 線 監(jiān) 控 系 統(tǒng) , 其 規(guī) 模 可 大可 小 , 配 置 靈 活 方 便 9 。 針 對(duì) 機(jī) 械 手 的 控 制 , 可 再 作進(jìn) 一 步 的 簡(jiǎn) 化 , 只 保 留 主 控 制 器 ( PLC /PC / IPC)、AS_ i主 機(jī) 和 從 機(jī) 。 主 機(jī) 作 為 控 制 器 的 遠(yuǎn) 程 I/O, 同時(shí) 在 小 系 統(tǒng) 中 作 為 獨(dú) 立 就 地 控 制 器 , 如 圖 4所 示 , 帶AS2i接 口 的 CP閥 島 可 配 備 2到 8個(gè) 閥 片 , 其 集 成 的PLC, 其 支 持 AS_ i、 Profibus等 總 線 。 選 用 ASI2EVA2MEB22E1A2Z型 AS_ i模 塊 ( IP65) 作 為 主 機(jī) , 將 閥島 接 入 AS_i網(wǎng) 絡(luò) 并 作 為 AS_i網(wǎng) 絡(luò) 的 起 始 點(diǎn) , 用 地 址編 寫 設(shè) 備 AS2PRG2ADR對(duì) 從 站 地 址 進(jìn) 行 設(shè) 置 , 這 樣就 構(gòu) 成 了 機(jī) 械 手 的 控 制 網(wǎng) 絡(luò) 。212 關(guān) 鍵 技 術(shù) 問 題 的 解 決21211 氣 缸 的 兩 點(diǎn) 定 位在 機(jī) 械 手 工 作 過 程 中 , 小 型 滑 塊 驅(qū) 動(dòng) 器 、 雙 作 用擺 動(dòng) 氣 缸 等 一 般 的 兩 點(diǎn) 定 位 , 通 過 選 擇 其 兩 個(gè) 終 點(diǎn) 位置 , 并 相 應(yīng) 配 置 兩 個(gè) 接 近 傳 感 器 即 可 完 成 。 由 于 機(jī) 械手 工 作 場(chǎng) 所 無 強(qiáng) 磁 場(chǎng) , 采 用 了 帶 磁 耦 合 式 傳 感 器 , 當(dāng)執(zhí) 行 器 到 達(dá) 相 應(yīng) 位 置 時(shí) 發(fā) 出 信 號(hào) , 經(jīng) 由 AS_ i總 線 傳至 控 制 器 , 觸 發(fā) 下 一 步 動(dòng) 作 。21212 氣 缸 的 多 點(diǎn) 定 位對(duì) 于 機(jī) 械 手 主 要 部 件 DGPL無 桿 缸 兩 處 精 度為 1mm的 中 間 定 位 控 制 方 案 , 則 成 為 主 要 的 技 術(shù)難 點(diǎn) 之 一 , 因 為 無 桿 缸 要 實(shí) 現(xiàn) 運(yùn) 動(dòng) 速 度 連 續(xù) 可 調(diào) , 達(dá)到 最 佳 的 速 度 和 緩 沖 效 果 , 同 時(shí) 大 幅 度 降 低 氣 缸 的 動(dòng)作 時(shí) 間 和 沖 擊 。 這 用 傳 統(tǒng) 的 的 氣 動(dòng) 控 制 元 件 實(shí) 現(xiàn) 是 非常 困 難 的 , 但 伴 隨 著 電 氣 比 例 /伺 服 控 制 系 統(tǒng) 、 定位 系 統(tǒng) 技 術(shù) 的 成 熟 , 氣 動(dòng) 任 意 位 置 定 位 已 經(jīng) 能 夠 實(shí) 現(xiàn)并 得 到 了 越 來 越 廣 泛 的 應(yīng) 用 10 。1 導(dǎo) 向 裝 置 2 連 軸 器 3 位 移 傳 感 器 (該 處 為 模擬 式 ) 4 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) (該 處 為 直 線 氣 缸 ) 5 接 地線 6 SPC100終 端 位 置 控 制 器 7 比 例 方 向 控 制 閥8 無 潤 滑 5 m過 濾 單 元 9 壓 縮 空 氣 源 (015017MPa) 10 停 止 設(shè) 定 點(diǎn)圖 5 SPC100終 端 位 置 控 制 器 在 DGPL直 線 單 元 上 的 應(yīng) 用針 對(duì) 本 文 中 性 能 要 求 較 高 的 機(jī) 械 手 設(shè) 計(jì) 的 氣 動(dòng) 伺服 控 制 系 統(tǒng) , 當(dāng) 運(yùn) 行 速 度 5m / s, 定 位 精 度 可 達(dá) 011 012mm, 包 括 MPYE型 伺 服 閥 、 位 置 傳 感器 、 氣 缸 、 SPC控 制 器 , 如 圖 5, 控 制 器 由 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò)與 P ID控 制 并 行 組 成 , 利 用 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 的 學(xué) 習(xí) 功 能 , 在線 調(diào) 整 增 益 系 數(shù) , 抑 制 因 參 數(shù) 變 化 等 對(duì) 系 統(tǒng) 穩(wěn) 定 性 造成 的 影 響 , 最 終 由 控 制 器 向 伺 服 閥 發(fā) 出 控 制 信 號(hào) , 實(shí)現(xiàn) 對(duì) 氣 缸 的 運(yùn) 動(dòng) 控 制 。 其 回 路 始 終 處 于 閉 環(huán) 控 制 , 不斷 檢 測(cè) 被 控 變 量 , 而 且 信 號(hào) 不 斷 地 被 傳 送 到 控 制 器 ,盡 力 達(dá) 到 零 位 偏 差 ; 被 控 變 量 的 連 續(xù) 不 斷 地 和 設(shè) 定 值作 比 較 , 控 制 器 盡 量 使 偏 差 為 零 5 。控 制 操 作 由 控 制 器 和 被 控 制 系 統(tǒng) 的 交 互 作 用 完成 , 必 須 在 對(duì) 控 制 器 進(jìn) 行 設(shè) 置 時(shí) , 將 機(jī) 械 手 DGPL氣缸 的 目 標(biāo) 位 置 值 、 行 程 、 缸 徑 、 工 作 壓 力 、 負(fù) 載 等 參數(shù) 輸 入 控 制 器 中 , 所 以 事 先 知 道 機(jī) 械 手 操 作 的 大 致 參數(shù) 是 很 重 要 的 。 工 作 時(shí) , SPC數(shù) 字 閉 環(huán) 控 制 器 執(zhí) 行 一個(gè) 算 術(shù) 程 序 , 該 程 序 中 以 輸 入 的 參 數(shù) 作 為 特 征 變 量 ,主 要 目 的 是 對(duì) 閥 產(chǎn) 生 合 適 變 量 。 在 一 次 執(zhí) 行 中 , 系 統(tǒng)參 數(shù) 在 定 義 伺 服 氣 缸 任 務(wù) 時(shí) 一 旦 輸 入 并 為 控 制 器 所 認(rèn)知 , 這 些 參 數(shù) 就 不 再 為 控 制 器 的 算 術(shù) 程 序 所 改 , 并 用于 控 制 器 計(jì) 算 臨 時(shí) 參 數(shù) 。 換 言 之 , 當(dāng) 機(jī) 械 手 的 負(fù) 載 等參 數(shù) 改 變 時(shí) 需 要 對(duì) 控 制 器 參 數(shù) 重 新 調(diào) 整 , 這 在 設(shè) 計(jì) 的模 擬 過 程 中 得 到 了 驗(yàn) 證 。3 結(jié) 論(1) 采 用 AS_i總 線 結(jié) 合 閥 島 的 方 式 構(gòu) 建 了 模 塊化 、 簡(jiǎn) 便 、 開 放 的 氣 動(dòng) 機(jī) 械 手 控 制 系 統(tǒng) , 初 步 驗(yàn) 證 了機(jī) 械 手 本 體 和 控 制 系 統(tǒng) 的 可 行 性(2) 采 用 帶 電 - 氣 比 例 位 置 控 制 閥 的 終 端 位 置控 制 器 SPC100, 可 以 解 決 機(jī) 械 手 定 位 困 難 的 問 題 。(3) 所 設(shè) 計(jì) 的 機(jī) 械 手 與 傳 統(tǒng) 抄 片 機(jī) 相 結(jié) 合 可 以提 高 工 作 效 率 和 摩 擦 材 料 產(chǎn) 品 的 質(zhì) 量 穩(wěn) 定 性 。參 考 文 獻(xiàn)【 1】 付 業(yè) 偉 . 一 種 新 型 短 切 碳 纖 維 增 強(qiáng) 紙 基 摩 擦 材 料 研 究 J 1材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 報(bào) , 2004, 22 ( 6 ) : 802 -8051【 2】 陳 曉 冰 , 張 為 公 1同 步 器 試 驗(yàn) 中 氣 動(dòng) 七 連 桿 換 擋 機(jī) 械手 位 置 伺 服 控 制 J 1汽 車 工 程 , 2005, 27 ( 5 ) :579 - 5821【 3】 王 益 群 , 趙 靜 一 , 姜 萬 錄 , 姚 成 玉 1鐵 道 車 輛 液 壓 錨定 機(jī) 械 手 J 1中 國 鐵 道 工 程 , 2006, 27 ( 2) : 140- 1441【 4】 孟 麗 1現(xiàn) 場(chǎng) 總 線 技 術(shù) 在 電 廠 中 的 應(yīng) 用 J 1自 動(dòng) 化 儀表 , 2005, 26 (3) : 33 - 351【 5】 E1Ravina, R1Fattori1An experimental workbench for inno2vative pneumatic units cooperat2ing under distributed con2trol J 1M icrop rocessors and M icrosystem s, 2000, 24(1) : 71 - 801(下 轉(zhuǎn) 第 122頁 )911第 6期 陳 志 彬 等 : 自 動(dòng) 抄 片 三 自 由 度 氣 動(dòng) 機(jī) 械 手 設(shè) 計(jì) 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 液 得 到 不 斷 的 更 新 和 冷 卻 , 所 以 滑 靴 能 夠 以 很 高 的 速度 沿 斜 面 滑 動(dòng) 。阻 尼 小 孔 的 直 徑 d0 不 能 太 大 , 否 則 油 泵 工 作 時(shí)油 液 通 過 油 膜 處 間 隙 大 量 滲 漏 , 致 使 油 泵 建 立 不 起 油壓 , 或 影 響 油 泵 工 作 的 穩(wěn) 定 性 。同 理 , 缸 體 與 配 油 盤 之 間 也 是 采 用 靜 液 壓 軸 承 原理 。 其 撐 開 力 使 由 配 油 盤 排 油 窗 口 內(nèi) 的 油 壓 和 附 近 的油 膜 內(nèi) 的 油 壓 作 用 于 缸 體 端 面 而 形 成 的 , 而 缸 體 對(duì) 配油 盤 的 壓 緊 力 則 是 由 柱 塞 壓 油 時(shí) 柱 塞 孔 內(nèi) 的 油 壓 作 用于 缸 體 產(chǎn) 生 的 。 其 壓 緊 系 數(shù) 一 般 取 為 1106 1110。21312 柱 塞 與 缸 體 間 滑 動(dòng) 摩 擦 副建 立 柱 塞 油 膜 潤 滑 的 條 件 : 可 應(yīng) 用 流 體 動(dòng) 壓 潤 滑理 論 來 說 明 , 圖 3是 柱 塞 摩 擦 中 形 成 油 膜 潤 滑 的 示 意圖 , 其 中 Fr設(shè) 為 柱 塞 桿 承 受 的 徑 向 載 荷 , n為 柱 塞軸 的 旋 轉(zhuǎn) 速 度 。圖 3 柱 塞 與 缸 體 之 間 油 膜 潤 滑 示 意 圖當(dāng) 柱 塞 靜 止 時(shí) , 柱 塞 與 缸 體 在 最 低 點(diǎn) 接 觸 , 在 柱塞 與 缸 體 之 間 充 有 潤 滑 性 能 很 好 的 、 具 有 一 定 粘 性 的油 , 兩 表 面 間 被 很 薄 的 液 壓 油 膜 隔 開 , 形 成 邊 界 潤 滑或 混 合 潤 滑 ; 當(dāng) 柱 塞 開 始 滑 動(dòng) 帶 自 轉(zhuǎn) 時(shí) , 速 度 很 低 ,柱 塞 與 缸 體 壁 之 間 存 在 著 金 屬 面 接 觸 , 在 摩 擦 力 作 用下 , 柱 塞 沿 孔 壁 向 右 上 方 爬 升 。 隨 著 轉(zhuǎn) 速 的 增 加 , 粘附 在 軸 表 面 上 的 液 壓 油 , 被 帶 入 楔 形 間 隙 的 量 也 增大 , 開 始 形 成 壓 力 油 楔 , 液 壓 油 楔 的 壓 力 隨 旋 轉(zhuǎn) 速 度的 提 高 而 增 大 , 當(dāng) 油 楔 壓 力 足 以 克 服 柱 塞 載 荷 時(shí) 柱 塞被 抬 起 與 缸 體 分 開 , 此 時(shí) 開 始 發(fā) 生 完 全 油 膜 潤 滑 , 把柱 塞 浮 起 并 推 向 左 方 , 柱 塞 中 心 穩(wěn) 定 在 缸 體 孔 中 心 左下 方 的 某 一 位 置 上 。 柱 塞 的 轉(zhuǎn) 速 越 高 , 液 壓 油 的 粘 度越 大 , 柱 塞 中 的 油 量 越 充 分 , 液 壓 油 楔 的 厚 度 承 載 能力 就 越 大 , 油 膜 的 潤 滑 效 果 就 越 好 , 柱 塞 的 磨 損 也 就越 小 , 柱 塞 中 心 就 越 接 近 缸 體 孔 的 中 心 。 當(dāng) 轉(zhuǎn) 速 降 低減 小 時(shí) , 液 壓 油 楔 的 壓 力 也 隨 之 減 小 , 當(dāng) 它 不 足 以 承擔(dān) 柱 塞 載 荷 時(shí) , 液 體 摩 擦 即 被 破 壞 , 摩 擦 面 只 被 薄 薄的 油 膜 隔 開 , 就 可 能 產(chǎn) 生 金 屬 表 面 的 直 接 接 觸 , 造 成磨 損 。3 結(jié) 論柱 塞 組 是 斜 盤 式 軸 向 柱 塞 泵 的 主 要 零 件 , 其 摩 擦副 性 能 優(yōu) 劣 直 接 影 響 了 泵 的 運(yùn) 轉(zhuǎn) 及 使 用 壽 命 。 一 般 認(rèn)為 , 滑 靴 與 斜 盤 之 間 的 油 膜 被 破 壞 而 引 起 金 屬 接 觸 是造 成 泵 損 壞 的 主 要 原 因 , 而 造 成 油 膜 被 破 壞 的 根 本 原因 是 滑 靴 底 面 支 承 力 不 足 , 使 滑 靴 被 壓 向 斜 盤 , 變 薄的 油 膜 雖 然 會(huì) 使 熱 楔 支 承 力 增 加 , 但 當(dāng) 它 受 急 劇 剪 切后 會(huì) 使 油 溫 升 得 過 高 , 油 液 粘 度 下 降 , 油 膜 形 成 的 條件 更 加 惡 劣 。 如 果 這 時(shí) 油 膜 厚 度 與 接 觸 表 面 的 粗 糙 度處 于 同 一 數(shù) 量 級(jí) , 就 會(huì) 造 成 金 屬 接 觸 。 因 而 , 為 提 高柱 塞 泵 馬 達(dá) 摩 擦 副 接 觸 面 之 間 的 潤 滑 性 能 , 要 合 理 控制 滑 動(dòng) 面 間 的 液 體 潤 滑 膜 厚 度 。參 考 文 獻(xiàn)【 1】 聞 德 生 1開 路 式 軸 向 柱 塞 泵 的 研 究 J 1機(jī) 械 工 程 學(xué)報(bào) , 1987, 23 (2) : 74 - 771【 2】 E1Koc, C1J1Hooke1An analysis of the lubrication mecha2nism s of the bush type bearings in high p ressure pump s J 1Tribology International, 1997, 30 ( 8 ) : 553 -5601【 3】 溫 詩 鑄 1摩 擦 學(xué) 原 理 M 1北 京 : 清 華 大 學(xué) 出 版 社 ,1990111【 4】 溫 詩 鑄 , 楊 沛 然 1彈 性 流 體 動(dòng) 力 潤 滑 M 1北 京 :機(jī) 械 工 業(yè) 出 版 社 , 1992111作 者 簡(jiǎn) 介 : 張 力 ( 1959 ) , 女 , 博 士 , 教 授 , 研 究領(lǐng) 域 為 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 及 理 論 。 E - mail: zhaof btbu1edu1cn。收 稿 日 期 : 2006 - 06 - 29(上 接 第 119頁 )【 6】 M. Van Damme, R. Van Ham, B. Vanderborgh