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一、前言
交流伺服驅(qū)動(dòng)器以高精度、高轉(zhuǎn)速、高效率等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)場(chǎng)合的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。深圳市研控自動(dòng)化科技有限公司生產(chǎn)的PSDD系列交流伺服驅(qū)動(dòng)器以較高的性?xún)r(jià)比在數(shù)控機(jī)床、彈簧機(jī)、鉆孔機(jī)、包裝機(jī)械、針織機(jī)等自動(dòng)化設(shè)備上大量使用。目前，研控伺服又成功應(yīng)用在電池包裝機(jī)械上。
本次應(yīng)用是應(yīng)某包裝機(jī)械設(shè)備有限公司需要，對(duì)舊型號(hào)設(shè)備進(jìn)行性能升級(jí)。該設(shè)備原來(lái)使用步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，由于步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性是一條下降的曲線，導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)最快只能運(yùn)行在600r/min左右，每分鐘包裝270個(gè)7號(hào)電池。客戶(hù)需求是在不改變機(jī)械結(jié)構(gòu)的情況下，通過(guò)升級(jí)驅(qū)動(dòng)器和馬達(dá)到伺服系統(tǒng)，使每分鐘包裝400個(gè)以上的產(chǎn)品。
二、 出標(biāo)速度計(jì)算
當(dāng)每分鐘出標(biāo)簽270個(gè)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速為600r/min。出標(biāo)速度達(dá)到400個(gè)/min時(shí)，提高了48%。在保持所有機(jī)械結(jié)構(gòu)均不變的情況下，負(fù)責(zé)出標(biāo)的電機(jī)的轉(zhuǎn)速同樣需要提高48%。設(shè)升級(jí)后出標(biāo)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為R，那么，R=600×(1+0.48)
三、 電子齒輪比的計(jì)算
由于PLC的程序是固定的，無(wú)法修改，那么PLC發(fā)出的脈沖指令的頻率也是固定的。在不改變脈沖指令頻率的情況下改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，對(duì)步進(jìn)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)可以改變細(xì)分?jǐn)?shù)，相應(yīng)的，對(duì)于交流伺服系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可以改變電子齒輪比。設(shè)PLC發(fā)出的脈沖指令頻率為H，電機(jī)的轉(zhuǎn)速為R，電子齒輪比為G。那么
H=R/(6×G)
在電子齒輪比G=1的情況下，1Hz的脈沖指令頻率對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為6r/min。R/6即為電子齒輪比為1時(shí)，脈沖指令頻率應(yīng)該達(dá)到的值。該值除以電子齒輪比后，即為實(shí)際接收到的脈沖指令頻率。由于H是已知的，所以，
G=R/(6×H)
四、 流水線履帶速度計(jì)算
單單提高出標(biāo)速度并不能達(dá)到提高產(chǎn)能的目的。因?yàn)闄C(jī)械設(shè)備是一個(gè)系統(tǒng)，單單提高部分結(jié)構(gòu)的性能會(huì)造成短板效應(yīng)。此處的短板就是流水線履帶速度。如果不提高流水線履帶速度，出標(biāo)速度的提高毫無(wú)意義。因?yàn)槌鰳?biāo)結(jié)束后，下一工件還沒(méi)有到達(dá)，出標(biāo)結(jié)構(gòu)只能處于等待狀態(tài)，生產(chǎn)效率受流水線履帶輸送裸電池的速度限制。
設(shè)履帶直線速度為V，履帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為R，電機(jī)連接的齒輪的直徑為L(zhǎng)，出標(biāo)速度為N個(gè)/min，標(biāo)簽長(zhǎng)度為a，兩標(biāo)簽之間的間距為b，那么，
V=(a+b)×N
V=π×L×R
由上述兩式合并，得到
R=(a+b)×N/(π×L)
以上計(jì)算，是從理論的角度出發(fā)。實(shí)際調(diào)試中，出標(biāo)速度與履帶速度的配合仍然需要經(jīng)驗(yàn)豐富的工人進(jìn)行微調(diào)。當(dāng)出標(biāo)速度高于履帶速度時(shí)，雖能正常生產(chǎn)，但出標(biāo)部分需要等待工件，不能發(fā)揮最大的生產(chǎn)效能，違背了升級(jí)設(shè)備的初衷；當(dāng)出標(biāo)速度低于履帶速度時(shí)，前一工件尚未包好，下一工件已經(jīng)到達(dá)，電池被標(biāo)簽粘連成鏈條，工廠將這種情況戲稱(chēng)為“造子彈”。
五、 馬達(dá)選型
目前，研控公司有從400到1500w的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可供選擇，每一功率級(jí)別都有多種馬達(dá)可供選擇，以適應(yīng)不同的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和負(fù)載慣量場(chǎng)合。本次應(yīng)用中，為客戶(hù)選配了YK80ST-M03520 750w伺服馬達(dá)，很好的滿足了應(yīng)用需求。從后來(lái)的參數(shù)調(diào)節(jié)中，也可以看出這一點(diǎn)。伺服系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)節(jié)一直是伺服應(yīng)用中比較麻煩的問(wèn)題，但是針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，通過(guò)細(xì)致的選型工作，可以大大的降低參數(shù)調(diào)節(jié)的必要。本次應(yīng)用中，僅僅改變了電子齒輪比，其他參數(shù)保持默認(rèn)值，已經(jīng)很好的滿足了應(yīng)用需求。
六、 結(jié)論
客戶(hù)對(duì)于本次升級(jí)帶來(lái)的產(chǎn)能提高十分滿意。實(shí)際上，在調(diào)試過(guò)程中，包裝部分經(jīng)過(guò)升級(jí)，可以輕松的突破600工件/min，但是，受流水線前級(jí)部分的瓶頸限制，只能運(yùn)行在400工件/min。采用伺服系統(tǒng)后，產(chǎn)能的提高十分顯著，但是成本的增加相對(duì)于整個(gè)生產(chǎn)線來(lái)說(shuō)，可以忽略不計(jì)。越來(lái)越多的設(shè)備廠商認(rèn)識(shí)到伺服系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，伺服系統(tǒng)的應(yīng)用逐漸普及。
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