高壓水除磷噴嘴性能參數自動測試裝置設計摘要隨著我國市場經濟的發展和加入WTO,我國制造的鋼鐵產品要面對國際市場的激烈競爭。鋼材產品質量主要受其尺寸和形狀精度、表面質量和力學性能三個方面的影響。高壓水除磷系統主要通過高壓水除去鋼鐵表面的氧化膜，從而達到提高鋼鐵產品表面質量的目的。本文針對目前鋼鐵產品生產中存在的表面質量問題，提出了基于PLC控制的高壓水除磷噴嘴性能參數自動檢測的方案。選用S7-200和四個擴展模塊，結合伺服電機與觸摸屏，開發了高壓水噴嘴性能參數采集系統。該系統包括工作臺運動控制部分和性能參數采集部分，工作臺運動控制部分實現了工作臺手動控制、自動控制以及工作臺歸零位程序的設計，性能參數采集部分中包括對高壓水噴嘴性能參數的采集、存儲、讀取功能，通過這兩部分設計的結合，實現了對高壓水噴嘴參數的準確、快速的采集。該系統在控制工作平臺運動的基礎上完成了對噴嘴性能參數的采集，繪出了噴嘴壓力分布圖，從而能夠更好地提高鋼鐵除磷效果。關鍵詞高壓水除磷；PLC；伺服電機；參數采集Highpressurewaterspraynozzleperformance

parametersphosphorusautomatictestequipment

design

AbstractAlongwiththedevelopmentofthemarketeconomyandjoiningWTO,China'smanufacturingofsteelproductstofacefiercecompetitionintheinternationalmarket.ThequalityofSteelproductismadeupofthreefacets:sizeandformprecision,surfacequality,dynamcapability.High-pressurewaterthroughhighpressurewatersystemmainlyphosphorussteelsurfacetoremovetheoxidefilm,soastoimprovethesurfacequalityofsteelproductspurposes.Tosolvetheproblemofthesurfacequalityinsteelproductmanufacture,theparameterdetectionsystemofmuzzlebasedonPLCcontrolisputforward.S7-200andfouroptionalexpansionmodules,combinedwiththeservomotorandthetouchscreen,thedevelopmentofhigh-pressurewaternozzleperformanceparameteracquisitionsystem.TheServoMotorandthedataacquisitioncardofNICompanyareusedtodesignthesystemincludingtwoportions:workbenchcontroldesignandparameteracquisitiondesign.Thedesignofworkbenchiscomposedthreeparts:manualcontrol、autocontrol、backtoinitialposition.Theparameteracquisition,storage,readfunctionconstitutethecapabilityparameteracquisition.Thesystemimplementtheparameteracquisitionpreciseandfleetlyviathecombinationofthetwoparts.Theworkingplatformmotioncontrolsystembasedonthecompletionoftheperformanceparametersoftheacquisitionofthenozzle,thenozzlepressuredistributionplot,whichcanbetterimprovetheironphosphorusremoval.Keywordsdephosphorizebyhighpressurewater;PLC;servomotor;param--eteracquisition目錄TOC\o"1-5"\h\z摘要 IAbstract II\o"CurrentDocument"第1章緒論 1\o"CurrentDocument"1.1課題背景 1\o"CurrentDocument"1.2課題研究意義及國內外發展概況 21.2.1研究意義 21.2.2課題研究在國內外的發展概況 2\o"CurrentDocument"1.3本課題的主要研究內容 4\o"CurrentDocument"第2章系統軟件總體設計 5\o"CurrentDocument"2.1系統工作原理 5\o"CurrentDocument"2.2系統的軟件設計 6\o"CurrentDocument"2.2.1軟件的模塊劃分 6\o"CurrentDocument"2.2.2工作臺控制部分 6\o"CurrentDocument"2.2.3高壓水噴嘴參數采集部分 6\o"CurrentDocument"2.3本章小結 7\o"CurrentDocument"第3章工作臺控制部分 8\o"CurrentDocument"3.1工作平臺簡述 8\o"CurrentDocument"3.2電機的選擇 8\o"CurrentDocument"3.2.1交流伺服電機簡介 83.2.2交流伺服電機的選擇原則與容量計算 93.2.3伺服電機容量選擇 12\o"CurrentDocument"3.31FL5交流伺服電機的特性 143.4工作臺控制系統的實現 錯誤！未定義書簽。3.5工作臺控制系統的實現 錯誤！未定義書簽。3.5.1控制系統工作原理 錯誤！未定義書簽。3.5.2控制系統完成的功能 錯誤！未定義書簽。3.6本章小結 錯誤！未定義書簽。第4章高壓水噴嘴參數采集部分 錯誤！未定義書簽。4.1數據采集技術的基本概念 錯誤！未定義書簽。4.2數據采集 錯誤！未定義書簽。4.2.1數據采集方案的選擇 錯誤！未定義書簽。4.2.2數據采集系統的硬件構成 錯誤！未定義書簽。4.2.3系統軟件的簡介 錯誤！未定義書簽。-III-4.3觸摸屏的設計 錯誤！未定義書簽。4.4噴嘴性能參數采集的實現 錯誤！未定義書簽。4.4.1電動調節閥開度控制和流量、壓力信號的采集錯誤！未定義書簽。4.4.2二維平臺運動控制模塊 錯誤！未定義書簽。4.4.3繪制流量-壓力曲線，打擊力三維圖 錯誤！未定義書簽。4.4.4保存測試的數據到數據庫 錯誤！未定義書簽。4.5本章小結 錯誤！未定義書簽。結論 錯誤！未定義書簽。致謝 錯誤！未定義書簽。參考文獻 錯誤！未定義書簽。附錄 錯誤！未定義書簽。第1章緒論1.1課題背景隨著市場經濟的發展，并隨著我國進入WTO,我國生產的產品不僅要面對國內市場的激烈競爭，同時也要面對國際市場的激烈競爭，尤其鋼材產品要面對國際市場更加激烈的競爭。如何提高產品的內在和外在質量是擺在我們面前的一個迫切任務，只有不斷提高鋼材產品質量，才能增加產品的競爭力，使我們的鋼材產品在市場上處于不敗之地［1］。鋼鐵產品質量指標主要由尺寸和形狀精度、表面質量、力學性能三個方面組成。而在國內冶金行業的板材、型材、線材及棒材生產廠中，由于加熱爐內產生的氧化鐵皮及軋制過程中再生氧化鐵皮的大量存在，不僅極大的影響了產品的精度及內外質量，同時也加劇了對軋輥的磨損及周邊環境的污染；導致生產成本的加大，經濟效益的降低。隨著控制技術的發展和煉鋼技術的改進，鋼鐵產品精度和力學性能得到很大的提高，因此如何更好地解決鋼鐵產品的表面質量的問題擺在我們面前。鋼坯的高壓水除磷裝置正是在這種形勢下得到了快速應用和發展。高壓水除磷的工作原理：主要利用高壓水的沖擊力，鋼管與水接觸時產生汽化的爆炸力，將磷片除去⑵。高壓水除磷的效應：.破裂效應鐵磷在高壓水產生的沖擊力作用下破裂脫落。.冷卻效應高溫軋件在高壓水噴射作用下冷卻時，由于材料基體和鐵鱗冷卻收縮率不同而產生的切向剪力使鐵鱗脫落基體。.蒸汽效應軋件表面鐵鱗的裂縫中進入水滴，水滴在基體和鐵鱗之間突然汽化而爆炸，將鐵鱗從基體上剝落。.沖刷效應已經和將要脫落的鐵鱗在高壓水的沖刷下沖走，使鐵鱗不要進入軋輥而在軋件上。以上四種效應并不單獨存在，幾種效應會同時發生，各種因素的除鱗效果難以分別用數衡量。一般在設計中以高壓水產生的沖擊力的大小作為衡量除鱗效果的好壞指標。在國外，由于高壓水除磷裝置效果明顯、設備相對簡單，投資少，幾乎所有的鋼鐵產品熱軋生產中都采用了高壓水除磷裝置來去除氧化鐵皮，以提高熱軋產品的表面質量。國內近幾年，這項新興技術也得到了快速應用和發展，如寶鋼、包鋼等大型鋼鐵生產企業。本文將虛擬儀器技術應用到高壓水除磷噴嘴性能參數檢測系統中，依靠虛擬儀器獨特的優勢設計一套操作簡單、測量準確的檢測系統。為我國鋼鐵企業的除磷設備性能的提升以及產品質量的提高有較大的幫助。1.2課題研究意義及國內外發展概況1.2.1研究意義在軋鋼生產過程中，板坯、方坯等在加熱爐中加熱都會發生氧化，并生成很厚的氧化鐵皮，附著在鋼鐵材料表面上。另外，鋼鐵在軋制過程中，還會發生二次氧化,形成薄薄的二次氧化鐵皮。在軋輥的輾壓作用下，一部分氧化鐵皮被破碎成小片狀自動脫落，另一部分則被壓入金屬表面，形成夾渣、麻點、疤痕等，成為影響軋材表面質量的重要因素之一。為了改善成品質量，目前在鋼鐵軋制中廣泛采用在線高壓水除磷系統。高壓水除磷系統是利用高壓水噴出時產生的強大的沖刷力和冷卻力，由于軋材的基體材料和氧化鐵皮層的冷卻收縮率不同而產生的剪切力,又因高壓水水滲入基體材料和氧化鐵皮之間產生的蒸汽膨脹而爆裂，使氧化鐵皮破碎并與基體表面脫離，同時高壓水還可將氧化鐵皮沖掉。高壓水除磷系統的關鍵部件是高壓水除磷噴嘴。研制一套高壓水除磷噴嘴的性能測試系統，對國產以及進口的噴嘴進行特性測試,為生產選擇合適噴嘴、提高除磷效果和板坯質量，具有十分重要的意義。1.2.2課題研究在國內外的發展概況近年來，國內外一些研究人員對高壓水除磷噴嘴進行了大量的研究，結果表明，噴嘴的除磷效果和冷卻效果不僅僅與噴水條件有關，還和噴嘴的種類、結構以及安裝布局有很大的關系；國內外熱軋除磷普遍采用基于流體力學原理的高壓水去除一、二次氧化鐵皮，用高壓水的機械沖擊力除去氧化鐵皮是一種最為經濟的除磷方式，形式上比較統一，但布置上有較大差異，主要是根據產品的軋制工藝、產品的形狀及產品標準的要求而確定；隨著軋制技術的發展和產品質量的高要求，對除磷技術和除磷效果的要求也在不斷提高，同時，近10多年來，射流技術在中國有了飛躍的發展，對高壓水除磷技術的發展也起了很大的推動作用，現在高壓水泵、噴嘴、噴射閥等設備及零部件的專業研究部門和生產廠已具備很強的配套能力，高壓水除磷的趨勢將始終向高壓力、大打擊力、鋼坯溫降小、節約能源及裝備低故障率高壽命的方向發展。20世紀80年代美國國家儀器公司(NationalInstrumentsCompany簡稱NI)首先提出了虛擬儀器的概念。這一概念的核心思想是：以計算機作為儀器統一的硬件平臺，充分利用計算機獨具的運算、存儲、回放、調用、顯示以及文件管理等智能化功能，同時把傳統儀器的專業化功能和面板控件軟件化，使之與計算機結合起來融為一體，這樣便構成了一臺從外觀到功能都完全與傳統硬件儀器相同，同時又充分享用了計算機智能資源的全新的儀器系統。由于儀器的專業化功能和面板控件都是由軟件形成，因此在國際上把這類新型的儀器稱為“虛擬式儀器”或稱“軟件即儀器”。自20世紀80年代以來，NI公司已研制和推出了多種總線系統的虛擬式儀器，特別是它推出的LabVIEW圖形編程環境已享譽世界，成為這類新型儀器開發系統的世界生產大戶。在NI公司之后，美國惠普(HP)公司緊緊跟上。該公司推出HPVEE編程系統可以提供數十全數百種虛擬儀器的組建單元和整機，用戶可以用它組建或挑選自己所需的儀器。除此之外，世界上陸續有數百家公司，如Tektronix公司，Racal公司等也相繼推出了總線系統多達數百個品種的虛擬式儀器⑶。作為儀器領域中最新興的技術，虛擬式儀器的研究、開發在國內已經過了起步階段。從90年代中期以來，國內的重慶大學、哈爾濱工業大學、西安交通大學、西安電子科技大學、成都電子科技大學、中科泛華電子科技公司等院校和高科技公司，在研究和開發儀器產品和虛擬式儀器設計平臺以及引進消化NI公司、HP公司的產品等方面做了一系列有益工作，取得了一批矚目的成果。虛擬儀器的出現和興起，改變了傳統儀器的概念、模式和結構，改變了人們的儀器觀［4］，據“世界儀表與自動化”雜志報道，21世紀初葉，虛擬儀器的生產廠家將超過千家，品種將達到數千種，市場占有率將達到電測儀器的50%。這一預測對整個儀器儀表領域，不啻是一次強烈的震撼，使從事電測儀器科學技術研究與開發的科學家和工程師們都看清了虛擬式儀器對傳統儀器的巨大挑戰，認識到在本世紀虛擬式儀器將成為電測儀器的發展方向。虛擬儀器最核心的思想是利用計算機的強大資源使本來需要硬件實現的技術軟件華，以便最大限度地降低系統成本，增強系統功能與靈活性。因此，虛擬儀器是受益和依賴于計算機技術。其外部特征與傳統的儀器相比有較大的不同，其中最突出的特點就是面板及相應的控件和指示器等，不再是由一些無禮的實體所構成，而是由計算機內部強大的圖形環境和在線幫助功能建立起來的虛擬面板所替代，人們稱之為“軟面板”；從內部特征看，原來智能儀器中較為復雜的微處理器及其部件，現在大多可共享計算機內部的軟、硬件資源，并借助其完善的數據分析和處理能力，實現測試儀器所需的全部測試功能。隨著虛擬現實技術的發展，高壓水除磷技術得到廣泛的應用，因此對整個系統噴嘴性能參數采集部分成為本系統的重點。對于整個系統的設計來說，這部分功能是最為重要的，也是系統設計的最終目的。借助于PLC數據采集功能，通過對工作臺處于不同位置時對安裝在工作臺上的力傳感器的信號進行采集、分析，從而較為準確的得到高壓水噴嘴的性能參數。另外還添加了對所采集數據的存儲和讀取功能，以供以后分析使用。虛擬技術、計算機通訊技術與網絡技術是信息技術最重要的組成部分，它們被稱為21世紀科學技術中的三大核心技術［5］。虛擬技術蘊涵的巨大潛力，使發達國家趨之若鷲，在這一領域的研究上投入了巨資，希望有朝一日能在它的帶動下率先進入信息時代。1.3本課題的主要研究內容本課題的研究是：高壓水噴嘴壓力檢測采用固定于固定工作臺上的一排壓力傳感器，由兩軸伺服電機帶動噴嘴掃描一定的檢測范圍，即可以檢測到噴嘴的壓力分布。本課題主要內容包括噴嘴試驗用小型X-Y工作臺機械結構設計和計算機控制與數據采集、處理系統研制。本研究主要內容包括以下幾方面：1、 確定高壓水噴嘴壓力檢測系統的總體方案，撰寫開題報告；2、 設計并繪制高壓水模擬系統的原理示意圖；3、 設計噴嘴壓力檢測X-Y工作臺機械結構，包括伺服電機，滾珠絲杠和導軌的選擇，繪制裝配總圖和零件圖；4、 顯示噴嘴壓力分布狀態的觸摸屏程序設計；5、 數據采集和兩路伺服電機控制電路設計。第2章系統軟件總體設計本課題的目的是研究開發出一套系統設備，用于采集、分析高壓水噴嘴性能參數的系統。該系統是通過伺服電機對工作平臺進行控制，通過對工作臺在不同位置時高壓水噴射在力傳感器上產生的信號進行采集、數據處理和顯示，從而確定噴嘴的壓力分布。2.1系統工作原理檢測系統硬件由伺服電機、力傳感器、流量計、數據采集卡和計算機組成。對運動控制的最有效的方式是對運動源的控制，而電機是最常用的運動源，因此，可以通過對伺服電機的控制來是實現本系統工作臺的運動控制。交流伺服電機的種類很多，按其結構形式、可分為同步交流伺服電機和感應式交流伺服電機。同步交流伺服電機又分為永磁式同步交流伺服電機和勵磁式同步交流伺服電機。現代自動監測和自動控制都離不開傳感器，它是測試與控制系統的首要環節，它能把被測物理量直接轉換為與之有確定對應關系的并容易檢測的電信號輸出，以滿足信息的傳輸、記錄、顯示、分析、處理以及控制等要求［6］。數據采集是檢測系統的核心部分，擔當著采集各種信號的任務，因此對數據采集方案的選擇在采樣精度和采樣率方面都有較高的要求。本系統采用的是基于S7-200CN的數據采集方案。整個檢測系統由如下部分組成：（1） 工作臺運動控制部分；（2） 噴嘴性能參數采集部分；（3） 用戶操作面板部分。根據檢測系統的工作要求，系統的總體布局如下圖2-1所示。由圖2-1可以看出系統的工作原理是通過PLC發出脈沖，經過伺服電機驅動器將脈沖信號放大，然后驅動伺服電機運動到合適的位置，然后通過PLC采集流量計和高壓水噴射在力傳感器上產生的信號，通過A/D轉換進行數字化。然后計算及通過軟件對信號進行顯示、存儲和處理。系統的整體構架以及步進電機的控制程序和數據采集程序均使用VB軟件編寫，極大的縮短了軟件開發的周期。該系統具有使用方便、通用性好、功能擴展易實現等優點，可根據用戶不同的需求增加不同的模塊。圖2-1系統總體框圖2.2系統的軟件設計2.2.1軟件的模塊劃分系統軟件功能包括：工作臺控制部分、噴嘴性能參數采集部分、數據讀取部分和幫助功能。對一個測試系統來說，軟件界面是其設計中最重要的一環。因為對于用戶，他們的任務只是單純的使用，并不需要領會整個軟件設計的設計思想以及功能如何實現。所以一個測試系統的成功與否與設計者能否設計出一個對使用者來說更為方便、快捷的用戶界面有很大關系。界面的設計在滿足用戶需求功能的前提下應盡可能的簡潔，有利于使用者的操作［7］。2.2.2工作臺控制部分工作臺控制部分是本系統的重要組成部分。因為對于噴嘴參數的數據采集是一個動態的過程，需要工作臺運動到不同的位置冏。工作臺控制部分的設計主要應用PLC和兩臺伺服電機，通過選用四個擴展模塊（兩個EM253，兩個EM235）配合S7-200使用來控制X、Y方向伺服電機運動，從而達到控制工作臺運動的功能。工作臺控制部分分為手動控制、自動控制和歸零控制三個部分。2.2.3高壓水噴嘴參數采集部分噴嘴參數采集部分是本系統的重點。對于整個系統的設計來說，這部分功能是最為重要的，也是系統設計的最終目的。借助于基于S7-200CN的數據采集方案，通過對工作臺處于不同位置時對安裝在工作臺上的力傳感器的信號進行采集、分析，從而較為準確的得到高壓水噴嘴的性能參數。另外還添加了對所采集數據的存儲和讀取功能，以供以后分析使用。2.3本章小結本章主要介紹了系統的組成和工作原理，并提出了系統總體的設計方案和工作臺控制部分的組成，同時針對整個系統軟件的功能進行了劃分，并且簡單介紹了系統軟件各個部分的主要功能。第3章工作臺控制部分3.1工作平臺簡述由于高壓水噴嘴噴射出來的高壓水面積有限，大概是100mm*3mm的面積，所以要求裝載噴嘴的工作平臺是一個運動的平臺，能夠在蓄能器能量恒壓得這段時間內完成規定的運動軌跡并且完成參數采集工作。考慮到本裝置需要檢測的高壓水寬度是一個很精確的數據，根據步進電機的快速起停能力以及精度高的特點，因此我們選用步進電機作為工作臺的控制裝置；在工作臺運動時，噴嘴距離工作臺的距離是不變的，因此在設計本系統是只需要對工作臺平面運動進行控制，即工作臺X、Y方向運動控制如圖3-1所示。控制系統需要分別對應于X、Y方向控制的兩臺步進電機。Y圖3-1工作臺示意圖3.2電機的選擇3.2.1交流伺服電機簡介交流伺服電機的種類很多，按其結構形式、可分為同步交流伺服電機和感應式交流伺服電機。同步交流伺服電機又分為永磁式同步交流伺服電機和勵磁式同步交流伺服電機。永磁式同步交流伺服電機根據其磁極的結構，可分為凸極型和隱極型兩種；感應式交流伺服電機又分為一相、二

相、三相等幾種；圖3-2所示為交流伺服電機的結構示意圖，用做伺服電機的主要是永磁式同步交流伺服電機和感應式交流伺服電機。永磁式同步交流伺服電機的結構特點是，轉子用永磁材料制成，構成轉子磁極，定子與感應式交流電動機一樣裝有繞組，以產生旋轉磁場。由于旋轉磁場與轉子磁極的相互作用，轉子以和旋轉磁場相同的旋轉速度同步旋轉。感應式交流伺服電機結構和普通鼠籠感應電動機相同［9］。(a)永磁式 (b)(a)永磁式 (b)勵磁式 (c)感應式轉子端面短路圖3-2交流伺服電機結構示意圖3.2.2交流伺服電機的選擇原則與容量計算伺服電機主要用于位置和速度控制系統中，其動力選擇除了考慮電機的功率與扭矩參數外，還要考慮系統的轉動慣量匹配問題，一般選擇伺服主要從下面四個方面考慮：負荷轉矩；負載轉動慣量；加速/減速時間；運行模式。交流伺服電機的選擇原則及計算公式電機的最高轉速電機選擇首先依據機床等被驅動部件的快速行程速度。快速行程的電機轉速應嚴格控制在電機的額定轉速之內。轉動慣量匹配原則負載慣量對電機的控制特性和快速移動的加/減速時間有很大的影響。負載慣量增加時，計算機發出指令到伺服電機執行完畢之間的時間就長，即指令變化后，需要較長的時間達到新指令指定的速度。若機床沿著兩個軸高速運動加工圓弧等曲線，會造成較大的加工誤差。若負載慣量為電機的3倍以上，則電機的控制特性就會降低，若為5倍以上則電機的可操控性大大下降；反之，負載慣量若小于或等于電機的慣量時，則不會出現上述問題。為了保證系統的反應靈敏性和滿足系統的穩定性要求，負載慣量J應限制在2.5?5倍的電機慣量J之內，即： L

1<J<(2.5~5) (3-1)JM(3)空載轉矩機床等設備無負載運行時，加在電動機上的力矩應小于電動機的連續額定力矩的50%以下。否則，在切削或加減/速時電動機就可能過熱。(4)負載轉矩在正常工作狀態下，負載轉矩T不超過電機額定轉矩T的80?90%。根據系統的減速比，電機軸的負載轉1矩和轉速，按下式選擇電機功率P:ZPZ=9535.41 (3-2)式中：孔：對電機軸換算的負載轉矩(N?m)；n:伺服電機額定轉速(r/min)；1：傳動系統的總效率。(5)核算加速/減速時間對初選電機根據機械系統的要求，加減速時間，必須小于機械系統要求值。通常，負載力矩能夠幫助電動機的減速，因此，如果加速能在允許時間內完成的話，減速也可在相同的時間內完成，因此只需核算加速時間或轉矩即可。加速/減速時間及轉矩計算公式如下：最短加速/減速時間：加速/減速轉矩：加速/減速轉矩：_2兀(J“+J)(n-n)AC— 60(TL-T)ACt(3-3)2兀2兀(J+J)(n-n)T=ML1 0+TAC(3-4)式中：tAc:加速/減速時間(s)；JM:伺服電機慣性矩(kg?m2)；J”：對電機軸換算的負載慣性矩(kg?m2)；T：:對電機軸換算的負載轉矩(N?m)；T:加速/減速轉矩(N?m)；ACn:最高轉速(r/min)；n'：加速初始啟動轉速或減速終止轉速(r/min)。0若T大于初選電機的額定轉矩，但小于電機的瞬時最大轉矩(5?10倍額定轉矩)，也可以認為電機初選合適。圖3-3典型的伺服電機定位控制工作方式(6)不同工作方式時的熱校核計算當電機工作在頻繁地定位、加/減速頻繁以及負載波動工作情況時會使電動機發熱，所以要計算一個工作周期的負載力矩的均方根值7，并使其小于電動機的額定力矩。例如當采用圖3-3所示的工作方式時，'*一個循環周期的負載力矩的均方根值計算公式為：'(T2xt)+(T2xt)+(T2xt)n；|11+u+u+t-- (3-5)' 0 12 3式中：t3，73：為起動時間(s)和加速轉矩(N?m)；/，T:為正常運行時間(s)和負載轉矩(N?m)；t：，T:為減速時間(s)和減速轉矩(N?m)；t0:為停歇時間(s)。當《<Z，即實際轉矩小于額定轉矩，則可以按指定的運行模式連續運行。伺服電機容量選擇的步驟伺服電機容量選擇的步驟如圖3-4所示。值得說明的一點是，對于圖中“重新審定機械規格”，即當T>T時，需重新審查以下項目：在允許范圍內，將加速/減速時間加長一些；延長運轉頻率(增加循環時間長度)；當旋轉速度有余量時，加大減速比；加大電機容量；當升降機械停止時間長時，加機械制動；在高頻率運行時，盡量加大減速比，減小慣性矩。

圖3-4伺服電機容量選擇流程圖3.2.3伺服電機容量選擇圖3-5伺服電機驅動工作臺示意圖為了方便計算，選擇兩絲杠中受力最大的作為計算對象，并將本設計伺服電機驅動工作臺簡化為如圖 3-5所示的工作臺，其中，絲杠螺距p=10mm，輸送重量W=20kg，推力0kg（無），試選擇伺服電機的容量。最大移動速度u由于采用直接傳動，減速比i=1，當選擇電機的額定轉速為3000r/min時，工作臺的最大移動速度為：TOC\o"1-5"\h\zv=npi=3000x10x1=500mm/s （3-6）60 60負載慣性矩J首先計算絲杠折算到電機軸的負載慣性矩J，假定絲杠直徑d=20、長度為/=500mm，有： 1（3-7）J=町出4i2=3.14x77x500x(20)4x12=0.6x10*?（3-7）i32 32x9.8110001000根據以上計算公式，移動部分折算到電機軸的負載慣性矩J2為：J=W（土xP）2x12=20（土x ）2=0.5x10-4kg?m2 （3-8）2 2兀1000 2兀1000于是，總慣性矩J乙為：J=J+J=0.6+0.5=1.1x10-4kg?m2 （3-9）換算到電機軸端的負載轉矩T假定工作臺導軌移動摩擦系數"身.1，機械效率n=0.9,對電機換算的負載轉矩T為：LTOC\o"1-5"\h\z四Wx9.81+F p.0.1x20x9.81+0 10T= x^—xi= x x1=0.03N?m（3-10）L 2兀叩 1000 2兀x0.9 1000電機容量預選T003 / 、T>-9=—=0.033N?m （3-11）J-~L=I」耳=0.36x10-4kg?m2 (3-12)假設選電機轉速為3000r/min（3-13）P2-T^=0.33x3000=0.115kw

z95354 9535.4（3-13）查表25-2-61，可得到符合選擇條件的1FL5(P=0.2kw;J=0.42x10-4kg?m2;T=0.64N?m;T=1.91N?m)⑤'最短加速減速時間t 6 ACAC（3-14）t=2兀(L+J)(七-n)=2兀(0.42+1.1)x10-4*(3000-0)=0況ac- 60(TL-T1)0— 60(1.91-0.03) =（3-14）若工作時加減德時間為0.08s，此時的加減速轉矩TAC

TAC2兀(J+J)(n-nTACML1+T60t LAC2兀(0.42+1.1)x10-4x3000(3-15).(3-15)60x0.10.5