劉仁武 謝智峰

摘要：系統(tǒng)主要通過水電站清污機大車桁架與對稱式雙筒液壓減震器的裝配，以及大車在行駛過程中液壓減震器與清污孔口位置處限位座的接觸，來達到大車減速至準確停止在限位座處來進行清污的目的。該定位系統(tǒng)主要利用了液壓減震器的阻尼特性，同時考慮到液壓減震器在水平放置下也具有較穩(wěn)定的工作特性，然后通過液壓減震器的壓縮行程和伸張行程的不同阻尼力以達到大車減速運動過程的穩(wěn)定工作特性。解決了目前還在應用人工操作式清污機的水電站在清污機大車定位上需要有人值守、人工定位時間過長、定位效率低等問題，是一套非常實用并簡便的控制系統(tǒng)，很大程度上提高了水電站的清污效率。

關鍵詞：清污機;限位座;減震器;阻尼

引言

清污機作為一種大型機械行車，按照一定的生產(chǎn)工藝制造出來，其目的是為了在軌道上保持一種“走—停車對正—清污操作”的一種工作狀態(tài)，但由于清污機結構龐大，操作流程復雜，導致其在實際工作過程中與理論工作狀態(tài)有很大誤差，尤其清污機質量較大導致其慣性偏大，在實際人工操作中會帶來很大的停車定位誤差，嚴重影響著清污機清污效率，并且由于清污機短時間內(nèi)的頻繁使用都會導致車身本身的振動較大，給人工停車產(chǎn)生很大的影響。爭對這樣的問題，結合各國相關技術人員在行車定位上不斷的探索和研究，設計一套基于液壓減震器的定位系統(tǒng)有著非常高的借鑒和使用價值。

1 定位系統(tǒng)硬件構成

1.1清污機大車組成及其工作過程

大車的行車結構主要由驅動電機以及主動輪、從動輪以及限位裝置組成，其中驅動電機采用2組功率為4kw且裝有5檔速度可調的施耐德變頻器來控制大車行車機構的運行，主動輪和從動輪采用材料為ZG430-640的鑄鋼來提高車輪表面的耐磨強度和壽命，限位裝置主要由行程限位開關也叫接近開關和緩沖器組成，行程限位開關的目的是使驅動電機發(fā)生斷電然后大車在自由滑行狀態(tài)下與緩沖器接觸使大車停止在適當位置。

1.2對稱式雙筒液壓減震器與大車的裝配

如下圖1.2所示，大車與對稱式雙筒液壓減震器的裝配主要是通過V型連桿和液壓裝置連接起來，連桿的一端與減震器中端連接，中端與轉動中心的定位銷連接，末端與活塞桿連接，主要的工作過程就是當大車行駛至下一個清污孔口前，液壓裝置發(fā)生動作（未動作是指活塞桿在最底端）即活塞桿往上推使連桿轉動以確保減震器向橫梁外側運動，然后使其與限位座接觸來確保大車的減速以及停車。

1.3 限位座結構設計及其位置選取

限位座主要采用成本低廉硬度較高的35CrMo合金結構鋼，其結構外觀設計如下圖1.3所示，底座直接與地接觸并通過螺栓和螺母與地面裝配并固定，其上方與減震器接觸這一側采用圓形結構的合金鋼與主體焊接，同時裝有5厘米厚的高橡膠緩沖墊（圖中未畫出）來降低其磨損度，減緩其大車對限位座的沖擊力以降低限位座帶來的疲勞損壞。

1.4 接近開關位置的選取以及工作過程

接近開關也叫限位開關應采用電容式傳感器共倆個，分別為直流三線制常閉型與常開型，其感應的物體為非金屬，檢測距離為1-10mm，主要控制驅動電機的通斷來節(jié)省電源和減少人工操作的不穩(wěn)定性。在本文應用中為了確保接近開關工作的穩(wěn)定性而減少外界的干擾，選用的感應距離為4mm和8mm，其中常開型為8mm，常閉型為4mm，其位置安裝如下圖1.4所示。

2 定位系統(tǒng)的設計與分析

2.1 定位系統(tǒng)方案設計

本定位系統(tǒng)的方案設計如下圖2.1所示，以開環(huán)控制為例，其中大車在運行時所處的位置作為輸入量，用于驅動電機電源通斷的接近開關作為控制器，執(zhí)行器這里即可以指執(zhí)行初始定位工作的驅動電機，也可以是指完成主要定位工作的對稱式雙筒液壓減震器，軌道車作為被控對象，輸出量就是大車減速后自然停止的指定位置。

2.2 定位系統(tǒng)流程

定位系統(tǒng)流程如下圖2.3所示，其工作原理及其工作過程可歸納出以下幾點：

（1）首先由駕駛室操作人員確定大車行駛的正逆方向，啟動正向或反向驅動電源。

（2）當大車行駛至所需清污孔口前的上一孔口位置處，啟動液壓裝置電源來使減震器伸出。

（3）隨著大車的行駛，減震器不斷與限位座靠近，接近開關發(fā)生動作動作，此時驅動電機斷電，大車進入自由滑行的初始狀態(tài)，接下來減震器與限位器接觸，減震器壓縮，大車在合適的阻尼力下減速運行并穩(wěn)定停止。

（4）當大車完全停止后，大車會在減震器彈簧反彈的作用力下對大車進行逆向的推動，但是由于減震器里面伸張閥的存在會阻止彈簧的還原，但同時要保證減震器收起后彈簧又會慢慢還原，因此可以歸納出如下圖2.2所示的簡單力學示意圖。

（5）當清污機完成該孔口的清污工作時，減震器會在液壓裝置的控制下進行收起，上圖2.2所示減震器會在伸張閥阻尼作用下慢慢的伸張還原至原先狀態(tài)以進行下一個清污孔口的清污工作。

2.3 定位系統(tǒng)可靠性分析

本文系統(tǒng)設計就是使感應和制動技術在大車定位的運用進行一定的優(yōu)化和改進，為了達到提高定位的準確性來降低全自動化控制對大車定位的控制誤差以及控制程序的繁瑣的目的。減震器首先是運用于汽車或者大型機械車的行車減震作用，因此其承受的荷載大小以及其本身使用的性質完全適用于本文在水電站進行清污工作的清污機的減速作用，有區(qū)別的是減震器在平常的運用中所受的力為垂直荷載，而在本文中的運用是水平荷載，但并沒有改變減震器的使用性質。且比較重要的一點是可對減震器的阻尼力進行設計即只需調節(jié)壓縮閥以及伸張閥閥片的彎曲度來改變阻尼力的大小，同時彈簧的彈性系數(shù)也可以選取，因此在對于在低速運動下的清污機進行阻尼減速作用時比較合適的，其可靠性較高且應用簡便，尤其其較低的應用成本相對其他定位技術有較大的優(yōu)勢，且非常適合當前水電站清污機還處于不斷優(yōu)化下的人工定位操作。

3 定位系統(tǒng)指示裝置

3.1接近開關動作指示燈設計以及工作原理

接近開關在本文的運用中主要實現(xiàn)對驅動電機的控制，如下圖3.13所示，其中驅動電機所接電源為交流220V，在下圖中簡單以AC表示，M代表驅動電機，F(xiàn)U為熔斷器作用就是保護電機防止電機使用中出現(xiàn)電流過大以致?lián)p壞電機，SQ1和SQ2為接近開關，其中為SQ1常閉型，SQ2為常開型，SB為啟動按鈕開關，KM為接觸器，KT為時間繼電器，SKT為時間繼電器的動作開關，指示燈為動作指示裝置用來提醒駕駛室操作人員以及現(xiàn)場工作人員。

其主要工作過程可以歸納出以下幾點：

（1）當大車開始工作時，駕駛室操作人員摁下啟動按鈕SB使大車開始加速并勻速行走，當大車行駛到指定位置時減震器伸出，減震器慢慢靠近限位座時，處于減震器邊緣位置的接近開關SQ1和SQ2與限位座上的感應物體接觸并使接近開關發(fā)生動作。

（2）接近開關動作時，先是SQ1斷開，驅動電機斷電，而后在短時間內(nèi)SQ2閉合，該時間可以忽略不計，當然倆接近開關動作間隔時間的設定取決于倆接近開關相對于感應物體的距離以及安裝的位置，上文中暫且只畫出單個接近開關的位置，另一接近開關可放置在減震器下方感應距離的設定已在前文指出。

（3）此時時間繼電器KT接通電源且開關SKT處于延時斷開工作狀態(tài)，同時指示燈亮起，時間繼電器延時工作的時間設定值可通過下文計算得出。當減震器工作完后使大車完全處于靜止狀態(tài)時，時間繼電器動作開關SKT開始斷開，指示燈熄滅。這樣一來大車完成一次基本的定位操作可以很清晰的通過該電路圖指示出來，有較高的運行可靠性。

3.2 報警指示燈設計以及工作原理

如下圖3.2所示，其中KT1和KT2分別為倆動作時間不一樣的時間繼電器，且KT1為延時斷開，而KT2延時閉合，其中SKT1和SKT2為對應的動作開關。

其主要工作過程就是當啟動開關SB后，大車開始行駛，時間繼電器KT2接通電源開始進入延時閉合工作，時間的設定取決于大車啟動到減震器開始投入工作所需的時間而定，當減震器開始工作時此時如果SQ1和SQ2其中任意一個未介入工作，則繼電器SQ1此時就會介入工作，SKT2會在設置好一定的延時時間后開始閉合，此時報警故障燈響起提示駕駛室操作人員，此時駕駛室操作人員應斷開驅動電機電源啟動按鈕SB，則大車依然還會繼續(xù)在穩(wěn)定的工作狀態(tài)下進行減速停車定位。

4 總結

本文介紹了清污機大車定位系統(tǒng)的設計以及具體的工作過程，主要體現(xiàn)出對稱式雙筒液壓減震器在本文應用中相對于其他定位技術所體現(xiàn)的定位優(yōu)勢，其結構簡單，操作簡便，成本較低，尤其其較高的應用性是減震器在本文定位系統(tǒng)設計中比較獨特的一點。當然還有一些問題還待解決，如該設計下的減震器外觀的結構所形成的其重量是否會對原先在軌道上運行的大車行駛穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，還有定位中接近開關的動作可靠性還需更多的實驗數(shù)據(jù)等。

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基金項目：江西科技學院自然科學課題（ZR1906）

作者簡介：

劉仁武，男，助教，碩士，研究方向為汽車制動。

謝智峰，男，助教，碩士，研究方向為大數(shù)據(jù)技術應用。