电铅堆垛液压系统设计及控制

　　0 引 言

　　铅电解时，阳极铅被溶解，铅离子在电场作用下沉积在阴极上。当阴极板上沉积的电铅达到一定重量时，则需要进行电铅的出槽作业， 并将阴极进行洗涤、抽棒、堆垛等处理。 为解决上述问题，昆明理工大学某研究所与云南某公司设计开发了电液控制电铅抽棒处理自动生产线。

　　该生产线由入口输送机、洗涤输送机、翻板装置、压板装置、拍棒抽棒机械手、步进输送机、堆垛装置、出口输送机[1]等组成。 堆垛装置是整条生产线的重要部分，本文主要对其进行分析设计。

　　1 堆垛装置

　　堆垛装置主要有液压升降台、 升降液压缸和升降台支架等组成，如图 1 所示，电铅堆垛是由堆垛升降台的升降油缸来实现。

　　其工作原理是当电铅板由步进装置输送到升降台上后，升降液压缸和升降台一起向下运动，下降一块电铅板厚度的位移，升降台停止，等待下一块板，依次重复，当堆垛累计达到 20 块时，电铅垛被送出。 然后升降台迅速上升，回到原来位置。升降台最高位置处呈对角线方位安装一对光电接近开关，用以控制整个垛面高度。

　　2 方案设计

　　主要技术参数如下： 液压缸下降一块板厚位移所需时间 t = 0.2 s; 液压缸上升动作所需时间 t2=2.5 s;每块电铅板质量 m = 210 kg;每块电铅板厚度 h = 25mm;举升托架质量 m1= 500 kg;每垛电铅板数量 n = 20。 液压缸最大有效行程 L = 25×20=500mm; 液压缸上升速度 vmax= 500×10-3/2.5 = 0.2m/s。 液压缸下降速度 vmin=25×10-3/2 = 0.125 m/s;液压缸最大承载重量 G=(mn+m1)g =(210×20+500) g = 46.60 kN。 稳态误差 ess<±0.1 mm。系统剪切频率 ωc≥20 rad/s。

　　根据系统工作特点和性能要求， 拟采用电液比例位置闭环控制系统， 以满足堆垛机的控制精度和动态品质要求。

　　随着电铅板数量不断增加， 液压缸承载会越来越重，加之电铅板厚度不均匀，位置误差就会不断积累，导致位置控制不准确。 因此， 升降油缸下腔应有锁紧控制装置。 为此在下腔装设一单向截止平衡阀 FD，用以平衡举升负载和起单向截止阀的作用。

　　由于电液比例方向节流阀是通过控制节流口大小来控制流量， 且通过阀的流量将随阀口压差的变化而变化。 因此采用进出口压力补偿器来保证比例阀进油口的压差为常数。 在进油路上装设二通进口压力补偿器 ZDC， 使负载压力波动和供油压力变化得以补偿，并使电液比例方向节流阀进出口压差保持一定， 从而可以通过改变节流口面积来控制流量， 使之不受负载压力波动的影响。

　　拟定的电铅堆垛机液压控制原理图如图 2 所示。 其工作原理是当一块电铅板落到堆垛升降托架上时， 由控制电液比例方向节流阀的PLC 发信号，1CT 通电，电液比例方向节流阀左位工作，油液进入升降油缸有杆腔， 同时压力油推动 FD 阀芯左移，油液从 FD 阀右位回油，油缸带着升降台下降，当下降一块板的厚度时，1CT 断电，电液比例方向节流阀回到中位， FD 阀左位工作，并锁紧油缸。