无卡轴旋切机液压系统的设计与控制系统稳定性验证

　　0 引言^{[1 -7]}

　　旋切机是将圆木旋切成单板或薄木的木工机械设备，用于胶合板生产和人造板的表面装饰。目前，驱动刀具进给主要有两种方法: ( 1) 采用调速电机通过丝杆驱动; ( 2) 采用液压驱动。无卡轴旋切机采用调速电机通过丝杆驱动，工作精度较差，寿命低，噪声大。用液压缸驱动代替丝杆驱动，提高了无卡轴旋切机的寿命，降低了系统的能耗，噪声小，改善了工人的工作环境，便于实现系统的自动化控制。所以，需要推出一种高性能、易操作的无卡轴旋切机的液压系统，以满足用户的迫切需要。

　　1 旋切机数学模型建立^[2]

　　对于驱动辊1、2、3，d 均为直径 ( m) ，r 为半径( m) ，n₀为转速( r/min) ; l 为旋切单板的厚度( m) ; a 为驱动辊1、2 间的中心距 ( m) ; v 为刀刃进给速度( m/s) 。如图1 所示。

　　假设驱动辊与圆木间无相对滑动，而驱动辊1、2 固定不动，则在旋切过程中，圆木一方面绕其中心旋转，另一方面在驱动辊3 的作用下又向驱动辊1、2 作中心平面移动。圆木与驱动辊表面线速度相同，即:

　　在旋切过程中，在驱动辊转速n₀不变的情况下，圆木的转速n 随圆木直径的不断减小而增大。旋切圆木时，旋切刀刃在驱动辊1、2 的对称中心面上，圆木旋切刀刃的水平坐标为:

　　两边对时间t 求导数，可以求得旋切点的水平运动速度:

　　式中: 负号表示 v 的方向与坐标轴的方向相反。

　　2 液压系统的设计与流量分析^{[3 -4，8]}

　　液压缸的速度为木材前进的速度，所以液压缸流量为:

　　式中: v 为圆木前进的速度( m/s) ，即油缸的度;d₀为油缸的缸径( m) ; S 为无杆缸活塞面积( m²) 。

　　用Matlab 对液压缸的流量与速度的关系进行仿真，可得液压系统流量随刀具速度的变化曲线，如图2 所示。

　　根据液压系统流量变化规律设计无卡轴旋切液压系统如图3 示。

　　液压系统的工作原理如图3 所示，在图3 中，液压油工作路径如下:

　　( 1) 液压缸伸出工作回路: 油箱11→过滤器14→齿轮泵2→单向阀 8→三位四通电磁换向阀5 右边电磁铁得电→电磁比例流量阀7 调节流量→进入液压缸无杆腔12→活塞杆伸出→三位四通电磁换向阀5→背压阀6→回油箱11;

　　( 2) 液压缸收缩工作回路: 油箱11→过滤器14→齿轮泵2→单向阀8→三位四通电磁换向阀5 左边电磁铁得电→液压缸有杆腔13→活塞杆收缩→电磁比例流量阀7 全开→三位四通电磁换向阀5 →背压阀6→回油箱11。