專利名稱：一種控制貨叉運動精度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬機械運動控制領(lǐng)域，涉及一種控制貨叉運動精度的方法。
背景技術(shù)：
目前，高架立體倉庫由于節(jié)省空間、便于統(tǒng)計、存取方便快捷、降低勞動強度、節(jié)約人力成本等優(yōu)點而廣泛使用。堆垛機做為關(guān)鍵的存取設(shè)備，要求具有單雙向雙工位或單工位存取物料的功能?；诖朔N要求設(shè)計了多級負(fù)荷伸縮裝置(以下簡稱貨叉)，可以實現(xiàn)上述功能。常用的貨叉主要由下叉、中叉、上叉、傳動組件、傳力組件組成。由于貨叉屬于高精密部件，運行過程中定位的精度要求很高，所以設(shè)計了由叉體的滑槽、軸承和導(dǎo)向塊組成的定位裝置。其中軸承主要實現(xiàn)各叉體的上下定位，導(dǎo)向塊主要實現(xiàn)各叉體的左右定位。為防止貨叉在運行時左右晃動、卡滯、爬行，所有導(dǎo)向塊裝配后需要再加工，以保證導(dǎo)向塊的平面度和尺寸公差要求。然而，由于導(dǎo)向塊是尼龍材質(zhì)，受環(huán)境溫度因素的影響而熱脹冷縮，導(dǎo)致導(dǎo)向塊和貨叉接觸面之間的距離增大或縮小，不能滿足尺寸公差的要求(0. 17 0. 22mm),出現(xiàn)貨叉在運行時左右晃動、卡滯、爬行現(xiàn)象，降低了貨叉的定位精度，故障發(fā)生率較高，極大影響了堆垛機的運行效率，不能達(dá)到導(dǎo)向塊的設(shè)計初發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種控制貨叉運動精度的方法。本發(fā)明通過改變導(dǎo)向塊結(jié)構(gòu)和控制方式，使其適應(yīng)環(huán)境溫度變化，達(dá)到本發(fā)明目的。本發(fā)明原理在溫度高時，導(dǎo)向塊和貨叉接觸面之間的距離減小(小于0. 17mm), 摩擦力f增大，需要滿足貨叉獲得的力F大于摩擦力f。如公式1所示公式1 F > f= U N ，根據(jù)公式1所示，減小接觸面的正壓力N，減小接觸面的摩擦系數(shù)μ，增加貨叉動力F，可以滿足貨叉定位準(zhǔn)確、運行平穩(wěn)的設(shè)計初衷。在溫度低時，導(dǎo)向塊和貨叉接觸面之間的距離增大(大于0. 22mm)，需要減少導(dǎo)向塊和貨叉接觸面之間的距離，滿足尺寸公差的要求。具體技術(shù)方案如下首先在與貨叉相接觸的導(dǎo)向塊一側(cè)垂直打孔，使孔成行、列均勻分布，使內(nèi)部應(yīng)力向各個孔分散，改變原來因溫度變化造成的內(nèi)部應(yīng)力向外或向內(nèi)分散的缺陷，形成隨溫度的變化，各個孔增大或縮小，能極大地降低導(dǎo)向塊表面上的熱脹冷縮現(xiàn)象。在環(huán)境溫度高時，減少接觸面的正壓力，防止出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象；在環(huán)境溫度低時，減少接觸面的收縮量，防止出現(xiàn)左右晃動現(xiàn)象，滿足導(dǎo)向塊的尺寸公差的要求。并且在導(dǎo)向塊的孔中注入潤滑油，克服了原來貨叉運行時易將接觸面潤滑油帶走的缺陷，此改進(jìn)能使導(dǎo)向塊孔中的潤滑油持續(xù)向接觸面補充，使接觸面保持一定厚度的油膜，防止接觸面摩擦系數(shù)的加大，保持運動時表面摩擦力的最小化。貨叉在運動過程中，需要及時停止、準(zhǔn)確定位，所以要求傳動電機在停止定位點附近很小的范圍內(nèi)以很低的速度運行，防止因速度高造成制動距離長導(dǎo)致的定位不準(zhǔn)現(xiàn)象。為了控制貨叉的速度，一般采用變頻器調(diào)速的方式，然而在5Hz以下的頻率和低速運行情況下，電機的最大轉(zhuǎn)矩將急劇降低，在環(huán)境溫度高時(接觸面摩擦力會加大)，不能克服摩擦阻力造成爬行和卡滯現(xiàn)象。本發(fā)明改變原來的由45Hz向3. 5Hz兩速轉(zhuǎn)換的控制方式， 逐漸平穩(wěn)降低頻率，使傳動電機的最大轉(zhuǎn)矩變化曲線平緩，并在最后的10mm，將頻率降為 3. 5Hz，依靠電機的慣性克服較大的摩擦阻力，在定位點準(zhǔn)確定位。本發(fā)明優(yōu)點在于，針對現(xiàn)有的貨叉導(dǎo)向塊適應(yīng)環(huán)境溫度變化能力差，使貨叉不能平穩(wěn)運行，定位不準(zhǔn)問題，本發(fā)明進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究和試驗，通過改造導(dǎo)向塊的結(jié)構(gòu)， 改變貨叉的運行控制方式實現(xiàn)了本發(fā)明目的。該方法擴(kuò)大了導(dǎo)向塊適應(yīng)的溫度范圍，適于-10°C 50°C。運行結(jié)果表明該方法克服了貨叉運行時左右晃動、卡滯、爬行等現(xiàn)象，保證了貨叉的穩(wěn)定運行，定位準(zhǔn)確，滿足尺寸公差0. 17-0. 22mm的要求，極大降低了故障發(fā)生率，提高了生產(chǎn)的穩(wěn)定連續(xù)性，為提升生產(chǎn)效率創(chuàng)造了極為有利的條件，減輕了維修人員的勞動強度。該發(fā)明操作簡單，投入少，具有很好的工業(yè)應(yīng)用價值和推廣應(yīng)用前景。


圖一導(dǎo)向塊改造前后內(nèi)部應(yīng)力圖，圖中(a)是改造前的內(nèi)部應(yīng)力示意圖，(b)是改造后的內(nèi)部應(yīng)力分布示意圖二 本發(fā)明改造后導(dǎo)向塊結(jié)構(gòu)示意圖，圖中1為導(dǎo)向塊，2為通孔；3為導(dǎo)向條安裝螺
孔；
圖三電機在不同頻率調(diào)速下的機械特性圖，圖中橫軸M是電機輸出轉(zhuǎn)矩，縱軸η是電機轉(zhuǎn)速，Mm是電機最大轉(zhuǎn)矩，曲線fl是45Hz下的電機機械特性，曲線f5是4. 5Hz下的電機機械特性，曲線f6是3. 5Hz下的電機機械特性；
圖四機械摩擦阻力隨環(huán)境溫度的變化圖，圖中橫軸M是摩擦阻力力矩，縱軸T是環(huán)境溫度，M2是溫度范圍內(nèi)最高溫度T2對應(yīng)的摩擦阻力力矩，Ml是溫度范圍內(nèi)最低溫度Tl對應(yīng)的摩擦阻力力矩；
圖五電機機械特性和負(fù)載范圍疊加圖，圖中D是最小摩擦阻力力矩曲線和f6曲線的 ； ，
圖六電機在高低兩速控制模式下的各個位置上最大轉(zhuǎn)矩突變曲線和摩擦阻力力矩范圍疊加圖，圖中原點ο是貨叉定位點，橫軸M是電機轉(zhuǎn)矩，縱軸L是貨叉和定位點的距離，Ml 和M2是摩擦阻力力矩范圍曲線，Mm是電機最大轉(zhuǎn)矩突變曲線； 圖七平緩最大轉(zhuǎn)矩突變曲線后的效果圖； 圖八應(yīng)用本發(fā)明后適應(yīng)的溫度范圍擴(kuò)大效果圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體研究過程、實施方法對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。 實施例1、改造導(dǎo)向塊結(jié)構(gòu)，減小導(dǎo)向塊因熱脹冷縮造成的形變
在發(fā)現(xiàn)貨叉卡滯現(xiàn)象后，本發(fā)明曾考慮磨削導(dǎo)向塊的接觸面，經(jīng)過分析這種加工方法不能保證接觸面的平面度，也僅僅是適應(yīng)當(dāng)前的環(huán)境溫度。如果保障溫度高時不出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象，就會造成在溫度低時接觸面之間的距離超出尺寸公差的上限，造成貨叉的左右晃動量加大。這種加工方法只是將導(dǎo)向塊適應(yīng)的溫度范圍向上或向下平移，而不能擴(kuò)大導(dǎo)向塊適應(yīng)的溫度范圍，為此本發(fā)明決定改造導(dǎo)向塊的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明做了兩種改造方式第一種是在接觸面上銑槽，第二種是在接觸面上打孔，并分別做實驗。實驗結(jié)果表明，第二種改造方式更好，究其原因是因為在接觸面上銑槽不能有效改變導(dǎo)向塊內(nèi)部的應(yīng)力方向，而在導(dǎo)向塊接觸面上打孔，使內(nèi)部應(yīng)力方向向孔的中心分散，從而使孔隨溫度的變化而增大或縮小， 極大降低導(dǎo)向塊表面上的熱脹冷縮現(xiàn)象。可以理解為在接觸面上降低了導(dǎo)向塊的膨脹系數(shù)，擴(kuò)大了導(dǎo)向塊適應(yīng)的溫度范圍，滿足導(dǎo)向塊的尺寸公差的要求。如附圖一所示，在圖(a) 中應(yīng)力F1，在(b)中分解為F1、F2、F3，使Fl大幅度減小，從而極大地降低了導(dǎo)向塊表面的熱脹冷縮現(xiàn)象。因在接觸面上打孔，會減少接觸面的有效接觸面積。為了保障導(dǎo)向塊的定位作用， 經(jīng)過試驗，有效接觸面積減少不能超過25%。優(yōu)選在50 X 24mm的導(dǎo)向塊接觸面上，孔的直徑、分布和數(shù)量如附圖二所示孔的數(shù)量是11個，直徑是5mm，既滿足設(shè)計要求，又不過多減少有效接觸面積；孔的分布為三行，各孔錯開均勻排列，使內(nèi)部應(yīng)力分散均勻。2、改變接觸面潤滑方式，有效防止表面摩擦系數(shù)的增大
在沒有改造導(dǎo)向塊之前，潤滑油只能涂抹在接觸面表面，形成一層較薄的油膜。隨著貨叉的運行，逐漸地將接觸面的潤滑油帶走，使接觸面的油膜變薄直至為零，如此，容易使接觸面的摩擦系數(shù)逐漸加大，增大接觸面的摩擦阻力。本發(fā)明改造導(dǎo)向塊后，又在導(dǎo)向塊接觸面上涂抹潤滑油，同時將潤滑油注入導(dǎo)向塊的孔中，隨著貨叉對導(dǎo)向塊的擠壓，孔中的潤滑油會向接觸面補充，補償貨叉帶走的潤滑油，始終保持接觸面油膜的厚度，保持接觸面摩擦系數(shù)的最小化。3、改變電機運行控制方式，控制不同位置的電機轉(zhuǎn)矩
為了保障貨叉的穩(wěn)定運行，需要電機在啟動時高速(電機頻率為45Hz)運行，提供足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩，并且快速運行；定位時低速運行(電機頻率為3. 5Hz)，為避免因電機的速度慣性無法在定位點準(zhǔn)確定位，通常采用變頻器調(diào)速模式控制電機轉(zhuǎn)速。電機在變頻調(diào)速時的機械特性如附圖三所示fl是45Hz下的機械特性，f6是3. 5Hz下的機械特性。而貨叉摩擦阻力力矩隨溫度變化的范圍如附圖四所示。將電機在變頻調(diào)速時的機械特性和摩擦阻力力矩隨溫度變化的范圍相疊加，形成附圖五所示的不同頻率下電機轉(zhuǎn)矩克服摩擦阻力力矩范圍的示意圖。從附圖五可以看出， 當(dāng)電機頻率為3. 5Hz時，無法克服溫度范圍內(nèi)最大摩擦阻力力矩。而矢量變頻器或調(diào)高低頻時的電壓等都是為了啟動時克服較大負(fù)載阻力時采用的方法，速度是逐漸增加，電機轉(zhuǎn)矩做的是正作用，而貨叉變頻減速過程中，速度是逐漸減少，低速區(qū)增大力矩會對制動造成沖量沖擊，甚至因為電機轉(zhuǎn)矩過大造成制動效果不好，從而使定位不穩(wěn)，較大的轉(zhuǎn)矩在制動時做的是反作用。所以不宜采用上述方法。本發(fā)明將電機在變頻減速過程中(從45Hz到3. 5Hz)在不同位置上(與定位點的距離)的最大轉(zhuǎn)矩變化，結(jié)合附圖四，繪成最大轉(zhuǎn)矩變化圖，如附圖六所示可以看出，在與定位點較遠(yuǎn)的距離電機最大轉(zhuǎn)矩較早突變，小于摩擦阻力力矩，電機自身動能不能克服摩擦力所作的功(電機慣性不能克服較長的摩擦距離)。如公式2所示公式 2: I^mF2K (f-F；)
電機進(jìn)入低速區(qū)到電機自身動能為零時(電機停轉(zhuǎn))，不能到達(dá)定位點，這是卡滯現(xiàn)象的物理描述。本發(fā)明將Mm曲線在距定位點較短的距離上進(jìn)行平緩，如附圖七所示，
在Ll處使電機頻率為3. 5Hz，進(jìn)入電機最大轉(zhuǎn)矩小于摩擦阻力力矩區(qū)，使電機動能 . ―丨
l/2*mV"> Cf-F) +Li ，靠電機的慣性克服最后的距離L1的摩擦阻力，消除貨叉卡滯現(xiàn)象，同時可以減少對制動的沖擊。本發(fā)明原理是，在Ll段距離上，利用摩擦阻力對電機的制動作用提前制動，此時
摩擦阻力的效果是正作用，前提是電機動能lu^njr> '· f~F ^lI ，根據(jù)上述
原理并經(jīng)試驗，確定變頻器調(diào)速為以下三種情況
當(dāng)貨叉位置與定位點的距離大于100mm，變頻器輸出頻率為45Hz ； 當(dāng)貨叉位置與定位點的距離小于10mm，變頻器輸出頻率為3. 5Hz ； 當(dāng)貨叉位置與定位點的距離在IOOmm到IOmm之間，變頻器輸出頻率Y為公式3所示 公式 3 :Y= (L-10) + (100-10) X (45-4. 5) +4. 5 = (L-IO) +90X40.5+4.5
= (L-IO) Χ0. 45+4. 5 ； 公式3表明，在IOOmm到IOmm之間，變頻器輸出頻率隨位置的變化而等比變化，在 IOOmm到IOmm之間，最小頻率是4. 5Hz，保障在這個區(qū)間的電機轉(zhuǎn)矩大于摩擦阻力力矩。 Ll=IOmm,4. 5Hz時的電機機械特性見附圖三中的f5。在滿足克服最大摩擦阻力力矩M2的條件下，若環(huán)境溫度降低，摩擦阻力力矩降到 Ml時，在最后10mm，電機穩(wěn)定運行在附圖五所示的f6曲線和Ml線的相交點，此時摩擦阻力力矩和電機轉(zhuǎn)矩相等，制動時只消除電機本身動能，此時電機對制動的沖量很小，完全滿足穩(wěn)定制動的要求。4、應(yīng)用本發(fā)明后達(dá)到的效果如圖八所示 在應(yīng)用本發(fā)明前，適應(yīng)的溫度變化范圍是Tl ； 改造導(dǎo)向塊結(jié)構(gòu)后，適應(yīng)的溫度變化范圍是T2 ； 改變潤滑方式后，適應(yīng)的溫度變化范圍是T3 ；
改變控制方式后，將溫度范圍上限擴(kuò)大了 T4，適應(yīng)的溫度變化范圍是T5 ； 全面應(yīng)用本發(fā)明后，在滿足安裝尺寸公差的前提下，隨著適應(yīng)溫度范圍的擴(kuò)大，完全解決貨叉卡滯現(xiàn)象，同時防止出現(xiàn)貨叉左右晃動現(xiàn)象，達(dá)到了本發(fā)明目的。
權(quán)利要求
1.一種控制貨叉運動精度的方法，其特征在于，進(jìn)行了如下技術(shù)改進(jìn)(1)改造導(dǎo)向塊結(jié)構(gòu)在導(dǎo)向塊接觸面上打孔，使其內(nèi)部應(yīng)力向孔的中心分散；同時，控制孔的直徑、數(shù)量和分布，保障有效接觸面積的減少不超過導(dǎo)向塊接觸面的25% ； (2)改變導(dǎo)向塊接觸面潤滑方式在其接觸表面涂抹潤滑油，同時將潤滑油注入導(dǎo)向塊的孔中，通過運動擠壓保持接觸面油膜的厚度，保持接觸面摩擦系數(shù)的最小化；(3)改變運動控制方式當(dāng)貨叉位置與定位點的距離大于100mm，變頻器輸出頻率為45Hz ；當(dāng)貨叉位置與定位點的距離小于10mm，變頻器輸出頻率為3. 5Hz ；在IOOmm到IOmm之間，變頻器輸出頻率隨位置的變化在45Hz_4. 5Hz 之間等比變化。
2.如權(quán)利要求1所述的一種控制貨叉運動精度的方法，其特征在于，導(dǎo)向塊上孔的分布為三行，各孔錯開均勻排列，孔徑為5mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種控制貨叉運動精度的方法，屬機械運動控制領(lǐng)域。該方法通過改造導(dǎo)向塊機械結(jié)構(gòu)、改變潤滑方式、改變控制運動方式，使貨叉制動更為平穩(wěn)。該方法能很好地控制貨叉運動精度，克服了貨叉運行時左右晃動、卡滯、爬行等現(xiàn)象，保證了貨叉的穩(wěn)定運行，定位準(zhǔn)確，滿足尺寸公差0.17～0.22mm的要求，極大降低了故障發(fā)生率，提高了生產(chǎn)的穩(wěn)定連續(xù)性，為提升生產(chǎn)效率創(chuàng)造了極為有利的條件，減輕了維修人員的勞動強度。該發(fā)明操作簡單，投入少，具有很好的工業(yè)應(yīng)用價值和推廣應(yīng)用前景。
文檔編號B66F9/24GK102485635SQ20101057277
公開日2012年6月6日 申請日期2010年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月4日
發(fā)明者付永民, 呂建華, 李朝陽, 郭海全, 郭越 申請人:河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司