發(fā)射藥皮帶自動稱量技術

張 博，蘇劍擎，馬 興

(1.中國兵器工業(yè)第五八研究所 彈藥中心，四川 綿陽 621000;2.廣汽長豐汽車股份有限公司 研發(fā)中心，長沙 410014)

以往顆粒狀發(fā)射藥稱量采用人工機械天平方式進行，勞動強度大、人為因素干擾大、安全系數低;現(xiàn)采用直線振動器粗加與盤式振動器精加相結合的方式，實現(xiàn)了發(fā)射藥自動化高精度稱量，但此方式工作節(jié)拍慢、噪音大、稱藥量小?；诖耍疚奶岢隽瞬捎闷л斔痛旨优c盤式振動器精加相結合的方式，能進行快速、大劑量、低噪音、高精度的發(fā)射藥稱量，并能隨意設置稱量物料的標準重量。

1 稱量系統(tǒng)

1.1 設備組成

發(fā)射藥皮帶自動稱量機主要由補藥提升機、藥斗、皮帶輸送機構、電子秤、機架、稱量機構、控制盒、氣動震盤及控制系統(tǒng)等組成，其結構圖如圖1 所示。

圖1 發(fā)射皮帶藥自動稱量機

1.2 控制系統(tǒng)組成

控制系統(tǒng)主要由PLC、防爆電子秤、觸摸屏、步進驅動器、步進電機、藥位檢測傳感器、安全柵、氣缸到位檢測開關、接近開關、氣缸電磁閥和開關電源等組成，如圖2 所示。

圖2 控制系統(tǒng)結構

2 發(fā)射藥自動稱量技術

2.1 可變調速大劑量快速加藥技術

采用皮帶加藥方式，步進電機帶動皮帶輸送機構通過皮帶將藥斗內的發(fā)射藥加入稱量機構中。加藥同時控制系統(tǒng)與電子秤實時通訊，通過實時稱量讀數對步進電機進行控制。一般對步進電機采用三段式控制:在啟動初期電機轉速快、加藥速度快，當藥量到一定值后降低電機轉速進行慢速加藥，到接近最終稱量值時控制電機進行微量加藥。這樣不但減少了粗加藥時間、提高了生產效率，并且確保了粗加藥能達到較高的精度，為后面精加藥減少加藥量。

2.2 雙通道預存藥精加技術

精加藥采用雙通道氣動震盤和下料滑槽預存藥方式進行，并與電子秤實時通訊。在皮帶粗加藥同時，將氣動震盤振動2 個通道中的1 個打開，同時將與之對應的下料滑槽出口開關關閉，精加氣動震盤也同時工作一定時間，在此下料滑槽內預存一定量的發(fā)射藥。在粗加完成后依據與最終值的差值，可把預存的藥一次性直接加入稱量藥杯內，從而減少精加時間。當精加的藥量較大時，2 個料道可同時加藥，到很接近最終值時再關閉1 個氣動震盤通道進行單通道精加，最后還可點動氣動震盤，進行發(fā)射藥單顆精加，以達到較高的精度，并減少精加時間，提高生產效率和產品合格率。

2.3 隨意設置稱量物料的標準重量稱量技術

稱量機能在一定范圍內進行稱量，可對稱量值進行設置，控制系統(tǒng)將依據設置的稱藥量值進行分段處理。依照藥量的加藥過程可劃分為3 段: 小藥量段、中藥量段和大藥量段，同時電機速度也分為快速、中速、慢速3 種。對于小藥量段，系統(tǒng)控制步進電機以慢的恒定轉速運行;對于中藥量段，系統(tǒng)先控制步進電機進行中速加藥，達到一定量后，再控制步進電機進行慢速粗加藥; 對于大藥量段，系統(tǒng)先控制步進電機進行快速大量加藥，完成較大量后再控制步進電機進行中速加藥，最后進行慢速小劑量加藥。通過以上方式對加藥進行控制，能快速和準確稱量所設置的稱量值。

3 皮帶加藥系統(tǒng)控制策略

由于在發(fā)射藥皮帶稱量過程中，需要實時監(jiān)測稱量機構中藥杯內的藥量值，故采用PLC 對電子秤進行實時讀數，并根據讀數值來控制皮帶送藥機構和氣動震盤。

通過步進驅動器控制防爆步進電機，可以將電機的歩數分別設置為500，1000，5 000，10 000 歩，用不同的步距角和脈沖控制電機速度從而改變皮帶送藥的速度，這樣既能快速送藥以滿足較大稱量值的需要，也能慢速送藥以滿足小稱量值的需要，還能通過步進電機調速和步距角調整實現(xiàn)微量加藥，從而達到較高的輸送精度。

步進電機脈沖當量δp的計算公式為

步進電機轉速nm的計算公式為

皮帶運動速度V 的計算公式為

其中:i 為減速比;D 為同步帶齒輪的直徑，m;P 為電機每轉1圈所需脈沖數;f 為脈沖頻率; θ 為步距角。依據上面的公式和已知量，可以計算出步進電機的脈沖當量和皮帶運動速度，從而實現(xiàn)對步進電機更精確的控制。

步進電機通過控制器( PLC)發(fā)脈沖來進行控制，且采用段式控制。如圖3 顯示生成加速步進電機( #1 段)、按恒速操作電機( #2 段)、隨后減低電機速度( #3 段)的輸出信號波形所要求的輪廓表數值樣本。

圖3 步進電機頻率與時序

每段的Δ 周期時間為

式中:End_CTseg表示該段的結束周期時間; Init_CTseg表示該段的初始周期時間; Quantityseg表示該段的脈沖數。在稱量時，稱量的精度不僅取決于電子秤的測量精度，也取決于控制精度。通過對電機速度、雙通道氣動震盤等采用有效控制策略和組合，可減小誤差，加快稱量速度，提高稱量精度。

4 結束語

本技術解決了顆粒狀發(fā)射藥稱量范圍大、節(jié)拍快、精度高的難題，實現(xiàn)了發(fā)射藥的皮帶自動稱量。該技術已成功應用于某廠的發(fā)射藥自動稱量機項目中，降低了工人的勞動強度，提高了生產效率和產品一致性，得到了用戶方的一致好評。

［1］虞波，胡翔. 球閥加藥技術［J］. 兵工自動化，2008，27(11):73 -74.

［2］江杰，王建國，張乃洪，等. 動態(tài)定量自動稱重機［J］.自動化儀表，1992，13(2):19 -23.