超高壓水射流機器人切割系統電氣控制設計

趙艷麗 莊嚴 石曉磊

摘 要：隨著經濟不斷的發展，信息技術不斷發展，超高壓水射流技術與機器人技術也日漸成熟。超高壓水射流技術與機器人技術進行融合，更加的安全、更加的環保。由于這兩種技術的融合，在越來越多的領域中應用，如航天領域、建筑領域、航彈切割等。本文主要對水射流切割機器人的系統構成原理進行分析，并探究超高壓水射流機器人切割系統的關鍵技術。

關鍵詞：超高壓水射流 機器人切割系統 系統設計

超高壓水射流切割技術一直是我國近10年來水射流行業的研究熱點問題，水射流有著高能、冷態、點割等特點，對切割的材料有著良好的包容性，在切割的過程中對環境的影響較小。超高壓水射流切割機器人將普通的水通過超高壓加壓器將水流壓制到410Mp后使用直徑為0.3mm的水噴嘴產生的水射流在計算機的控制下進行材料的切割工作。廣泛的應用在各個領域中，所以要對超高壓水射流機器人切割系統的原理進行分析，并對其關鍵技術進行研究。

一、水射流切割機器人系統構成原理

水射流切割機器人的工作系統主要的組成部分包括：高壓水發生系統、高壓水通路、輔助設備、機器人、切割頭等組成的，主要的系統結構如圖1所示：

如上圖所示，該系統的控制核心是機器人控制柜，控制柜能夠對機器人在切割過程中的行動軌跡進行控制，確定切割的位置，保障切割的準確性。使用I/O口對平臺的外部動作進行控制。例如，對關閉切割頭與打開切割頭進行控制、抽風除塵系統裝置的控制等。其中變量柱塞泵恒壓控制系統是由機器人模擬量的輸出口進行控制工作，可以達到調節高壓水切割水流的目的，從而可以對任意厚度的切割材料進行切割工作。RS232串口將機器人控制柜與增壓泵系統之間進行連接工作，實現兩者之間的通訊，一旦二者之間其中一個出現了故障問題后，為了保障工作站的安全，另外一個系統也將關閉。

二、超高壓水射流切割機器人的關鍵技術

超高壓水射流切割技術參數，水射流的參數確定是以水射流的壓力、噴嘴的直徑以及噴嘴的材料特性等進行確定的。其中水壓、水流速的直徑、噴嘴的直徑擴散率等參數的變化都會影響切割的質量。所以超高壓水射流切割技術參數的確定是超高壓水射流機器人切割系統的關鍵組成部分。超高壓水射流技術的切割效果與純水射流切割相比，切割效果更好。在增壓泵或者是水流增壓器的功率參數確定后，明確水射流需要的壓力與流量后，可以根據相關公式計算出單噴嘴噴頭的水射流的流量。或者在設備進行作業時，需要知道水射流的工程參數，可以通過噴嘴的形狀、增壓泵的功率進行計算工作。根據相關計算德馳，隨著高壓噴嘴的直徑增加，水射流的切割速度會隨之下降、切割材料的深度也會隨之減小，并且材料出現破碎。進行靶距與水射流切割速度關系的研究，從而進行控制系統參數的確定工作。在切割速度保持不變的前提下，如果高壓噴嘴的直徑較大，則靶距的切割范圍較大。但是隨著水射流壓力的逐漸增加，最大切割速度下的靶距范圍會逐漸的縮小，材料切縫的寬度會隨著靶距的增加而逐漸的增加。

超高壓水射流主泵機組的設計，在超高壓水射流主泵機組系統中超高壓往復柱塞泵是重要的組成部分。但是在運行的過程中發現柱塞泵存在著泵頭壽命較短、柱塞加工難以及泄露等嚴重問題。所以在超高壓水射流動力源的選擇時，往復柱塞泵的功率的設計功率要在250KW左右，壓力值的設定在280Mp。

總結：綜上所述，在進行超高壓水射流機器人電氣系統設計的過程中，控制系統的參數十分的重要。將超高壓水射流技術與機器人技術進行有效的融合，在未來社會發展的過程中將會有著更大的發展空間，超高壓水射流機器人切割系統的智能化、模塊化的標準不斷的提高，更應該注重每一個環節的設計控制工作，提高設備的使用壽命，保障設備在運行的過程中能夠更加精準的進行切割，保障工程

質量。

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