尼姆对雷恩预测:機械設計的點滴體會(四)

法国尼姆足球队 www.vtssaj.com.cn 侃过驱动的方式以后,还可以侃一下被驱动的结构。

假如一个驱动力可以使系统启动的话,系统就可以开始运转,但运转的过程中还会发生许多的问题。按我的习惯,我把这些问题归为四类,即:

1 控制位置精度的问题。

2 平衡问题。

3 振动问题。

4 润滑问题。

控制位置精度的问题是一个比较复杂的问题,它与控制系统的选择、被驱动件的惯量、控制的算法等一系列因素有关。

对于要求高速运动,而定位准确的物体,减少自身的惯量而提高其刚度是尤其重要的。有时,你必须放弃钢铁、铝合金等结构而转求采用复合材料。不管对谁来说,一个大而重的东西比轻的东西就是难以控制。在提高刚度的同时,还应该提高结构的自振频率,这对于提高位置控制精度都有很大的帮助。

就控制系统来说,不是你选择的系统精度越高就越好,过高的精度有时没有必要,它无故地增加了制造的成本。有时,你提出的、超高的精度其实是实现不了的,比如,你要求热轧板带的精度到‘缪’级就很难做到。还有就是,太高的精度引起的系统震荡也是很难处理的,有时是对生产过程的严重干扰,可以大大地降低生产效率。

提高一个系统的位置控制精度和算法还有很大的关系,你的算法比较先进,简单地解出轨迹和正确地修正和差补,都是提高控制精度的有效手段。

作为机械设计者,在设计这类东西时,你应该是先设计好你的所有机构,做完所有的惯量计算,找到最大的惯性力作用点和外载荷的附加点,再和专业的自控公司的家伙谈控制,看他们的伺服电机或步进电机的力能参数是不是可以,控制卡是不是有这么高的响应和适当的电流输出,你就可以得出结论,谁的东西是可以使用的,谁是真正混事的家伙。只有这样,你设计的东西,你才知道最终是不是可以使用,即使在使用中有问题,也可以知道是在哪里出了问题?到底是驱动跟不上?还是算法的问题,或是控制电路的问题。不知道这些,永远是糊涂的。

说到一个系统的平衡问题,也有许多的讲究,例如大型的棒材轧机的冷床就是一个很好的例子。

从精轧机经过倍尺飞剪上到冷床的棒材的规格随着生产的规格调整时刻在变化中,规格从∮10到∮40都有,究竟在哪一点平衡冷床是有说道的,你要和轧钢工艺的家伙仔细探讨,找到最常生产的规格,还要考虑生产的连续时间,工作做细了,对设备的寿命、电耗都有利,毕竟国家的钱也是钱,和大家都有关系,但能考虑这些东西的家伙是非常少的,说不清为什么!

平衡不好的话,不仅是设备寿命受影响,基础的寿命减低,还可能把床面甩下来,几百吨的家伙,甩飞是什么后果?你想过吗? 非常可怕的!所以,当你接手设计这东西的时候,会有许多的人劝你这家伙的可怕后果,但东西设计好,摆在那里,大家能抄许多年,也是一件趣事。

平衡问题与振动问题有时是一个问题,有时是两个问题,有时二者有关系,有时一点关系都没有。做好平衡在某些场合可以减少振动,有时就不能,甚至根本就不能。

运动系统的振动有许多的原因,一些是由不平衡引起的,这些东西只要简单地加以平衡就可以解决。有些是由于外界的激振源的振动频率和系统接近而导致振动,附近的空压机、活塞式内燃机、有时甚至是某些液压泵组也可以引起振动,要先找到振动的激励源,做相应的处理,此类问题就可以解决。

比较难以处理的是扭转振动,特别是采用活塞式内燃机驱动的设备。这种振动一旦发生,很难消除,并严重地影响设备的使用寿命,甚至是很严重的破坏事故,必须事先加以避免。

你在做长轴系的设计的时候,要事先计算整个系统的扭振问题,只有计算完了这东西,才能开展结构设计,你要是说你不会,我估计你的领导不让,一定要扣你的工资,但别人说不会就有正当的理由,比如说正忙着搬家,或是孩子小。你没什么理由。即使是人家设计的系统‘扭振’了,领导也会问你为什么?别人只是瞪着无辜的大眼睛看着,因为人家可以说从来没听说过有这东西,难道是从地下冒出来的东西吗?这时,你要处理不了,大家都跟你急,问你,你是干什么吃的,这点东西都对付不了?啊!劝你还是趁早准备好了,免得到时候着急!

润滑问题是非常庞杂的东西,一个东西一个样,一点规律都没有,你那点所谓的‘经验’在什么时候都不管用,在一个大的设计院里,做不了设备设计的家伙,有时就被派去搞润滑系统,殊不知,润滑这东西也很复杂,像我这类特笨的家伙,在不着人‘待见’的时候,有时就配干点这类杂活。

低速重栽的非精密的场合,许多人愿意用轴套,随便抓一个就用,人家能用,我也能用,但场合不同,材料和使用的方法还真是不同,有时就不能乱用。

见过一个设备的轴套,使不了几天就坏了,换上还是坏,设计者说不知道怎么处理。看看环境才知道周围的温度特别高,打进去的干油熔化以后流出来结焦,根本就没有润滑作用,当然要烧轴套,换点高温润滑脂试试?那东西250度都不变色,也不熔化,再打进去什么毛病都没有了,万事大吉。

处理上述的问题有三种方式,第一是选用高温润滑脂。第二是采用水冷轴承座。第三是每次运动都打定量的干油,当然这很浪费,但没办法。

还见过烧油膜轴承的,在负荷特重的工况下,油膜轴承的启动要特别小心,有时要考虑用静压先把油打进去,运转以后才可以停掉静压,否则就可能烧了轴承,油膜轴承很贵的,尤其是大型的。

滚动轴承也常有各种各样的问题,有时是选型有问题,包括选型不对,负荷能力不足,润滑有时也有问题。滚动轴承一般采用脂润滑、油润滑、油气润滑。在高速的情况下,假如负荷允许的条件下,使用油气的润滑是个不错的选择,既可以帮助散热,也可以充分润滑轴承的滚动体。总之,设计的时候,一定要仔细确定负荷、转速、冲击等问题,严格按要求润滑,任何‘拍脑门’和想当然的东西都是不可取的。

当人们走过‘坚船利炮’的强打时代,无论是什么设备都逐渐有了自动化的成分。哪怕今天它是全手动的,恐怕有一天也得加进自动化的装置。自动化系统的好坏有时是至关重要的,苏霍伊设计局和米高扬设计局的战机设计都是一流的,要论气动布局和动力性能都举世无双,但战斗实力差在计算机系统和自动化控制系统上。

美国的B2 是飞翼式气动布局,单从气动布局上看根本就没有人工操纵的可能性,也就是说,假如停掉其自动飞行舵面控制系统,它马上就会从天上掉下来,人工是根本操纵不了它的舵面的。由此可见,一个好的自动化控制系统是很重要的。

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