金刚石压机位置控制研究

数字滤波处理， 提供了各缸位移值。如图 !& 所示， 各 缸的停锤位和同步位调定之后， 可以方便地将各缸的 绝对位置值精确地存储于计算机文件中， 作为缸在工 作过程中的基准， 而无需调整行程开关的位置， 为位置 控制减少了误差源。同时， 位移传感器不易损坏， 可靠 性高， 因而降低了设备的故障率， 为各缸的位置控制精 度提供了保障；
图! 调整界面
" 采用比例节流阀对 ! 个活缸进行控制 比例 节流阀在工作过程中的可调节电信号范围宽， 并且可 通过几倍于公称流量的的液流， 这样就满足了在本系 统中， 即空载阶段的速度 ! 个活缸从回程位到停锤位， 尽可能快， 节约金刚石的合成时间， 提高生产效率的要 求。在充液阶段， 由于控制软件上采用速度和位置反
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金刚石合成过程中位置控制的特点及作用 目前， 金刚石的人工合成大多采用高温高压下的触
媒法， 生产设备主要是六面顶压机 B 其主要工作原理如 图 ? 所示， H 个液压缸在空间对称分布， A 条轴线相互垂 直且交于一点， 当 H 个液压缸对中且同步向中心运动 时， 就会让金刚石合成块处于一个高温高压的密封腔 体。因此在合成金刚石的控制过程中， H 个缸的位置精 度决定了压机的对中性和同步性， 同步性、 对中性不好 会导致金刚石合成块的重心偏移， 轻者影响合成腔体的 压力场、 温度场， 破坏金刚石的生长条件， 降低人工合成 金刚石的产量和质量， 重者会造成压机的挤锤， 崩锤和 放炮， 不仅给金刚石合成工造成精神及人身伤害， 而且 损害金刚石合成设备， 增加金刚石压机的调机次数，大 大增加了合成成本， 降低金刚石压机的生产效率。本文 通过对目前国内常用的六面顶压机的液压和控制系统
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金刚石压机位置控制研究
徐莉萍， 任德志， 袁亚锐
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45 6-78-*9， $#* 1#7:"-， ;<&* ;&7’<（河南科技大学机电工程学院， 湖南 洛阳 =>?@@A）
摘
要： 文中针对国内常用的六面顶金刚石压机， 分析原液压系统及控制系统，提出用比例节流阀代替
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" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 馈闭环控制， 利用比例节流阀调节分辨率高， 动态响应 快， 稳定裕度大及可靠性好的优点，使压机的 ! 个活 缸在工作过程中能够抵抗干扰， 快速准确及时地跟踪 对应死缸的运动， 达到对缸同步精度要求。经常利用 图 !" 所示界面检测固定节流阀匹配情况， 能够保证 ! 对缸之间的速度匹配， 所以改造后的液压系统采用 ! 个固定节流阀对 ! 个死缸进行运动控制， ! 个比例节 流阀对 ! 个活缸进行控制， 能够保证 # 个缸在充液阶 段对位置和速度的要求。 ! 金刚石压机工作过程中对停锤位的控制 在 液压系统中， 采用比例节流阀通过控制其输入电信号 的大小实现对流经节流阀流量的无级调节。在控制软 件上， 采用分段式位置控制算法 （图 $%） ， 严密的位置 控制和监测逻辑 （图 $"） ， 能及时精确调整比例节流阀 的流量， 保证停锤位的精确性和重复性， 给同步位精度 的实现提供了有力的保障。 位。由于采用了位移传感器控制的方式， 只要在调好 锤头的停锤位和同步位位置时， 按下确认键即可 （如图 ， 勿需再调整行程开关。因而该措施大大节 !% 所示） 约了金刚石压机调机和维护设备的时间。 图 ) 是运行曲线 （以数字为准） ， 在充液结束时， 左 右缸的同步偏差为 *+*$, --， 前后缸的同步偏差为 上下缸的同步偏差为 *+*), --，达到了控 *+*./--， 制系统的要求。
节流阀， 位移传感器代替行程开关，将计算机控制技术和电液比例技术相结合， 解决原系统中停锤位及同步 位位置控制精度低， 重复性差， 调机困难等问题 B 该改造方案在实际生产应用中得到验证。 关键词： 金刚石压机， 位置控制， 控制精度， 比例节流阀 中图分类号： !C?A> ! 文献标识码： （G@@=） D 文章编号： ?@@@7=EFE ?@7@@HI7@A 进行分析， 提出压机位置控制的改造方案， 可有效解决 以上问题并在实际生产中得到应用。 " 原系统的位置控制策略 液压控制系统如图 G& 所示， （右缸， 前缸， A 个活缸
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! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 上缸） 和 ! 个死缸 （左缸， 后缸， 下缸） 都通过固定节流 阀来调节流经各液压缸的流量， 控制 " 个缸运动速度， 停锤位和同步位的位置由行程开关检测限定。 金刚石压机 ! 个活缸空程运动结束所到达的位置 即为停锤位， 是实现 " 个缸同步的起始点。 ! 个死缸 停锤位靠精确调节限位螺母来保证， ! 个活缸的停锤 位由行程开关限定。金刚石压机在充液结束后， "缸 到达的位置即为同步位。该系统靠精确调整 " 个固定 节流阀来达到 " 个缸的速度匹配和对缸的同步精度要 求， 其位置由行程开关来检测限定。 原控制方法存在的问题： ! 停锤位及同步位位置靠行程开关来检测限定 金刚石压机系统的特点是惯量大， 滞后大， 对位置精 度要求高。虽然采用行程开关的控制方法结构简单， 但对开关位置调整要求很严， 对运动体运动量的控制 要求很高。对金刚石压机来说， 一方面， 停锤位和同步 位的绝对位置要靠行程开关的精确定位来保证，而行 程开关本身对位置的调节精度低， 所以金刚石合成过 程中位置控制的实际基准就有可能存在很大偏差。另 一方面， 工作缸在运动过程中是否到达停锤位和同步 位也由行程开关限定，而行程开关极易损坏， 可靠性 差， 如果在合成过程中出现这种情况， 就可能会造成挤 锤， 崩锤放炮的严重后果。另外， 开关一旦损坏， 再次 安装时将其调整到所要求的位置也将是一件非常麻烦 的事。因此采用行程开关检测限定停锤位和同步位是 造成位置精度低的原因之一； 证 " 停锤位和同步位位置由固定节流阀匹配来保 金刚石压机工作时从回程位到停锤位属于空载阶 制 很好时， 就需要对固定节流阀或行程开关位置进行重 新调整。原控制系统中没有一个可视化的界面来实现 固定节流阀的匹配调整， 也没有对上一次停锤位和同 步位的记忆， 仅仅靠工人的经验和感觉来重新调整这 些参量， 那么不仅浪费大量的时间， 而且调节的精度和 重复性都很差， 给金刚石的合成埋下了先天不足的隐 患。 总之， 该控制方法虽然结构简单， 控制成本低， 但 对停锤位， 同步位位置控制精度低， 重复性差， 系统可 靠性差， 调机及设备维护问题突出， 因此有必要对其进 行改造。 ! 改进后的位置控制策略 改进后的液压控制系统见图 #$， ! 个死缸由固定 节流阀控制， 而 ! 个活缸则由 ! 个比例节流阀控制。" 个缸的停锤位和同步位由位移传感器来测定限制。系 统计算机控制技术和电液控制技术相结合， 解决 " 个 缸停锤位和充液同步位位置控制精度问题。 ! 停锤位及同步位位置利用位移传感器进行控 对位移传感器的信号进行采集， 经过模 % 数转换和
段， 控制系统要求此阶段的速度尽可能快， 即要求固定 节流阀的通流量尽可能大， 以节约金刚石合成时间， 而 在充液阶段， 由于系统的特点是惯量大， 滞后大， 如果 固定节流阀的通流量太大， 就很难保证同步位的精度， 所以固定节流阀的阀芯位移要兼顾停锤位和同步位两 者的要求， 既不能太大也不能太小。原控制软件中， " 个固定节流阀的匹配是由金刚石合成工靠经验凭感觉 调节的， 调节过程没有统一标准和各阀实际流量的可 视化测量， 同时固定节流阀调节灵敏度及稳定性都有 很大的局限。所以 " 个缸的节流阀流量匹配精度比较 低。综上所述， 原液压系统中， " 个工作缸到达停锤位 时间长， 同步精度低， 对中性差， 同步调整困难； 设 # 原控制系统存在的另一个问题是调机困难， 备维护不便 一旦压机设备出现问题或运行状态不是
" 金刚石压机工作过程中对同步位的控制 在 充液过程中， 采用 &’( 控制算法， 以死缸的位移为目标 值， 以对应活缸的位移为实际值， 控制活缸比例节流阀 的主阀芯的轴向位移 （改变通流面积） 时时与死缸节流 阀匹配， 达到死缸与活缸速度匹配， 来保证合成过程中 对缸同步偏差的要求， 在充液过程中不断检测对缸同 步位置偏差及单缸同步位置的偏差， 只有在允许的偏 差范围内才自动进入超压阶段。 维护方便 ! 个死缸的固定节流阀 " 调机简单， 匹配通过可视化界面调整， 实现死缸的速度匹配 （图 。另外， 该控制系统软件有历史曲线回查模块， 通 !"） 过回查 # 条位移曲线及系统压力值， 能快速调整同步