作為光譜實(shí)驗(yàn)樣品智能處理系統(tǒng)的重要組成部分,礦粉填料儀能實(shí)現(xiàn)發(fā)射光譜樣品礦樣全自動(dòng)填充,提高了光譜實(shí)驗(yàn)樣品前處理效率,減輕實(shí)驗(yàn)人員勞動(dòng)強(qiáng)度,將廣泛應(yīng)用于地質(zhì)勘探檢測(cè)行業(yè)。但當(dāng)自動(dòng)填料儀執(zhí)行石墨電極填充礦樣關(guān)鍵工序時(shí),由于加工誤差的影響和控制方法的不足,導(dǎo)致填料完成的石墨電極樣品質(zhì)量無法達(dá)到用于光譜分析的標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)該問題,本文研究自動(dòng)填料儀填料裝配過程,分析填料儀填料被動(dòng)柔順裝配過程影響因素,針對(duì)填料力伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),引入智能控制方法,優(yōu)化填料力伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)參數(shù),提高樣品制作質(zhì)量。具體研究內(nèi)容如下:首先,自動(dòng)填料儀被動(dòng)插孔作業(yè)影響因素研究。通過建立填料儀軸孔裝配接觸狀態(tài)的幾何模型,提出了一種被動(dòng)插孔中軸類零件發(fā)生卡死的極限偏轉(zhuǎn)角計(jì)算方法,并分析了極限偏轉(zhuǎn)角的影響因素。通過仿真得到被裝配零件長度、倒角尺寸及摩擦系數(shù)與極限偏轉(zhuǎn)角之間的映射關(guān)系。為軸類零件被動(dòng)柔順裝配中極限偏轉(zhuǎn)角的計(jì)算和提高裝配插孔成功率提供了理論依據(jù)。其次,自動(dòng)填料儀填料力控制系統(tǒng)優(yōu)化研究。通過對(duì)自動(dòng)填料儀填料過程的分析,提出一種基于速度控制模式下限制扭矩的填料力-位模糊控制方法。然后對(duì)填料力伺服控制系統(tǒng)建立了動(dòng)力學(xué)模型,分析其動(dòng)力學(xué)特性。在確保填料力控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能參數(shù)的約束下,通過MATLAB仿真軟件對(duì)填料力伺服控制系統(tǒng)的PID參數(shù)進(jìn)行整定,并將獲取的參數(shù)輸入填料力伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)中執(zhí)行填料操作,驗(yàn)證了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。最后,自動(dòng)填料儀系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)及實(shí)驗(yàn)分析。通過對(duì)自動(dòng)填料儀系統(tǒng)進(jìn)行了軟硬件設(shè)計(jì),研制了自動(dòng)填料儀實(shí)驗(yàn)樣機(jī),并在實(shí)驗(yàn)樣機(jī)分別進(jìn)行了極限偏轉(zhuǎn)角的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、填料實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了理論分析和仿真結(jié)果的正確性。最后進(jìn)行了可靠性效率實(shí)驗(yàn),對(duì)自動(dòng)填料儀系統(tǒng)進(jìn)行了總體優(yōu)化。
【學(xué)位單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：TH744.1;P575
【部分圖文】：

湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文71-石墨電極下料模塊，2-石墨電極填料模塊，3-石墨電極清洗模塊，4-石墨電極收納模塊圖2.1自動(dòng)填料儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.1.1石墨電極倒料模塊如圖2.2為石墨電極倒料模塊，該模塊包括用于盛放礦粉粉末樣品的坩堝、用于有序擺放坩堝的物料盤，用于托起坩堝的直線氣缸，用于夾取坩堝的氣動(dòng)夾爪，用于倒料動(dòng)作的旋轉(zhuǎn)氣缸，用于物料盤轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，用于帶動(dòng)氣動(dòng)夾爪前后運(yùn)動(dòng)的直線伺服模組。石墨電極倒料模塊的工作流程為：通過控制旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，使物料盤上的指定工作序號(hào)的坩堝運(yùn)動(dòng)至取料位置，然后在取料位置下方的直線氣缸動(dòng)作將坩堝托起，由直線伺服模組帶動(dòng)夾爪運(yùn)動(dòng)至取料位置將坩堝抓取，最后直線伺服模組運(yùn)動(dòng)到填料模塊的漏斗上方，將坩堝內(nèi)的礦樣粉末樣品倒入填料漏斗內(nèi)。

湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文92.1.3石墨電極收納模塊如圖2.4為石墨電極收納模塊，該模塊包括氣動(dòng)夾爪和旋轉(zhuǎn)氣缸和收納盒，另外還包括X、Y、Z三軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，由三個(gè)直線伺服模組組成，氣動(dòng)夾爪和旋轉(zhuǎn)氣缸安裝在X軸伺服模組上，三軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)通過組合運(yùn)動(dòng)將加工完成的石墨電極樣品從漏斗孔內(nèi)取出并有序擺放在收納盒的指定位置上。1-Y軸伺服模組，2-收納盒，3-氣動(dòng)夾爪，4-旋轉(zhuǎn)氣缸，5-X軸伺服模組，6-Z軸伺服模組圖2.4石墨電極收納模塊2.1.4清洗模塊由于每個(gè)坩堝內(nèi)礦粉樣品存在差異性，將礦粉樣品填充至碳棒后，需對(duì)加工轉(zhuǎn)盤相應(yīng)填料工位進(jìn)行清洗，避免礦粉樣品殘余物影響下次填充礦樣的純潔度，造成礦粉樣品元素成分光譜分析檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確，因此，該流程十分重要。填料模塊每填充完一根碳棒，均需對(duì)填料工位進(jìn)行清洗，方便下次使用。如圖2.5為清洗模塊，該模塊的加工轉(zhuǎn)盤包括一個(gè)吹氣孔和一個(gè)吸氣孔和4個(gè)工位，分別為填料工位、取棒工位和兩個(gè)清潔工位，填料工位是指在填料模塊完成填料工作，取棒工位是指當(dāng)填料工作結(jié)束后，加工轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)90°，將填料工位變?yōu)槿“艄の唬墒占{模塊將石墨電極取出。該流程通過加工轉(zhuǎn)盤上的吹氣孔將附著于轉(zhuǎn)盤漏斗上的礦粉樣品殘留物吹起，然后由吸氣孔將含有礦粉樣品殘留物的粉塵吸除。

湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文101-密封罩體，2-漏斗，3-吹氣孔，4-加工轉(zhuǎn)盤，5-吸氣孔圖2.5石墨電極清洗模塊2.2自動(dòng)填料儀關(guān)鍵問題分析2.2.1被動(dòng)插孔成功率影響因素分析插孔作業(yè)又是一種典型的軸孔裝配，是將一個(gè)銷類或軸類零件插入到孔內(nèi)，目前大部分通過機(jī)器人操作完成[5]。在自動(dòng)填料儀的填料模塊工作過程中，石墨電極作為軸類零件，漏斗孔作為孔類零件，而石墨電極所在的料槽相當(dāng)于軸孔裝配中的導(dǎo)套，在導(dǎo)套內(nèi)，外力迫使軸類零件水平插入孔內(nèi)。在填料模塊的插孔作業(yè)可分為三個(gè)過程：首先是軸類零件全在導(dǎo)套內(nèi)，在此過程中，軸類零件在水平推力作用下在導(dǎo)套內(nèi)水平滑動(dòng)；其次是軸類零件部分已滑出導(dǎo)套但未接觸到孔類零件，在該過程中，軸類零件伸出導(dǎo)套部分在重力作用下產(chǎn)生偏斜，致使軸類零件的軸線與孔類零件軸線產(chǎn)生偏斜角；最后是軸類零件接觸到孔類零件的倒角孔邊緣，在該過程中，外力迫使軸類零件插入漏斗孔。在上述三個(gè)階段工作中，最后一個(gè)階段的是影響插孔成功率的主要原因，在該階段中，若軸類零件在推力作用下可能直接進(jìn)入孔內(nèi)，也可能沿著孔類零件倒角滑入孔內(nèi)，但是在重力作用下，軸類零件和孔類零件的軸線存在偏轉(zhuǎn)角，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)所知，若該偏轉(zhuǎn)角大于25度，則軸類零件在孔類零件邊緣發(fā)生卡死。發(fā)生卡死的原因主要是因?yàn)檩S孔的軸線不重合，而軸類零件出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)角的原因除了重力影響外，還與其物理屬性相關(guān)，如長度、摩擦系數(shù)和倒角尺寸等。軸
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