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風(fēng)電葉片液壓模具翻轉(zhuǎn)控制分析
郁蔚 2021/3/5 9:10:01
（江蘇省常熟職業(yè)教育中心校，江蘇蘇州 215500）
摘要：為對大型風(fēng)電葉片模具液壓翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的缺陷進(jìn)行完善和克服了，基于矢量變頻-液壓調(diào)速，通過科學(xué)控制對象的選定，運(yùn)用模糊-PID復(fù)合控制器控制模具翻轉(zhuǎn)過程，通過相應(yīng)模型的建立，并對其進(jìn)行仿真，根據(jù)仿真結(jié)果改進(jìn)控制器參數(shù)，評價(jià)翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)。相比較于液壓調(diào)速，電機(jī)調(diào)速反應(yīng)靈敏度不高，因此增加成本，降低整體的動態(tài)性能。本文通過分析風(fēng)電葉片液壓模具翻轉(zhuǎn)控制效果，旨在為有效改善風(fēng)電葉片液壓模具翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)的控制情況提供參考。
關(guān)鍵詞：液壓翻轉(zhuǎn)；風(fēng)電葉片；同步性
中圖分類號：TM614；TP273 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
風(fēng)力發(fā)電以基建周期短、裝機(jī)規(guī)模靈活以及清潔可再生能力在我國發(fā)展十分迅速。風(fēng)力發(fā)電葉片將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，以巨大蘊(yùn)量保證發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。隨著經(jīng)濟(jì)水平的增加，對風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)功率和葉片尺寸的要求也越來越高，因此需要大型的風(fēng)電葉片模具。大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)位葉片模具長度在七十m以上，因此對翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)翻轉(zhuǎn)同步穩(wěn)定性和承載負(fù)荷能力的要求也更加嚴(yán)格。目前傳統(tǒng)行車機(jī)械式翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)對于大型風(fēng)力發(fā)電葉片模具的要求已經(jīng)難以滿足。當(dāng)前以PLC控制比例開口度對油泵輸出油量進(jìn)行調(diào)整，從而控制三個或以上的翻轉(zhuǎn)臂液壓翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)，這種方式為目前國內(nèi)外普遍采用的方式。這種方式因?yàn)槟＞唛L度較長以及模具自重較大，因此在翻轉(zhuǎn)過程中以及模具開合過程中對翻轉(zhuǎn)臂的同步性產(chǎn)生一定影響，嚴(yán)重影響模具的使用期限。本次文章對基于變頻電機(jī)實(shí)施閉環(huán)調(diào)速的多翻轉(zhuǎn)臂液壓自動開合�？刂葡到y(tǒng)進(jìn)行介紹，基于多翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，對翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的翻轉(zhuǎn)油缸工作原理進(jìn)行分析，對液壓電氣系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)和設(shè)計(jì)，采用PID閉環(huán)控制模式，對翻轉(zhuǎn)過程中翻轉(zhuǎn)角度同步性和平穩(wěn)性等難題進(jìn)行有效解決[1]。
1 液壓翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)的工作原理和結(jié)構(gòu)
1.1翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)包括翻轉(zhuǎn)油缸、支撐油缸、旋轉(zhuǎn)機(jī)架、固定機(jī)架、旋轉(zhuǎn)中心軸；風(fēng)電葉片模具構(gòu)成包括固定面和運(yùn)動面，也就是背風(fēng)ss面和迎風(fēng)ps面，多個液壓翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)架和模具分別實(shí)施剛性連接。
1.2翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)工作原理
分析其中一個翻轉(zhuǎn)機(jī)架結(jié)構(gòu)。如圖1所示：
圖1 換向點(diǎn)計(jì)算示意圖
圖1中液壓翻轉(zhuǎn)油缸II和I下方的鉸接點(diǎn)通過銷軸連接與翻轉(zhuǎn)機(jī)架底座固定部位，液壓翻轉(zhuǎn)油缸2和1上處的鉸接點(diǎn)翻轉(zhuǎn)機(jī)架可翻轉(zhuǎn)，a1、b1、a2、b2分別為其對應(yīng)位置。o表示液壓翻轉(zhuǎn)機(jī)翻轉(zhuǎn)部位的中心軸，d1為液壓翻轉(zhuǎn)機(jī)固定部位鉸接點(diǎn)與o之間的距離，d2為翻轉(zhuǎn)機(jī)架中心軸與o之間的距離，r2、r1表示翻轉(zhuǎn)機(jī)架可翻轉(zhuǎn)部位與液壓翻轉(zhuǎn)油缸和中心軸的距離。L2、L1表示翻轉(zhuǎn)油缸下部到上部鉸接點(diǎn)的距離。模具翻轉(zhuǎn)期間，液壓翻轉(zhuǎn)機(jī)架需要經(jīng)過兩個奇異點(diǎn)xy，翻轉(zhuǎn)油缸1還沒有經(jīng)過奇異點(diǎn)x時，油缸2和1伸長的翻轉(zhuǎn)需要通過翻轉(zhuǎn)機(jī)架，到達(dá)后，油缸1有桿缸桿長度最大化，翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)憑借油缸2有桿腔缸桿推動從而實(shí)施翻轉(zhuǎn)，帶動油缸1經(jīng)過奇點(diǎn)實(shí)施換向動作。后續(xù)過程中油缸1一直進(jìn)行回縮動作。油缸2經(jīng)過y奇異點(diǎn)前，其有桿腔缸桿實(shí)施伸長動作，到達(dá)后，油缸2有桿腔缸桿達(dá)到最大長度值。憑借油缸1尤剛強(qiáng)拉動，翻轉(zhuǎn)機(jī)架實(shí)施翻轉(zhuǎn)動作，帶動油缸2進(jìn)行換向動作。伺服油缸均進(jìn)行回縮動作，到模具打開完全到位[2]。
2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
操作系統(tǒng)期間，有兩種方式可對系統(tǒng)進(jìn)行控制，分別為觸摸屏控制和遙控器控制，有效解決了無線遙控系統(tǒng)由于電磁干擾原因?qū)е缕潆y以應(yīng)用的狀況。根據(jù)相關(guān)步驟進(jìn)行開模，使信號進(jìn)入PLC中，接通之后油泵啟動，模具翻轉(zhuǎn)開始。PLC自動檢測翻轉(zhuǎn)期間傳感器信號，計(jì)算其平均角度值，如果某一翻轉(zhuǎn)機(jī)架角度值沒有大于平均值，PLC會針對比例對4-20mA電流信號進(jìn)行計(jì)算，自動追趕對應(yīng)變頻器輸出頻率，另外，如果某一翻轉(zhuǎn)機(jī)架角度值超出平均值，需要降低對應(yīng)變頻器的輸出頻率[3]。
開模翻轉(zhuǎn)的整個過程將電磁換向閥動作分段，具體如下。第一階段：模具合模后翻轉(zhuǎn)到翻轉(zhuǎn)油缸和機(jī)架經(jīng)過第一個x奇異點(diǎn)。PLC輸出信號通過電磁閥線圈ya11、ya9、ya7、ya5、ya3、ya1的接通，對三位四通電磁換向閥進(jìn)行打開，利用油泵和電磁換向閥將液壓油液傳送到翻轉(zhuǎn)油缸無腔桿，翻轉(zhuǎn)油缸從1到6均實(shí)施伸長推動ps面模具翻轉(zhuǎn)運(yùn)動向上。第一個x奇異點(diǎn)有翻轉(zhuǎn)油缸經(jīng)過時，PLC對ya5、ya9、ya1電磁閥線圈進(jìn)行關(guān)閉，對ya10、ya6、ya2電磁閥線圈進(jìn)行接通，
這時候翻轉(zhuǎn)油缸一、三、五均出現(xiàn)變化，液壓油液換向通過電磁換向閥，進(jìn)入渠道從之前的無桿腔變?yōu)?b>（未完，下一頁）
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