新型压电送料器的研究

论文摘要

振动送料器是自动化生产线中不可缺少的重要装置,现有的振动送料器主要是电磁驱动型。压电送料器具有耗能低、噪音小,国外已在食品、药物、精密电子器件等要求环境洁净的生产领域中广泛推广应用。现有的压电送料器由日本最早开发并通过多项专利保护起来。开发形成我国自主知识产权的新型压电送料器十分重要。文中分析了现有压电送料器的结构形式及其驱动送料器机理,提出一种新型横向悬臂式压电送料结构,通过横向设置的多个压电双晶片与弹性支撑板弯曲振动的配合形成对物料的推送能力,是压电送料器的一种新型式。本文阐述、分析了这种压电送料器的工作原理、结构设计与振动控制问题,开发研制样机进行了试验。主要研究内容如下:分析了送料器核心器件—压电振子的动态与静态性能,建立了数学模型并推导了理论公式;然后通过多组压电振子与谐振弹簧组合的对比实验测试,与理论分析结果进行了比较,在此基础上设计了横向悬臂式压电送料结构。研究了横向悬臂式压电送料器的驱动电源与控制问题,根据压电送料器的特点,设计了驱动电路。搭建了集振动检测、信号处理与反馈控制等功能于一体的压电送料器专用电源,从而保证了压电送料器协调、稳定地工作,提高了对物料的输送质量与效率;在此基础上加入实时操作系统,强化了软件系统的快速响应和稳定性等重要性能,提供了更易于用户使用与维护的电源控制系统。根据理论分析为指导制作了新型压电送料器样机,经过实验验证可以完成的送料工作。后来分别对影响压电送料器性能的各参数进行了多组实验和分析,总结出工况变化对送料器性能的影响,进行了响应的结构参数优化。新型横向悬臂式压电送料器的结构更加紧凑,高度更低,输送速度调节范围广,适用于更多应用领域。专用驱动电源可以实现跟踪不同工况下压电送料器谐振频率的变化,保证了压电送料器始终处于最佳输送状态。横向悬臂式压电送料器为本文提出并进行了相关研究,由于构成方法与传统的悬臂振动式结构完全不同,具有创新性。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 相关领域国内外发展现状
• 1.2.1 压电驱动器
• 1.2.2 传统的振动送料器
• 1.2.3 压电送料器
• 1.3 本论文的主要工作
• 第二章 振动送料用压电振子的性能及其分析
• 2.1 压电效应与压电材料
• 2.2 压电双晶片的制备
• 2.3 压电振子结构尺寸与振动的关系
• 2.4 压电双晶片振子特性分析
• 2.4.1 压电振子输出变形量的测定及解析
• 2.4.2 压电双晶片振子的动态特性
• 2.5 小结
• 第三章 压电送料器的结构设计与分析
• 3.1 送料器的运动原理
• 3.2 压电送料器的整体建模
• 3.3 主要部件的结构设计
• 3.3.1 送料器底座的设计
• 3.3.2 顶盘的设计
• 3.3.3 压电双晶片振子的设计
• 3.3.4 主振弹簧的设计
• 3.3.5 减振弹簧的设计
• 3.4 压电送料器结构的初步定型
• 3.5 物料的运动状态分析
• 3.5.1 物料沿料道运动的数学表达
• 3.5.2 物料沿料道滑移及跳动的条件
• 3.5.3 振幅与物料运动状态的关系
• 3.6 小结
• 第四章 压电送料器驱动电源的设计研究
• 4.1 压电驱动器电源
• 4.1.1 直流放大型压电驱动电源
• 4.1.2 伸缩致动型压电驱动器电源
• 4.2 压电送料器的驱动电源
• 4.2.1 压电送料器控制电源的原理
• 4.2.2 压电送料器控制电源的特点
• 4.2.3 驱动电源的电气性能
• 4.3 控制器软件系统的设计
• 4.3.1 压电送料器驱动波形的发生
• 4.3.2 驱动电源程序的工作流程
• 4.3.3 单片机软件的内核
• 4.4 送料器软件的快速响应
• 4.4.1 控制电源实时响应的必要性
• 4.4.2 压电送料器中的实时操作系统
• 4.4.3 软件设计对送料器性能的改善
• 4.5 本章小结
• 第五章 反馈系统设计与控制策略研究
• 5.1 反馈系统的构建
• 5.1.1 加速度的传感器的特性
• 5.1.2 数字控制器的功能配置
• 5.1.3 闭环控制系统
• 5.2 振幅与电气参数的关系
• 5.2.1 料盘振幅的测量
• 5.2.2 电压与料盘振幅
• 5.2.3 频率与料盘振幅
• 5.3 系统控制策略研究
• 5.3.1 控制算法的选择
• 5.3.2 控制算法的实现
• 5.4 本章小结
• 第六章 压电送料器实验研究
• 6.1 性能的评估标准及实验方法
• 6.1.1 送料器性能的评估
• 6.1.2 实验方法
• 6.2 新型压电送料器物料输送能力测试
• 6.3 不同工况对送料器输送能力的影响和分析
• 6.3.1 I 型参数的性能实验
• 6.3.2 II 型参数的性能实验
• 6.3.3 不同物料对输送速度的影响
• 6.4 频率反馈控制系统实验和分析
• 6.4.1 静态实验
• 6.4.2 动态实验
• 6.5 与现有送料器的比较
• 6.6 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 攻读博士学位期间参加的科研项目情况
• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢