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对伺服电动机驱动的机械系统而言,影响系统稳定性的因素除了机械负载的大小以外,还有负载惯量比这一因素。
三菱 MR-J4系列的伺服电动机要求负载惯量比小于10。印刷机系统能够满足这一指标吗?由于印刷机传动系统复杂,机械制造厂家本身未计算每一轴的机械系统负载惯量,而是比照经验来选取伺服电动机。既然第5轴在大负载的情况下能够稳定运行,为何第1轴不能够稳定运行?而且第1轴一直出现速度波动的现象,所以一定是有固定因素在起作用。
机械减速比的影响
再一次检查机械电气配置及参数时,发现第1轴的减速比为2.4,而其余各轴的减速比为6,显然这是问题的根源。由于减速比对负载转矩及惯量比影响极大,特别对于负载惯量是成二次方反比的关系。以下详述减速比的影响。
惯量比的计算,假设负载惯量为J,负载惯量折算到电动机轴的惯量为J,减速比为 n,则
JL= JoX(1/n)2 (25-1)
因此,假设5轴和1轴的负载惯量J。相同,由于减速比不同,则J,折算到电动机轴的
负载惯量:
对5轴,JL5=JoX(1/n)2=(1/36)Jo=0.0278Jo (25-2)
对1轴,JL1=JoX(1/n)²=JoX(1/2.4)²=JoX(1/5.76) =0.17Jo (25-3)
比较式(25-2)与式(25-3)。
1轴的负载惯量是5轴负载惯量的6.1倍或5轴的负载惯量是1轴负载惯量的16.4%。所以1轴有偏心负载和间歇性负载的共同作用,负载不大而负载形式恶劣,间歇性负载也是引起波动的原因之一。但关键是减速比的影响,实际负载折算到电动机轴的负载惯量较大。所以5轴电动机实际上的负载惯量小,而1轴电动机实际上的负载惯量大。由于三菱伺服电动机要求转动惯量比小于10。超出该指标后系统不稳定,这就是造成1轴速度不稳的原因。
改变机械系统减速比提高系统的稳定性
为了消除速度波动,对机电系统做了如下改善:
1) 将1轴齿轮箱减速比改为5;
2) 更换1 轴伺服电动机为HA-LP15K24,电动机功率为15kW,额定转速为2000r/min。
在以上的机电配合下,原转动惯量为0.17Jo,改换减速比后的转动惯量为0.04Jo,转动惯量下降为76%,这样就大大改善了电动机的负载状况。而1500r/min电动机的转动惯量为295,2000r/min 电动机的转动惯量为220。
假设
当前惯量比=0.17Jo/(295x0.0001)=5.76Jo;
更换后的惯量比=0.04Jo/(220x0.0001)=1.82Jo;
更换后的惯量比仅仅为原来的 31.5%。
选择额定速度为 2000r/min的电动机是为了提高整机的运行速度。经过机电部分的同时改善,整机系统的稳定性得到大大提高,消除了第1轴的速度波动,保证了包装机的同步运行精度。
小结
采用三菱 Q173运动控制器通过虚模式可以构成高精度多轴同步运行系统。在进行伺服系统调试时,要充分注意检查机电配合,判断机电系统的稳定性。然后,通过调整伺服系统的参数可以使伺服系统在**状态下运行。
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