تحسين نظام الرفع المتزامن لتكديس المنصات/التغذية: تنسيق دقيق متعدد الأسطوانات الهيدروليكية واستراتيجية التحكم في الحمل المضاد للانحراف

تحسين نظام الرفع المتزامن لمغذي الألواح المتراصة: بحث حول التنسيق الدقيق واستراتيجية التحكم في الحمل غير المركزي للأسطوانات الهيدروليكية المتعددة

الملخص: يُعد نظام الرفع المتزامن لوحدة تغذية ألواح التكديس قطعة أساسية في خطوط إنتاج الكتل الآلية، حيث تؤثر دقته واستقراره بشكل مباشر على جودة التكديس وموثوقية المعدات. تتناول هذه الورقة البحثية مشكلات خطأ التزامن وحمل اللامركزية في التحكم التعاوني متعدد الأسطوانات الهيدروليكية، وتقترح مخططًا أمثلًا يعتمد على استشعار الإزاحة عالي الدقة، ونظام التغذية الراجعة ذي الحلقة المغلقة، وخوارزمية التحكم التكيفي PID. من خلال إنشاء نموذج حركة متزامنة للأسطوانات الهيدروليكية وتصميم استراتيجية تحكم تعاوني ثنائية المتغيرات للضغط والإزاحة، تم تحقيق خطأ الرفع المتزامن إلى ≤±0.3 مم، ورفع معدل جودة التكديس إلى 99.5%. يوفر هذا البحث مسارًا تقنيًا منهجيًا ومرجعًا عمليًا هندسيًا للتحكم في الرفع عالي الدقة والموثوقية في خطوط إنتاج الكتل.

الكلمات المفتاحية: وحدة تغذية الألواح المتراصة؛ نظام الرفع المتزامن؛ تنسيق الأسطوانات الهيدروليكية المتعددة؛ التحكم الدقيق؛ استراتيجية مقاومة الأحمال غير المركزية؛ نظام PID التكيفي؛ استشعار الإزاحة؛ دقة التراص

1. مقدمة

في خطوط إنتاج الكتل الآلية، يتولى مغذي ألواح التكديس الوظائف الأساسية لتكديس الكتل ونقلها. تؤثر دقة تزامن نظام الرفع بشكل مباشر على دقة تكديس الكتل وزمن دورة خط الإنتاج، بينما قد يؤدي التحميل غير المركزي إلى تعطل المعدات، وزيادة الحمل على النظام الهيدروليكي، وحتى تشوه الهيكل. تعتمد طرق التحكم التقليدية في الغالب على التزامن الميكانيكي أو التحكم الهيدروليكي ذي الحلقة المفتوحة، والتي يصعب تكييفها مع تغيرات الحمل الديناميكية. تستكشف هذه الورقة البحثية استراتيجية تحكم متكاملة لتحقيق تنسيق عالي الدقة وكبح التحميل غير المركزي باستخدام أسطوانات هيدروليكية متعددة من خلال النمذجة النظرية والتحقق التجريبي، بهدف تحسين استقرار التشغيل وكفاءة إنتاج مغذي ألواح التكديس.

2. مبدأ عمل وتحديات نظام الرفع المتزامن متعدد الأسطوانات الهيدروليكية

2.1 تكوين النظام
يتضمن نظام رفع التغذية النموذجي للألواح المتراصة ما يلي:

وحدة الطاقة الهيدروليكية: مضخة إزاحة ثابتة، مجموعة صمامات تناسبية، مركم؛

المشغل: 4-6 مجموعات من الأسطوانات الهيدروليكية، منصة رفع دعم موزعة؛

نظام الاستشعار: مستشعر الإزاحة المغناطيسي الانفعالي، جهاز إرسال الضغط، مقياس الميل؛

وحدة التحكم: وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) ووحدة التحكم في الحركة.

2.2 التحديات التقنية الرئيسية

عدم كفاية دقة التزامن: تؤدي أخطاء التصنيع في الأسطوانة الهيدروليكية وانخفاض الضغط غير المتساوي في دائرة الزيت إلى رفع غير متزامن؛

تأثير الحمل غير المركزي الكبير: يؤدي التوزيع غير المتساوي للكتل أو إزاحة النقل إلى زيادة الحمل على أسطوانة واحدة؛

الاستجابة الديناميكية المتأخرة: معلمات PID التقليدية ثابتة ويصعب تكييفها مع التغيرات المفاجئة في الحمل.

3. نموذج التحكم التعاوني الدقيق متعدد الأسطوانات الهيدروليكية

3.1 نمذجة خطأ التزامن

خطأ الإزاحة للأسطوانة الهيدروليكية رقم i،

Fiadjusted​=Fidefault​+α⋅(Pavg​−Pi​)
​
(t) هو الإزاحة في الوقت الحقيقي،

يمثل n عدد الأسطوانات الهيدروليكية. هدف التحكم في التزامن هو تقليل

⁡

3.2 خوارزمية التحكم التكيفي PID

صمم وحدة تحكم PID ذات كسب متغير:

u_i(t)

= K_p(t)

e_i(t)

+ K_i(t)

∫ e_i(t)

d_t

+ K_d(t)

د_ي(ت)

d_t

u_i(t)=K_p(t)e_i(t)+K_i(t)∫e_i(t)dt+K_d(t)

d_t

دي (ت)

حيث K_p, K_i, K_dK_p, K_i, K_dK_p, K_i, K_dK_p يتم إجراء التعديلات في الوقت الفعلي بناءً على معدل تغير الخطأ، ويتم تحقيق التحسين عبر الإنترنت من خلال شبكة عصبية RBF.

3.3 بنية الاتصالات التعاونية
يتم تحقيق تبادل البيانات عالي السرعة بين أسطوانات متعددة باستخدام ناقل CAN (معدل نقل البيانات 1 ميجابت في الثانية)، مع دورة تحكم ≤10 مللي ثانية.

4. تصميم استراتيجية التحكم في الأحمال غير المركزية

4.1 آلية الكشف عن الحمل غير المركزي
مراقبة توزيع الضغط: تقوم مستشعرات ضغط المدخل والمخرج لكل أسطوانة بحساب انحراف الحمل في الوقت الحقيقي؛

كشف زاوية ميل المنصة: يقوم مقياس الميل ثنائي المحور بمراقبة مستوى المنصة (دقة ±0.05 درجة)؛

التحقق بمساعدة الصور: يقوم نظام الرؤية بتحديد حالة تكديس الكتل.

4.2 خوارزمية توزيع القوة الديناميكية

يقوم بضبط قوة خرج كل أسطوانة ديناميكيًا بناءً على بيانات التغذية الراجعة للضغط:

F_iadjusted = F_idef_au_lt + α ⋅ (P_avg − P_i)
F_iمعدل

=Fi_iافتراضي

+α⋅(P_avg − P_i)

أين
P_avg هو متوسط ​​الضغط،

α هو معامل التعويض.

4.3 منطق الحماية والسلامة

يؤدي إلى هبوط بطيء وإنذار عندما يتجاوز ضغط الأسطوانة الواحدة الحد المسموح به؛

يقوم النظام تلقائيًا بإعادة ضبط المنصة عندما يستمر الحمل غير المركزي في تجاوز الحدود؛

يتحول إلى وضع الطوارئ "أولوية الأسطوانة الواحدة" في حالة حدوث عطل.

5. تنفيذ النظام والتحقق التجريبي

5.1 تكوين الأجهزة

الأسطوانة الهيدروليكية: شوط 800 مم، أقصى حمولة 5 أطنان؛

أجهزة الاستشعار: مستشعر الإزاحة المغناطيسي (دقة ±0.01 مم)، جهاز إرسال الضغط (دقة 0.5% من النطاق الكامل)؛

وحدة التحكم: وحدة التحكم في الحركة Siemens S7-1500PLC+TM.

5.2 اختبار دقة التزامن

تم اختباره تحت الحمل الكامل (4.8 طن) والحمل غير المركزي (انحراف الحمل ±30٪):

حالة التشغيل | خطأ مزامنة التحكم التقليدي | خطأ المزامنة المُحسَّن | مقدار التحسين

توازن الحمل الكامل | ±1.2 مم | ±0.25 مم | 79%

حمل منحرف عن المركز بنسبة 30% | ±2.5 مم | ±0.28 مم | 89%

الرفع الديناميكي (1 هرتز) | ±1.8 مم | ±0.30 مم | 83%

5.3 الاستقرار التشغيلي على المدى الطويل

أظهرت المراقبة بعد 72 ساعة من الإنتاج المتواصل ما يلي:

ارتفع معدل التأهيل للتكديس من 97.1% إلى 99.5%؛

انخفض معدل فشل النظام الهيدروليكي بنسبة 40%؛

تم تقليص وقت إعادة ضبط المنصة من 12 ثانية إلى 5 ثوانٍ.

6. تحليل التطبيقات الهندسية والفوائد

6.1 قابلية التكيف لخط الإنتاج
تم تطبيق هذا الحل بنجاح على ثلاثة نماذج شائعة من آلات التكديس والتغذية، مع دورة تعديل لا تتجاوز 3 أيام. وهو يدعم الوظائف الموسعة التالية:

واجهة بيانات مع نظام إدارة عمليات التصنيع (MES) لخط الإنتاج؛

التشخيص عن بعد وتحسين المعلمات؛

إحصاءات استهلاك الطاقة وتقارير الإنذار المبكر.

6.2 تحديد كمية الفوائد الاقتصادية
لنأخذ خط إنتاج بإنتاج سنوي يبلغ 20 مليون قطعة كمثال:

تقليل خسائر تكسر الكتل بحوالي 120,000 يوان صيني/سنة؛

خفض تكاليف صيانة النظام الهيدروليكي بمقدار 80,000 يوان صيني سنوياً؛

تؤدي زيادة استخدام المعدات إلى زيادة في القدرة الإنتاجية بنسبة 5% تقريبًا.

6.3 قيمة الترويج الصناعي
يوفر مرجعًا تقنيًا لـ GB/T 35031-2018 "خط إنتاج الكتل الأوتوماتيكي"؛

يمكن توسيع نطاقها ليشمل سيناريوهات الرفع المتزامن متعدد الأسطوانات الأخرى (مثل رفع القوالب ونقل المواد).

7. الخاتمة والتوقعات
تُعالج هذه الورقة البحثية بفعالية مشكلتي دقة التزامن والتحكم في الأحمال غير المركزية للأسطوانات الهيدروليكية المتعددة في آلات التكديس والتغذية، وذلك من خلال التطبيق المتكامل لتقنيات الاستشعار عالية الدقة، والتحكم التكيفي، وتوزيع القوة الديناميكي. تُظهر التجارب أن النظام المُحسَّن يتميز بخطأ تزامن لا يتجاوز ±0.3 مم، ومعدل تكديس ناجح بنسبة 99.5%، مما يُحسِّن بشكل ملحوظ مستوى الأتمتة والموثوقية التشغيلية لخط إنتاج الكتل. تشمل اتجاهات البحث المستقبلية ما يلي:

تطبيق تقنية التوأم الرقمي: إنشاء منصة تشغيل افتراضية لمحاكاة استراتيجيات استجابة الأحمال غير المركزية؛

الصيانة التنبؤية بالذكاء الاصطناعي: التنبؤ بعمر المكونات الهيدروليكية بناءً على البيانات التاريخية؛

تكنولوجيا الهيدروليك الخضراء: تقليل استهلاك الطاقة بشكل أكبر من خلال دمجها مع محطات الضخ ذات التردد المتغير.