受了“红外测温枪”事件这一番如同坐过山车般的精神冲击,以及后续保密纪律的严肃洗礼,众人虽然难掩疲惫,眼底却都燃烧着一簇未曾熄灭的火苗。
短暂的沉默与两支香烟的吞吐过后,弥漫在空气中的那点残余的惊悸与恍惚,便被更为熟悉的实干氛围所驱散。
赵老师用力摁灭了烟头,目光重新投向摊开在简易工作台上的热处理线图纸。
他指向其中一处:“旧事暂且按下不提。眼下咱们这热处理线的自动炉门,又卡壳了。设计要求是开合位置精度误差不能超过正负两毫米,但现场调试下来,用现有的普通电机配合限位开关,受负载变化和惯性的影响,重复定位精度始终在五到八毫米之间波动,难以满足高精度控温对炉门密封性的要求。”
这个问题困扰团队已有数日。
炉门关闭不严,便是热量的无声流失,更是炉温均匀性的致命杀手。
吴国华推了推眼镜,沉吟道:“赵老师,常规的连续旋转电机配合机械限位,精度天花板恐怕就在这里了。我在想,我们能不能换一种思路?不用连续旋转,而是让电机‘一步一步’地走。”
他拿起粉笔,在小黑板上画出一个简单的方波信号图:“比如,我们设计一个振荡电路,产生稳定的脉冲信号。每一个脉冲,就指令电机转动一个固定的、极小的角度。通过控制脉冲的数量,来决定电机总共转多少角度,也就是炉门移动的距离;通过控制脉冲的频率,来决定电机转动的速度。这样,理论上可以实现非常精确的位置和速度控制。”
“一步一步地走……”吕辰轻声重复着这个词,眼中闪过思索的光芒。
他立刻起身,从帆布工具包里,取出一本砖头般厚实的英文书籍,封面上印着《Electromechanical devices》的字样。
这是娄振华从香港寄回来的最新技术书籍之一,在基地内堪称珍宝。
他快速翻到讲述电机控制与驱动电路的章节,指着其中关于振荡电路(oscillator circuits)和步进原理(Stepping principle)的段落。
“国华的想法与这本书里提到的某些前沿思路不谋而合。你们看,这里提到可以利用晶体管搭建多谐振荡器来产生方波脉冲,进而驱动一种特殊的电磁执行机构,实现离散的角度运动。虽然书中没有给出具体应用于大功率电机的完整方案,但基本原理是相通的。”
赵老师看着书上的图示和吕辰、吴国华的阐述,脸上露出振奋的神色:“让电机按‘步’行动,精确控制每一步的‘脚印’……这个思路确实跳出了常规!如果真能实现,不仅是炉门定位,许多需要精确角度或线性位移控制的场合,都能用上!”
他当即扭头对一位青工道:“小张,快去!把在基地东区的那个诸葛彪请过来!就说我们这里有急事相商,关乎新型电机控制!”
诸葛彪,这个名字在基地里也算小有名气。
人如其姓,带着几分祖传的智慧光芒,虽然名字里带了个略显粗犷的“彪”字,却丝毫未影响其在精密电子电路领域的敏锐与才华。
他是实践基地实行“厂校双聘”模式后招收的第一批研究生之一,身份特殊,既是清华的学生,也是轧钢厂技术科的预备工程师,享受津贴和干部待遇,正在开展着‘工业时序中震荡电路频率稳定性研究’课题。
没过多久,一个身材清瘦、戴着黑框眼镜的年轻人跟着小张快步走了进来。
“赵老师,您找我?吴师弟,吕师弟,你们也在。”诸葛彪语速平稳。
他目光扫过小黑板上的方波图和吕辰手中的英文书,立刻意识到了什么:“是遇到电路方面的难题了?”
赵老师言简意赅地将炉门定位精度问题以及吴国华提出的“脉冲步进”设想说了一遍。
诸葛彪听完,露出一丝“果然如此”的了然。
他扶了扶眼镜,径直走到小黑板前,拿起粉笔,几乎没有停顿,便“唰唰唰”地画出了一个结构清晰、元件标注明确的电路图。
“利用脉冲信号控制电机转角,思路完全正确。对于驱动像炉门这样需要一定扭矩但又要求精确位置的负载,我以思考过一个方案。”
诸葛彪一边画,一边讲解,他的声音不高,却自带一种令人信服的力量:“看,这是驱动电路。我们可以用晶体管搭建一个多谐振荡器作为脉冲信号源,其输出方波的频率和数量,就对应电机的转速和转角。”
他的粉笔点在电路图的几个关键位置:“信号经过放大后,通过这样一组由逻辑门电路控制的功率晶体管,按照设定的相序,轮流给电机的A、b两相绕组通电。每输入一个脉冲,定子磁场方向就变化一次,吸引永磁转子转动一个固定的步距角。这个角度,可以由电机内部的极对数来决定,可以做到很小,比如1.8度甚至更小。”
最后,他指了指电路图中的几个关键元件:“这套驱动电路,完全可以用我们自主攻关的‘掐丝珐琅’陶瓷电路板来实现。其耐高温、抗干扰、承载大电流的特性,非常适合车间环境。晶体管的开关速度,也足以满足一般工业控制所需的脉冲频率。”
看着黑板上逻辑严密的驱动电路图,赵老师脸上洋溢着喜悦:“好!太好了!诸葛,你这简直是雪中送炭!思路清晰,方案可行!我看,咱们就把这种按照脉冲指令一步步动作的电机,叫做‘脉冲电机’!形象,贴切!”
“脉冲电机……好名字!”吴国华也兴奋地点头。
吕辰看着诸葛彪,心中亦是赞叹。
这位师兄果然名不虚传,不仅理论基础扎实,工程转化能力也极强,寥寥数笔,一个困扰团队数日的难题,似乎已然找到了清晰的技术路径。
受到鼓舞,吕辰的思维也迅速发散开来:“诸葛师兄这个驱动方案,加上‘脉冲电机’的概念,其应用潜力恐怕远不止一个炉门控制。比如,我们生产线上的飞剪,定尺剪切的长度精度,是否也可以通过控制脉冲数量来精确设定?还有物料传送带的间歇式精准送料、机械手的重复定位……许多需要精确控制位移或角度的场合,或许都可以尝试用这种电机来实现。”
他这么一说,仿佛一下子打开了多宝盒,在场所有人的思维都活跃了起来。
“有道理!飞剪的定尺精度一直是个难点,如果能用脉冲计数代替机械凸轮或者复杂的伺服系统,说不定能大大简化结构,提高可靠性!”
“还有咱们之前设想的那个自动码垛机械臂,关节转动如果用脉冲电机,是不是就能像搭积木一样,精确控制每个动作?”
“甚至是大型闸阀的开启度控制,需要精确调节流量的时候……”
大家你一言我一语,各种想法不断碰撞,原本只是为了解决炉门定位的讨论,瞬间升维到了一个更广阔的精密控制应用场景。
这时,牛大群师傅提出了一个更具体、也更富有想象力的建议:“我听着大家这‘一步一步跳’的说法,寻思着,这东西跟那钟表里的擒纵轮有点像啊?都是咔哒、咔哒,一步一个脚印。既然它这么准,一步是一步,那咱不如就用它做个‘钟’!”
他拿起一个旧齿轮,比划着:“在生产线头上装这么一个由脉冲电机带动的计数器,生产线一开,它就跟着一步一跳地转,记录下总共走了多少‘步’。这不就能知道生产线到底运行了多长时间,干了多少活了吗?而且这‘钟’还不用上发条,只要生产线不停,它就永远‘跳’不停,比那机械钟表还准还省心!”
牛师傅这个“用脉冲电机做工业时钟”的想法,既朴素又深刻,直接将脉冲电机的“计数”和“计时”功能直观地呈现出来,引得众人纷纷称妙。
就在讨论气氛最为热烈之时,刘星海教授的身影出现在了车间门口。
他显然是刚处理完“测温枪”事件的后续事宜,脸上略带倦容,但眼神依旧锐利。
他静静地听了一会儿众人的讨论,尤其是在黑板上那幅清晰的驱动电路图和听到“脉冲电机”“工业时钟”这些关键词后,眼中骤然爆发出明亮的光彩。
他大步走上前来,瞬间吸引了所有人的注意力:“好!非常好!你们讨论的这个方向,极具前瞻性!这不仅仅是解决一个炉门定位的小问题,这是在探索一条通往精密控制的新道路!”
刘教授的目光扫过诸葛彪、吴国华、吕辰以及在场每一位技术人员:“用离散的数字脉冲,来代替传统的模拟量或简单的开关量控制,实现对机械运动的精确数字化驱动。这是精密控制技术发展的一个重要趋势,甚至可以说是未来自动化技术的基石之一!这个项目,必须立项,必须尽快搞出来!”
他当场拍板,给予了最高级别的肯定和支持。
有了刘教授的明确指示,项目的优先级立刻提到了最高。
这个被暂时命名为“脉冲电机及其驱动控制系统”的研发任务,自然而然地落在了提出核心电路方案的诸葛彪、拥有扎实控制理论功底的吴国华,以及经验丰富、善于将图纸变为实物的牛大群师傅肩上。
三人迅速组成了核心攻关小组。
诸葛彪和吴国华负责细化驱动电路的设计,利用“掐丝珐琅”工艺和现有的晶体管等元件,制作出第一版实验性质的驱动板。
而牛大群师傅则摩拳擦掌,带着两名青工,一头扎进了车间的废料堆和旧备件库。
没有现成的脉冲电机,他们就决定自己动手,土法上马,先搓一个原理验证机出来!
他们从报废的旧仪表里拆下精细的小齿轮、从废弃的电磁继电器里取出硅钢片叠成的铁芯、又从库房角落里找到几块废弃的永磁体。
没有精密的绕线机,牛师傅就凭着一双巧手和一台老旧的台钳,亲自用细铜线在自制的线架上,一匝一匝地绕制出电机的定子绕组。
线圈的匝数、绕线方向,都严格按照诸葛彪计算出的数据执行。
“咱们这第一台验证机,不求功率多大,只求原理正确,能动起来!”牛师傅一边小心翼翼地调整着自制转子与定子齿极之间的微小气隙,一边对打下手的青工说道,“这气隙是关键,大了没力,小了容易卡死,得匀乎,得恰到好处!”
在牛师傅那双布满老茧却稳如磐石的手中,那些看似不起眼的废旧零件,仿佛被赋予了新的生命。
齿轮被清理修复,轴承座被重新加工,外壳用边角料的铝板敲打而成……
几天后,一个结构紧凑、外表粗糙的两相永磁式步进电机原型,就被搓了出来。
与此同时,诸葛彪和吴国华也成功地在巴掌大的“掐丝珐琅”电路板上,“掐”出了包含多谐振荡器、逻辑分配和功率放大的完整驱动电路。
几颗关键的晶体管和高功率电阻被小心翼翼地焊接在指定位置。
激动人心的联调时刻到了。
所有参与研发的人都围拢过来,屏息凝神。
吴国华负责接通低压直流电源,诸葛彪则手持一个临时加装的频率调节旋钮,目光紧盯着电机转子和旁边的示波器屏幕。
“上电!”诸葛彪低声道。
吴国华合上开关。
驱动板上的指示灯亮起,示波器屏幕上也出现了清晰稳定的方波脉冲信号。
诸葛彪缓缓转动旋钮,提高脉冲频率。
起初,电机转子微微颤抖着,发出轻微的“嗡嗡”声,却没有转动。
牛师傅眉头紧锁,仔细检查着装配间隙。
诸葛彪调整了一下驱动电路中某个电阻的参数,改变了相电流的大小。
“再试!”
这一次,当脉冲信号再次输入时,那台手工打造的电机转子,猛地、清晰地、以一种近乎僵硬的姿态,向右转动了一个肉眼可见的小角度!
然后,随着脉冲的持续输入,它开始“咯噔、咯噔”地、一步一顿地旋转起来!
转动的角度,与输入的脉冲数量严格对应;转动的速度,随着脉冲频率的变化而同步改变!
“成功了!它真的在一步一步地走!”一位青工忍不住欢呼出声。
牛大群师傅黝黑的脸上绽放出孩子般灿烂的笑容,用力拍了一下身旁徒弟的肩膀。
诸葛彪和吴国华对视一眼,都看到了彼此眼中那难以抑制的兴奋与成就感。
吕辰看着这台粗糙却意义非凡的步进电机,不,现在他叫“脉冲电机”了,看着它那精准而有力的步进动作,心中涌起一股澎湃的激情。
这“咯噔、咯噔”的步进声,在此刻听来,是如此悦耳,如此充满希望。