轴类零件校直机液压及PLC控制系统设计.pdf

2 0 1 3年 4月 第 4 1 卷 第 8期 机床与液压 MACHI NE T OOL ＆ HYDRAUL I C S Ap r ． 2 0 1 3 Vo 1 ． 41 No ． 8 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 0 8 ． 0 2 8 轴类零件校直机液压及 P L C控制 系统设计 张贤，赵明光 淮海工学院机械工程 学院，江苏连云港 2 2 2 0 0 5 摘要轴类零件校直机是轴类工件热处理后不可缺少的修整设备。介绍轴类零件校直机的基本结构、液压系统及其工 作原理。根据校直机的工作要求，设计了基于 P L C的控制系统。实践表明，采用 P L C控制系统提高了校直机的性能和工作 稳定性。 关键词轴类零件校直机 ；液压系统；P L C控制系统 中图分类号T H1 3 7 ． 3 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 8 0 7 9 2 De s i g n o f Hy d r a ul i c a n d PLC Co n t r o l S y s t e m f o r Ax l e S t r a i g ht e ni ng M a c h i n e ZHANG Xi a n． ZHA0 Mi n g g ua n g C o l l e g e o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ，H u a i h a i I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ，L i a n y u n g a n g J i a n g s u 2 2 2 0 0 5，C h i n a Ab s t r a c t A x l e s t r a i g h t e n i n g ma c h i n e i s i n d i s p e n s a b l e ma i n t e n a n c e e q u i p me n t t o s h a f t wo r k p i e c e aft e r h e a t t r e a t me n t ． T h e b a s i c s t r u c t u r e o f t h e a x l e s t r a i g h t e n i n g ma c h i n e ， t h e h y d r a u l i c s y s t e m o f t h e ma c h i n e a n d i t s w o r k i n g p r i n c i p l e we r e i n t r o d u c e d ． Ac c o r d i n g t o t h e wo r k r e qui r e me n t s o f s t r a i g h t e n i n g ma c h i n e ，t h e c o n t r o l s y s t e m wa s d e s i g n e d b a s e d o n P L C． P r a c t i c e s h o ws t h a t u s i n g P L C c o n tro l s y s t e m，the p e rfo r ma n c e a n d s t a b i l i t y o f t h e s t r a i g h t e n i n g ma c h i n e a r e i mp r o v e d ． Ke y wo r d s A x l e s t r a i g h t e n i n g ma c h i n e ； Hy d r a u l i c s y s t e m； P L C c o n t rol s y s t e m 轴类零件是机械产品的重要组成部分 ，其加工质 量直接影响到机械设备的传动稳定性和使用寿命 。在 轴类零件的前期加工和后续热处理过程中，不可避免 地会出现弯曲变形 ，如果不及时进行校直处理会直接 影响工件的后序加工或使用，甚至可能会出现相当数 量的废品。轴类零件校直机正是为克服这种不 良影响 而设计制造的。随着现代科学技术的发展 ，机械加工 水平的不断提高，对零件加工用料、工艺衔接及零部 件质量要求越来越高，校直机尤其成为轴类工件热处 理后不可缺少的关键设备。作者所设计的轴类零件校 直机利用反向弯曲并逐渐减小压弯挠度方法达到校直 目的。该校直机集机械、液压、检测技术和P L C控 制技术于一体，提高了产品的技术含量和加工精度。 1 校直机的结构和工作步骤 作者所设计的校直机是单悬臂式 ，主要由机架、 工作台、两个 V型支撑块、压力传感器、校直液压 缸 ，以及用于调整 V型块间距的液压缸组成 ，其基 本结构如图 1 所示。其中，两个 V型支撑块之间通 过工作台内部的联动机构实现同步对中；压力传感器 安装底座的高度可以根据校直零件的直径进行调整。 该校直机的工作方式是由液压系统提供动力 ，通过校 直液压缸带动压头下压 ，对轴类零件的弯曲部位进行 校直 ；通过压力 传感器监 测下压程 度，避免反 向 弯曲。 l V型 支 撵块 间距 调 整液 压 缸 2 一 背 粱3 一 校 直液 压缸 4 - - v 型支撑块5 一工作台6 一压力传感器 图 1 轴类零件校直机的基本结构 一 次校直循环工作步骤如下 1 根据工件的长度和弯 曲的位置，通过液压 缸和同步机构调整两个 V型支承块的间距 ； 2 将工件的原始弯曲部位支承在工作台的两 收稿日期2 0 1 2 0 21 5 作者简 介张贤 1 9 7 1 一 ，女 ，讲师，主要从事机械及液压系统设计方面的教 学与研究工作。Em a i l z h m i n g g h h i t ． e d u ． c n。 8 0 机床与液压 第4 1卷 个 V型块之间；使工件最弯部位处于压头下方 ； 3 压头在校直液压缸的带动下，对准最弯部 位进行反向压弯； 4 当压弯量与工件弹复量相等时，由压力传 感器发信号 ，液压缸带动压头撤回，工件的弯曲部位 变直 ； 5 校直工序完成后将工件取出。 2 校直机液压 系统及其工作原理 2 ． 1 液 压 系统 的组成 所设计 的校直机液压系统如 图 2所示。 l 一减 压 阀 电 图2 液压系统原理图 从节省成本考虑，采用定量叶片泵供油。系统的 主要回路有调速回路、保压回路、减压回路和卸荷回 路。卸荷阀1 0在泵启动和更换工件时起到卸荷作用， 以减少能量损失，提高泵的使用寿命，在泵正常工作 时也可以起到安全保护作用。 2 ． 2 液压 系统的工作原理 液压系统启 动后 ，按下 工作 按钮 ，卸 荷 阀 1 0的 电磁铁 Y A 5得电，液压泵 1 1处于工作状态。如需要 调整 V型支撑块间距，则按下 “ 缩小”或 “ 加大” 按钮 ，分别使三位四通电磁换 向阀3的电磁铁 Y A 4 或 Y A 3得 电，液压缸 5推动或拉动左侧 V型支撑块 移动 ，左右两个 V型支撑块通过底部的同步移动机 构联系，可以使两个 V型支撑块间距以对中的方式 缩小或加大。间距满足要求后 ，按下停止按钮 ，使电 磁铁 Y A 4或 Y A 3断电，换向阀3回到中位，0型中 位使 V型块定位 ，为校直工作做好准备。 按下校直按钮，换向阀9的电磁铁 Y A 2的得电， 校直液压缸6带动压头下压 ，下压的速度由单向调速 阀8调节。校直到位后压力传感器发信号，使 Y A 2 断电，换向阀 9回到中位 ，校直回路依靠液控单向阀 7实现保压，保压时间由定时器设定。保压时间到， 换向阀9的电磁铁 Y A 1 得 电，校直缸退回，到位后 触发接近开关 ，使电磁铁 Y A 1断电，完成一次校直。 控制系统在压力传感器接收的压力达到一定程度时会 使整个系统停机 ，避免系统故障造成损失。在调整校 直位置或更换工件时，使电磁铁 Y A 5断电，泵 1 1 处 于卸荷状态 ，以减少能量损失。 3 P L C控制系统设计 跟据上述校直机的工作步骤和液压系统的工作原 理 ，因需要压力传感器发送校直到位或故障信号，因 此选用以P L C为核心的控制系统 ，同时也便于保证 设备 运行 的安全可靠 。依 据控 制系 统对输 A／ 输 出点 数的要求 ，并考虑 2 0 ％ 一3 0 ％的备用量 ，以便于系 统的扩展，此次设计选用三菱 F X - 4 8 M R型 P L C ，外 加 F X - 2 A D模拟量输入模块，通过压力变送器接收压 力传感器送来的连续电信号。上位机用来实时监控程 序的执行状态。控制系统的硬件结构图如图3 所示。 图3 控制系统硬件结构图 所设计的控制系统既能够实现校直工作的自动化 控制 ，高效节能 ，减轻劳动强度 ，又能实现单步动作 的控制，以便于校直机的手动控制和调试调整。控制 程序流程图如图4所示。最后根据流程图绘制出梯形 图 ，这里不再赘述 。 厂 亘 矍 三 叫 Y 放 置工 件 芝 竺 Y J r Y 兰 匝函 Y 继 续工 作 、、、 图4 控制系统流程图 下转第8 3页 第 8期 凌轩 等雷达天线车液压升降系统同步控制仿真研究 8 3 2 ． 2 雷达车液压调平控制 系统建模及仿真 雷达天线车液压升降同步控制系统属于一种电液 伺服闭环同步控制系统，作者设计了一种二缸主从位 置同步系统 ，如 图6所示把液压缸 1作为主液压 缸，液压缸 2作为从液压缸 ，以液压缸 1的输 出 Y 为理想输出，液压缸 2的输出 受到控制来跟踪这 一 选定的理想输出。 图 6 倾角调平 Q z r同步控制器模型 为了达到 y 2 很好地跟踪 Y ， 的效果，关键在于位 置控制器设计的好坏。由于电液伺服调平系统 自身的 特点 ，采用常规的数字 P I D控制器很难达到良好的效 果。作者提出采用定量反馈 Q F T 同步调平控制器 来解决由于液压元件制造误差 、通道负载不均衡等影 响同步精度等问题 ，具体设计方法可参考文献[ 8 ] ， 最终设计结果见公式 1 -- 3 ，一】、 1 2 5 ． 5 6 1 1 ． 5 8 9 一 0 ． 6 0 1 3 z 一 1 ⋯ 1 7 ⋯ s ／ O ． 3 8 41 z， G ㈤ ㈩ 图7为采用定量反馈同步调平控制两个液压缸位 移的仿真曲线图。可以看出加 了同步误差补偿后， 两缸的最大位移误差仅为 1 ． 8 m m，该控制器有比较 好的同步精度。倾角调平仿真曲线如图8 所示 ，可以 看出平台先使倾斜较大的 轴水平后 ，再使 Y 轴达 到水平。平台基本上是在不 同时间内只绕一个边转 动 ，调平精度可达 5 以内，满足系统设计要求。 图 7 带同步误差补偿跟 踪位移输出曲线 l 越 援0 图 8 雷达天线车倾 角调平曲线 3结论 对雷达天线车液压升降系统的同步控制进行了仿 真分析。由于存在负载不均衡 、摩擦阻力、液压缸泄 漏量的不同、空气的混入和制造误差等因素，都会影 响同步精度，因此有必要采取同步控制策略。仿真结 果表明应用作者设计的定量反馈同步调平控制器能 大大提高天线液压升降系统的同步性能 ，明显改善雷 达天线车的架设和撤收性能。 参考文献 【 1 】冯天麟， 唐晓群． 塔架式高机动雷达天线车的研究[ J ] ． 电子机械工程 ， 2 0 0 4 4 1 9 2 1 ． 【 2 】李小波， 孙志勇． 雷达天线 自动调平系统的设计与实现 [ J ] ． 现代雷达， 2 0 0 6 ， 2 8 7 7 4 7 6 ． 【 3 】倪江生， 翟羽健． 雷达天线车座调平问题的研究[ J ] ． 测 控技术， 1 9 9 4 ， 1 3 4 3 6 3 9 ． 【 4 】梅志松， 焦晓红， 刘晓飞． 双缸电液提升系统的鲁棒输出 反馈同步控制[ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 1 1 ， 3 9 1 9 1 01 5 ． 【 5 】姜浩， 刘衍聪， 张彦廷， 等． 浮式钻井平台升沉模拟系 统设计[ J ] ． 机床与液压， 2 0 1 2 ， 4 0 1 9 2 9 5 ． 【 6 】凌轩， 曹树平 ， 朱玉泉， 等． 基于模糊 自 适应控制的四点 支承液压平台自动调平方法[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 7 ， 3 5 1 1 8 4 8 6 ． 【 7 】L I N G X u a n ， L I X i a o h u i ， Z H U Y u q u a n ， e t a 1 ． A d a p t i v e F u z z y S l i d i n g Mo d e C o n t r o l o f Au t o ma t i c L e v e l i n g Me e h a - n i s m f o r R a d a r A n t e n n a T r u c k [ C] ／ ／ P r o c e e d i n g s of t h e 5 t h I n t e r n a t i o n a l S y mp o s i u m o n F l u i d P o we r T r a n s mi s s i o n a n d C o n t r o l ，B e i d a i h e ，C h i n a ，2 0 0 7 ． 【 8 】L I N G X u a n ， L I X i a o h u i ， Z H U Y u q u an， e t a 1 ． Q r r R o b u s t C o n t r o l C o mb i n e d o n Z P E T C f o r R a d a r T r u c k L e v e l i n g S i mu l a t o r [ J ] ． J o u n a l o f S h a n g h a i U n i v e r s i t y ， 2 0 0 9 ，1 3 5 3 8 43 9 0 ． 上接 第 8 0页 4 结束语 由P L C控制的轴类零件校直机突破 了传统的轴 校直工艺，提高了设备的 自动化程度。采用压力传感 器进行校直到位的判断 ，解决了原始手工校直中存在 的精确度不高及容易出事故的问题 ，提高了零件校直 的速度 ，减轻了劳动强度 ，从而提高了企业的效益。 参考文献 【 1 】 许福玲 ， 陈尧明． 液压与气压传动[ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 7 ． 【 2 】 吴中俊． 可编程序控制器原理及应用[ M] ． 北京 机械工 业 出版社 。 2 0 0 8 ． 【 3 】 贾文广 ， 王亚敏， 贺瑞燕． Y D G 2 0 0型镦管机液压系统及 P L C控制[ J ] ． 流体传动与控制， 2 0 1 1 2 4 4 4 5 ．