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第 7期 2 0 1 1 年 7月 机 械 设计 与 制造 Ma c h i n e r y De s i g nMa n u f a c t ur e 1 4 1 文苹编 号 1 0 0 1 - 3 9 9 7 2 0 1 1 0 7 0 1 4 1 0 2 P L C与 T P 0 4 G控制铜铝管焊机的应用 术 孙泰礼 张 悦 李启东 左丽娜 张希川t 沈阳工业大学 材料科学与工程学院, 沈阳 1 1 0 8 7 0 沈阳工业大学 机械工程学院 , 沈阳 1 1 0 8 7 0 。 沈阳东北制药装备制造安装有限公司, 沈阳 1 1 0 0 2 6 Ap p l i c a t i o n o f PL C a n d TP 0 4 G i n c o n t r o l l i n g wel d i n g ma c h i n e O f c o p p er p i p e a n d AI u mi n u m Pi p e S U N T a i - l i l , Z HA N G Y u e 2 , L I Q i - d o n g , Z U O L i n a 3 , Z H A N G X i c h u a n S c h o o l o f Ma t e r i a l S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g , S h e n y a n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , S h e n y a n g 1 1 0 8 7 0 , C h i n a 2 S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g , S h e n y a n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , S h e n y a n g 1 1 0 8 7 0 , C h i n a S h e n y a n g N o r t h e a s t P h a r ma c e u t i c a l E q u i p m e n t B u i l d i n g a n d I n s t a l l a t i o n C o m p a n y , S h e n y a n g 1 1 0 0 2 6 , C h i n a ; 【 摘要】 由于原材料价格上涨, 生产成本随 之提高, 制冷行业中 “ 铝代铜” 成为发展趋势。制冷管 }路中要有铜铝管接头, 主要制造方法为焊接, 其中电阻焊质量较好。铜铝管焊接一般采用专用焊接设 ;备, 对焊接参数的控制要求较高。 在原有基础上, 采用2 0 E X可编程控制器P L C与T P 0 4 G文本显示器相 }结合, 精确控制铜铝管焊接中的发热量。实际生产表明电源电压在 3 8 0 V的 l 5 % 波动以及焊接回路温 l度在 2 0 ~ 9 0 ℃范围内, 控制系统可使焊接发热量稳定在 5 %以内。 } 关键词 P L C; 文本显示器; 铜管; 铝管; 焊接 l 【 A b s t r a c t 1 Wi th i n c r e a s i n g o f r a w m a t e r ia l p r ic e a n d p r o d u c t i o n c o s t as w e ll , t o e m p l o y al u m i n u m } p ip e i n s t e a d o f c o o p e r p ip e i n i g e r at i o n fi e ld h a s b e c o m e t h e t r e n d .in t h e r e f r ig e r at i n g l o o p , C u - A I p ip e l j o i n t s a v e a v a i l a b l e to b e c o n n e c te d b y w e ld i n g , in w h i c h t h e r e s i s t a n c e w e l d i n g s 口 b e t t e r w a y . U S u al 1 - 。 s p e c i al w e l d i n g m a c h i n e i s ado p t e d f o r w e l d i n g C u - A L p i p e s f o r t h e i r h i g h r e q u i r e m e n t i n c o n t r o l l i n g } w e l d i n g p a r a m e t e r s . O n t h e b as e of o r ig i n al , 2 0 E X P L C a n d T P O 4 G t e x t p a n e l ar e e m p l o y e d t o c o n tr o l th e ;h e a t g e n e r at i n g a c c u r at e i n t h e w e ld i n g ofc o p p e r p ip e a n d al u m i n u m p ip e .I n p r act ic e , th e h e a t g e n e r a t in g } f o r w e l d i n g c a n b e r e s t r i c t e d w i t h i n 5 %, w h e n t h e p o w e r v o l t a g e i s 3 8 0 V l 5 % a n d t h e t e m p e r a t u r e of ; w e l d i n g c i r c u i t i s i n th e r a n g e of 2 0 - 9 0 C . . ; K e y w o r d s P L C ; T e x t d i s p l a y ; C o p p e r p ip e ; A l u mi n u m p i p e ; We l d 中图分类号 T H1 6 文献标识码 A 1引言 在制冷行业中, 铜铝管可替代全铜管, 用于制造系统管路, 从 而节约铜资源, 降低生产成本, 提高市场竞争力。 近年来, 多种因素 影响, 铜价格呈上涨趋势。 2 0 0 5年, 在3万元, t 至 4 万元/ t 之间, 而 在 2 0 0 6年初已超过 4 .5万元, t , 年中最高接近 8 . 5 万元/ l , 现维持在 5 6 万元/ t 左右。“ 铝代铜” 已成为制冷行业乃至其他行业的发展 趋势 , 如今市场上已有一定比例的制冷电器采用了铜铝管技术。 自2 0世纪 5 0年代, 前苏联、 日本、 意大利等国相继出现铜铝管焊 接技术, 国内自上世纪 8 0年代以来, 相继出现铜铝管的爆炸焊、 摩 擦焊、 闪光焊、 储能焊及电阻焊等技术, 其中电阻焊是国内外公认 的较好的铜铝管焊接技术 。采用台达 2 0 E X型P L C控制铜铝管 对焊机, 即可使焊接实间参数控制精度达 0 . 0 0 1 s , 又可以通过模拟 量处理精确控制焊接发热量, 以保证焊接质量。采用T P 0 4 G文本 显示器进行时间数据调整和焊接过程监控。 2铜铝管焊接过程 铜铝管焊接示意图, 如图1 所示。 焊接开始后, 钳口通过压紧气 缸将铜管和铝管夹紧; 而后推进气缸使铜管向铝管移动; 当铜管与 铝管接触后, 接通焊接回路, 铜铝管间将产生大电流, 使铜管和铝管 接触面上发热升温, 开始顶锻, 直到铝管将铜管锥面全部包住停止 顶锻, 并切断焊接回路, 停止电流加热; 待铜铝管接头连接牢固后, 压紧 气缸退回, 下料, 推进饥陶 退回, 准备下次焊接。 铜铝管焊接的控制 系统, 如图2 所示。铜铝管焊接电流调节是通过两只晶闸管反向并 联进行交流调压来实现的。焊接过程由可编程控制器 P L C控制。 ★ 来稿 日 期 2 0 1 0 0 9 1 6-h “ 基金项目 辽宁省教育厅高校科研基金项目 2 0 2 0 6 3 3 0 0 ~ 艄 - - . -_1 风 冷 图 1铜铝管焊接示意图 1 4 2 孙泰礼等 P L C与 T P 0 4 G控制铜铝管焊机的应用 第 7期 图2铜铝管焊接的控制系统 发热量对焊接质量影响较大, 必须严格控制。 铜铝管焊过程 中发热量Q籼 K R l aT [ 2 ] 1 j I 尺 l⋯ ‘ “ 式中 R 铜铝管接触电阻; 一电源输入电压 ; 接时间 ; K J 焊接线圈匝数比; R 广_ 0 ℃时的电阻; 0 广 _ _ 系数; 圈 温度; 一导通角。 Q的设定值是在 U i 3 8 0 V, T 2 0 %的情况下由0 给出, 但在 铜铝管焊接过程中, 由式 1 可知, 和 这 2 个因素会影响焊接发 热量。焊接设备连续工作时, 焊接回路温度上升, 导致电阻增大, 焊 接发热量减小。电网电压的波动是难以避免的, 也容易使焊接发热 量产生波动。通过导通角0 可以调整发热量, 在焊接回路电阻和电 网电压变化时, 应对 0 进行补偿, 可保持 Q恒定。采用补偿后, 在每 次焊接前的瞬间,将焊接回路温度和电网电压测量并传送给 P L C , 经识别与计算, 做出相应调整, 从而使每次焊接发热量 Q趋于稳定。 3控制系统总体设计 I 测温 N l 型晕 l 报警 待机 j[二 踏 启动 [ 压紧 一 推进 二 ] [ 二 。值 通电焊接l 二][二 二 断电冷却I 二]匕 松开退回 J 图 3 P L C控制流程图 采用 P L C和T P 0 4 G显示器作为控制系统, 控制流程, 如图3 所示。 其中, 主要功能是完成焊接过程及线圈冷却, 辅助功能主要 是保护功能, 如冷却水压、 执行气压、 人为急停等, 此处省略。 线圈 温度低于4 0 ℃时, 采用普通水循环冷却; 在 4 0 ~ 7 0 ℃时, 启动风 扇进行风冷; 在 7 O 一 9 0 c c 时, 再启动水泵进行强制水冷; 超过 9 0 %时, 停止焊接并报警。 选用 D e l t a 的D V P E X 2 0 型P L C , 其特 点是 自身带有 4 路模拟量输入和2路模拟量输出 [1 O l。焊接过程 中, 焊接回路温度 T由热电偶及温度变送器测得并转换为标准信 号C o 1 0 V送入 P L C ; 电源电压 由电压表测得并转换为标准 信号 4 2 0 m A送入P L C, 导通角 0 设定是T P 0 4 G送入 P L C 。 U和 有变化时, 经过 P L C计算 , 将导通角 0以标准信号 0 - 1 0 V送入晶闸管触发板, 从而使焊接过程中的发热量趋于恒定, 保证铜铝管焊接质量。 4发热量的控制 焊接回路零件均为铜材料, 从C 0 ~ 1 o 0 o C 其电阻率要增大近 4 5 %, 在焊接生产中, 温度会上升, 电阻率会增大, 从而使电流减 小, 影响焊接质量 , 必须进行精确控制, 这和线圈冷却同时进行 的, 因为温度升高, 电阻增大, 使焊接电流减小 , 此时要增大晶闸 管导通角, 焊接电流虽然可保持稳定, 但线圈温升加快, 而进入恶 性循环。 所以必须加强冷却 , 抑制线圈温升。 上述温度均为焊接线 圈表面温度, 内部温度要更高。由试验可得保持 U 3 8 0 v, 焊接 q 5 8 x l 铜铝管时, 0 与 T的关系, 如表 1 所示。 假设受电网影响 在 3 8 0 V 1 5 % 约 6 O V 的范围内波动, 则 Q的波动范围为 3 2 . 2 5 , 将影响铜铝管焊接质量稳定。所以 要使 Q恒定, 可在焊接前测量 , 经计算对 0 做出调整。由试验可 得, 保持 T 2 0 C, 焊接q 5 8 x l 铜铝管时, 0 与 的关系, 如表 2 所示。 由于 0 与 在数值 匕 相差较大, 为方便计算将 除以2 0 0 。 表 1铜铝管焊接中的 对应值 表 2铜铝管焊接中的 对应值 根据表 1 和表 2中的数据, 采用三次样条插值法, 分别得出 一 和 0 - U的插值关系式, 计算中将 全部除以 1 0 , 在数值上与 导通角接近, 方便计算。 ,、1 0 . 0 0 2 5 r - Z 0 . 0 4 1 5 T - 2 1 . 7 8 4 , T e [ 2 , 3 ] ,、 0 【 { 2 J l 0 . 0 1 5 4 5 9 一 0 .4 1 2 5 T - 8 2 . 4 3 8 5 , Te[ 8 , 9 ] ,、l 2 6 .6 C u - 1 .6 - 2 .9 7 6 C c - 1 .6 2 .3 8 4 , U e [ 1 .6 , 1 .6 7 5 ], 、 { 【 3 【 1 . 3 3 v - 2 . 2 - 0 . 9 9 U - 2 . 1 2 5 1 . 4 7 3 Ue[ 2 . 1 2 5 , 2 .2 ] 由式 2 和式 3 可得, 导通角 0 。 0 - -- 0 U 0 C T 一 1 .7 8 4 C 4 在实际焊接中, 当 和 U变化时, 控制系统将采用 1 2 式中 第 7期 2 0 1 1 年 1 机械 设 计 与制 造 Ma c hi n e r y De s i g nMa n u f a c t u r e 1 43 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 1 0 7 0 1 4 3 0 3 串联转鼓羽毛过滤机流场研 究 邹维东王景娜王 征 北京有色金属研究总院, 北京 1 0 0 0 8 8 St u d y o n f l o w f i el d o f s e r i al d r u m f i l t e r Z OU We i d o n g , WANG J i n g n a , W ANG Z h e n g G e n e r a l R e s e a r c h I n s t i t u t e F o r N o n f e r r o u s Me t a l s , B e i j i n g 1 0 0 0 8 8 , C h i n a 【 摘要】串联转鼓连续过滤机是一种新型的转鼓加压过滤机。 简单介绍这种过滤机的工作原理 和主要结构, 并应用流场分析软件 F L U E N T , 对串联转鼓连续过滤机流场进行了数值模拟。 过滤机过滤 性能主要取决于压缩区的压力, 不同的操作参数对流场影响不同, 主要影响参数为大转鼓转速、 小转鼓 转速和入口压力。 采用正交实验设计技术计算各操作参数对流场影响大小, 分析各因素对过滤效果影 响的主次顺序 。 结合模拟方案确定了最佳操作方案, 得到该方案下的流场分布 图。 关键词 串联转鼓过滤机 ; 流场分析 ; 正交实验 【 A b s t r a c t 】 T h e s e r i a l d r u m fi lt e r is a k i n d o f fi h e r - p r e s s , w h i c h s tr u c t u r e a n d o p e r a t i n g p r i n c ip l e is i n t r o d u c e d , w h i c h flo w fie l d i s n u m e r i c a l l y s i mu l at e d b y a p p l y i n g s o f t w a r e 0 /F L U E N T . A s y o u k n o w t h e p e r f o r m a n c e o ft h e fil t e r d e p e n d s m a i n l y o n t h e p r e s s u r e i n c o m p r e s s i n g are c a Dif f e r e n t o p e r at i n g p ara me t e r s ma y p r o d u c e d if f e r e n t e f f e c t t o t h e flo w fie l d , i n w h i c h r e v o l v i n g s p e e d 0 j b i g d r u m r e v o l v i n g s p e e d o { s ma l l d r u m a n d e n t r a n c e pr e s s u r e a l e t h e ma i n i m pa c t para me t e r s . B y apPl y i n g o r t h o g o n al d e s i g n s t h e i mp act a v ari e t y o p e r at i n g p ara me t e r s o n t h e fie l d i s c al c u l ate d , t h e n p r i m a r y and s e c o n d a r y s e q u e n c e s霹 t h o s e f a c t o r s f o r i m p act i n g fil t e r i n g e ffe c t are a n aly z e d T h u s o p t i m al o p e r a t i n gp l an i s d e t e r mi n e d c o m b i n i n g t h e s i mu l ati n g w e l l t h e l a y o u t o 厂 t h e flo w fie l d u n d e r t h e p l an i s o b t a i n e d . K e y wor ds S e r i a l d r um ,fil t e r ; Fl o w fie l d; Or t h og o na l de s i g n 中图分类号 T H1 6 , T H3 5 1 . 3 文献标识码 A 1引言 过滤机是工业生产中不可缺少的设备之一。过滤是借助重 力场、 离心力或压差从流体中分离出固体颗粒的过程; 过滤效果 直接关系最终产品的质量。 在工业生产中, 为了降低滤饼中的水 分, 提高产品质量, 过滤过程逐步由真空过滤向加压过滤过渡, 目 女来稿日 期 2 0 1 0 0 9 1 8 的是进一步提高过滤压差, 增大过滤推动力Ⅲ 。 串联转鼓连续过滤 机是新式机型, 可用于易燃、 易爆、 有毒 、 易挥发、 易污染等物料的 过滤。 其突出特点是 不需要配备单独的压缩装置, 而是通过结构 本身使物料得到压缩, 与传统过滤机相比具有结构简单、 生产效 率高、 操作和维修方便等优点; 同时, 在压缩的过程中还可以进行 相应区间上的 0 T , 三次样条插值关系式计算出的 0 值 , 在焊 接回路接通前由P L C传给晶闸管触发板, 保证发热量恒定。 5结论 1 通过对焊接回路温度和电源电压的精确控制, 使得铜铝 管焊接中的发热量趋于恒定,实际生产表明电源电压在 3 8 0 V 的 1 5 %波动以及焊接回路温度在 2 0 ~ 9 0 C 范围内, 控制系统可 使焊接发热量稳定在 5 %以内, 保证了铜铝管焊接质量。 2 采 用发热量精确控制的铜铝管焊机可提高产品合格率, 从而提高企 业的市场竞争力, 最终为企业带来可观的经济效益。 3 铜铝管 的使用, 可以节约铜资源, 符合我国提出的“ 节能减排” 要求, 从而 推广铜铝管技术也具有一定的社会效益。 参考文献 [ 1 ] 黄宏军, 张泽伟 , 王书生. 铜铝薄板轧制复合工艺[ J ] .沈阳工业大学学 报 2 0 0 9 , 3 1 5 5 3 1 - 5 3 5 . [ 2 ] 张希川, 张海斌, 左丽娜, 等.铜铝管在制冷空调行业中的应用[ J ] . 制冷 与空调 , 2 0 0 8 增刊 9 2 - 1 0 5 . 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