飞剪液压及控制系统的应用.pdf

2 0 1 4年 8月 第4 2卷 第 1 6期 机床与液压 MACHI NE T O0L HYDRAUL I C S Au g ． 2 01 4 Vo 1 ． 4 2 No ． 1 6 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 1 6 ． 0 3 3 飞剪液压及控制系统的应用 辛杨桂 ，窦宝明，刘玉绒 ，郭颖 广州机械科学研 究院有限公司液压研 究所，广东广州 5 1 0 7 0 0 摘要飞剪是高速线材生产线的关键设备 ，分别从液压和控制系统两方面介绍了国内某拉拔机生产线上的飞剪系统 ， 重点阐述其控制原理、控制过程及优化、液压剪的高响应性和节能减排等。应用结果表明该控制系统较好满足了高速 、 高精度和高稳定性的实际生产要求。 关键词飞剪；控制系统；液压系统 中图分类号T G 3 3 3 ． 2 1 文献标识码B 文章编号1 13 0 1 3 8 8 1 2 0 1 4 l 61 0 4 2 Ap p l i c a t i o n o f Hy d r a u l i c a n d Co n t r o l S y s t e m o f F l y i n g S h e a r XI N Ya n g g u i ，DOU Ba o mi n g，LI U Yu r o n g，GUO Yi n g H y d r a u l i c R e s e a r c h I n s t i t u t e ，G u a n g z h o u Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g R e s e a r c h I n s t i t u t e C o ． ，L t d ． ， G u a n g z h o u G u a n g d o n g 5 1 0 7 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t F l y i n g s h e a r i s t h e k e y e q u i p me n t o f h i g h s p e e d w i r e p r o d u c t i o n l i n e ．A fl y i n g s h e a r i n p r o d u c t i o n l i n e o f a d o me s t i c d r a wi n g ma c h i n e w a s i n t r o d u c e d f r o m h y d r a u l i c a n d c o n t r o l s y s t e m r e s p e c t i v e l y ，f o c u s i n g o n e l a b o r a t i n g c o n t r o l p r i n c i p l e，p r o c e s s a n d o p t i mi z a t i o n o f c o n t r o l ，h i g h r e s p o n s e o f h y d r a u l i c s h e a r ，e n e r g y s a v i n g a n d e mi s s i o n r e d u c t i o n e t c ．Ap p l i c a t i o n r e s u l t d i s p l a y s t h e c o n - t r o l s y s t e m s a t i s f i e s a c t u a l p r o d u c t i o n r e q u i r e me n t s o f h i g h - s p e e d ，h i s h p r e c i s i o n a n d h i g h s t a b i l i t y ． Ke y wo r d s F l y i n g s h e a r ；C o n t r o l s y s t e m；Hy d r a u l i c s y s t e m 飞剪是根据生产加工要求，按一定规格对棒线材 进行连续剪切 ，是生产棒线材的关键设备。现代飞剪 的特点是向高速、高精度和高稳定性方向发展，其控 制性能的好坏直接影响了产品的成材率。 文中介绍的飞剪系统包括液压和控制系统两部 分。只有液压系统和控制系统两部分协调工作、优势 互补才能满足高响应性和高稳定性的要求。所以，两 者相辅相成、缺一不可。 该控制系统参数及技术要求如下 液压剪最高频率 4 5／ m i n ； 生产速度 0～1 0 0 m ／ m i n ； 直线度 ≤1 m m ／ m； 长度精度≤ 8 m i n 。 1 控制系统 飞剪控制系统主要组成如图 1 所示。控制系统以 西 门子 S 7 3 0 0 C P U和 S E W 变频 器 为核 心 ，对棒 线 材 长度进行计算处理与 控制；用增 量编码器 实时检测 电机转速以 计算线棒 材长度 ；以 西 门子 触 摸 屏 为 人 机 界面对参数进行设定 图1 控制系统组成 和对设备基本状况 进行实 时监控等 。 1 基本工作原理 控制系统的操作通过总线 3 P D模式控制 ，3 P D 控制模式如图2 所示。 P O 1 鼻 { 空制字 P O 2 长 度设 定 P O 3 最小返回距离 P I 1 状态字 P I 2 实 际切割 长度 P I 3暑 锯实际位置 图2 3 P D控制模式 由图2可知通过总线 3 P D操作模式，较好地 完成了 S 7 3 0 0 C P U与变频器间数据与信息的传递与交 换 ，一方面可实现重要参数如线棒材长度的设定 ；另 一 方 面从变频器 中读取重要的信 息如变频器 的状态和 实际剪切长度等。 2 基本控制过程及优化 飞剪剪切过程如图3所示 ，该图显示了剪切变频 器剪 切一次线棒材 的过程 。 收稿 日期2 0 1 3 0 1 1 4 作者简介辛杨桂 ，男 ，助理工程师，主要研究方向为机电液一体化设计与制造、电液比例／ 伺服控制。Em a i l x i n y a n g - g u i 1 6 3 ． c o rn。 第 l 6期 辛杨桂 等飞剪液压及控制系统的应用 1 0 5 转 速 nl r ． rai n 。 。 1 A B C 、 _ ， J D E F 液 压 蠢 G 日 帅f ／ s 图3 剪切过程示意图 其中，A到 D段为剪切变频器准备过程 ，剪切设 备在剪切前需 归零一次 ，这样不仅可 以防止剪切设备 不在零位 时造成 剪切混乱 ，而且有利于长度控制及控 制过程的简化 ；在 E时刻材料检测开关检测到有料 ， 变频器及 S 7 3 0 0 C P U根据电机转速开始处理及计算材 料 长度并 进行 相关的控制 ，达到设定长度后 ，进行剪 切 ；在 ，到 ， 时段为剪切 一次线 棒材 的过程 ，其 中 为剪切机设备速度达到同步前的跟踪距离 ，F G段显 示了剪切设备的惯性提前量 ，Y为最小返回距离；同 时，此过程中的同步阶段，液压剪进行快速剪切。， 表示已完成剪切一次，剪切设备回到零位 ，准备下一 次剪 切 ，如此循 环剪切过程 。 由于剪切设备在很 短 的距 离 中要完成 启 动加速 、 同步运行 、减速停止和快速返回等过程 ，普通的启停 控制已远远不能满足控制的需要 ，必须对剪切设备进 行位置控制。在高速返回时，由于设备惯性量很大 ， 容易冲出零位区的范围，因此，必须对位置控制进行 优化，通过对变频器位置控制的 P I D参数进行整定 ， 以满足实际的生产要求。在高速时，液压剪切时出现 剪切不稳定现象，棒线材抖动厉害，甚至影响棒线材 的直线度，需对剪切机同步速度考虑一定的超前量 K 0 式 中 为剪切机同步速度 ，m ／ m i n ； 为生产速度 ， m ／ m i n ；K为超前系数，一般取 1 ． 0 5一1 ． 2 。 2 液压 系统 1 高响应控制 基于液压剪切过程中的高响应技术要求 ，且剪切 过程中需要瞬间流量大、剪切设备行走距离较短和响 应越快越好等特点 ，选用 M 0 0 G 7 6 1 系列伺服阀加蓄 能器的组合控制液压剪。 M0 0 G 7 6 1系列双喷嘴挡板 阀具有结构简单、坚 固可靠、使用寿命长和很高的动态响应等特点，使其 在剪切过程中能够完全满足系统动态响应的要求。系 统中设置蓄能器 ，可以减小电机和泵的规格、节约成 本 ，且实现了剪切过程中瞬间大流量。 该系统不仅满足了液压剪对高动态响应性能和瞬 间大流量的要求 ，而且降低了对控制系统和机械设备 的要求 。 2 油温和节能控制 由于该设备 生产环 境恶劣 ，在夏 ． ． 季车间温度可 高达 4 2℃ ，且该设 备 为间歇工作小型生产线 ，若采用溢流 阀作安全 阀以及水冷冷却系统的组 合 ，则 连续生产 一两个 小时后 就会 因 油温过高而报警 停机。该 系统 采用卸 荷阀加蓄能器组和水冷冷却系统的组 合很好地解决了油温过高的问题，如 图4 卸荷系统 图 4所示 。 示意图 卸荷阀加蓄能器的组合适 用于类 似文 中所讨论 的 问歇式控制系统。其工作原理如下 当达到蓄能器 的 负载压力时 ，泵的流量就切换 到 回油油路 中 ，实现无 负载卸荷 。在此 卸 荷 过 程 中，执 行 器 压 力 A 口 会不断下降，直至降为卸荷阀的切断压力 此系统 切断压力为系统压力的 8 0 ％ ，此后泵的流量经单向 阀向蓄能器充压 ，如此不断循环进行卸荷充压。如 图5 所示为对应不 同工况下系统卸荷充压 占空比示意图。 坦 a v 1 0 0 m ／ ra i n 在 j} c v； 。m，mtn c v 0 图5 系统卸荷充压占空比示意图 图中， 代表生产速度，0代表此情况液压剪不 进行任何剪切。实际生产表明即使在最高速度 1 0 0 m ／ m i n运行时，在不影响剪切质量的前提下，将油温 控制在合理范围内，从而实现连续生产的温控要求，且 使电机长时间在无负载工况下运行，大幅度节省能源。 3应 用 结果 为对该控制系统性能进行评估 ，对剪切出来的线 棒材进行大量 的检测 ，主要检测结果如下 液压剪最高频率 16 0次／ m i n ； 生产速度 0 ～1 0 0 m ／ m i n ； 剪切长度精度 ≤ 4 - 5 m m； 直线度 ≤ 4 - 1 m m ／ m。 结果表明该控制系统较好地满足了生产要求，且 整个控制系统操作简单方便、便于检测与监控。 参考文献 [ 1 ]杨建满． 高速线材飞剪机控制优化[ J ] ． 科技资讯， 2 0 1 0 1 3 9 8 ． [ 2 ]秦旭 日， 赵恒亮． 大棒材生产线飞剪机 [ J ] ． 重型机械， 2 0 1 1 1 4 6 4 9 ． [ 3 ]成红梅． 卸荷回路的设计和运行[ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 0 6， 2 7 6 9 4 8 9 5 0 ． 迭 位 到 零 步 零 ． r ． _ 步 踪 同 追 检 i露 有 料 归 零 完 成 开 始 归 零 自 动 运 行 长 度 设 定