新型液压压装机行程控制装置的设计.pdf

2 0 1 1年 1 月 第 3 9卷 第 2期 机床与液压 MACHI NE T 00L HYDRAUL I CS J a n ．2 01 1 Vo l _ 3 9 No ． 2 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 0 2 ． 0 2 9 新型液压压装机行程控制装置的设计 杨孟涛 ，金红伟 ，王晓梅 1 ．重庆科技学院，重庆 4 0 1 3 3 1 ； 2 ．农业部农业机械试验鉴定总站，北京 1 0 0 1 2 2 摘要 对 当前 常用 的液压压装机行程控制装 置的缺点进行分析 ，提出并采用一 种新型 的液 压压装机行程控 制装置。该 装置通过在压装过程中发讯弹片向P L C发送低电平信号控制液压压装机的压装行程 ，达到精确控制的要求。 关键词 行程控制 ；发讯弹片 ；低 电平 中图分类号 T P 2 1 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 2 0 9 4 2 De s i g n o f Ne w S t r o k e Co nt r o l De v i c e f o r Hy d r a ul i c Pr e s s ur e As s e mb l e r YAN G Me n g t a o ，J I N Ho n g we i ，WANG Xi a o me i 1 ． C h o n g q i n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ，C h o n g q i n g 4 0 1 3 3 1 ，C h i n a ； 2 ． C h i n a A g r i c u l t u r a l M a c h i n e r y T e s t i n g C e n t e r ，B e i j i n g 1 0 0 1 2 2，C h i n a Abs t r ac t The d e f e c t i o ns o f c o mmo n l y u s e d s t r o k e c o n t r o l de v i c e f o r h y d r a u l i c p r e s s ur e a s s e mbl e r we r e a na l y z e d．A n e w t y p e o f s t r o k e c o n t r o l d e v i c e w a s p r e s e n t e d ． I n t h e p r e s s fit p r o c e s s ．t h e s i g n a l s p r i n g p r o v i d e d l o w l e v e l v o h a g e s i g n a l s t o P L C t o c o n t r o l t h e s t r o k e o f hy d r a ul i c p r e s s u r e a s s e mb l e r ．The d e v i c e c a n a c h i e v e p r e c i s e c o n t r o l r e q u i r e me n t s ． Ke y wo r d s S t r o k e c o n t r o l ；S i g n a l s p r i n g ；L o w l e v e l v o l t a g e 液压压装机作为工厂生产制造 的重要设备 ，广泛 应用于轴承 、联轴器 、齿 轮 、叶轮 、皮带轮等的压装 工艺 中。它 的控制精度 直接影 响到压装件的最终装 配 精度 ，对于装配后机构部件的运动和性能具有相当关 键 的作用 。如何 保证液压压装机的行程控制精度是液 压压装机设计和改造过程 中重要的技术难题 。 1 常用的液压压装机行程控制方法 当前 最 普 遍 采 用 的 方法 是 在 液 压 压 装 机 上 设 置 限 位 柱 等 硬 限 位 。 如图 1中的轴承压装机通 过 限 位 柱 限 制 液 压 油 缸 的行 程 来 保 证 精 度 ，但 如果 压 装 件 本 身 的 精 度 不 高 ，由 于 限 位 柱 的 高 l l L 门 I l n I J 机械式行程 开关 、无触点式的接近开关等 ，这种 方法简单 、可靠 、操作方便 ，但其 控制精度低 ，无法 满 足高精度压装加工的要求。 使用直线位移传感器等高精度测试器件 如 电阻式、电磁感应式、光电式 、磁致伸缩式、超声测 距式 、磁栅式 等 ，虽然可 以满 足精确检测 控制 的 要求 ，但传感 器和相应控制系统的成本较 高 ，而且在 压装件本身精度不高的情况下，不能满足压装精度要 求 ，限制 了其应用范 围。 2新型液压压装机行程控制装置 2 ． 1 概 述 某公司水泵轴承液压压装机原来是通过限位柱 限 制液压油缸的行程来保证压装精度 ，由于轴承和水泵 壳体本身精度的限制 ，使用该方法较难保证压装精度 5 0／x m的要求 。作者在该水泵轴承液压压装 机的技 术 改造 中 ，提 出了一种新型的简易液压压装机行程控 制装置 ，成功应用于生产 。经过现场近 4年的使用 检 验 ，装置工作稳定 、压装精度完全满足要求 ，该技术 已获 得 实 用 新 型 专 利 证 书 专 利 号 Z L 2 0 0 8 2 0 0 9 8 3 2 3 ． 9 。 2 ． 2 组成 和 工作原理 以水泵 轴承液 压压装 机为例 ，主要 由发讯 弹片 、 收稿 日期 2 0 0 91 21 0 作者简介 杨孟 涛 1 9 7 3 一 ，工 学 硕士 ，讲 师 ，研 究 方 向为 机 械 电子 工 程 。电话 1 3 2 2 8 6 0 1 2 0 8 ，Em a i l y a n g m e n g ． t a o 2 0 02 y a ho o ．e o r l 1 ． o n。 第 2期 杨孟涛 等 新型 液压 压装机行程控制装置 的设 计 9 5 绝缘块 、P L C 、控制按扭 、液压 系统 等组成 ，如 图 2 。 把绝缘块 6和 发讯 弹 片 7固定 在 液压 压 装 机 上 模 2 上 ，通过调整发讯弹片 7的位置 ，可 以精确控 制液压 机的不同行 程要 求 ，使 压装 精 度 控制 在 2 0 m 以 下 。该装置 重复精 度高 、简单耐用 、成本低 、安装 调 试方便 。该技术也 完全适 用于其他各种机械设 备的行 程控制 系统 。 1 一 油 缸 活塞 杆 2 一 压 机 上模 3 一 轴 承 4 _ 水 泵 壳体 5 一 压 机 下模 6 一 绝 缘块 7 _ - 发 讯弹 片 s _ 信 号线 图 2装置原理 图 该装置通过信号线使发讯 弹片与 P L C 或工控机 等 的输入 端连 接 ，向控 制 系 统输 入 一个 开关 量 的 信 号 。精 确控制液压系统 的上 、下动作 ，保 证轴承压 入 水泵壳的深度 。 具体 控制原理要点 1 下模 、水 泵壳 体 、液压 机 机 身应 是 导 电 材 料 ，它们应 可靠接地 ； 2 发讯 弹 片选 用锰 钢等 弹性 导 电材料 ，厚 度 保持在 0 ． 5 m m左右 ，这样保 证其 既有足 够 的弹性 又 不易变形 ； 3 绝缘块 可采 用绝 缘 胶木 等材 料经 机 械加 工 而成 ； 4 P L C输 入 端 信号采用低 电平有效 的控 制 接 法 。作 者 采 用 的是 台达 P L C，输 入 端 必 须采 用 图 3的 S i n k t y p e接 法 ，发 讯弹 片 接 法 与 按 钮 相 同。 绝缘 块 固定 在 液 压机 上模 上 ，发 讯 弹 图 3 P L C输入端接线 图 片固定 在绝缘 块 上 通 过调 整发 讯 弹 片在 绝缘 块 上 的上下 位置 ，可以满 足不 同压 装深度 的要 求 ，这样 在没有 压装 到位之前 ，发 讯 弹片一 直处 于悬 空状 态 ， 通过信号线输 入 P L C的信号为高 电平 ，如 图 4示 。 当液压机 上模 向下运动把轴承压装到位后 ，发讯 弹片与水泵壳体 接触 ，相当于发讯弹片接地 ，这样通 过信号线输入到 P L C的信号为低电平 ，如 图5 ，P L C 输 出控制信号使液压 机上模 下压动作停止。 图 4 工 件压装到 位前 的状态 2 ． 3 压 装机 液压 系统 该液 压 压 装 机 液 压原 理 如 图 6所 示 ， 油泵 主 油 路压 力 由调 压溢 流 阀 6控 制 ，可 以安 装 在液 压 压 装 机 操作 面板上，方便操 作人 员 调整 液压 系 统 的压 力 。安 全溢 流 阀 5调 定 压 力 高 于 调 压 溢流 阀 6 ，主 要 起 保 护作 用 ，保 证 液 压 机 的压 力 不过 载。保 压 溢流 阀 1调 定 压 力 要 图 5 工件压装到 位 的状态 图 6 液压 原理 图 足够低 ，使保压状 态时 ，仅提供较小的保压压力 ，确 保液压压装 机的下压动作停止 。 2 ． 4 P L C控 制 系统 P L C控 制 原 理 如 图 7 所示 ，P L C输 入 端采 用 低 电平输 入有 效 的接 法。压 装 机启 动后 ，系统进 入 自 动运行状 态 ，P L C输 出下 降信 号 ，三 位 四通 电磁 阀 动作 ，液压 缸带 动上 模 下 行 ，执 行压 装 工作 。 当轴 承压装 到位 ，即发 讯 弹 片 与水泵 壳体 接触 相 当于 发 讯 弹 片 接 地 ，这 时 通 过信号线输入 P L C信 号为 图7 P L C控制程序流程图 低 电平 ，P L C输 出相应 的控制信 号使 二位二通 电磁 阀 动作 ，压 装机停 止下压 ，进入保压阶段 。由于保压溢 流 阀调定 的压力足够低 ，能确保液压压装机 的下压动 作停 止 ，保证 压装精度 。经过设定的保压时 间后 ，二 下转第 9 8页 9 8 机床与液压 第 3 9卷 阀的密封性 。在 近些 年 ，钢球 的制 作工 艺有 了很大 的进步 ，无论是形状公差 的控制 、表面粗糙度等各方 面均 已达到很高的水 平 ，已明显地超越 了生产厂 的锥 面加工水平 。作者在设计液控单向阀时用钢球取代 了 锥 阀。 弹簧参数为 弹簧钢丝 直径 d 1 ． 2 I n l T l ，中径 D 6 8 m l T ／ ，螺距 t 2 ． 8 2 I T I 1T I ， 自由高度 H 3 0 l n l n ， 当预压缩高度 ／ t , 2 5 ． 2 m m时弹簧所受压力 P 1 9 N 。 当控制活塞推开钢球 时 ，钢球两端所受液 压力基 本平衡 ，这时可认 为只要克服钢球左端 的弹簧力就能 使钢球保持打开状态。控制活塞直径 D d 1 6 m m， 控制活塞上均布开设 4个节流孔 ，节流孔设 计为薄壁 小孔 ，这样节流孔两端压差只与流量有关 ，而不受 油 温的影响。取 孔径 d6 4 m m，根 据薄壁小孔 的流量 公式 g 得 却 赫 取 C d 0 ． 6 2 ，P9 0 0 k g ／ m 4 个薄壁小孔的截面积 A -r r d 订X 4 1 0 5 ． 0 3 X 1 0 。 m。 则 1 ． 4 8 6 x 1 0 P a 0 ．1 48 6 MP a 作用在控制活塞上的力 FAp 1 ． 4 8 6 1 0 s 2 9 ． 9 N 当 F 2 9 ， 9 N时，弹簧压缩 高度为 ／ 4 2 2 2 ． 5 3 ，可 算得锥阀开口量为日 ． 一 t ／ 2 2 5 ． 2 2 2 ． 5 3 2 ． 6 7 m m 。 在设 计控制活塞上环形卸荷槽位置时应注意 ，只 有当钢球开 口足够大时 ，控制油才能由节流孔通过环 形卸荷槽卸荷 。此时钢球 开 口面积一般应大于阀座的 过流面积 。 从 以上计算可以看出 ，当柱塞式油缸下降时 ，液 压泵的工作 压力为 0 ． 1 4 8 6 MP a而不 是安全阀的调定 压力 7 MP a ，这样减少 了液压泵 的功率损耗 ，降低了 系统 油液 的发热 。 3卸荷 式液控 单 向阀的应 用 卸荷式液控单 向阀的正向开启 压力 比较低 ，一般 在 0 ． 1 MP a 左右 ，它的单向密封性好 ，常用于柱塞 式 液压缸需要长时『 自 J 保压、锁紧的系统。在柱塞缩回过 程 中，卸荷 式液 控单 向阀使液 压 泵基本 处 于卸荷 状 态 ，这样就解决 了普通液控单向阀在柱塞式 油缸下落 时系统油 压增 高 导致 功率 消耗 增大 、油 液发 热等 问 题 。卸荷式液控单 向阀在实际生产 中，可用于收割机 割 台液压 系统 、装 箱 车问 的堆垛 机 和卸垛 机液 压 系 统 、升降舞台液压系统 等。 如果将卸荷式 液控 单向阀和滑 阀式换向阀集成 在 一 起将形成无泄 漏换 向阀 ，这样减少 了卸荷式液控单 向阀与换 向阀之 间的连接管道 ，减少 了外泄漏环节 。 总之 ，卸荷 式液 控单 向阀是 一种 新 型液 控单 向 阀，它 的用途很广 ，在某些液压 系统 中能起到普通液 控单 向阀所无法起到的作用 。 参考文献 【 1 】全国液压气动标准化技术委员会． J B ／ T 8 7 2 9 ． 11 9 9 8 液压多路换 向阀技术 条件 [ S ] ． 北京 机械 科学研究 院 ， 1 9 98． 【 2 】陈愈 ， 等． 液压阀[ M] ． 北京 中国铁道出版社， 1 9 8 2 ． 【 3 】屈圭． 液压与气压传动 [ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 05． 【 4 】 戴远敏， 李建英 ， 刘海之． 提高液控单向阀密封性的实践 与研究[ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 6 6 7 67 8 ． 上接第 9 5页 位二通 电磁 阀关 断 ，使 保压 电磁 阀 停止 保 压 动 作 ， 同时 P L C使三位 四通 电磁 阀动作 ，液 压缸带 动上模 上行 ，首先调压 溢流 阀起作 用 ，这 时压 力较 大 ，回 程较快 ，然后打开 二位 二通 阀 ，使保 压调 压 阀起作 用 ，一直 到上限位 ，这时 压力 较小 ，避免 了 回程 冲 击 。 3结束语 当前液压压装机 上常用 的压装限位柱 、机械式行 程开关 、无触 点式 行程 开关 、直 线位 移传 感 器等 装 置 ，均不能在装配部件本身的重复尺寸精度不高的情 况下 ，满足精确压装加工要求 。 该 液压压装机行程控制装置具有 的优点和积极效 果是 能满足液压机行程精确控制 的要求 ，精度可达 到 2 0 m以下 。具体应用在压 装加工 时 ，特别适 合 于装配部件本身的重复尺寸精度不 高的情况 。该装置 重复精度高 、简单 耐用 、成本低 、安装调试 方便 。也 可用于其他的机械设备行程控制系统 。 参考 文献 【 1 】卢长耿 ， 李金良． 液压控制系统的分析与设计[ M] ． 北 京 煤炭工业出版社 ， 1 9 9 1 ． 2 ． 【 2 】邓飙， 邱义， 张宝生． 液压缸行程检测技术研究现状 [ J ] ． 液压与气 动 ， 2 0 0 8 1 1 6 0 6 3 ． 【 3 】杨孟涛， 唐佳兵， 杨波． 液压机行程控制装置 中国， z L 2 0 0 8 2 0 0 9 8 3 2 3 ． 9 [ P ] ． 2 0 0 90 31 8 ． 【 4 】台达 D V P系列可编程控制器实用说明书[ M] ． 2 0 0 3 ． 1 ． 血