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鋼軌磨光機(jī)液壓系統(tǒng)及PLC設(shè)計

2015-05-30 10:48:04李冬陽
關(guān)鍵詞:液壓系統(tǒng)設(shè)計

李冬陽

摘 要:隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,數(shù)控機(jī)床以其自身的優(yōu)勢也開始廣泛應(yīng)用于機(jī)械領(lǐng)域,然而其中的鋼軌磨光機(jī)液壓系統(tǒng)與PLC設(shè)計現(xiàn)階段仍存在不足之處,使其無法在機(jī)械領(lǐng)域中發(fā)揮良好的效果,這就要求進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。文章主要從鋼軌磨光機(jī)液壓系統(tǒng)中的液壓控制回路、液壓元件與液壓回路的仿真以及PLC系統(tǒng)設(shè)計角度進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞:鋼軌磨光機(jī);液壓系統(tǒng);PLC系統(tǒng);設(shè)計

中圖分類號:TG580 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1006-8937(2015)15-0025-01

相比于國外的鋼軌打磨技術(shù),我國目前所使用的設(shè)備多集中在如液壓打磨機(jī)或手提砂輪打磨機(jī)等小型設(shè)備,無論從穩(wěn)定性以及效能方面都滿足實際鋼軌精度的要求。對此現(xiàn)狀,在長期實踐中研究發(fā)現(xiàn),使鋼軌精磨設(shè)備從精度效率以及實際操作過程中進(jìn)行優(yōu)化,并將其中的液壓系統(tǒng)與PLC系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)一步完善,能夠使打磨效果更加理想。

1 鋼軌磨光機(jī)液壓系統(tǒng)的基本原理

作為工業(yè)中比較常見的控制方式,液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行能量的傳遞往往通過其液壓系統(tǒng)來實現(xiàn),傳遞過程中主要涉及動力元件、控制回路以及執(zhí)行元件等方面。其中能夠為系統(tǒng)提供動力來源的為液壓動力元件,包括基于系統(tǒng)效率與消耗能量所選擇的各種液壓泵。而系統(tǒng)實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換則需引入液壓執(zhí)行元件,一般包括以直線運動輸出形式的液壓缸以及以圓周運動為輸出形式的液壓馬達(dá)。另外,系統(tǒng)工作液壓閥往往得益于液壓控制元件,其主要利用控制閥使液壓執(zhí)行元件能夠在標(biāo)準(zhǔn)的壓力與流量下進(jìn)行工作。在對液壓系統(tǒng)設(shè)計時,需將工作原理,即液壓控制回路進(jìn)行系統(tǒng)草圖的繪制,再通過計算對液壓元件進(jìn)行選擇,然后完成系統(tǒng)的仿真分析。

2 鋼軌磨光機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計分析

2.1 機(jī)床的總體設(shè)計

在進(jìn)行鋼軌磨光機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計時首先需設(shè)計機(jī)床總體布局,該過程中應(yīng)遵循一定的原則,即:生產(chǎn)率與加工精度高且表面粗糙程度低;進(jìn)給運動所選擇的道具與工件需根據(jù)工件尺寸與質(zhì)量進(jìn)行選擇;機(jī)床結(jié)構(gòu)抗振性能、剛度等應(yīng)滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。此外,基于這些原則情況下還應(yīng)注意機(jī)床的布局能夠便于觀察與實踐操作并具備良好的排屑與冷卻功能。機(jī)床布局合理設(shè)計后,便要設(shè)計鋼軌精磨機(jī)結(jié)構(gòu),具體體現(xiàn)在輸入機(jī)架、中間機(jī)架以及輸出機(jī)架三方面。其中輸入機(jī)架中鋼軌磨光機(jī)的除塵裝置與液壓系統(tǒng)應(yīng)布置其中。

2.2 液壓系統(tǒng)中控制回路的設(shè)計分析

液壓控制回路在設(shè)計過程中主要考慮的為磨光機(jī)液壓系統(tǒng)控制所涉及的原理圖以及相關(guān)液壓元件、磨石旋轉(zhuǎn)回路、夾具方面的回路、鋼軌夾緊回路以及垂直伺服回路等方面。在設(shè)計過程中將系統(tǒng)運行情況作為依據(jù)繪制相應(yīng)的原理圖,并保障系統(tǒng)中的鎖緊裝置、過濾器、單向閥、溢流閥、減壓閥、液壓泵以及調(diào)速閥或而二位二通閥與三位四通閥等能夠滿足基本的功能要求。在設(shè)計磨石旋轉(zhuǎn)回路中,相比電機(jī)驅(qū)動,功率密度與調(diào)速方面,液壓馬達(dá)驅(qū)動都具備極大的優(yōu)勢,對此磨石旋轉(zhuǎn)回路中的驅(qū)動設(shè)計需以液壓馬達(dá)為主。在對中夾緊回路設(shè)計中的驅(qū)動方式選擇兩個液壓缸實現(xiàn)。而夾具的回路設(shè)計過程中應(yīng)注意保證液壓缸能夠同步進(jìn)行驅(qū)動。除此之外,液壓控制回路中的垂直伺服機(jī)構(gòu)也是設(shè)計過程中考慮的重要內(nèi)容,對其要求保持準(zhǔn)確的位移,促使磨削橫梁位置在精度上更為準(zhǔn)確,而完成線性機(jī)械運動的過程中應(yīng)利用電液伺服液壓缸,其也與液壓油路相互連通成為伺服系統(tǒng)。

2.3 液壓元件的設(shè)計

液壓元件設(shè)計中需要考慮的內(nèi)容主要包括執(zhí)行件、液壓泵的選擇、液壓閥以及液壓輔件的選擇。在設(shè)計液壓執(zhí)行件時,首先可根據(jù)實際需要設(shè)置液壓馬達(dá)參數(shù),通過計算負(fù)載力、液壓缸內(nèi)徑、活塞桿直徑、額定工作壓力、液壓缸缸蓋的材料以及實際的流量估算完成壓緊液壓缸設(shè)計。其次,以設(shè)計液壓執(zhí)行件的步驟對夾具液壓缸進(jìn)行合理選擇。最后,在完成伺服電機(jī)選擇的基礎(chǔ)上設(shè)計垂直伺服液壓缸。而在選擇液壓泵與液壓閥時,在確定相關(guān)參數(shù)的前提下可選擇葉片泵、齒輪泵以及柱塞泵等。若設(shè)計過程中要求液壓設(shè)備在功率與負(fù)載方面較小,可利用以雙作用形式的葉片泵或齒輪泵;若液壓設(shè)備要求功率較小但精度要求較高,需選擇雙作用式的葉片泵;針對能夠進(jìn)行運行調(diào)速且負(fù)載較大的液壓設(shè)備,所選擇的液壓泵通常具有限壓功能;而液壓設(shè)備對功率以及負(fù)載要求都比較大的前提下,需要選擇軸向或徑向的柱塞泵。在液壓閥設(shè)計中所考慮的主要為其是否具備對流量、方向以及壓力的控制作用。另外,對液壓輔件的選擇也是液壓元件設(shè)計考慮的重要內(nèi)容,一般集中在選擇液壓油、液壓油箱與輔件設(shè)計、管道以及換熱器等方面。其中判斷液壓油是否滿足設(shè)備需求往往以其粘度為標(biāo)準(zhǔn),具體確定過程中考慮的為系統(tǒng)壓力、環(huán)境溫度以及液壓控制系統(tǒng)中執(zhí)行元件運行的方式。在液壓油箱方面,其作用不僅體現(xiàn)在對液壓油的存儲功能,也需實現(xiàn)對油中雜質(zhì)的分離,選擇時需分析液壓油箱的外形尺寸與實際結(jié)構(gòu)設(shè)計。在管道選擇方面,通常液壓傳統(tǒng)系統(tǒng)會根據(jù)設(shè)備運行環(huán)境、工作壓力從鋼管、龍管或橡膠軟管中進(jìn)行選擇,但需保證管道內(nèi)徑能夠滿足設(shè)計要求。設(shè)備中換熱器的設(shè)計則針對受結(jié)構(gòu)限制的液壓裝置難以進(jìn)行油液溫度控制的問題而提出的,設(shè)計中往往會選擇結(jié)構(gòu)簡單且換熱面積較大的風(fēng)冷卻式冷卻器。

2.4 仿真分析

對液壓回路進(jìn)行仿真過程中通常利用Amesim或Simulink仿真軟件,然后通過對磨石旋轉(zhuǎn)回路、夾具回路以及壓緊回路等仿真過程中完成液壓回路的整體仿真過程。完成回路仿真的同時也需注意垂直伺服系統(tǒng)的仿真結(jié)果。一般分析過程中首先會進(jìn)行控制方案的擬定,然后再根據(jù)動力元件、伺服閥、螺桿螺母以及伺服電機(jī)等相關(guān)傳遞函數(shù)進(jìn)行控制系統(tǒng)的計算,這樣在得出相關(guān)仿真曲線后分析仿真結(jié)果,以此應(yīng)用于實踐操作中。

3 PLC系統(tǒng)設(shè)計分析

PLC系統(tǒng)構(gòu)成主要體現(xiàn)為CPU模塊、編程模塊、電源模塊以及輸入與輸出模塊。其應(yīng)用特點主要表現(xiàn)為:適用于工業(yè)環(huán)境;用戶的指令與編程更加方便;利于進(jìn)行定時或邏輯運算;以輸入或輸出的方式對模擬量與數(shù)字量進(jìn)行控制;對控制系統(tǒng)輔助作用較強(qiáng)且可擴(kuò)充。設(shè)計過程中所考慮的主要為硬件與軟件設(shè)計兩方面。設(shè)計系統(tǒng)硬件時,要求PLC型號與系統(tǒng)配置能夠滿足系統(tǒng)實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效能較高且易于維護(hù)改造等控制要求。而設(shè)計軟件時,在完成分配輸入地址、輸出地址以及寄存器的分配后,進(jìn)行系統(tǒng)程序的設(shè)計,具體包括夾具、對中夾緊機(jī)構(gòu)、液壓馬達(dá)、垂直升降控制程序以及系統(tǒng)啟動控制等。

4 結(jié) 語

鋼軌磨光機(jī)液壓系統(tǒng)與PLC系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計是提高其應(yīng)用效果的必然途徑。在實際設(shè)計過程中,應(yīng)正視設(shè)計的必要性與系統(tǒng)運行的基本原理,在對液壓系統(tǒng)中的控制回路、液壓元件以及PLC系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行設(shè)計,以此在實用中逐漸提高系統(tǒng)性能。

參考文獻(xiàn):

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