地毯发泡机液压系统及电控系统设计.pdf

2 0 1 2年 1 2月 第4 0卷 第 2 3期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUL I CS De c ． 2 0 1 2 Vo 1 ． 4 0 No ． 23 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 2 3 ． 0 3 1 地毯发泡机液压系统及电控系统设计 王野牧 ，宋克俊 沈阳工业大学机械工程学院，辽宁沈阳 1 1 0 8 7 0 摘要地毯发泡机是汽车地毯生产过程中一种必需的设备，由于其连续运转时间长、节奏性强、可靠性要求高、负载 状况复杂，所以对液压系统的要求较高。介绍了一种新型的汽车地毯发泡机液压系统，并对主要控制原理进行了说明，同 时介绍了该液压系统的 P L C电器控制系统 ，包括控制系统的硬件设计和手动、自动控制程序及 自动／ 手动切换程序的设计。 关键词地毯发泡机；泵控缸速度控制系统；比例变量柱塞泵；P L C 中图分类号T P 1 3 7 ． 9 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 2 31 1 5 3 De s i g n o n Hy d r a u l i c S y s t e m a n d El e c t r i c Co n t r o l S y s t e m o f Ca r p e t Fo a m M a c hi n e WANG Ye mu．S 0NG K e j u n 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 L i a o n i n g 1 1 0 8 7 0，C h i n a Ab s t r a c t T h e c a r p e t f o a m ma c h i n e i s a r e q u i r e d e q u i p me n t i n a u t o mo t i v e c a rpe t i n d u s t r y，b e c a u s e o f i t s c o n t i n u o u s o p e r a t i o n f o r a l o n g t i me 、 s t r o n g r h y t h m 、h i g h r e q u i r e me n t f o r r e l i a b i l i t y a n d c o mp l e x l o a d c o n d i t i o n s ，a mo r e s t ri c t r e q u i r e me n t f o r i t s h y d r a u l i c s y s t e m wa s r e q u i r e d ． T h e n e w t y p e o f a u t o mo t i v e c a rpe t f o a m h y d r a u l i c s y s t e m w a s i n t r o d u c e d， a n d t h e ma i n c o n t r o l p r i n c i p l e s w e r e d e s c ri b e d ．A t t h e s a m e t i m e ，t h e p r o g r a mm a b l e l o g i c c o n t r o l P L C e l e c t r i c s y s t e m o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m w a s i n t r o d u c e d ． T h e c o n t r o l s y s t e m h a r d wa r e d e s i g n， ma n u a n d a u t o ma t i c c o n t r o l p r o gra m d e s i g n ， a n d a u t o ／ ma n u a l s w i t c h p r o g r a m d e s i g n we r e i n c l u d e d ． Ke y wo r d s C a rpe t f o a m ma c h i n e ；S p e e d c o n t r o l s y s t e m o f p u mp c o n t r o l c y l i n d e r ；P r o p o r t i o n a l v a ri a b l e p i s t o n p u mp；P L C 地毯发泡压机是生产汽车用地毯的专用设备，根 据所安装的模具不同可生产不同车型的地毯，其工作 流程如图 1所示。用于发泡的模具放在上下模架之 间。模架运动及锁紧等动作均由液压缸驱动完成，其 中上模架翻转由齿轮齿条摆动液压缸完成。之前国内 的地毯发泡机尚不能很好有效地完成预期工作，从国 外进 口的设备造价及维护维修费用昂贵，为此迫切需 求对其进行 自主研发。由于该压机负载大且负载变化 大，而且对模架翻转的次序、节拍、速度等要求苛 刻，所以对液压系统的要求很高。 图 1 地毯 发泡机工作流程 图 1 液压 系统介绍 1 ． 1 总体设计方案 该液压系统为高压、大流量系统，设备工作时间 长 目前为 2 4 h连续工作 ，节拍快 ，速度变化明 显 ，不论是上模架还是下模架在任意位置停止时均需 要减速后再停止，也就是说流量变化大。为了减少能 量损失及降低发热量，总体上采用容积调速的方法进 行调速，因此采用电液比例排量泵作为主泵 ，该系 统选用北京华德液压液压工业集团有限责任公司生产 的 A 7 V 1 1 7 E P 1 R F 0 0斜轴式轴向柱塞电控比例变量泵 见图2油泵 7 ． 1 ，由于该泵需要外部控制油 ，而且 液压系统中也有一些液控阀需要外控油，所以系统中 还有一个辅助控制油泵。由于上模架、下模架及锁紧 缸工作时采用不同的工作压力，所以主泵系统采用二 级调节电磁溢流阀进行调压，具体采用台湾朝 田双级 电磁溢流阀 见图 2阀 8 ． 2 。为了保证液压油温度 不至太高，设备中采用风式冷凝器做为该液压系统的 冷却装置。液压原理图如图 2 所示 ，其中电磁铁动作 顺序 表如表 1 所示 。 收稿 日期 2 0 1 11 0 2 5 作者简介王野牧 1 9 6 5 一 ，男 ，硕士 ，副教授，研究方向为流体传动及控制技术。Em a i l w 1 5 9 0 4 0 5 6 2 1 4 s o h u ． c o n 。 1 1 6 机床与液压 第 4 O卷 上模架翻转缸 下模架翻转缸 图 2 液压原理图 表 1 电磁铁动作顺序表 1 ． 2 上模 架控 制原 理 由于上模架在 0 。 到 1 8 0 。 之间翻转 ，所以上模架 采用两个齿轮齿条摆动液压缸 见图 2液压缸 1 4 ． 3 拖动。上模架的翻转都有超越负载出现的工况 ，所以 上模架支路均采用外控外泄式顺序 阀 见图 2阀 1 0 作平衡阀来平衡负载的 自重，防止因负载的 自 重而引起的速度失控。在平衡阀作用的基础上通过改 变电液比例变量泵 7 ． 1的控制电压来改变泵的排量实 现齿轮齿条摆动液压缸 1 4 ． 3翻转各级速度控制及到 位减速控制。另外在该支路还加了液控单向阀 见 图2阀 1 1 ． 3 ，可使上模架翻转时在任意位置长时间 可靠地停止。 1 ． 3下模 架控 制原理 由于下模架在 0 。 到 9 0 。 之间翻转，所以下模架采 用单活塞杆液压缸 见图 2液压缸 1 4 ． 2 拖动。在 下模架翻转支路上加装了液压锁 见图 2阀 1 1 ． 2 ， 第 2 3期 王野牧 等地毯发泡机液压系统及电控系统设计 1 1 7 使下模架可以在任意位置停止。当下模架从 0 。 向 9 0 。 翻转时，在接近 9 0 。 时工人对下模架有恐惧感，所以 要求下模架接近 9 0 。 时速度极慢 ，为此，在单活塞杆 液压缸 1 4 ． 2的有杆腔油路上加了液控单向阀 见图 2阀 1 3 ，当正常翻转时，液压油通过阀 1 3及 l 2 ． 2 流回油箱。当需要减速停止时，关闭液控单向阀，液 压油通过阀 1 5及 l 2 ． 2流回油箱 ，此处用节流调速的 工作模式工作。 1 ． 4锁 紧缸控 制 原理 锁紧缸支路 由单 向节 流 阀 见 图 2阀 1 2 ． 1 和 液压锁 见图2阀 1 1 ． 1 控制。单向节流阀 1 2 ． 1 可 以保证 锁 紧缸 活塞杆 运行 的平稳性 ，液压锁 1 1 ． 1可 以保证锁紧缸在锁紧到位和松开到位时锁紧缸活塞杆 不滑动 ，保证锁紧缸位置状态的稳定。 2电器控制系统介绍 2 ． 1 电器控制 系统硬件简介 由于地毯发泡机工作节拍性较强 ，所以控制系统 采用了欧姆龙公司生产的 C 2 0 0 H E系列 P L C 作为控 制单元。系统为其配备了6个输人输出 I ／ 0单元 和一个模拟量输出单元，共同组成了一个控制系统。 该 P L C有一个 R S 2 3 2串口，通过这个 R S 2 3 2串口与 触摸屏相连 ，构成人机交互界面 ，方便了系统参数的 设定 ，而且当发泡机生产不同车型的产品时，很容易 调用不同的控制参数。 2 ． 2 控制程序的设计 2 ． 2 ． 1 手动运行程序的设计 为了便于工人维修、故障排除及工艺调试，设计 了手动运行功能。通过对其工艺流程的分析，将手动 过程划分为 9个相对独立的工步，并为每个工步编写 了独立的手动运行程序，这样在调试设备的过程中， 便于对各个工步进行反复的运行和试验。 2 ． 2 ． 2自动运行程序的设计 将手动运行程序根据工艺流程串联起来，便可构 成生产 自动运行程序 ，这样加强了系统工作的连贯 性，可使系统在无人操作的情况下完成一个完整的工 艺流程 ，并连续生产出汽车地毯，自动运行程序流 程 图如 图 3所示 。 图3 自动运行程序流程图 下转第 1 2 6页