1600mm高速高精度铝箔纵剪机组液压系统设计

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·探索·争鸣1600mm高速高精度铝箔纵剪机组液压系统设计李天硕 丁 茹 费玉石(沈阳理工大学 机械工程学院，辽宁 沈阳 1 10159)【摘 要】通过对铝箔纵剪机要实现的功能进行分析，本文设计了一套液压系统，并绘制出了液压系统原理图，对液压系统进行了必要的计算。

【关键词】纵剪机；液压系统；设计160emm High Speed and High Precision Aluminum F0jl Slitting M achine Hydraulic System DesignLI Tian-shuo DING Ru FEI Yu—shj(Colege of Mechanical Engineering，Shenyang University of Science and Technology，Shenyang Liaoning 110159，China)【Abstract]Through the analysis of shear confidential realization function on the aluminum foil longitudinal，design a set of hydraulic system,anddraw the schematic diagram of hydraulic system，the hydraulic system is the necessary calculations【Key words]Sliting machine；．Hydraulic system；Design0 前言铝箔纵剪机组用于对厚度为 0．04．0．4ram的铝及铝合金箔材进行精确纵向剪切．并把剪切后的多条带材以理想的张力整齐地分卷卷取。

目前 。国内铝箔纵剪机组存在的主要问题为，速度不高，最高为600m／min，精度不够。满足不了高端用户(如汽车水箱带等产品)对铝箔产品的要求。因此，开发高精铝加工装备 ．提高铝箔产品质量 ．是市场的需求．也是国产铝加工装备的发展方向。

纵剪机液压系统同磨床、液压机、工程机械液压系统相比有他的独特之处，纵剪机液压系统是纵剪机运行不可缺少的部分。纵剪机液压系统所承担的动作所需力及流量变化较小，主要负载是提供料卷的夹紧力、顶紧力以及刀盘的锁紧力和一些油缸换位动作及工作装置的定位、移动。为了满足这些功能，纵剪机一般选择中低压系统，其压力在 7MPa以下．液压系统流量一般在 5O min以下i1卅1 铝箔纵剪机液压系统总体设计铝箔纵剪机液压系统主要由开卷机液压系统 ．卷取机液压系统和废边卷取机液压系统等组成。夹紧和移动时，考虑到速度的稳定性的要求采用回油节流调速。部分缸需要在任意位置停留．所以这部分油缸需要有良好的自锁性 ：由于卷取机在卷取过程中需要对料卷面压进行控制 ．采用减压回路进行面压的控制。根据液压纵剪机的这些特点，确定整机液压系统的设计思想和设计原理 。

1．1 负荷传感控制主泵采用斜盘式轴向柱塞变量泵．它具有压力负反馈功能．发动机起动前．在复位弹簧作用下 ，泵斜盘摆角处于最大位置。发动机起动．如果这时液压系统没有流量需求．则泵摆角在几十毫秒内迅速回到最小位置．保持泵出口压力为最大值。当负荷传感阀的节流口开启.

系统有流量需求时．泵的负荷传感控制机构会 自动改变主泵排量 ．控制输出流量的大小．将节流13两端的压差维持在一个事先调好的固定值 △p。根据流体力学原理：q=KxAxX／~△p保持恒定．意味着通过节流口流到负载的流量 q与节流口过流面积 A呈线性关系．A越大．泵输出的流量 q就越多 负载需要多少流量．主泵就提供多少，与负载压力无关．没有多余的流量输出．没有溢流损失一这是负荷传感泵最显著的特的排量。采用恒功率变量泵控制方式 ，通过负载反馈泵的压力、流量自动调节到最佳 ，使控制性能和节能效果大为提高，采用电比例控制阀，先导阀手柄移动的角度与输入电流成正比．主操作阀的阀芯开13位移与先导阀输入电流也成正比，所以整机具有良好的微动性[61。

2 液压系统设计2．1 泵站原理图液压系统本站选择了斜盘式轴向柱塞变量泵对系统供油 ．考虑到液压系统温升的问题．在泵站增加了一个辅助泵来进行液压油的冷却．并采用了水冷却 ．电磁溢流阀调定泵出口压力 泵出口单向节流阀防止油液倒回油箱。在主油路上采用高压过滤器尽管增加了制造成本，但它能较大地提高可靠性和降低维修成本。

P图1 泵站原理图月wit■哪幡- 。 l ’譬=．-‘ 戢l稚H _ l El 【 E 卜 匝 f
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1．2 电比例控制液压系统本液压系统采用电比例控制的负载反馈控制系统．主操作阀为负载敏感式电比例换向阀。主泵为变量泵，当泵出13压力之间的压差产生变化时，通过负载反馈口来改变变量泵的配流盘倾角，从而改变泵图 2 开卷机液压系统阀站原理图2．2 开卷机液压系统开卷机液压系统阀站原理图如图所示 ．其中摆动辊和侧后装置油缸为垂直缸。通过控制各换向阀电磁铁的启闭来实现各液压缸的单独动作或同时动作。减压阀 1、16控制胀缩油缸的压力 ，若 2DT得电，换向阀位于右位工作，则油液经电磁换向阀4进入涨缩缸的无杆腔，此作者简介：李天硕(1988一)，男，辽宁盘锦人，硕士，机械制造及其 自动化专业，研究方向为液压传动与设计。

science& chn。l。g)r Visi0n科技视界f 109科技·探索·争鸣 Science&Technology Vision 科 技 视 界 时涨缩缸开始涨紧料卷。一直达到减压阀 1设定的压力。4DT得电，油液经过电磁换向阀7、液控单向阀6、单向节流阀5进入开卷操作侧夹紧油缸的无杆腔，换向阀 12回路控制开卷驱动侧油缸 ．换向阀7和换向阀 12回路分别控制两侧夹紧．液控单向阀 8防止油液倒回油箱。

10DT得电．油液经电磁换向阀 15进入开卷驱动侧夹紧油缸无杆腔.

并进人开卷操作侧夹紧缸有杆腔，5DT得电。打开液控单向阀8，使回油路通油箱 ，此时两缸同时向左移动；同理，9DT得电．两缸同时向右移动。摆动辊油缸控制开头摆动辊的角度，保证板带进入 c辊的包角不变，从而保证张力控制系统的条件稳定 ：电液比例控制阀 l7，根据料卷卷径变化信号来改变阀开口的大小．从而控制流量．使辊子随着卷径的减少．连续向开卷方向摆动；单向节流阀组 18进行回油调速。

2．3 卷取机液压系统卷取机液压系统阀站原理图如图所示．各缸的液压锁确保意外故障等情况下油缸两腔油被困 确定工件不松脱，起安全保障锁作用。对卷曲面压的控制，减压阀 25调定卷取面压值．16DT通电，压力油经减压阀 1、电磁换向阀4控制两液压缸有杆腔压力．此时给卷取调定压力。4DT和5DT控制两缸的各自移动 对需要调速的液压缸采用了单向节流阀进行回油节流调速2．4 废边卷取机液压系统(如图5)3 液压系统元件的选择f713．1 液压泵的选择1)确定液压泵的最大工作压力 ；液压泵的最大工作压力 由下式确定：≥P1+∑AP( 尸b)式中：Pl——工作元件的最大工作压力(进口)；△P一 由泵出口到工作元件进口之间的管路沿程阻力损失和局部阻力损失之和。

2)确定液压泵的流量液压泵流量按系统在一个循环周期中的平均流量选取。即≥
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mS／s)式中： ——液压缸在工作周期中的总耗油量，m ；z——纵剪机的工作周期图3 卷取机液压系统泵站原理图图4 卷取机液压系统阀站原理图L 【一 丁 L ．． --上 j -七 ： JL【 L [ 【 l 【 f f I。

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图5 废边卷取机液压系统阀站原理图科技视界 Science&Technology Visionz——执行元件(液压缸、马达)的个数。

考虑到实现节能、降低温升．本系统选取了最大工作压力IOMPa的斜盘式轴向柱塞变量泵3．2 管道的选择确定管道的进油和回油直径根据公式捌 ．61 (mil1)式中：Q——液体流量(umin)；v一 吸油管路取 v≤0．5—2m／s；压油管选择 2．5～6nds：泄油管路取v≤lm／s根据计算并考虑到压力损失、发热量和液压冲击，本液压系统进油口和回油口选择内径为28mm．卸油口想选择内径为 12mm壁厚为l的冷拔无缝钢管及其相应的液压软管。 (下转第96页)科技·探索·争鸣 Science&Technology Vison 科 技 视 界 2 硬件电路设计硬件电路的设计主要是对 CAN总线控制器 s-TA10o0和微处理器AT89C52之间以及 CAN总线驱动器 PCA82C250和物理总线之间接口的电路设计 CAN控制器 SJA1000是 CAN总线接口电路的核心.

它主要用来完成 CAN的通信协议．而 CAN总线驱动器 PCA82C250的主要功能是增加通信距离、提高系统瞬间抗干扰能力、保护总线、实现差分电压输出等温度采集电路运用的是数字式温度传感器 DS18B20．它将接收到温度信号 以数字量形式传送至单片机 系统主要包括微处理器AT89C52、CAN总线控制器 SJA1000、CAN总线驱动器 PCA82C250和数字式温度传感器 DS18B20 电路原理图如图2所示3 温度传感器 DS1 8B20工作原理数字式温度传感器DS18B20中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响起伏不大．它将产生的固定频率的脉冲信号传送给计数器 1。

而高温度系数晶振的振荡频率受温度变化而明显改变．它将产生的固定频率的脉冲信号作为计数器 2的脉冲输入 计数器 1和温度寄存器被预置在一55。c所对应的一个基数值。计数器的作用是对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数．当计数器 1的预置值减到0时.

温度寄存器的值将加 1，计数器 1的预置将重新被装入 ．计数器 1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数 ．如此循环直到计数器 2计数到 0时．才停止温度寄存器值的累加 ．此时温度寄存器中的数值就是被测温度数字式温度传感器 DS18B20可完成对温度的测量．以 12位转化为例：用 16位符号扩展的二进制补码读数形式提供 ，以0．0625℃／LSB形式表达．其中s为符号位。这是将测量的12位信号转化后得到的12位数据．存储在DS18B20的两个8比特的片内随机存取数据中。二进制中的前面 5位是符号位。如果测得的温度大于 0．这 5位符号位为0．将测量的数值乘以0．0625就可以得到实际温度：如果温度小于0．这 5位符号位为 1．将测量的数值取反加 1后再乘以0．0625就可以得到实际温度。~+125℃的数字输出07DOH．+25．0625℃的数字输出为 0191H．一25．0625％的数 字输 出为 FF6FH．一55oC的数 字输出为FC90H??最后 CPU向传感器读取温度并加以处理4 系统调试4．1 单片机 AT89C52的调试在硬件进行上电调试之前，应先检查电源与地之间是否存在短路或断路的现象．如果检查结果正常才可以上电。硬件的调试应该逐个模块地进行．因为单片机是整个系统的核心．检测其是否正常工作也比较容易，所以可以先从此人手，再对其他外围器件进行调试。

判断单片机 AT89C52是否工作正常很容易，我们可以不先对其相关电路进行检测．而是直接运行一些简单的测试程序。如：点亮和熄灭一个发光二极管．再让其闪烁．如果结果正常．则说明该单片机可以正常运行．如果运行不正常，则对单片机的电源、复位、时钟等各个电路的连线和相关工作模式的输入脚设置进行检查．直到单片机能正常工作为止 通过上述的简单方法可以充分的对单片机进行调试并证明本系统使用的AT89C52单片机能正常工作。

4．2 CAN总线控制器和驱动器的调试本系统的重点和难点是 CAN总线控制器 SJA1000和驱动器PCA82C250的设计．所以对这两部分的调试要分多个步骤进行。第一
． 确定 AT89C52单片机可以对 CAN控制器 SJA1000中 RAM和寄存器进行正常地读写操作。先编写一个简单的测试程序，给 CAN总线控制器 SJA1000的 RAM或一个可读写的寄存器进行写操作，然后去读 RAM或寄存器中的内容．如果读出来的数据与写入数据一致，再反复对不同的地址进行此操作．读写数据仍一致．就说明AT89C52单片机可以对 CAN总线控制器 sJA1000进行正常地读写操作 第二，测试CAN总线控制器 sJA1oo0和驱动器 PCA82C250硬件电路的设计与实现并不是太难．基本按照它们的典型接法绘制就可以了。CAN控制器SJA1000有一种 自测模式．即在数据发送时．即使没有应答也可以发送成功．所以我现用 CAN总线自测模式进行调试．来检测 CAN总线控制器SJA1000和驱动器PCA82C250的连线是否正确和其能否正常工作 以这个方法为根据．若系统能发送数据 ．并且 CAN控制器SJAIO00的状态寄存器可以接受到相应的数据．故能进行下一步的调试。第三．当CAN总线控制器SJA1000和驱动器PCA82C250都通过自测模式调试后．就可对它们之间的通信进行调试，这里的调试程序要采用系统软件程序．并且将逐步的调试看成是整个系统程序的调试．如果它们之间的调试通过。那么整个系统的功能基本完成。

4．3 CAN总线控制器和驱动器的调试由于数字式传感器DS18B20的通信方式比较独特 ，所以本系统采用该传感器测温 用它构建的系统具有很多优点：硬件连线较为简单．省去了使用模拟传感器要进行放大、A／D转换等工作。因为它的级联功能．一条总线在不同位置可挂接多个传感器进行测温，每个数字式温度传感器 DS18B20都有唯一的序号。以此来识别不同传感器在各自位置上的温度 要特别注意的是，在系统安装及工作之前，要将主机依次与 DS1820进行挂接，从而读出其序列号。另外现场温度直接以“
一 线总线”的数字方式进行传输．每一个自带地址都大大减少了系统的电缆数并且提高了系统的稳定性和抗干扰性。●【参考文献】[1]姜开．基于 CAN总线的测试系统研究与设计[D】．南京航天航空大学，2004.

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[4]谢兵．CAN总线控制器接口电路的设计[J]．科技信息，2010：23.

(上接第 11O页13．3 确定油箱容量合理确定油箱容量是保证液压系统正常工作的重要条件纵剪机液压系统油箱容量按经验公式选定：V=otxQ式中：Q——液压箱的总额定流量，L／min：— — 经验系数：d=5-7：额定流量Q为50L／min所以：V=50xT=350L=O．35m3．4 滤油器的选择考虑其承受压力能力、过滤精度、通流能力、阻力压降、安装方式本液压系统选取过滤精度2 m等级的滤油器181。

4 结论(1)通过对铝箔纵剪机要实现的功能进行分析 ．并根据铝箔纵剪机的实际生产工作要求设计了本液压系统 ．本液压系统已经投入使用，并在使用过程中得到很好的验证。

(2)本液压系统采用了负荷传感控制和电比例控制．使本液压系96 1科技视界 science&Techn。l。gY Visi。n【责任编辑：王迎迎]统达到了节能、高效的目的。

(3)伺服控制技术在本液压系统中对精度的控制起到了关键的作用，对面压的投入，卷取精度的控制都达到了需求。e【参考文献】[1]孟维柱．1400mm铝箔纵剪机的研制及系统分析【J1．有色金属加工，2010，2：18—26.

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