基于气液增压和PLC的联轴节自动装配系统开发

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2013年第9期 液压与气动 1 13右高压油将联轴节胀开并使联轴节与轴表面之间充满润滑油液防止划伤，然后开启低压泵，低压泵提供 40MPa左右的高压油驱动中空油缸(液压千斤顶)将联轴节压入轴中。待联轴节完全压人时，高压泵卸荷，低压泵保压30 min，保压结束后低压泵卸荷，拆卸压装设备，完成整个压装过程。

1.2 压装技术指标压装机需要实现如下技术参数 ：(1)驱动空气压力0.6-0.8 MPa；(2)C250-LVE(高压 泵 )输 出流量 0-0.66L/min，输出压力0～314 MPa；(3)$60.LVE(低压泵)输出流量 0-2.75 L/min，输出压力0-48 MPa；(4)为防止损伤工件锥面，低压泵的最高工作压力不超过45 MPa，正常工作压力 40 MPa，最低工作压力不低于35 MPa；(5)中空油缸推进轮毂前进过程中，高压泵始终保持工作状态，即接合面的两端始终保持液压油渗漏，或高压油膜始终保持至低压泵的压力出现陡升时，防止出现干磨划伤工作锥面；(6)实时记录高压泵和低压泵的工作压力、低压泵保压压力和时间及其压力、位移曲线，存储在 u盘固定位置，需要时采用外部 PC机阅览及打印；(7)精确保证压装行程为 11-12 mm之间，精度在0.1 mm，防止压装不足；(8)保证压装保压时间为30 min，不可人为中断，防止联轴节恢复变形不充分，导致配合紧密性下降。

1.3 设备的组成联轴节 自动智能压装机主要由气驱液动部分、电气控制系统两大部分组成。

I产品 ff机械部分l I电气部分I豳 豳 函 匾匝商 幽 趣 图3 设备组成结构框图2 气液增压控制系统设计气液增压系统是 自动装配系统的动力部分，是设备的关键部分。利用气液增压原理来提供所需要的压力 5 ，通过控制气的通断来控制泵的增压与卸荷，实现高压泵的增压涨开联轴节，低压泵的增压推动联轴节移动实现压装以及保压、卸荷等 J。液压系统设计的好坏，将直接影响压装速度、压装质量以及压力曲线是否满足铁路标准的要求。

2.1 技术参数该系统通过压力 0.6～0.8 MPa压力驱动，高压泵泵增压比400：1，输出压力等于400倍驱动气压，低压泵增压比64：1，输出压力等于64倍驱动气压，通过二联体调节驱动气压可以对两个泵的输出压力进行调节。高压泵最大流量为 GD400：0.78 L/min，低压泵最大流量为 G64：3 L/min。

气驱液压系统提供设备所需的压装力，完成主压油缸的压装动作，并可控制压装力的大小，保证压力曲线满足铁标的要求。

1)作用方式电磁阀5.1：负责高压泵气源的通断，即高压泵的工作与否；电磁阀5.2：负责低压泵气源的通断，即低L-------- ---- ------ ------ ------- --------- J1.驱动空气过滤 2.减压阀 3、11、14.压力表 4.安全阀 5.电磁阀 6.高压气驱液泵(A) 7.低压气驱液泵(B) 8.吸油过滤器9.气控球阀 10.液位继电器 12、15.压力传感器 13.气控针阀 16.油箱 1 17。油箱 2 l8.螺杆 19。螺母 2O.中空油缸图4 气驱液动系统原理图1 14 液压与气动 2013年第9期压泵的工作与否；电磁阀5.3：负责气控针阀(高压)的开启，即高压泵的卸荷；电磁阀5.4：负责气控针阀(低压)的开启，即低压泵的卸荷。

2)工作原理(1)高压泵(A泵) 管接头连接完毕后，人工按键打开二联体接通气源，此时 PLC开始工作，点击 A泵启动高压泵开始工作，此时压力并不高，至轴套及轴表面见油后，现场观察人员可撤离，以后工作完全由PLC控制。轴表面见油后，低压泵(B泵)开始工作进行推进，由于 B泵的推进轴与轴套之间间隙逐渐减小，此时高压泵压力剧升，逐渐增压，通过压力传感器在 PLC界面可清晰看到。如此时高压泵压力达到设定压力 280 MPa，高压泵完成工作，压力传感器将信号传送到PLC，通过PLC给A泵电磁阀命令，电磁阀5.1将气源关掉，电磁阀5.2自动开启气源，利用气控针阀将高压泵的压力载荷卸掉；(2)低压泵(B泵) B泵从开始压力始终保持在36 MPa(约 l0 T)，如超过该压力 B泵电磁阀关闭，低于该压力电磁阀打开增压，待整个推进工作完成后，通过 PLC控制打开 B泵气控针阀卸压；(3)整个工作过程的推进速度及行程，通过位移传感器来监控。A泵油箱装有液位传感器，如因轴与轴套漏油，油量不够时，压力传感器报警，人工加油。

3 PLC控制系统设计3.1 硬件 系统组成电气控制部分的硬件系统主要由 PLC、压力传感器、位移传感器、A/D转换拈、触摸屏、二位三通电磁阀等部分组成。

(1)PLC采用 FX2N-48MR型号；(2)采用规格为300 MPa，输出为4-20 mA、采用规格为40 MPa，输出为4～20 mA的压力传感器，分别采集高压泵与低压泵的压力值；采用行程为 25 mm输出为4-20 mA的位移传感器，采集联轴节压装行程；(3)A/D转换拈采用 FX2N-4AD型号；(4)触摸屏采用 GOT.1000型号。

为了实时采集高压与低压泵的压力以及中空油缸的位移，系统采用了2个 4～20 mA规格的压力传感器与 1个4～20 mA规格的位移传感器。传感器将采集到的电流信号通过 FX2N-4AD转化成数字信号传给PLC，经过算术运算后与设定数值进行比较，得出控制信号对电磁阀自动控制。触摸屏与 PLC之间采用RS422接口连接读取 PLC中的数值并做折线图分析或数值显示。操作人员可以根据触摸屏上压力曲线的变化以及保压时间来判断安装过程是否完成 m 。

3.2 PLC单元 I/O地址分配压装过程分为四步，联轴节 自动压装机工作流程如图5所示。

否否否高压泵停高压泵卸荷图5 联轴节自动压装机工作流程圈通过对上述压装机工作流程的研究和分析，对 PLC的I/O输入和输出点进行了合理的分配，如表 I所示。

表 1 PLC输入输出点分配输入点 名称 输出点 名称XO00 急酮关 Y000 低压泵卸荷电磁阀X001 高压泵启动 Y001 高压泵启动电磁阀X002 低压泵启动 Y002 高压泵卸荷电磁阀XOO3 低压泵保压启动 Yoo3 低压泵启动电磁阀X004 高压泵油箱油位信号 Y006 蜂鸣报警器X005 低压泵油箱油位信号实际工作中，共有4个二位三通电磁换向阀来控制高压气驱液动泵与低压气驱液动泵的开启与卸荷。

在准备工序完成后，高压泵的开启X001由手动通过按钮或者触摸屏来触发，使继电器 Y001通电，控制电磁阀换向来启动；当观察到联轴节两端往外渗油时，手动触发开关 X002开启低压泵，进行联轴节的压装。

等到压装到预定位置时，低压泵的压力值会出现陡升，此时经过-个比较运算得出控制信号 M60来控制高压泵的停止与卸荷。完成高压泵的拆卸之后，手动触发 X003来完成保压；保压时间由定时器触发自动完成并控制自动卸荷。最后拆卸低压泵，则整个压装过程全部完成，低压泵卸荷则由保压时间的定时器触发-2013年第9期 液压与气动 l 15DOI：10.I1832/j.issn.1000-4858.2013.09.035M6425型滚刀磨床液压操纵系统的改进丁少文 。卫林叶Hydraulic Control System of Improvement for M6425 Hob GrinderDING Shao·wen，WEI Lin-ye(中航工业陕西飞机工业集团有限公司 机械动力公司，陕西 汉中 723215)摘 要：根据 M6425型磨床在使用中经常出现砂轮与工件碰撞的故障现象，全面分析 了设备采用的GY24型液压操纵箱存在的问题，提 出了有效的解决办法，为其他同类设备的改造提供了借鉴的途径。

关键词：滚刀磨床；GY24型液压操纵箱；故障；改进措施中图分类号：TH137 文献标志码：B 文章编号：1000-4858(2013)09-0115-02引言M6425型磨床是某公司用于滚刀刃磨的主要设备，多年来，该设备在使用过程中经常出现砂轮与工件相碰的现象，造成工件报废，大大影响了车间的正常生产，为此，我们对设备液压操纵系统进行了全面分析，找出了故障原因，在原操作系统的基础上作了局部改进，经实践检验，收到了很好的效果。

1 故障分析M6425型磨床液压操纵部分采用 的是早期 的GY24型液压操纵箱，其开停”和调速”功能由同-滑阀实现，优点是结构简单，但缺点是工作台开动时，工作台速度不易同步，且节流阀调节范围较校图 1是导致砂轮与工件相碰有关联的原设计原理图的-部分，从图中不难看出，原设计意图是想通过阀 A控制换向阀控制工作台换向，通过阀 l7控制工件分度。阀l7同时又制约着阀A，以保证分度动作完成之后，工收稿 日期：2013-03-22作者简介 ：丁少文(1968-)，男，陕西汉中人，高级工程师，主要从事设备维修及技术改造工作。

4 结论本设计实现了集成化、智能化、小型化、自动化等要求，大幅度提高了工作效率，解决了人工操作行程的诸多缺陷，如控制精度不高、保压时间不足等现象。采用了PLC程序 自动控制，对压装过程的参数进行全面检测、矢量判断、PID处理。优化了各项参数配置，信号采集通过测力传感器，系统以 500次/s的频率对压力信号、位移信号进行采集、运算，及时做出各种提示信息，准确无误使压装过程更加精确、稳定、可靠。

本设计已被验收室验收通过，现已投入某公司使用，达到预期效果，评价良好。