數控彎管機輔推速度控制應用

徐楚峰

（南車株洲電力機車有限公司，湖南 株洲 412001）

0 前言

中國南車株洲電力機車有限公司現(xiàn)有三臺數控彎管機，分別為SOCO和和彎管機、ADDSION艾迪生彎管機、金馬遜彎管機。數控彎管機主要為機車及城軌車輛進行管道的彎制，所制作的管道是機車及城軌車輛制動系統(tǒng)的重要組成部分。因此管道質量的好壞直接影響機車及城軌車輛的制動性能，進而關系到機車及城軌車輛的行車安全。現(xiàn)在管子間176-025和和數控彎管機工作時，管件表面出現(xiàn)明顯劃痕，達不到工藝圖紙的技術要求。本文即將陳述出現(xiàn)的問題，進而詳細分析問題出現(xiàn)的原因并最終找到解決問題的實施方案。

1 數控彎管機

1.1 彎管機結構

如圖1所示，彎管機的床身由板材型材組焊而成，床身底部為油箱及動力機構，床身頭部為彎管機構，中間為送料小車，尾部為芯棒機構。其中彎管頭實現(xiàn)“平面彎曲”功能，即把管件彎成所需要的平面角度，它主要由主夾、副夾、輔推及繞C軸旋轉的回轉機構組成。送料小車實現(xiàn)Y軸的“直線進給”功能，料夾夾緊管件，并可繞自身軸線B軸旋轉以實現(xiàn)“空間彎曲”功能，把管件彎成所需要的空間角度。尾部芯棒機構的螺母可前后調整芯棒以達到所需要的位置。

圖1 數控彎管機

1.2 彎管原理

如圖2所示，彎管機彎管成形過程是靠機頭繞彎加工來實現(xiàn)的，即主夾模將管件的一端壓緊在輪模上，輔推模緊貼管件與輪模外切線側，芯棒支撐在管件內部。當輪模繞回轉軸C軸旋轉時，管件就繞輪模的固定彎曲半徑成形。其中輪模提供管件的彎曲半徑；輔推模緊貼管件，對管件實施輔助夾緊及彎管時的輔助推進作用；芯棒支撐彎曲變形區(qū)，防止管道截面畸變及起皺。

圖2 彎管原理

彎管的動作流程如圖3所示，當管件需要完成多個彎且各彎之間有空間角度時，彎管機就旋轉B軸帶動管件轉過一定的空間角度后再重復以上步驟，直到完成整個管件的彎制為止。

圖3 彎管流程

2 輔推速度控制

2.1 質量缺陷與分析

工藝文件中管件的質量標準要求為：管件表面機械損傷的傷痕深度不得大于0.3mm，內側管壁不應有波紋，外側不應為平面或不規(guī)則形狀。和和數控彎管機彎制的管件中，管件表面出現(xiàn)明顯劃痕，測量顯示傷痕深度已超出工藝要求的0.3mm，嚴重影響了管件的表面質量。經過仔細觀察，發(fā)現(xiàn)彎管過程中輔推與管件存在相對滑動，即輔推速度與輪模外切線速度不一致。正常彎管過程中，輔推速度應該與管件及輪模的外切線速度相匹配，這樣輔推模才不會與管件產生相對滑動，輔推才能起到助推作用，達到減小外側壁厚變薄的目的。當輔推速度小于或大于輪模外切線速度時，輔推模與管件就會產生相對滑動，從而劃傷管件表面。同時輔推模對管件的摩擦力方向與彎管成形方向相反，這樣就增大了管件外側的拉力，使得管件外側壁壁厚變薄甚至拉裂。

2.2 輔推液壓系統(tǒng)

下面就對輔推的液壓系統(tǒng)進行分析，弄清輔推的液壓原理，尋找解決方案。如圖4所示，油箱的油經過濾油器被油泵抽上來，經過三位四通電磁換向閥，到液控單向閥，進入液壓缸，液壓缸驅動負載動作。進油路油泵上面接一個溢流閥實現(xiàn)系統(tǒng)定壓及過載保護作用。還接有一個壓力表，顯示油泵輸出壓力。回油路上油液從液壓缸出來，接液控單向閥，經三位四通電磁換向閥回到油箱。

圖4 輔推液壓系統(tǒng)

其中，液控單向閥是依靠控制液體壓力使單向閥反向流通的方向控制閥。當控制油路未接通壓力油液時，液控單向閥就像普通單向閥一樣，壓力油只能從進油口流向出油口，不能反向流動。當控制油路有壓力輸入時，且出口壓力大于進口壓力時，活塞頂桿頂開單向閥，油液就能反向流動了。圖4所示回路工作時，下面的三位四通換向閥切換到左邊，單向閥導通，推動輔推前進夾緊。此時由于回油路上的液控單向閥出口壓力大于進口壓力，所以回油路上的液控單向閥反向導通，油液就能夠順利回到油箱。反過來，當下面的三位四通換向閥切換到右邊時，油液就由油泵進入右邊的液控單向閥，再進入液壓缸的右腔，推動輔推后退松開。這時的回油路上的液控單向閥以同樣的原理反向導通，油液回到油箱。當不工作時，把三位四通換向閥切換到中位，兩個液控單向閥都關閉，從而保持液壓缸位置不隨外力作用而移動。

2.3 解決方案

為了能夠讓輔推速度匹配輪模外切線速度，現(xiàn)對輔推進行速度控制。如圖5所示，在回油路上增加兩個并聯(lián)的單向節(jié)流閥和一個二位四通電磁換向閥。

圖5 輔推液壓系統(tǒng)速度控制

單向節(jié)流閥是流量控制閥中的一種，分為上閥芯和下閥芯兩部分。當液體正向流動時，單向閥截止，通過轉動節(jié)流閥的調節(jié)手輪，改變節(jié)流口的開口大小，就能改變流經閥體的流量，進而改變液壓缸的速度，即負載的運動速度。節(jié)流口越大，最終負載的運動速度越快。當液體反向流動時，靠油液的壓力把下閥芯壓下，單向閥打開，液體反向流動，但不能進行節(jié)流調速了。本回路中當液壓缸活塞往右移動推動輔推夾緊時，油液從液壓缸的右腔出來，此時把二位四通換向閥切換到左邊，左邊單向節(jié)流閥中的單向閥截止，通過轉動調節(jié)手輪，使通過節(jié)流閥體的流量由小變大，從而使輔推模移動速度由慢變快。當液壓缸活塞往左移動推動輔推松開時，油液經過單向節(jié)流閥時單向閥導通，從而油液快速進入液壓缸的右腔，這樣單向節(jié)流閥實現(xiàn)節(jié)流調速的同時也能達到使輔推慢進快退的目的。而并聯(lián)另一個單向節(jié)流閥，是起保險作用。假如左邊的單向節(jié)流閥壞了，可以把二位四通換向閥切換到右邊，用右邊的單向節(jié)流閥替換。另外由于液壓系統(tǒng)一般都有流量和壓力損失，把單向節(jié)流閥安裝在回油路上，能夠起到背壓的作用，從而提高液壓缸的運動平穩(wěn)性。為了更精確地進行速度控制，也可以在回油路上接一個串聯(lián)減壓式調速閥。串聯(lián)減壓式調速閥是由定差減壓閥和節(jié)流閥串聯(lián)而成。節(jié)流閥充當流量傳感器，節(jié)流閥口不變時，定差減壓閥作為流量補償閥口，通過流量負反饋，自動穩(wěn)定節(jié)流閥前后的壓差，保持其流量不變。因節(jié)流閥前后壓差基本不變，調節(jié)節(jié)流閥閥口面積時，就可以更精確地改變流量的大小。經過試驗，當液壓泵的輸出壓力一定時，通過調整單向節(jié)流閥的調速手輪，最終找到匹配輪模外切線的速度值。同時回油路上的背壓效果，更能保證彎管過程中輔推夾緊力的持續(xù)性與平穩(wěn)性。

此外，如果主夾夾緊力不足，在彎曲成形過程中管件相對主夾模就會產生相對滑動，也會造成管件表面劃傷，從而影響管件的表面質量。這種情況下通常采用增大夾緊力的方法。當管件的摩擦因數μ不變時，增大夾緊力也即正壓力N，管件所受的摩擦力f就會增大，從而避免管件產生滑動。若夾緊力過大，就有可能造成管件過壓而產生壓痕。所以在實際操作過程中，需要慢慢調整到恰當值。增大夾緊力就是增大油缸的推力，液壓缸的推力與液壓系統(tǒng)設定的壓力，油缸的缸筒內徑及液壓油的粘度有關。當所選用的液壓泵一定時，可以適當增大液壓系統(tǒng)油泵的設定壓力。在純彎曲狀態(tài)下，中性層外側的管壁受拉應力作用而變薄，內側管壁受壓應力作用而變厚，同時可能出現(xiàn)失穩(wěn)而起皺。為了減小彎管的截面畸變，用芯棒在彎管變形區(qū)支撐。如果芯棒直徑偏小，管子彎曲時圓弧內側有可能產生波浪皺紋，圓弧外側也有可能變扁。如果芯棒直徑偏大，管子彎曲時圓弧外側有可能出現(xiàn)鼓包甚至破裂。所以芯棒直徑精度的控制對管子的成形質量也很重要。正常使用過程中，芯棒易磨損，造成芯棒的直徑變小，管子的彎曲圓弧內側就會出現(xiàn)波浪皺紋。為了防止出現(xiàn)這類質量問題，芯棒的直徑都會定期檢驗，更換磨損量超出允許范圍的不合格芯棒。此外還要檢查輔推模與管件之間的間隙是否合適，防止輔推模或輪模因為過度磨損而內徑減小，造成管件與輪模或輔推模不能完全接觸，出現(xiàn)打滑現(xiàn)象而劃傷管件表面。

3 結束語

數控彎管機所彎制管道的好壞及合格率直接影響管道的安裝及整車裝配的進程以及日后的行車安全，所以必須保證數控彎管機彎制的管道達到工藝圖紙的技術要求。經過改進，管子間176-025和和數控彎管機加工時管道表面劃傷的現(xiàn)象明顯減少，管道的表面質量能夠達到工藝圖紙的技術要求。這說明輔推的速度控制有效，實現(xiàn)了輔推的速度匹配彎管時輪模外切線速度的要求。