鋼軌磨光機液壓系統及PLC設計

李冬陽

摘 要：隨著科學技術的不斷發展，數控機床以其自身的優勢也開始廣泛應用于機械領域，然而其中的鋼軌磨光機液壓系統與PLC設計現階段仍存在不足之處，使其無法在機械領域中發揮良好的效果，這就要求進行優化設計。文章主要從鋼軌磨光機液壓系統中的液壓控制回路、液壓元件與液壓回路的仿真以及PLC系統設計角度進行分析。

關鍵詞：鋼軌磨光機；液壓系統；PLC系統；設計

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

相比于國外的鋼軌打磨技術，我國目前所使用的設備多集中在如液壓打磨機或手提砂輪打磨機等小型設備，無論從穩定性以及效能方面都滿足實際鋼軌精度的要求。對此現狀，在長期實踐中研究發現，使鋼軌精磨設備從精度效率以及實際操作過程中進行優化，并將其中的液壓系統與PLC系統設計進一步完善，能夠使打磨效果更加理想。

1 鋼軌磨光機液壓系統的基本原理

作為工業中比較常見的控制方式，液壓控制系統進行能量的傳遞往往通過其液壓系統來實現，傳遞過程中主要涉及動力元件、控制回路以及執行元件等方面。其中能夠為系統提供動力來源的為液壓動力元件，包括基于系統效率與消耗能量所選擇的各種液壓泵。而系統實現能量轉換則需引入液壓執行元件，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。另外，系統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行元件能夠在標準的壓力與流量下進行工作。在對液壓系統設計時，需將工作原理，即液壓控制回路進行系統草圖的繪制，再通過計算對液壓元件進行選擇，然后完成系統的仿真分析。

2 鋼軌磨光機液壓系統設計分析

2.1 機床的總體設計

在進行鋼軌磨光機液壓系統進行設計時首先需設計機床總體布局，該過程中應遵循一定的原則，即：生產率與加工精度高且表面粗糙程度低；進給運動所選擇的道具與工件需根據工件尺寸與質量進行選擇；機床結構抗振性能、剛度等應滿足規范標準。此外，基于這些原則情況下還應注意機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。機床布局合理設計后，便要設計鋼軌精磨機結構，具體體現在輸入機架、中間機架以及輸出機架三方面。其中輸入機架中鋼軌磨光機的除塵裝置與液壓系統應布置其中。

2.2 液壓系統中控制回路的設計分析

液壓控制回路在設計過程中主要考慮的為磨光機液壓系統控制所涉及的原理圖以及相關液壓元件、磨石旋轉回路、夾具方面的回路、鋼軌夾緊回路以及垂直伺服回路等方面。在設計過程中將系統運行情況作為依據繪制相應的原理圖，并保障系統中的鎖緊裝置、過濾器、單向閥、溢流閥、減壓閥、液壓泵以及調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。在設計磨石旋轉回路中，相比電機驅動，功率密度與調速方面，液壓馬達驅動都具備極大的優勢，對此磨石旋轉回路中的驅動設計需以液壓馬達為主。在對中夾緊回路設計中的驅動方式選擇兩個液壓缸實現。而夾具的回路設計過程中應注意保證液壓缸能夠同步進行驅動。除此之外，液壓控制回路中的垂直伺服機構也是設計過程中考慮的重要內容，對其要求保持準確的位移，促使磨削橫梁位置在精度上更為準確，而完成線性機械運動的過程中應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。

2.3 液壓元件的設計

液壓元件設計中需要考慮的內容主要包括執行件、液壓泵的選擇、液壓閥以及液壓輔件的選擇。在設計液壓執行件時，首先可根據實際需要設置液壓馬達參數，通過計算負載力、液壓缸內徑、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計。其次，以設計液壓執行件的步驟對夾具液壓缸進行合理選擇。最后，在完成伺服電機選擇的基礎上設計垂直伺服液壓缸。而在選擇液壓泵與液壓閥時，在確定相關參數的前提下可選擇葉片泵、齒輪泵以及柱塞泵等。若設計過程中要求液壓設備在功率與負載方面較小，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；針對能夠進行運行調速且負載較大的液壓設備，所選擇的液壓泵通常具有限壓功能；而液壓設備對功率以及負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計考慮的重要內容，一般集中在選擇液壓油、液壓油箱與輔件設計、管道以及換熱器等方面。其中判斷液壓油是否滿足設備需求往往以其粘度為標準，具體確定過程中考慮的為系統壓力、環境溫度以及液壓控制系統中執行元件運行的方式。在液壓油箱方面，其作用不僅體現在對液壓油的存儲功能，也需實現對油中雜質的分離，選擇時需分析液壓油箱的外形尺寸與實際結構設計。在管道選擇方面，通常液壓傳統系統會根據設備運行環境、工作壓力從鋼管、龍管或橡膠軟管中進行選擇，但需保證管道內徑能夠滿足設計要求。設備中換熱器的設計則針對受結構限制的液壓裝置難以進行油液溫度控制的問題而提出的，設計中往往會選擇結構簡單且換熱面積較大的風冷卻式冷卻器。

2.4 仿真分析

對液壓回路進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的仿真結果。一般分析過程中首先會進行控制方案的擬定，然后再根據動力元件、伺服閥、螺桿螺母以及伺服電機等相關傳遞函數進行控制系統的計算，這樣在得出相關仿真曲線后分析仿真結果，以此應用于實踐操作中。

3 PLC系統設計分析

PLC系統構成主要體現為CPU模塊、編程模塊、電源模塊以及輸入與輸出模塊。其應用特點主要表現為：適用于工業環境；用戶的指令與編程更加方便；利于進行定時或邏輯運算；以輸入或輸出的方式對模擬量與數字量進行控制；對控制系統輔助作用較強且可擴充。設計過程中所考慮的主要為硬件與軟件設計兩方面。設計系統硬件時，要求PLC型號與系統配置能夠滿足系統實現經濟效能較高且易于維護改造等控制要求。而設計軟件時，在完成分配輸入地址、輸出地址以及寄存器的分配后，進行系統程序的設計，具體包括夾具、對中夾緊機構、液壓馬達、垂直升降控制程序以及系統啟動控制等。

4 結 語

鋼軌磨光機液壓系統與PLC系統的優化設計是提高其應用效果的必然途徑。在實際設計過程中，應正視設計的必要性與系統運行的基本原理，在對液壓系統中的控制回路、液壓元件以及PLC系統的軟硬件進行設計，以此在實用中逐漸提高系統性能。

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