輪對軸承壓裝機液壓系統PLC控制研究

王剛+陳曉紅+董興文+張允

摘 要：鐵路是我國重要的基礎設施，是綜合交通運輸體系的骨干。輪對軸承壓裝機是保證機車平穩、安全運行的關鍵。傳統的液壓系統采用各種繼電器控制，存在可靠性低、安裝困難、維護工作量大等缺陷。而采用PLC控制代替傳統的繼電器控制既能滿足控制要求，又能降低控制成本。

關鍵詞：液壓系統；壓裝機；PLC；機車

中圖分類號：THl37 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.05.011

鐵路是我國國民經濟的大動脈和大眾化的交通工具，在推動我國社會又好又快的發展中起著重要的作用。隨著高速鐵路的快速發展，人們對機車運行的平穩性和安全性提出了更高的要求。而輪對軸承壓裝機是保證機車運行質量的關鍵。近年來，液壓傳動得到了廣泛應用，以往的壓裝機均加裝了液壓系統，但采用繼電器控制的液壓系統在應用過程中有許多不足之處。因此，根據實際要求，有必要在鐵道輪對軸承壓裝機的液壓系統中采用PLC控制。

1 研究現狀

傳統的液壓系統采用了各種繼電器控制，比如接觸器、開關和觸點等。其按照特定的邏輯關系控制液壓系統，特點為全硬件控制、體積大、可靠性低、安裝困難、維護工作量大、結構復雜、邏輯關系確定后難以更改、設計和施工周期較長等，已無法滿足用戶的需求。而PLC具有功能強大、性價比高、硬件齊全、使用方便、適應性強、可靠性高、抗干擾能力強、編程方法簡單、維修方便、體積小、能耗低等特點。因此，本文介紹了鐵道輪對軸承壓裝機液壓系統的PLC控制。

2 液壓系統的PLC控制

2.1 控制對象

主要控制對象為整個鐵道輪對軸承壓裝機液壓系統。鐵道輪對軸承壓裝機液壓系統PLC控制的原理如圖1所示。具體而言，包括油源變量柱塞泵1，其最高工作壓力由先導式溢流閥3設定，卸荷由二位四通電磁換向閥4控制，單向閥2用于防止油液倒灌；分別采用三位四通電磁換向閥5，6，7，8控制頂對液壓缸20、送對液壓缸21、鎖緊液壓缸22、伸套壓裝液壓缸23的運動方向；鎖緊缸22通過液壓鎖13鎖緊輪對；壓裝缸23的無桿腔油路設有順序閥9和節流閥25，用于壓裝結束后、換向前的釋壓控制，以減小壓力沖擊；順序閥10是伸套壓裝液壓缸23的背壓閥；系統中的壓力繼電器14，15，16，17，18，19是發信裝置，用于系統工作循環的自動控制。

2.2 運行流程

液壓系統工作時，空載啟動液壓泵，電磁鐵1YA通電，換向閥4切換至下位，系統升壓；輪對推入后，電磁鐵4YA通電，換向閥5切換至左位，液壓泵l的壓力油經單向閥2和換向閥5進入頂對液壓缸20的無桿腔，活塞桿頂起輪對，電磁鐵6YA通電，換向閥6切換至左位；液壓泵1的壓力油經換向閥2和換向閥6進入送對液壓缸21的無桿腔，活塞桿頂起輪對，V形道軌翻轉，壓力繼電器19發信；電磁鐵4YA和電磁鐵6YA斷電，換向閥5和換向閥6均復至中位；電磁鐵2YA和電磁鐵8YA通電，換向閥8和換向閥7切換至左位；液壓泵1的壓力油經換向閥2和換向閥8進入伸套壓裝液壓缸23的無桿腔，經換向閥7和液壓鎖13進入鎖緊液壓缸22的無桿腔；伸套桿伸出定位，因換向閥10的存在而產生了回油背壓，導致壓裝桿不動作，因此，在節流閥24的作用下，鎖緊缸22在伸套桿定位后鎖緊輪對，壓力繼電器16發信，電磁鐵8YA斷電，換向閥7復至中位，液壓鎖13鎖緊；系統壓力持續增大，開始克服背壓，壓裝桿伸出實現壓裝；壓裝完成后，系統壓力繼續增大，壓力繼電器15發信，電磁鐵10YA通電，換向閥12切換至上位；液壓缸23的無桿腔通過換向閥9和節流閥25釋壓（釋壓時間由節流閥25的開度決定），電磁鐵2YA斷電；電磁鐵3YA和電磁鐵9YA延時通電后，換向閥8和換向閥7切換至右位，液壓泵1的壓力油經換向閥8和單向閥11進入伸套壓裝液壓缸23的有桿腔，經換向閥7和液壓鎖13進入鎖緊液壓缸22的有桿腔，伸套桿與壓裝桿、鎖緊液壓缸22同時退回；壓力繼電器14發信，電磁鐵3YA和電磁鐵9YA斷電，換向閥8和換向閥7均復至中位，電磁鐵5YA通電，換向閥5切換至右位，液壓泵1的壓力油進入頂對液壓缸20的有桿腔，實現落對、送對，電磁鐵10YA斷電，換向閥12復位，恢復至可壓裝狀態；壓力繼電器18發信，電磁鐵7YA通電，壓力繼電器17發信，電磁鐵5YA、電磁鐵7YA和電磁鐵1YA斷電，系統復原。總流程框圖如圖2所示。

2.3 組成及實現

采用PLC控制的液壓系統是保證機車安全運行的關鍵。液壓系統的硬件主要分為外部電路和核心單元兩部分。其中，外部電路具有采集、處理和轉換驅動系統的信息、回路壓力等數據的功能，核心單元（可編程控制器）具有處理信號、發送電機驅動指令等功能。

外圍電路主要包括以下2部分：①電機運行狀態信號監控。電機運行狀態信號通過電機控制回路中的多個接點輸入到PLC中，且所有信號的輸入都會經過光耦隔離，從而提高其抗干擾能力。②電機驅動單元。電機的啟動信號由PLC發出，輸出單元不直接驅動電機，而是通過1個220 V、10 A的中間繼電器帶動電機操作回路。這樣不僅能提高系統的驅動能力，還能使電氣操作回路與PLC控制回路分隔，從而提高液壓系統的安全性和可靠性。

2.4 軟件設計

系統啟動軟件的主要任務包括以下5項：①系統的初始化。②正常狀態下的監測和監控。③在電機啟動狀態下，將信息傳輸至上位機，以便維護人員實時了解設備的運行狀況。④液壓系統的順序動作控制。⑤借助S7-200仿真軟件，依次手動開啟各開關，觀察液壓系統的動作是否正確。如果不正確，則應及時調試程序，直至正確為止。

3 結束語

采用PLC控制的液壓系統既能提高軸承壓裝機的可靠性，又能提升其自動化程度，且具有維護簡單、方便的特點。其不僅有利于提高高速鐵路列車運行的安全性，還為今后其他液壓系統設備的擴充創造了條件。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕