輪對(duì)軸承壓裝機(jī)液壓系統(tǒng)PLC控制研究

王剛+陳曉紅+董興文+張?jiān)?/p>

摘 要：鐵路是我國(guó)重要的基礎(chǔ)設(shè)施，是綜合交通運(yùn)輸體系的骨干。輪對(duì)軸承壓裝機(jī)是保證機(jī)車平穩(wěn)、安全運(yùn)行的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)采用各種繼電器控制，存在可靠性低、安裝困難、維護(hù)工作量大等缺陷。而采用PLC控制代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制既能滿足控制要求，又能降低控制成本。

關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng)；壓裝機(jī)；PLC；機(jī)車

中圖分類號(hào)：THl37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.05.011

鐵路是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈和大眾化的交通工具，在推動(dòng)我國(guó)社會(huì)又好又快的發(fā)展中起著重要的作用。隨著高速鐵路的快速發(fā)展，人們對(duì)機(jī)車運(yùn)行的平穩(wěn)性和安全性提出了更高的要求。而輪對(duì)軸承壓裝機(jī)是保證機(jī)車運(yùn)行質(zhì)量的關(guān)鍵。近年來(lái)，液壓傳動(dòng)得到了廣泛應(yīng)用，以往的壓裝機(jī)均加裝了液壓系統(tǒng)，但采用繼電器控制的液壓系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中有許多不足之處。因此，根據(jù)實(shí)際要求，有必要在鐵道輪對(duì)軸承壓裝機(jī)的液壓系統(tǒng)中采用PLC控制。

1 研究現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)采用了各種繼電器控制，比如接觸器、開(kāi)關(guān)和觸點(diǎn)等。其按照特定的邏輯關(guān)系控制液壓系統(tǒng)，特點(diǎn)為全硬件控制、體積大、可靠性低、安裝困難、維護(hù)工作量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、邏輯關(guān)系確定后難以更改、設(shè)計(jì)和施工周期較長(zhǎng)等，已無(wú)法滿足用戶的需求。而PLC具有功能強(qiáng)大、性價(jià)比高、硬件齊全、使用方便、適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程方法簡(jiǎn)單、維修方便、體積小、能耗低等特點(diǎn)。因此，本文介紹了鐵道輪對(duì)軸承壓裝機(jī)液壓系統(tǒng)的PLC控制。

2 液壓系統(tǒng)的PLC控制

2.1 控制對(duì)象

主要控制對(duì)象為整個(gè)鐵道輪對(duì)軸承壓裝機(jī)液壓系統(tǒng)。鐵道輪對(duì)軸承壓裝機(jī)液壓系統(tǒng)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(dǎo)式溢流閥3設(shè)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(duì)液壓缸20、送對(duì)液壓缸21、鎖緊液壓缸22、伸套壓裝液壓缸23的運(yùn)動(dòng)方向；鎖緊缸22通過(guò)液壓鎖13鎖緊輪對(duì)；壓裝缸23的無(wú)桿腔油路設(shè)有順序閥9和節(jié)流閥25，用于壓裝結(jié)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(tǒng)中的壓力繼電器14，15，16，17，18，19是發(fā)信裝置，用于系統(tǒng)工作循環(huán)的自動(dòng)控制。

2.2 運(yùn)行流程

液壓系統(tǒng)工作時(shí)，空載啟動(dòng)液壓泵，電磁鐵1YA通電，換向閥4切換至下位，系統(tǒng)升壓；輪對(duì)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(jīng)單向閥2和換向閥5進(jìn)入頂對(duì)液壓缸20的無(wú)桿腔，活塞桿頂起輪對(duì)，電磁鐵6YA通電，換向閥6切換至左位；液壓泵1的壓力油經(jīng)換向閥2和換向閥6進(jìn)入送對(duì)液壓缸21的無(wú)桿腔，活塞桿頂起輪對(duì)，V形道軌翻轉(zhuǎn)，壓力繼電器19發(fā)信；電磁鐵4YA和電磁鐵6YA斷電，換向閥5和換向閥6均復(fù)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(jīng)換向閥2和換向閥8進(jìn)入伸套壓裝液壓缸23的無(wú)桿腔，經(jīng)換向閥7和液壓鎖13進(jìn)入鎖緊液壓缸22的無(wú)桿腔；伸套桿伸出定位，因換向閥10的存在而產(chǎn)生了回油背壓，導(dǎo)致壓裝桿不動(dòng)作，因此，在節(jié)流閥24的作用下，鎖緊缸22在伸套桿定位后鎖緊輪對(duì)，壓力繼電器16發(fā)信，電磁鐵8YA斷電，換向閥7復(fù)至中位，液壓鎖13鎖緊；系統(tǒng)壓力持續(xù)增大，開(kāi)始克服背壓，壓裝桿伸出實(shí)現(xiàn)壓裝；壓裝完成后，系統(tǒng)壓力繼續(xù)增大，壓力繼電器15發(fā)信，電磁鐵10YA通電，換向閥12切換至上位；液壓缸23的無(wú)桿腔通過(guò)換向閥9和節(jié)流閥25釋壓（釋壓時(shí)間由節(jié)流閥25的開(kāi)度決定），電磁鐵2YA斷電；電磁鐵3YA和電磁鐵9YA延時(shí)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(jīng)換向閥8和單向閥11進(jìn)入伸套壓裝液壓缸23的有桿腔，經(jīng)換向閥7和液壓鎖13進(jìn)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(shí)退回；壓力繼電器14發(fā)信，電磁鐵3YA和電磁鐵9YA斷電，換向閥8和換向閥7均復(fù)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(jìn)入頂對(duì)液壓缸20的有桿腔，實(shí)現(xiàn)落對(duì)、送對(duì)，電磁鐵10YA斷電，換向閥12復(fù)位，恢復(fù)至可壓裝狀態(tài)；壓力繼電器18發(fā)信，電磁鐵7YA通電，壓力繼電器17發(fā)信，電磁鐵5YA、電磁鐵7YA和電磁鐵1YA斷電，系統(tǒng)復(fù)原。總流程框圖如圖2所示。

2.3 組成及實(shí)現(xiàn)

采用PLC控制的液壓系統(tǒng)是保證機(jī)車安全運(yùn)行的關(guān)鍵。液壓系統(tǒng)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(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的信息、回路壓力等數(shù)據(jù)的功能，核心單元（可編程控制器）具有處理信號(hào)、發(fā)送電機(jī)驅(qū)動(dòng)指令等功能。

外圍電路主要包括以下2部分：①電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)監(jiān)控。電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)通過(guò)電機(jī)控制回路中的多個(gè)接點(diǎn)輸入到PLC中，且所有信號(hào)的輸入都會(huì)經(jīng)過(guò)光耦隔離，從而提高其抗干擾能力。②電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元。電機(jī)的啟動(dòng)信號(hào)由PLC發(fā)出，輸出單元不直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，而是通過(guò)1個(gè)220 V、10 A的中間繼電器帶動(dòng)電機(jī)操作回路。這樣不僅能提高系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)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(tǒng)的安全性和可靠性。

2.4 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)啟動(dòng)軟件的主要任務(wù)包括以下5項(xiàng)：①系統(tǒng)的初始化。②正常狀態(tài)下的監(jiān)測(cè)和監(jiān)控。③在電機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)下，將信息傳輸至上位機(jī)，以便維護(hù)人員實(shí)時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行狀況。④液壓系統(tǒng)的順序動(dòng)作控制。⑤借助S7-200仿真軟件，依次手動(dòng)開(kāi)啟各開(kāi)關(guān)，觀察液壓系統(tǒng)的動(dòng)作是否正確。如果不正確，則應(yīng)及時(shí)調(diào)試程序，直至正確為止。

3 結(jié)束語(yǔ)

采用PLC控制的液壓系統(tǒng)既能提高軸承壓裝機(jī)的可靠性，又能提升其自動(dòng)化程度，且具有維護(hù)簡(jiǎn)單、方便的特點(diǎn)。其不僅有利于提高高速鐵路列車運(yùn)行的安全性，還為今后其他液壓系統(tǒng)設(shè)備的擴(kuò)充創(chuàng)造了條件。

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〔編輯：張思楠〕