高效换热管加工自动控制设计与实践应用.pdfVIP

2013．12杭州 中国石油和化工勘察设计协会热工专委会、热工中心站2013年·年会论文集 高效换热管加工自动控制设计与实践应用 练绵炎，刘丰 (江苏中圣高科技产业有限公司，江苏省工业节能技术研究院，南京211112) 摘 要：本文针对高效换热管加工自动化程度低，产品精度差的问题，通过KND数字控制系统实行 自动化控制，保证了高效换热管加工的精度，并大大提高了高效换热管加工效率和加工质 量，对高效换热器的广泛应用具有明显实用价值。 关键词：高效换热管；自动数控系统；工程应用 前言 在石油、化工等领域中，高效换热管被广泛地用于物料的蒸发、冷凝、加热以及余热的回收和能 量的综合利用。传热效率低、体积大、操作费用高是普通换热管存在的主要缺点，使用高效换热管可 显著提高换热器的传热效率、节约能源、降低成本。但在国内，高效换热管生产所使用的加工设备大 都是机械机床，自动化程度不高、加工过程基本依靠人工来完成，加工出来的产品一致性差，尺寸精 度低，产生的原因在于高效管在加工成形时经历弹性变形、弹塑性变形、塑性变形、硬化现象四个过 程，在挤压过程中，挤压力是变化的，所以可能造成这些变形的不均，严重影响了高效换热管的精度 与一致性，也影响了换热管传热效率。本文提出利用数控系统驱动的方法，以实现加工过程的自动化 控制，这样有效地解决了以上的加工问题，给企业降低了生产成本。 1、高效换热管加工功能分析 为了有效地实现高效换热管的加工，需要对其加工功能要求进行分析，高效换热管加工装备的主 要功能有： (1)刀具等速转动和变频调速的功能。通过行星轮机构形式实现了刀具的等速转动，通过变频 器驱动三相异步电动机实现刀具转动的无级变速，满足刀具转速要求。 (2)刀具同步径向进给的功能。通过数控系统，控制伺服驱动放大器，控制伺服电机的转动， 带动滚珠丝杆，实现X轴、Y轴、Z轴同步径向进给。 2、换热管加工装备系统的设计 为了实现以上的基本功能，本文对换热管加工设备的机械系统、控制系统分别进行了重新设计。 2．1高效换热管加工装备系统的设计 ．．396．． 中国石油和化工勘察设计协会热工专委会、热工中心站2013年·年会论文集 2013．12杭州 图1加工设备机械结构 高效换热管是通过刀具对金属光管旋转挤压而形成的，如图1所示，齿轮系的应用设计可以保证 三轴输出轴同步转动，通过万向节的作用将不在同一轴心位置上的输出轴与刀具连接起来，三把刀具 的同步转动大幅度提高了产品的一致性。 x、Y、Z三轴只做径向的直线进给运动，分别由交流伺服电机连接高减速比的行星减速机，在通 过连接法兰将其固定在机架上，减速机的输出轴通过套筒联轴器与丝杆连接，丝杆的旋转将带动刀具 的径向直线移动。 2．2高效换热管控制系统的设计 2．2．1换热管控制系统的总体设计 伺服电机组成。 图2数控控制系统结构 数控系统的结构框图如图2所示，数控系统作为上位机主要完成数控编程、数控仿真，上位机所 下达的指令通过伺服驱动器作用把电压信号转换为脉冲信号，从而驱动伺服电机的运转，伺服电动机 又通过光电编码器把电机的位置、转速信号反馈给伺服驱动器，从而形成了一个闭环控制，这就保证 了数控系统对电机转速的实时控制。本文采用的控制方式是位置控制，利用上位机产生脉冲来控制伺 服电机转动，脉冲的个数决定伺服电机转动的角度，脉冲的频率决定电机的转速。模拟主轴是通PLC ．．397．．． 2013．12杭州 中国石油和化工勘察设计协会热工专委会、热工中心站2013年·年会论文集 给变频器输入信号，改变三相交流电动机的电压和频率，因此电机的转速可以无极调节。 2．2．2伺服运动系统的电路设计 如图3(X轴伺服驱动)所示，三相交流电通过空气开关接到伺服驱动器的R、S、T、r、t端口 上，R、S、T端1：3给伺服驱动器的主电源供电，r、t给控制电源供电。伺服电机的U、V、W端口的接 线与驱动器端子U、V、W一一对应，不能使用调换三相