毕业设计（论文）-大型中频弯管机(PLC)控制.docVIP

1 绪论 1.1 概述 PLC主要是指数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器，用于控制机械的生产过程,它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着国家对管道日益增加的需求及对弯管精度和表面质量要求的提高，手动或半手动半自动弯管机已不能满足现状，所以运用PLC控制的弯管机成为迫切的需要。本课题主要介绍了应用液压系统代替机械传动，并采用可编程逻辑控制器（PLC）实现成产过程的自动控制，来达到提高弯管的质量和精度的需求。 1.2 课题的主要研究内容 近年来，国内外对不同材质的弯管工艺、弯管机构性能和微观组织等方面进行了许多研究，取得了巨大的进展。但他们很少有采用PLC来实现弯管的自动控制。 本论文主要研究一下几个方面的内容： (1) 确定大型中频加热弯管机的总体结构，弯管工艺原理如图1.1所示，结构部分包括摇臂回转装置、夹具、以及中频感应加热装置。 (2) 介绍大型中频弯管机的液压系统，内容包括小车推进液压回路，夹具夹紧/松开液压回路，导向轮的夹紧/松开液压回路，摇臂回转装置复位液压回路等。 (3) 采用四门子的S7-200可编程控制系统及其它相关硬件建立弯管机控制系统，控制系统主要包括角度控制、温度控制、运动控制。 1.3 技术要求 速度：3mm/s左右 位移精度：0.1mm 角度精度：0.1度 2 PLC控制的大型中频弯管机 2.1 大型中频弯管机的结构及工艺过程 大型中频弯管机主要有以下装置和液压系统组成：摇臂回转装置、摇臂驱动装置、导向装置、小车推进装置、预压紧装置、夹紧头装置、感应加热圈、中频电源加热器与冷却器、小车推进液压系统、马达驱动液压系统、摇臂夹紧头夹紧和托板滑台加紧液压系统，其结构简图见图2.1。 弯管机的基本工作过程：它是利用电磁感应方法对管道待弯部分中极窄的区域进行局部加热至塑性状态。钢管末端的动梁受液压小车的推动作用，与钢管一起向前缓慢移动。由于受固定机身上的两对定位导向轮及前端牵引转臂的制约，钢管受热区的变形、唯一只能发生在一回转中心为圆心、以回转臂为半径的圆弧轨迹上靠近加热区产生塑性变形的部分。感应加热圈前面的冷却水喷淋装置及时冷却已变形的钢管，使其变形成为永久变形，同时恢复强度、刚度，能够承受牵引钢管移动引起的弯曲应力。加热、推弯和冷却的过程连续进行即可实现钢管弯制[1]。 2.2 基于PLC控制的中频加热弯管机的特点 采用PLC控制的弯管机具有以下几个特点[2]： (1) 弯管的工艺精度提高、质量好 采用角度传感器和PLC，对弯管的角度进行准确自动控制，弯管精度可达正负0.1°,完全满足弯管产品的精度需求。 (2) 安全可靠，操作方便 弯管的控制系统采用可编程控制器，大大提高了系统的可靠性及设备的自动化程度；其操作系统采用人机界面，操作方便，并且提高了操作的精确度。 在实践中，机床的运行比较稳定，产品质量也完全能够满足工业中所使用范围的要求，因此该弯管机有着广阔的应用前景。 2.3 大型中频弯管机的主要装置和系统 2.3.1 机械装置 机械装置是弯管机的主体部分，主要由小车推进装置、导向轮装置、主夹头装置、定位夹紧和摇臂回转装置等5部分组成，这里主要介绍夹紧装置和摇臂回转装置。 2.3.1.1 夹头装置 夹头装置是弯管机的一个重要核心部件之一，它主要起夹紧、变径、弯曲、回转等作用。目前，国内现役的中频弯管机夹头装置多采用机械传动，人工夹紧，人工启闭，自动化程度低、费时、费工。因此，在设计弯管机时，应经过反复研究与论证，对夹头装置进行合理设计。 (1) 夹头装置的构成及工作原理 该夹头装置主要包括夹头部分(D762mm夹头、D426mm夹头、各种夹块、液压缸)、驱动夹头开合部分(蜗轮蜗杆减速器、链轮机构、夹头马达)、夹头行进部分(导轨、丝杠、丝母、大拖板、齿轮、丝杠马达)、小拖板总成(小拖板、小丝杠、齿轮齿条机构、丝母)。其总体示意及部件名称如图2.2所示[3]。 它的主要作用是通过大拖板的移动完成曲率半径的调整，然后夹紧钢管并带动其弯曲成型。它的工作过程是：装夹钢管之前，启动丝杠马达，移动大拖板，利用拖板上的磁栅尺，将整个夹头调定于规定的弯曲半径上。然后启动夹头马达，在蜗轮蜗杆减速器的驱动下，通过链轮装置将夹头可动部分拉起。送进调整好的钢管后，夹头马达反向转动，带动夹头可动部分回到原位置。这时启动夹头上的液压缸，将钢管顶紧。在驱动装置的作用下，夹头带动钢管围绕回转中心运动，从而形成具有一定曲率半径和角度的弯管。 (2) 夹头装置技术特点 ① 采用液压驱动,液压夹紧,结构紧凑,驱动力大,安全可靠。 ② 选用具有自锁性的蜗轮蜗杆减速器，使夹头可动部分能在任意位置安全自锁。 ③ 夹头装置采用焊接结构，费用低。 ④ 夹头直径大小由燕尾式夹块调整，装卸简便、快捷。 ⑤ 自