感應壓裝機優化控制的研究與應用

摘 要：YZJ-11型感應加熱壓裝機是熱壓裝載重汽車車橋橋殼和軸頭部件的一種專用設備。主要由焊接機身部件、液壓系統、感應加熱系統、水冷系統和電器控制系統等部分組成。控制特點更好的完成保壓的效果，從而滿足加工要求。

關鍵詞：感應壓裝機；優化控制；研究

在壓裝過程中，在兩個重要環節的自動控制是整個壓裝過程是否可以實現自動控制的關鍵：一個是橋殼加熱時間的控制，另一個是壓裝之后保壓時間的控制。在這兩個重要環節上，要采用傳感器來完成信號的采集，配合自動控溫系統完成整個壓裝過程的自動化。

采用可編程序控制器（PLC）與液壓技術相結合，可以更好的實現生產的自動化，大大降低整個生產過程的人力、時間的消耗，提高生產效率。

1 感應壓裝機的現狀及研究意義

隨著科學技術突飛猛進的發展，重型車輛在當今生產和生活中得到了越來越廣泛的應用。在當今的重型汽車生產、裝配工業當中，車橋的生產技術決定著整個車輛的生產水平，車輛中橋、后橋、平衡懸掛的壓裝技術一直就是汽車生產領域的一個重大課題。車橋以及平衡懸掛的壓裝技術決定了重型車輛的承載能力和使用壽命，橋殼和軸的壓裝一般都采用過盈配合，這樣，在壓裝過程當中，如何不破壞車橋本身的強度、剛度，又能很好的克服過盈配合完成壓裝，就成了一個意義重大的課題。

在壓裝工序當中，橋殼兩端的壓裝的同步性要求比較高，橋殼兩側的軸壓裝要同時開始過進給，并且在壓裝過程中盡量保持壓裝動作的同步，還要保證最終到位一致。加熱溫度的控制也有比較高的要求，既要有足夠的熱量使橋殼兩側的孔受熱膨脹，還要保證橋殼不會因為加熱過度而發生退火現象，導致橋殼材料發生變化，硬度降低，致使無法滿足工作要求。但是傳統的壓裝方法很難達到這些要求，也無法在工作中達到自動控制，是企業的生產成本無法達到很好的控制。

在壓裝過程中，如何實現車橋兩側過盈壓裝，并不破換橋身的剛性和塑性一直是傳統壓裝技術的局限性。另外，在壓裝過程中，對車橋橋殼加熱溫度的控制和加熱時間長度的控制。

2 設備基本情況

2.1 設備結構：為了提高壓裝機整體剛度和強度，機身采用U、T字型整體式結構，焊接后整體消除應力。為了減少占地面積，加熱裝置的冷卻水管路、電纜等采用吊掛式結構，液壓油箱占用機身空間。裝卸工件操作距離、高度等按人機工程學設計，適應性好。

2.2 運動系統：全部運動系統采用液壓傳動驅動，主運動系統由一臺高壓斜軸式變量柱塞泵供油，輔助運動系統由一臺限壓式變量葉片泵供油。為了進一步提高兩缸的同步精度，同步閥選用億美博科技有限公司研制的新型自調式同步閥。

2.3 液壓系統：液壓系統由：同步、順序、保壓、差動連接、卸荷等基本回路組成。泵站采用雙變量泵供油系統，變量柱塞泵可調節壓裝速度，保壓時變量柱塞泵卸荷，利用限壓式變量葉片泵的工作特性曲線進行保壓，功率利用合理，減少了系統發熱。液壓系統管路布置合理，固定管路采用鋼管連接、移動管路采用高壓軟管連接，在合適位置用管夾固定。接頭密封要可靠，防止油液滲漏。

2.4 導軌：全部運動導軌均采用線性滑軌和圓柱直線型導軌，導軌表面淬火硬度不低于HRC62。使其運動靈活、調整方便，摩擦阻力小。

2.5 潤滑：全部采用干油潤滑。定時（約6個月）給各潤滑點注入一定量的干油脂（黃油）。

2.6 夾具：夾具是保證壓裝精度的關鍵。采用專門的對中壓裝夾具及死擋定位能很好地保證壓裝精度。更換不同規格的壓裝產品，只需更換夾具主要定位元件即可。

2.7 電氣：電氣系統采用西門子S7-200 PLC控制，輸出口加繼電器保護，配備防干擾裝置，留有4個以上備用輸入、輸出接口。采用臺灣產觸摸屏顯示機床工作狀態，并具有手動操作、自動循環、加工參數設定等功能，手動控制優先于自動控制。電氣元件采用國內名優廠家產品。電器柜采用獨立的全封閉結構，保證其密封性，防止粉塵進入。控制電器柜內的溫度采用寶雞雷博的溫度熱交換器，保證各電器元件及系統工作時不因發熱而產生故障。整個電器系統符合國家標準，維修方便，連續運轉性能穩定可靠。系統考慮配備過載保護裝置。電氣布線合理，外觀整潔。

2.8 感應線圈：由于被加熱件壁厚不均勻且為內孔加熱，效率低，有可能造成縮孔現象，因此在感應線圈內設置一些聚磁材料，提高加熱效率，使熱量散發均勻，并能節省能源。感應線圈與加熱部位周邊間隙均勻，確保工件加熱深度及熱量分布均勻，另外在工件感應加熱部位，設置遠紅外線測溫儀適時監測加熱溫度。

3 液壓系統的設計

該設備液壓系統的“主液壓泵”選用了北京華德廠生產的A7V手動變量柱塞泵。“輔助液壓泵”選用了海德克公司生產的VPV限壓式變量葉片泵。壓力傳感器選用德國賀德克公司生產的HDA4445-A型產品。

閥類元件全部選用了引進技術由上海立新廠生產的德國力士樂公司的產品。“自調式同步閥”選用了由億美博公司生產的ZTBF-2-40-130-H-B產品。液壓系統共有五個液壓缸。兩個ф160mm的主液壓缸完成橋殼和套管零件的壓裝和退回。兩個ф63mm的加熱液壓缸完成加熱頭的進給和退回。一個ф100mm的工位液壓缸可實現移動工作臺在“加熱”和“壓裝”兩工位的循環動作。

4 控制系統控制方案

PLC采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。PLC具有讀、寫輸入輸出（I/O）值的實時性；保證執行和繼續操作的魯棒性和可靠性；保護控制代碼和執行不受外來影響；功能獨立，保證控制響應的專一性等優點。

該通過對系統的了解和大量資料的查閱，加熱和壓裝過程采用PLC機實現了自動控制，只要人工上件，按自動循環按鈕，即可實現→工件送進液壓缸驅動橋殼從壓裝工位到加熱工位（剛性限位）→加熱工位兩端液壓缸驅動感應加熱器進入橋殼兩端內孔（剛性限位）→自動加熱、保溫到設定溫度→兩端液壓缸退回到原位→工件送進液壓缸驅動橋殼從加熱工位到壓裝工位（剛性限位）→壓裝工位兩端主液壓缸伸出推動半軸套筒沿定位、導向裝置至橋殼兩端內孔設定位置→兩端主液壓缸停止前進→工件冷卻保壓→兩端主液壓缸退出→人工下件→結束循環。

5 結束語

隨著液壓技術、傳感器技術以及可編程序控制器的發展，國內外眾多的汽車生產、裝配廠家采用液壓壓裝機進行汽車中橋、后橋、平衡懸掛等部件的熱加工。

在壓裝機的工作過程中，使用液壓傳動技術來完成工件在壓裝工位以及加熱工位之間的位置控制，以及加熱缸的位置控制，并且控制工件的保壓階段的壓力控制。針對被壓裝工件的重量大，體積大的特點，采用液壓技術來完成位置控制的控制，可以充分發揮液壓技術拖動功率大、可以實現無級調速的特點，在壓裝的過程中，可以利用液壓技術的控制特點更好的完成保壓的效果，從而滿足加工要求。