基于PLC控制技術和氣壓傳動控制技術的汽車前懸架與轉向輪螺紋裝配設備研發

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基于PLC控制技術和氣壓傳動控制技術的汽車前懸架與轉向輪螺紋裝配設備研發

陸晶晶

（遼寧石化職業技術學院 遼寧省錦州市121000）

摘要：在裝配汽車前懸架與轉向輪時需要擰緊螺紋，一旦操作不當就會出現前傾角過大的缺陷，加快車輪胎的磨損，降低小軸承及輪轂緊固螺母的使用壽命。對此，本文設計了一種基于PLC控制技術和氣壓傳動控制技術的裝配設備，能有效避免上述問題。

關鍵詞：PLC；氣壓傳動控制技術；前懸架與轉向輪；螺紋；裝配設備

0　前言

“當汽車水平停放時，在汽車的橫向垂面內，車輪平面與地面垂線的夾角為前輪外傾角，簡稱前傾角”。在空載的情況下，安裝的車輪垂直于路面，隨著荷載的增加，車輪受到的壓力越來越大，就會出現內傾的現象，使得車輪更加容易磨損。車輛對路面有壓力，基于受力平衡，路面對汽車有一個同等大小的垂直反力，垂直反力作用于車輪形成沿輪轂的軸向分力，使得輪轂對輪轂緊固螺母和小軸承的壓力越來愈大，降低了它們的使用期限。因此，為了降低荷載增大對汽車各個相關部件的消極影響，大多數車輛都有處于0°～3°30`范圍內的固定前傾角а，但在汽車前懸架與轉向輪的螺紋裝配中，前傾角а的大小并不容易控制，經常出現大于3°30`的情況，加快車輪胎的磨損。為了解決前傾角不容易控制的問題，本文設計了基于PLC控制技術和氣壓傳動控制技術的汽車前懸架與轉向輪螺紋裝配設備（以下簡稱設備）。

1　設備的安裝

1.1安裝準備

確定安裝的操作平臺，準備好拼裝、掛裝所用的機械設備、電源、水等。

根據設計圖紙對設備進行清點，確保設備的數量、型號、規格滿足設計要求。對壓力鋼管、座環的尺寸進行檢查，對安裝基準點、線進行測量，確保符合安裝要求。確保安全措施方案、技術方案在監理部門通過審查，確保使用說明書、安裝手冊、設計圖紙等技術資料齊備。技術人員與施工作業人員進行過充分的溝通和交流，確保施工人員的操作規范、技術合理。

1.2設備拼裝及焊接

在平面低于2mm的拼裝平臺上放出設備各斷面的地樣，確保設備各斷面數據符合設備單線圖的要求。設備瓦片用汽車進行吊裝，吊裝完成后用壓馬板、拉板、騎馬板、拉緊器等工具對尺寸實樣線上的瓦片進行調整。調整的要求如下：瓦片與地樣平臺的間隙不超過2mm；瓦片組合縱縫間的過流面錯牙不超過2mm；各瓦片過流面與地樣線的偏差不超過2m；瓦片組合縱縫間的間隙不超過4mm。拼裝完成后，檢查單節設備的對角線尺寸 K1與 K2、進水口內徑R、檢查開口尺寸G、大小口周長 L，然后焊接組合縱縫。

1.2.1設備掛裝

1.2.1.1吊裝及運輸

單節設備拼裝完成后，用平板拖車吊運至安裝間，然后用橋機吊吊至機坑進行掛裝，

1.2.1.2掛裝順序

以焊接在座環上的設備尾部的第1、7、16、30節作為作為定位節，確保設備掛裝、焊接產生的累積誤差能合理分布在湊合節內，確保舌板與相應的設備節間焊縫的錯牙、間隙滿足設計要求，確保掛裝過程中座環受力對稱平衡。

1.2.1.3定位節掛裝

設備定位節樣沖點、控制點可根據設備安裝圖在座環上進行測量。在掛裝時，采用掛線錘的方法，利用出水邊的垂直平面度、內支撐上的旋套調整定位節進以及外支撐調整工具，對其垂直平面度進行測量和調整，使垂直平面度低于5mm。對最遠點到機組中心線的距離進行調整，確保與設計值的偏差不超出最遠點半徑設計值的±0. 004倍；對腰線高程進行調整，確保與固定導葉中心平面的偏差不超出±5mm；對管口進行調整，確保與基準線的偏差不超出±5mm。定位節掛裝滿足上述要求后，點焊固定相應的千斤頂點、拉緊器、調整旋套，然后全面檢測、調整定位節，盡可能縮小安裝誤差，最后去除吊具并加固。

1.2.1.4其余節掛裝

根據設備掛裝順序圖，以定位節為基準對設備其余管節依次掛裝。在掛裝時，應安裝設備支撐，并實施中心對稱掛裝，避免設備的重量影響到座環水平，確保座環的受力平衡。同時，對座環水平進行實時監控，確保設備的掛裝、調整的順利實施。設備的掛裝順應與環縫的調整順序一致，每調整一條環縫就進行一次焊接，以此類推，這樣有效降低環縫間隙、錯牙調整對環縫焊接的影響。

2　氣壓傳動控制系統

氣壓傳動控制系統的核心構件是四個氣缸，其中兩個壓緊氣缸、一個平推氣缸、一個移動氣缸。需固定工件時，平推氣缸動作；需向兩壓緊機構的直線運動提供推力時，移動氣缸動作；需壓緊前懸架與轉向輪時，壓緊氣缸動作。各個氣缸的基本構造如圖1所示。

其中，XC1、XC2、XC3.. XC8是位置傳感器，感應氣缸的位置，并記錄下來，然后把其轉化為電信號，傳給控制系統。FCV1、FCV2… FCV5是單向節流閥，通過調節單向節流閥能實現對氣缸伸縮運動速度的控制。YV1、YV2…YV8是電控換向閥，通過控制電控換向閥實現對氣缸運動方向的控制。

圖1　氣缸的基本構造

3　PLC電控系統

設備采用的PLC電控系統的核心構件是可編程序控制器，13個輸出信號，23個輸入信號。輸出信號主要是位置傳感器信號、按鈕信號；輸出信號用來控制指示燈、計時器以及電磁換向閥等。

3.1引入模糊控制法

模糊控制法引入需要結合螺紋裝配的實際需要和現場的基本情況，然后在具體的操作中不斷積累經驗，提升數據整理的科學性，確保設備自動化控制的各個環節都能有序、高效地進行。在運用模糊控制法改進自動化控制中，工程人員應充分了解其特點和工作原理。

3.1.1模糊控制系統

傳統的自動化控制采用被動控制法，只關注液位的變化，而集水井具有一定的滯后性和非線性，這就使得控制喪失一定的聯動性。引入模糊控制系統后，其不僅能收集操作人員控制規律和方法，還能經由計算機的智能化分析給出最佳的自動控制方法和規律，比如具備根據液位變化率和液位差控制PD結構的能力，能極大地提升自動化控制的效果和裝配量的處理質量。在模糊控制系統下，自動化控制將更加的智能，使得自動控制系統的運行更加的高效，降低了對人工操作的依賴。

3.1.2模糊控制器的語言變量

啟動氣缸臺數（U）、液位變化率(EC)、液位差(E)是模糊控制器三個語言變量，不同的語言變量對應不同的控制操作。EC、E是輸入語言變量，它們發生變化時會反饋到模糊控制器上，然后根據PLC編程輸出語言變量U，經由非線性的PD控制系統給出相應操作指令，實現對啟動氣缸臺數的控制。不同的裝配量公司，采樣間隔時間不同，一般情況下是10s。

3.1.3模糊論域和隸屬度函數

模糊子集隸屬函數的圖形越尖，模糊集合的分辨率就越高，對EC、E變化就表現的越敏感，控制會非常高效、迅速；模糊子集隸屬函數的圖形越扁，模糊集合的分辨率就越低，對EC、E變化就表現的越保守，控制會非常的穩定、平滑。所說說不同的隸屬度函數代表不同的控制涵義。

3.2實行氣缸輪值控制

氣缸輪值就是對氣缸的工作量和啟動平率進行控制，從而保證各個氣缸工作量和啟動次數的平均性，使每臺氣缸的工作負荷適當，避免一臺或多臺氣缸的過度使用，有利于延長氣缸的使用壽命，提升其工作效率。在氣缸啟動時，控制系統會對氣缸的啟動順序就行編碼，對啟動次數進行記錄，讓每個氣缸都有機會分配到裝配量，分配的裝配量也更加的平均。具體方式下：氣缸啟動時開始計時，氣缸運行結束時停止計時，氣缸輪值控制系統根據氣缸的運行時間進行排序，運行時間或由高到低或由低到高；氣缸啟動時累計增加一次啟動次數，氣缸運行結束時，氣缸輪值控制系統根據總的啟動次數進行排序，啟動頻率或高到低或由低到高。在下次啟動時，會按順序先啟動啟動頻率較低的氣缸和啟動時間較短的氣缸，甚至可以按順序先停止啟動早或啟動次數多的氣缸。

此外，但啟動順序中的某臺氣缸出現故障時，氣缸輪值控制系統會自動跳過該臺氣缸，啟動下個氣缸，避免故障氣缸影響自動控制系統的效率，也使得裝配量的抽排順利進行。值得注意的是，但氣缸房水位沒有變化時，輪值控制系統會默認氣缸沒有正常工作，不會對氣缸的工作時間和啟動次數進行記錄，極容易出現單個氣缸超負荷工作的現象，對此可設定氣缸的工作上限，確保超時工作后能強制切換或對氣缸輪值控制進行升級，使其能在氣缸房水位不變化時依舊能區分氣缸是否在工作，避免氣缸由于過度使用出現使用壽命或工作效率降低的問題。同時應加強啟動周期的設置，盡可能減少氣缸啟動的頻率，避免出現電壓過大的情況，以減少線路負荷，維護用電安全。

4　結束語

氣壓傳動控制系統執行控制工作，PLC電控系統下發控制指令。通過PLC的控制，氣缸才能更好地向汽車前懸架、轉向輪施加壓力，才能有效固定各個空間，為螺紋的裝配創造一個理想的條件，避免出現前傾角過大的情況，較少對汽車輪胎的磨損。設備有效利用了PLC控制技術、氣壓傳動控制技術優勢，不僅提升了流水線工作效率、質量，還實現了對整個裝配流程的有效監控，具有較高的應用價值。

參考文獻

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陸晶晶，女，漢族，1982年3月9日，籍貫遼寧阜新，本科碩士學位，講師，方向：電氣自動化；

理論與算法

Based on PLC control technology and air pressure drive control technology of automobile front suspension and steering wheel screw assembly equipment research and development

Liu Jingjing

(liaoning petrochemical vocational and technical college Jinzhou city, liaoning province 121000)

Abstract：in the assembly of front suspension and steering wheel need to tighten the screw thread, once the defect of improper operation will appear before the Angle is too large, to speed up the car tire wear, reduce the service life of small bearings and wheel fastening nut. To this, this paper designed a kind of control technology based on PLC control technology and pneumatic transmission assembly equipment, can effectively avoid the above problems.

Keywords：PLC; Air pressure drive control technology; Front suspension and steering wheel; The screw thread; Assembly

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