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车轮车床液压系统压力自动控制设计

2021-03-27郭磊祁智斌盖晓朋张阔

金属加工(冷加工) 2021年3期
关键词:刀杆车刀车床

郭磊,祁智斌,盖晓朋,张阔

中车石家庄车辆有限公司 河北石家庄 050000

1 序言

车轮车床是铁路车辆转向架生产的关键装备,主要用于加工轨距为1435mm的货车轮对的轮缘踏面,最大加工直径为1100mm。车轮车床液压系统的压力在各液压元件动作时波动较大。机床设计有机械式压力继电器,用来检测顶尖、千斤顶等液压元件动作是否到位,但对整体系统压力是否工作在正常范围无检测。车轮车床的液压泵是液压系统的动力来源,主要用于实现夹爪夹紧和放松、千斤顶上升和下降、定位测量装置的伸出和缩回及主轴箱变速等动作。

将车轮车床的系统压力控制在理想范围内可减少车轮车床的故障,避免车刀崩刀和夹爪片非正常损坏,节省车轮车床的刀杆、丝杠等配件和车刀、夹爪片等工具的采购费用,还可消除故障维修过程中的人员工时浪费,有效提高车轮的加工质量。

2 车轮车床系统压力存在的问题

车轮车床液压系统的理想工作压力在4.5~7.0MPa,如果系统压力一旦不在正常范围,会产生以下问题。

(1)车轮车床故障频发 液压系统压力高于7MPa会造成液压系统整体温度升高,密封件频繁损坏,系统漏油严重;还会造成液压泵载荷过高,液压电动机超载运行,液压泵和电动机损坏。如果系统压力不足4.5MPa,夹爪夹紧不到位,加工过程会出现工件脱转,造成崩刀和夹爪座、夹爪片、刀杆损坏,工件脱转严重时会造成刀杆变形、丝杠损坏。

(2)配件成本增加 液压系统压力过高或者过低会造成车轮车床的刀杆、夹爪片、车刀和丝杠等部件损坏,需采购新配件进行更换。

(3)维修周期较长 车轮车床丝杠、刀杆的采购成本较高,无备件储备,需要临时采购,采购周期较长,一般需要7~10d,丝杠结构复杂,维修过程繁琐,更换一次就需要4名维修工2d的时间。

据近几年设备维修的故障原因统计,数控车轮车床70%的故障都是由系统压力不稳定造成的,因此控制好车轮车床的系统压力不仅可以使设备保持良好的状态,还可以节省配件和工具的采购费用。

3 系统压力控制设计思路

图1 压力变送器

1)改造车轮车床液压系统油路,加装压力变送器接口,安装压力变送器(见图1),将实时压力信号转换为4~20mA模拟量信号进行采集。2)在车轮车床电气控制柜内加装由三菱FX2N PLC、FX2AD模拟量模块、SIN502E信号隔离器和24V开关电源组成的PLC外部电路(见图2),将采集的压力变送器输出的实时压力数据进行分析。采集液压泵控制继电器15KA42的开关信号作为液压系统运行的监视条件,用PLC输出点Y0控制液压泵继电器15KM18工作。

图2 PLC外部电路

图3 PLC程序

3)根据控制要求编写的PLC控制程序,如图3所示。通过PLC实时监测液压系统压力,根据车轮车床液压系统的特点,设置8s的液压系统起动窗口时间,窗口期程序屏蔽压力检测,出窗口期后,一旦出现液压系统压力超出正常值范围的情况,PLC会切断液压泵电动机的运转,暂停车轮车床加工过程并输出报警,避免因设备带病运行而发生安全事故和设备故障。PLC输出状态指示灯Y003闪烁代表系统压力低报警,PLC输出状态指示灯Y003、Y004同时闪烁表示系统压力过高报警(见图3c),方便维修人员对故障初期进行判断。

4 改造后的效果

改造后车轮车床系统压力控制在4.5~7.0MPa的理想状态,基本杜绝了因液压系统压力过高或过低而造成的故障。通过一段时间的使用,产生效益如下。

(1)保证质量 改造后可以避免设备在正常系统压力范围外工作的情况发生,有效地保证了车轮的加工质量。

(2)保证安全 可避免崩刀情况发生,保障车轮的加工过程安全。

(3)节约工具费用 可减少更换夹爪片、车刀等部件的情况,减少工具的费用支出。车轮车床所用1把车刀的费用为160元,发生一次崩刀需同时更换2把车刀,共320元;夹爪片1个40元,发生一次车轮脱转需要更换4个,共160元。改造前1台车轮车床每月工具需花费5000元,改造后可避免车刀和夹爪片非正常损坏,每月减少50%的工具费用支出约2500元,一年共计3万元。刀杆、丝杠等配件平均每年因故障更换一次,1个刀杆的采购价为15000元,1个丝杠的采购价格为5000元。1台车轮车床每年可节省工具费用和配件采购费共5万元。

5 结束语

液压系统的压力控制不仅适用于车轮车床,而且在对液压系统压力要求较高的同类设备中也可推广。根据设备在使用中发现的问题,针对性地进行改善,可以提高设备运行可靠性,节约维修费用,降低设备故障的停机时间,提高有效使用率,减少维修工作量。

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