程 香

（泰州機(jī)電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 泰州 225300）

引言

隨著人們生活節(jié)奏的加快，為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L的出行需求，越來越多的高速鐵路投入建設(shè)和運(yùn)行，帶動了鋼軌精磨技術(shù)的快速發(fā)展。國外的鋼軌精磨設(shè)備歷經(jīng)約半個世紀(jì)的發(fā)展，已經(jīng)發(fā)展得比較成熟和完善，生產(chǎn)出高精度和高效率的鋼軌精磨機(jī)。相比之下，我國的鋼軌精磨技術(shù)發(fā)展較慢。為了提高我國的鋼軌打磨技術(shù)，降低高速鐵路建設(shè)事業(yè)對國外先進(jìn)設(shè)備的依賴性，有必要大力發(fā)展數(shù)控鋼軌精磨設(shè)備。

1.液壓控制回路設(shè)計(jì)

在本文設(shè)計(jì)的數(shù)控精磨機(jī)中，需要實(shí)現(xiàn)的動作主要有：打磨砂輪的轉(zhuǎn)動、夾具的松緊動作、鋼軌的對中以及橫梁的位置調(diào)整等。為了實(shí)現(xiàn)這些動作，本文設(shè)計(jì)了以下液壓控制原理圖。

1.1 鋼軌的對中夾緊回路

本文設(shè)計(jì)的數(shù)控精磨機(jī)鋼軌的對中夾緊回路依靠兩個液壓缸來實(shí)現(xiàn)，如圖2所示。當(dāng)三位四通換向閥處于左位時，油液從液壓泵P口經(jīng)換向閥、液壓鎖和單向閥進(jìn)入液壓缸右腔，推動液壓缸向左移動，回油路油液從液壓缸左腔經(jīng)調(diào)速閥和液壓鎖回到油箱，此時鋼軌松開；當(dāng)三位四通換向閥處于右位時，油液由液壓泵的P口經(jīng)液壓鎖和單向閥進(jìn)入液壓缸的左腔，推動液壓缸向右移動，回油路液壓油從液壓缸的右腔、調(diào)速閥和液壓鎖回到油箱，實(shí)現(xiàn)鋼軌的夾緊動作。當(dāng)三位四通換向閥處于中位時，液壓缸鎖止，液壓泵不卸荷。

圖1 對中夾緊回路

1.2 垂直伺服回路

垂直伺服回路的主要功能是控制磨削橫梁在垂直方向上的位移。橫梁的位置精度直接影響到機(jī)床的打磨精度。細(xì)微的位置誤差，或者是工作過程中的振動，都會影響到鋼軌的磨削質(zhì)量，因此，橫梁的位移控制必須要有相當(dāng)高的精度。本文采用液壓伺服系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)橫梁垂直位置的精確控制。垂直伺服系統(tǒng)的主要液壓元件是電液伺服液壓缸，可以根據(jù)接收到的脈沖信號做出精確的位置移動，利用該液壓缸設(shè)計(jì)出的垂直伺服回路如下：

圖2 垂直伺服回路

整個伺服系統(tǒng)由伺服電機(jī)驅(qū)動，主要對橫梁的垂直下移、停止和垂直上移三個動作進(jìn)行精確控制。伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速由伺服驅(qū)動器控制。指令裝置將方向信號和脈沖信號發(fā)送至伺服驅(qū)動器，方向信號決定伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，而脈沖信號的頻率則決定了伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速。以頻率1Hz的脈沖信號和正轉(zhuǎn)方向信號為例。當(dāng)伺服驅(qū)動器接收到這兩個信號時，伺服電機(jī)正向旋轉(zhuǎn)一預(yù)定的角度，聯(lián)軸器將此轉(zhuǎn)動傳遞到鉸接軸上，帶動絲桿旋轉(zhuǎn)。由于絲桿與螺母嚙合，而螺母相對缸體固定，故絲桿的轉(zhuǎn)動會推動活塞桿在液壓缸腔內(nèi)移動，移動的距離由電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度精確確定。在垂直伺服回路中，二位二通電磁閥同時通電，形成差動連接，使液壓缸兩腔的壓力相等，從而保證了液壓缸垂直移動的平穩(wěn)性。

將上述回路與魔石旋轉(zhuǎn)回路、夾具動作控制回路整合在一起，既為本文設(shè)計(jì)的鋼軌精磨機(jī)液壓控制系統(tǒng)的液壓原理圖，如圖3。

圖3 鋼軌精磨機(jī)液壓控制原理圖

2.液壓回路的PLC控制

本文設(shè)計(jì)的精磨機(jī)床液壓系統(tǒng)的電控系統(tǒng)采用PLC控制。PLC即可編程控制器，在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。PLC編程簡便，體積小，擴(kuò)展性好，采用PLC控制器對本文的液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制可以有效提高系統(tǒng)的控制性能。PLC的主要組成結(jié)構(gòu)包括微處理器、存儲器、電源、輸入單元、輸出單元以及編程設(shè)備等。PLC的輸入/輸出模塊可以接收和輸出數(shù)字量和模擬量。

本文設(shè)計(jì)的數(shù)控液壓系統(tǒng)主要涉及的PLC指令有比較指令CMP、比較復(fù)位指令HSCR、脈沖密度指令SPD和脈沖輸出指令PLSY等。根據(jù)液壓系統(tǒng)的輸入信號和輸出信號數(shù)量，以及系統(tǒng)的控制要求，選用三菱FX2N-48MT-001型PLC。PLC控制系統(tǒng)的I/O分配見表1和表2。

表1 PLC的輸入地址分配表

系統(tǒng)的垂直軸升降PLC控制梯形圖如下：

表2 PLC的輸出地址分配表

圖4 垂直軸控制程序梯形圖

按下按鈕SB，高速計(jì)數(shù)器置位。按下垂直下移開關(guān)時，伺服電動機(jī)正向旋轉(zhuǎn)，系統(tǒng)將發(fā)出的脈沖數(shù)（存儲于D1）與設(shè)定的脈沖數(shù)（存儲于D0）進(jìn)行比較，若D1D0，垂直軸上移，相等則垂直軸不動，D1D0，垂直軸下移。通過這種方式對垂直軸的垂直位移進(jìn)行精確控制。按下上移開關(guān)的程序運(yùn)行與上述類似。緊停開關(guān)SA3-4用于垂直軸的緊急停止。

結(jié)語

高速鐵路載客量大，輸送能力強(qiáng)，具有廣闊的發(fā)展空間。為了促進(jìn)我國高速鐵路的快速發(fā)展，研發(fā)專用于打磨高速鐵路鋼軌的工程設(shè)備具有重要實(shí)際意義。

[1]路士濤.鋼軌數(shù)控精磨機(jī)整體設(shè)計(jì)與測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].西南交通大學(xué)，2011.

[2]黎宏飛.基于VERICUT的數(shù)控鋼軌精磨機(jī)加工仿真[D].西南交通大學(xué)，2009.

[3]王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2008.