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基于PLC控制技術(shù)和氣壓傳動(dòng)控制技術(shù)的汽車前懸架與轉(zhuǎn)向輪螺紋裝配設(shè)備研發(fā)

陸晶晶

（遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 遼寧省錦州市121000）

摘要：在裝配汽車前懸架與轉(zhuǎn)向輪時(shí)需要擰緊螺紋，一旦操作不當(dāng)就會(huì)出現(xiàn)前傾角過(guò)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(duì)此，本文設(shè)計(jì)了一種基于PLC控制技術(shù)和氣壓傳動(dòng)控制技術(shù)的裝配設(shè)備，能有效避免上述問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：PLC；氣壓傳動(dòng)控制技術(shù)；前懸架與轉(zhuǎn)向輪；螺紋；裝配設(shè)備

0　前言

“當(dāng)汽車水平停放時(shí)，在汽車的橫向垂面內(nèi)，車輪平面與地面垂線的夾角為前輪外傾角，簡(jiǎn)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(lái)越大，就會(huì)出現(xiàn)內(nèi)傾的現(xiàn)象，使得車輪更加容易磨損。車輛對(duì)路面有壓力，基于受力平衡，路面對(duì)汽車有一個(gè)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(duì)輪轂緊固螺母和小軸承的壓力越來(lái)愈大，降低了它們的使用期限。因此，為了降低荷載增大對(duì)汽車各個(gè)相關(guān)部件的消極影響，大多數(shù)車輛都有處于0°～3°30`范圍內(nèi)的固定前傾角а，但在汽車前懸架與轉(zhuǎn)向輪的螺紋裝配中，前傾角а的大小并不容易控制，經(jīng)常出現(xiàn)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(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了基于PLC控制技術(shù)和氣壓傳動(dòng)控制技術(shù)的汽車前懸架與轉(zhuǎn)向輪螺紋裝配設(shè)備（以下簡(jiǎn)稱設(shè)備）。

1　設(shè)備的安裝

1.1安裝準(zhǔn)備

確定安裝的操作平臺(tái)，準(zhǔn)備好拼裝、掛裝所用的機(jī)械設(shè)備、電源、水等。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對(duì)設(shè)備進(jìn)行清點(diǎn)，確保設(shè)備的數(shù)量、型號(hào)、規(guī)格滿足設(shè)計(jì)要求。對(duì)壓力鋼管、座環(huán)的尺寸進(jìn)行檢查，對(duì)安裝基準(zhǔn)點(diǎn)、線進(jìn)行測(cè)量，確保符合安裝要求。確保安全措施方案、技術(shù)方案在監(jiān)理部門通過(guò)審查，確保使用說(shuō)明書、安裝手冊(cè)、設(shè)計(jì)圖紙等技術(shù)資料齊備。技術(shù)人員與施工作業(yè)人員進(jìn)行過(guò)充分的溝通和交流，確保施工人員的操作規(guī)范、技術(shù)合理。

1.2設(shè)備拼裝及焊接

在平面低于2mm的拼裝平臺(tái)上放出設(shè)備各斷面的地樣，確保設(shè)備各斷面數(shù)據(jù)符合設(shè)備單線圖的要求。設(shè)備瓦片用汽車進(jìn)行吊裝，吊裝完成后用壓馬板、拉板、騎馬板、拉緊器等工具對(duì)尺寸實(shí)樣線上的瓦片進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整的要求如下：瓦片與地樣平臺(tái)的間隙不超過(guò)2mm；瓦片組合縱縫間的過(guò)流面錯(cuò)牙不超過(guò)2mm；各瓦片過(guò)流面與地樣線的偏差不超過(guò)2m；瓦片組合縱縫間的間隙不超過(guò)4mm。拼裝完成后，檢查單節(jié)設(shè)備的對(duì)角線尺寸 K1與 K2、進(jìn)水口內(nèi)徑R、檢查開口尺寸G、大小口周長(zhǎng) L，然后焊接組合縱縫。

1.2.1設(shè)備掛裝

1.2.1.1吊裝及運(yùn)輸

單節(jié)設(shè)備拼裝完成后，用平板拖車吊運(yùn)至安裝間，然后用橋機(jī)吊吊至機(jī)坑進(jìn)行掛裝，

1.2.1.2掛裝順序

以焊接在座環(huán)上的設(shè)備尾部的第1、7、16、30節(jié)作為作為定位節(jié)，確保設(shè)備掛裝、焊接產(chǎn)生的累積誤差能合理分布在湊合節(jié)內(nèi)，確保舌板與相應(yīng)的設(shè)備節(jié)間焊縫的錯(cuò)牙、間隙滿足設(shè)計(jì)要求，確保掛裝過(guò)程中座環(huán)受力對(duì)稱平衡。

1.2.1.3定位節(jié)掛裝

設(shè)備定位節(jié)樣沖點(diǎn)、控制點(diǎn)可根據(jù)設(shè)備安裝圖在座環(huán)上進(jìn)行測(cè)量。在掛裝時(shí)，采用掛線錘的方法，利用出水邊的垂直平面度、內(nèi)支撐上的旋套調(diào)整定位節(jié)進(jìn)以及外支撐調(diào)整工具，對(duì)其垂直平面度進(jìn)行測(cè)量和調(diào)整，使垂直平面度低于5mm。對(duì)最遠(yuǎn)點(diǎn)到機(jī)組中心線的距離進(jìn)行調(diào)整，確保與設(shè)計(jì)值的偏差不超出最遠(yuǎn)點(diǎn)半徑設(shè)計(jì)值的±0. 004倍；對(duì)腰線高程進(jìn)行調(diào)整，確保與固定導(dǎo)葉中心平面的偏差不超出±5mm；對(duì)管口進(jìn)行調(diào)整，確保與基準(zhǔn)線的偏差不超出±5mm。定位節(jié)掛裝滿足上述要求后，點(diǎn)焊固定相應(yīng)的千斤頂點(diǎn)、拉緊器、調(diào)整旋套，然后全面檢測(cè)、調(diào)整定位節(jié)，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(jié)掛裝

根據(jù)設(shè)備掛裝順序圖，以定位節(jié)為基準(zhǔn)對(duì)設(shè)備其余管節(jié)依次掛裝。在掛裝時(shí)，應(yīng)安裝設(shè)備支撐，并實(shí)施中心對(duì)稱掛裝，避免設(shè)備的重量影響到座環(huán)水平，確保座環(huán)的受力平衡。同時(shí)，對(duì)座環(huán)水平進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保設(shè)備的掛裝、調(diào)整的順利實(shí)施。設(shè)備的掛裝順應(yīng)與環(huán)縫的調(diào)整順序一致，每調(diào)整一條環(huán)縫就進(jìn)行一次焊接，以此類推，這樣有效降低環(huán)縫間隙、錯(cuò)牙調(diào)整對(duì)環(huán)縫焊接的影響。

2　氣壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)

氣壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)的核心構(gòu)件是四個(gè)氣缸，其中兩個(gè)壓緊氣缸、一個(gè)平推氣缸、一個(gè)移動(dòng)氣缸。需固定工件時(shí)，平推氣缸動(dòng)作；需向兩壓緊機(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動(dòng)提供推力時(shí)，移動(dòng)氣缸動(dòng)作；需壓緊前懸架與轉(zhuǎn)向輪時(shí)，壓緊氣缸動(dòng)作。各個(gè)氣缸的基本構(gòu)造如圖1所示。

其中，XC1、XC2、XC3.. XC8是位置傳感器，感應(yīng)氣缸的位置，并記錄下來(lái)，然后把其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，傳給控制系統(tǒng)。FCV1、FCV2… FCV5是單向節(jié)流閥，通過(guò)調(diào)節(jié)單向節(jié)流閥能實(shí)現(xiàn)對(duì)氣缸伸縮運(yùn)動(dòng)速度的控制。YV1、YV2…YV8是電控?fù)Q向閥，通過(guò)控制電控?fù)Q向閥實(shí)現(xiàn)對(duì)氣缸運(yùn)動(dòng)方向的控制。

圖1　氣缸的基本構(gòu)造

3　PLC電控系統(tǒng)

設(shè)備采用的PLC電控系統(tǒng)的核心構(gòu)件是可編程序控制器，13個(gè)輸出信號(hào)，23個(gè)輸入信號(hào)。輸出信號(hào)主要是位置傳感器信號(hào)、按鈕信號(hào)；輸出信號(hào)用來(lái)控制指示燈、計(jì)時(shí)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(jié)合螺紋裝配的實(shí)際需要和現(xiàn)場(chǎng)的基本情況，然后在具體的操作中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，提升數(shù)據(jù)整理的科學(xué)性，確保設(shè)備自動(dòng)化控制的各個(gè)環(huán)節(jié)都能有序、高效地進(jìn)行。在運(yùn)用模糊控制法改進(jìn)自動(dòng)化控制中，工程人員應(yīng)充分了解其特點(diǎn)和工作原理。

3.1.1模糊控制系統(tǒng)

傳統(tǒng)的自動(dòng)化控制采用被動(dòng)控制法，只關(guān)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(lián)動(dòng)性。引入模糊控制系統(tǒng)后，其不僅能收集操作人員控制規(guī)律和方法，還能經(jīng)由計(jì)算機(jī)的智能化分析給出最佳的自動(dòng)控制方法和規(guī)律，比如具備根據(jù)液位變化率和液位差控制PD結(jié)構(gòu)的能力，能極大地提升自動(dòng)化控制的效果和裝配量的處理質(zhì)量。在模糊控制系統(tǒng)下，自動(dòng)化控制將更加的智能，使得自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行更加的高效，降低了對(duì)人工操作的依賴。

3.1.2模糊控制器的語(yǔ)言變量

啟動(dòng)氣缸臺(tái)數(shù)（U）、液位變化率(EC)、液位差(E)是模糊控制器三個(gè)語(yǔ)言變量，不同的語(yǔ)言變量對(duì)應(yīng)不同的控制操作。EC、E是輸入語(yǔ)言變量，它們發(fā)生變化時(shí)會(huì)反饋到模糊控制器上，然后根據(jù)PLC編程輸出語(yǔ)言變量U，經(jīng)由非線性的PD控制系統(tǒng)給出相應(yīng)操作指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)啟動(dòng)氣缸臺(tái)數(shù)的控制。不同的裝配量公司，采樣間隔時(shí)間不同，一般情況下是10s。

3.1.3模糊論域和隸屬度函數(shù)

模糊子集隸屬函數(shù)的圖形越尖，模糊集合的分辨率就越高，對(duì)EC、E變化就表現(xiàn)的越敏感，控制會(huì)非常高效、迅速；模糊子集隸屬函數(shù)的圖形越扁，模糊集合的分辨率就越低，對(duì)EC、E變化就表現(xiàn)的越保守，控制會(huì)非常的穩(wěn)定、平滑。所說(shuō)說(shuō)不同的隸屬度函數(shù)代表不同的控制涵義。

3.2實(shí)行氣缸輪值控制

氣缸輪值就是對(duì)氣缸的工作量和啟動(dòng)平率進(jìn)行控制，從而保證各個(gè)氣缸工作量和啟動(dòng)次數(shù)的平均性，使每臺(tái)氣缸的工作負(fù)荷適當(dāng)，避免一臺(tái)或多臺(tái)氣缸的過(guò)度使用，有利于延長(zhǎng)氣缸的使用壽命，提升其工作效率。在氣缸啟動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)對(duì)氣缸的啟動(dòng)順序就行編碼，對(duì)啟動(dòng)次數(shù)進(jìn)行記錄，讓每個(gè)氣缸都有機(jī)會(huì)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(dòng)時(shí)開始計(jì)時(shí)，氣缸運(yùn)行結(jié)束時(shí)停止計(jì)時(shí)，氣缸輪值控制系統(tǒng)根據(jù)氣缸的運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行排序，運(yùn)行時(shí)間或由高到低或由低到高；氣缸啟動(dòng)時(shí)累計(jì)增加一次啟動(dòng)次數(shù)，氣缸運(yùn)行結(jié)束時(shí)，氣缸輪值控制系統(tǒng)根據(jù)總的啟動(dòng)次數(shù)進(jìn)行排序，啟動(dòng)頻率或高到低或由低到高。在下次啟動(dòng)時(shí)，會(huì)按順序先啟動(dòng)啟動(dòng)頻率較低的氣缸和啟動(dòng)時(shí)間較短的氣缸，甚至可以按順序先停止啟動(dòng)早或啟動(dòng)次數(shù)多的氣缸。

此外，但啟動(dòng)順序中的某臺(tái)氣缸出現(xiàn)故障時(shí)，氣缸輪值控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)跳過(guò)該臺(tái)氣缸，啟動(dòng)下個(gè)氣缸，避免故障氣缸影響自動(dòng)控制系統(tǒng)的效率，也使得裝配量的抽排順利進(jìn)行。值得注意的是，但氣缸房水位沒(méi)有變化時(shí)，輪值控制系統(tǒng)會(huì)默認(rèn)氣缸沒(méi)有正常工作，不會(huì)對(duì)氣缸的工作時(shí)間和啟動(dòng)次數(shù)進(jìn)行記錄，極容易出現(xiàn)單個(gè)氣缸超負(fù)荷工作的現(xiàn)象，對(duì)此可設(shè)定氣缸的工作上限，確保超時(shí)工作后能強(qiáng)制切換或?qū)飧纵喼悼刂七M(jìn)行升級(jí)，使其能在氣缸房水位不變化時(shí)依舊能區(qū)分氣缸是否在工作，避免氣缸由于過(guò)度使用出現(xiàn)使用壽命或工作效率降低的問(wèn)題。同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)啟動(dòng)周期的設(shè)置，盡可能減少氣缸啟動(dòng)的頻率，避免出現(xiàn)電壓過(guò)大的情況，以減少線路負(fù)荷，維護(hù)用電安全。

4　結(jié)束語(yǔ)

氣壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)執(zhí)行控制工作，PLC電控系統(tǒng)下發(fā)控制指令。通過(guò)PLC的控制，氣缸才能更好地向汽車前懸架、轉(zhuǎn)向輪施加壓力，才能有效固定各個(gè)空間，為螺紋的裝配創(chuàng)造一個(gè)理想的條件，避免出現(xiàn)前傾角過(guò)大的情況，較少對(duì)汽車輪胎的磨損。設(shè)備有效利用了PLC控制技術(shù)、氣壓傳動(dòng)控制技術(shù)優(yōu)勢(shì)，不僅提升了流水線工作效率、質(zhì)量，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)裝配流程的有效監(jiān)控，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

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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(xué)位，講師，方向：電氣自動(dòng)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

作者簡(jiǎn)介