【正文】 似計(jì)算。目前 , 用計(jì)算機(jī)軟件 (包括 PLC的指令 ) 來實(shí)現(xiàn) PID 調(diào)節(jié)算法不但成為了可能 ,而且具有更大的靈活性。在一般的 PID 控制系統(tǒng)中 , 數(shù)字調(diào)節(jié)器的輸入是執(zhí)行機(jī)構(gòu)所能達(dá)到的位置 , 數(shù)字調(diào)節(jié)器的輸出與過去的狀態(tài)有關(guān)。 PID 控制算法及在伺服系統(tǒng)的功能 在連續(xù) 時間的控制系統(tǒng)中 , PID 算法因其結(jié)構(gòu)靈活、參數(shù)整定方便、設(shè)計(jì)成熟等 , 從而被成功地應(yīng)用在工業(yè)過程控制中。伺服放大器與電液伺服閥及油缸一起 , 組成性能優(yōu)良的位置、速度、加速度、流量及力等閉環(huán)控制系統(tǒng)。隨著伺服放大器輸入的電壓的不同 , 輸出的電流也不同 , 伺服閥閥口的開度隨之發(fā)生變化 , 從而控制進(jìn)入彎曲油缸的流量。當(dāng)用于定時器時，脈沖計(jì)數(shù)占用 4個地址。它們既可以單通道使用，也可以通過板上跳線器多通道級聯(lián)使用。板上使用一片 8253提供 3通道 16位字長定時 /計(jì)數(shù)器，由于有光電隔離器件，計(jì)數(shù)脈沖頻率范圍為 025KHz，當(dāng)用于脈沖計(jì)數(shù)時，三路脈沖信號由接口 輸入，經(jīng)過限流電阻和光電隔離芯片后進(jìn)入8253，由于有光電隔離器件，對干擾有效脈沖信號的早聲可起消除作用，提高了可靠性，但降低了脈沖頻率的計(jì)數(shù)范圍，約為每秒 025KHz。為此 ,在彎曲軸上安裝了一個位移編碼器 , 位移編碼器是一種脈沖形式輸出的傳感器 , 常用于位置和位移檢測系統(tǒng)?？刂齐娐愤x中哪路 D/A，該 D/A即從數(shù)據(jù)線上讀取數(shù)據(jù)并啟動 D/A開始轉(zhuǎn)換，經(jīng)過運(yùn)放輸出。采用 DAC7625，該芯片轉(zhuǎn)換時間短，工作穩(wěn)定，可靠性高。為了控制彎管速度 , 就要改變伺服閥的流量 , 從而必須改變輸入伺服閥的電壓信號。它是一種譯碼電路 , 其輸入是數(shù)字量 , 輸出是模擬量。 16 路開關(guān)量輸入輸出信號由 IDC 接頭連接，輸入輸出為 TTL 電平，占用 16個 I/O 端口地址，可采用查詢或中斷方式工作。 A/D 轉(zhuǎn)換芯片采用高性能的 AD1674 芯片， D/A 芯片采用 DA7625， A/D、 D/A 芯片有多量程、單雙極性輸入輸出， DC 電源隔離模塊給模擬器件供電，從而進(jìn)一步提高了可靠性。板上有12位單端 16路 /差分或 8路 A/D 輸入、 4路 12 位獨(dú)立 D/A 電壓電流輸出、 16路開關(guān)量輸入 /輸出、 3路脈沖記數(shù) /定時中斷等多項(xiàng)功能。在對伺服閥的控制中 , 采用了 PID控制算法來實(shí)現(xiàn)電液伺服閥的精確控制 , 控制算法中的大量計(jì)算由具有強(qiáng)大計(jì)算功能的工業(yè) PC機(jī)來完成。通過運(yùn)動控制卡向伺服控制單元發(fā)送頻率可變的脈沖 , 從而準(zhǔn)確地控制伺服電機(jī)的運(yùn)動速度和移 動位置 , 通過輸入輸出卡來控制外設(shè)的開關(guān)信號 , 運(yùn)動控制卡和輸入輸出卡都插在 IPC 的擴(kuò)展插槽上。電液伺服閥控制系統(tǒng)由以下部分組成 : 基于工業(yè) PC 數(shù)控系統(tǒng)主模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換卡、計(jì)數(shù)器定時器卡、數(shù)據(jù)采集卡，伺服放大器、電液伺服閥以及執(zhí)行機(jī)構(gòu) , 電 14 液伺服閥控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 , 如圖 9所示。 電液伺服控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)組成 控制系統(tǒng)對于不同的制管要求和需要的彎曲力矩不同 , 有全伺服電機(jī)控制、全液壓控制和液壓 2電機(jī)混合控制。同時，將此信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后傳給計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)對彎曲油缸的多環(huán)路串級伺服控制。其次對于彎曲油缸控制回路，彎曲油缸伸長量由位移傳感器檢測并轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電壓信號。首先，對于頂鐓油缸控制回路，頂鐓油缸的位置和速度由光電脈沖傳感器檢測并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字脈沖信號反饋給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行頂鐓油缸速度和位置的監(jiān)測、控制。 電氣方面的有關(guān)設(shè)計(jì)及應(yīng)用 通過以上的分析，可以得出，要想精確控制彎管的形狀和質(zhì)量，必須有精確的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以通過控制電流的大小來改變伺服閥中油的流量大小，從而控制油缸的伸長量以及運(yùn)動速度，來控制矩形管的形狀，同時，必須有相應(yīng)的傳感器接入電氣控制系統(tǒng)中，選取 光電編碼器安裝在滑軌上，通過感應(yīng)滑軌與滾彎機(jī)構(gòu)的距離， 13 可以控制頂鐓油缸的速度和位置；在彎曲油缸的活塞桿中安裝位移傳感器，通過工控PC 機(jī)來控制精確的彎曲位移，經(jīng)過設(shè)計(jì)與查詢有關(guān)資料，控制系統(tǒng)總圖如圖 32 所示。 該液壓缸取 mmH 230? 。 對一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長度 H應(yīng)滿足以下要求 220 DLH ?? 式中 L 液壓缸的最大行程； D 液壓缸的內(nèi)徑。 2） 最小導(dǎo)向長度的確定 當(dāng)活塞桿全部外伸時，從活塞支撐面中點(diǎn)到缸蓋滑動支撐面中點(diǎn)的距離 H稱為最小導(dǎo)向 長度。 mmPDt y ][ ????? ? 。 因此，液壓缸的外徑為： mmDD 1802 ??? ?外 。 mmmD ?? ； ][? Mp100? ； M P AFP y 4 626 ???????? ??。其值為：鍛鋼： ][? Mp120210 ?? ；鑄鋼：][? Mp110100 ?? ；無縫鋼管： ][? Mp110100 ?? ；高強(qiáng)度鑄鐵： ][? Mp60? 灰鑄鐵： ][? Mp25? 。 ][2?? DPy? 式中 ? 液壓缸壁厚 ? ?mm ； D液壓缸內(nèi)徑 ??m ； yP 試驗(yàn)壓力，一般取工作壓力的 ? ? ? 倍 ? ?Mp 。一般計(jì)算時可以分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄出的厚度?；钊暮穸?Da )( ?? ，取 mmDa ?? 。 根據(jù) GB， 選取 活塞桿直徑為 mmd 80? 。 因此有：102354 625 ????d?。 校核活塞桿的穩(wěn)定性 因?yàn)榛钊麠U受壓力，存在穩(wěn)定性問題，首先計(jì)算柔度 。題中已知條件給出系統(tǒng)的最大壓力是 MPAF 12? ，因此對活塞桿進(jìn)行校核，反求出活塞桿的最小直徑。根據(jù)壓力，在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊可以查出匹配的液壓泵以及電動機(jī)。在這個設(shè)計(jì)題目中 ，根據(jù)彎管機(jī)的主要性能參數(shù)，確定額定工作壓力為 10MPA。 液壓缸主要尺寸的計(jì)算 （ 1）液壓缸工作壓力的確定 液壓缸工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備的類型來確定，對不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。 （ 5） 該系統(tǒng)有液壓故障發(fā)信裝置 , 如油溫、油壓、油位過高或過低 , 過濾器堵塞等 , 系統(tǒng)均能發(fā)信 , 以提醒操作者 , 確保系統(tǒng)工作安全。 C 之間 , 有利于機(jī)床性能的改善和控制精度的提高。 （ 3） 采用恒壓變量泵和先進(jìn)的冷卻裝置 , 使油溫控制在 15176。 液壓系統(tǒng)的特點(diǎn) （ 1） 彎管軸和頂鐓軸采用電液伺服控制 , 控制精度高、響應(yīng)快 , 實(shí)現(xiàn)了彎管和頂鐓之間的柔性匹配 ,保證了產(chǎn)品質(zhì)量。如此循環(huán)往復(fù)。各液壓缸按順序復(fù)位。在伺服系統(tǒng)控制下 , 彎管缸帶動彎管模旋轉(zhuǎn)彎管 , 頂鐓缸推動頂鐓夾緊缸使其給鋼管施加軸向的推力 , 兩者協(xié)調(diào)配合 , 完成對鋼 管進(jìn)行彎曲的任務(wù)。同時 , 恒壓變量泵根據(jù)伺服系統(tǒng)所需流量而自動在恒壓下變量。當(dāng)輔助部分夾緊工作缸時 , 雙泵同時供油 。三個夾緊缸順序動作由電液換向閥控制 , 油路中配置單向減壓閥 , 進(jìn)油節(jié)流閥和液控單向閥 , 以滿足夾緊力可調(diào)、缸進(jìn)退速度可調(diào)、 起動平穩(wěn)、動作可靠等要求。因此 , 當(dāng)輸入指令是一個位置斜坡函數(shù) (相當(dāng)于一個速度指令 ) 時 , 在不失步的情況下 , 該伺服系統(tǒng)能夠在很大的速度變化范圍內(nèi)作隨動運(yùn)動 , 與電液伺服閥相串聯(lián)的電液換向閥起安全保護(hù)作用 , 在系統(tǒng)出現(xiàn)重大事故情況下 , 立即停止彎管。液壓伺服控制部分 : 它由兩個并聯(lián)的連續(xù)位置控制系統(tǒng)組成 , 是完成彎管的主要工作部分。 油路簡潔、便于集中操作和實(shí)現(xiàn)自動化。要求所設(shè)計(jì)的液壓 系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠、起動平穩(wěn) 。彎管模合模后 , 由液壓執(zhí)行器帶動彎管模旋轉(zhuǎn)彎管。采取帶有軸向頂鐓裝置的機(jī)械冷彎方式 , 以液壓為動力源、 PC 為控制源 , 自動完成送料、夾緊和彎管 。 8 液壓方面的有關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想及要求 液壓伺服系統(tǒng)是彎曲管料的主要動力部分 ，它的性能直接關(guān)系到彎管質(zhì)量，因此合理設(shè)計(jì)該系統(tǒng)就具有很重要的意義。計(jì)算機(jī)上進(jìn)行曲線的輸入和更改 都很方便快捷，完全擺脫了那種以往的依靠模具進(jìn)行加工的生產(chǎn)方式，極大的提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了生產(chǎn)成本。 由以上分析可以清楚地看出，弧度管的各段曲率的變化完全可以由計(jì)算機(jī)通過控制彎曲油缸伸長曲線精確實(shí)現(xiàn)。最終的彎管成型曲線見圖 26所示。在此過程中， 彎曲 油缸伸長量 ABL 是已知量，并且 AC BCLL? 7 是固定值，因此，在如圖坐標(biāo)系當(dāng)中動滾輪圓心 B點(diǎn)位置可以計(jì)算得出，而定滾輪圓心坐標(biāo)、半徑均已知，所以兩圓的公切線段 GH 的方程式、 G 點(diǎn)坐標(biāo)、 H 點(diǎn)坐標(biāo)均可以求出，則對應(yīng)的圓弧方程即可得出。 圖 25 曲率形成過程分析 圖 25中，由于動滾輪與靠滾輪是通過連桿鉸接的，動滾輪 1 在彎曲油缸的推動下，以靠滾 輪為圓心，動滾輪圓心到靠滾輪圓心的距離為半徑形成圓周運(yùn)動。此時，若 頂鐓油 缸不斷運(yùn)動，則矩形管會形成一個半徑一定的圓弧。 圖 24 彎曲矩形鋼管成型過程 1 動滾輪 2 靠滾輪 3 定滾輪 4 矩形管 圖 24是彎制開始時的狀態(tài)，此時，動滾輪 1的位移為零，弧度管沒有變形，可以認(rèn)為半徑為無窮大，如果在這種狀態(tài)下將矩形管頂出則矩形管沒有任何變形；表明弧度形成的過程。 （ 4）動力結(jié)構(gòu)為液壓站，由油箱電機(jī)，液壓泵，電液伺服閥及換向閥等組成，它產(chǎn)生和分配工作液壓，從而使機(jī)器實(shí)現(xiàn)各種動作的機(jī)構(gòu)。 （ 2）滾彎機(jī)構(gòu)由擺動滾輪架，彎曲動輪，固定輪，輪軸，頂桿以及彎曲動輪油缸組成，通過計(jì)算機(jī)控制彎曲動輪油缸伸縮，推動擺動滾輪架中的彎曲輪壓向管件，在一個工件上實(shí)現(xiàn)不同曲率半徑的彎曲，拔出輪軸，換上不同槽形的滾輪，可實(shí)現(xiàn)不同截面形狀工件 的彎曲。 二維彎管機(jī)設(shè)計(jì)及其機(jī)構(gòu)分析 根據(jù)工作原理及整體設(shè)計(jì)思想，該彎管機(jī)的尺寸為 8400? 930? 1500mm，采用單液壓缸控制頂鐓、雙液壓缸控制彎曲滾輪，電機(jī)功率 ，液壓泵額定壓力 10MPA，最大壓力為 12MPA， 擺動輪架最大擺角 13 度，質(zhì)量 噸 ，簡圖如圖 23 所示。 矩形管在頂料支架的推動下向前運(yùn)動，同時，彎曲油缸帶動動滾輪伸出，矩形管在動滾輪、定滾輪、靠滾的作用下彎曲變形。如果系統(tǒng)一切正常 , 則進(jìn)行彎制程序 : 按動彎制開關(guān) , 靠輪與矩形管接觸 , 在頂料支架作用下矩形管沿液壓系統(tǒng)滑軌及芯軸按圖示箭頭所指方向運(yùn)動 , 隨著滑塊的移動 ， 動輪繞著以靠輪的圓心為圓心、動輪到靠輪之間的距離為半徑進(jìn)行轉(zhuǎn)動 , 因動滾輪在整個彎制過程中始終與矩形管接觸 , 從而改變矩形管的輸出軌跡 , 隨著動滾輪轉(zhuǎn)動不同的角度 , 矩形管以不同曲率半徑輸出。 二維彎管機(jī)工作原理 其工作原理為 : 首先 ,在準(zhǔn)備程序結(jié)束后 (包括安裝動定輪等 ) , 按動操縱控制板上的啟動開關(guān) , 使矩形管在上料支架的頂力 (液壓系統(tǒng)作用力 ) 下沿液壓系統(tǒng)滑 軌由 A 端逐漸推至 B 端與頂料支架接觸 , 系統(tǒng)在限位開關(guān)作用下停止運(yùn)動。 靠輪半徑的變化比較適合改變弧度管的整體弧度大小 。因此要把不同材質(zhì)矩形管的回彈角度考慮進(jìn)去 , 以便得到相對準(zhǔn)確的彎 制弧度。, 如加厚此點(diǎn) , 則此時對應(yīng)點(diǎn)彎制的弧度管半徑變小 , 出現(xiàn)如圖所示的內(nèi)斂 。 怎樣解決這個問題呢 ?由上面軌跡形成分析可知 : 當(dāng)靠輪半徑逐漸增大 ,此時對應(yīng)點(diǎn)彎制的弧度管半徑逐漸變小 , 出現(xiàn)如圖所示的內(nèi)斂 。 回彈主要是材料卸載后遵循虎克定律產(chǎn)生彈性變形引起的，管材上應(yīng)力、應(yīng)變 分布不均勻則是產(chǎn)生回復(fù)