【正文】 件的選擇主要是為了滿足拖動(dòng)負(fù)載、彎曲管材的需要，同時(shí)考慮其對(duì)系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)特性的影響，至于系統(tǒng)的各項(xiàng)特性的實(shí)際數(shù)值，它們不僅與機(jī)械部分和電器部分設(shè)計(jì)有關(guān)，而且只有在各部分設(shè)計(jì)方 案付諸實(shí)施后，在工作現(xiàn)場(chǎng)，通過具體調(diào)整才能確定。 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書和鋼管彎曲變形機(jī)理確定 : 采用軸向帶頂鐓裝置的機(jī)械冷彎方式來(lái)彎制小彎曲管件 ， 使管子在彎曲變形過程中受到軸向的推力 , 進(jìn)入彎管機(jī)內(nèi)的鋼管由頂鐓夾塊夾緊。在彎管過程中 , 鋼管要始終與頂鐓速度和彎管速度、頂鐓力 (頂鐓施加鋼管的軸向推力 ) 和彎管角度之間必須滿足一定的關(guān)系 , 以確保彎管的質(zhì)量。 能進(jìn)行連續(xù)彎管軌跡控制 。 液壓系統(tǒng)的基本組成 采用雙伺服閥控制三油缸的油路組成，其中彎曲油缸組是由兩個(gè)并聯(lián)的油缸組成， 液壓系統(tǒng)工作原理見圖 31； 頂鐓油缸并聯(lián)彎曲油缸 圖 31 液壓系統(tǒng)的原理組成 9 該系統(tǒng)由三個(gè)基本部分組成。兩個(gè)伺服缸 (頂鐓缸和彎曲缸 ) 運(yùn)動(dòng)相互 關(guān)聯(lián) , 伺服系統(tǒng)的指令脈沖輸入由計(jì)算機(jī)的兩個(gè)坐標(biāo)給出 , 反饋位置檢測(cè)器采用光電編碼器。 液壓輔助部分 : 該部分由三個(gè)相似的夾緊油路并聯(lián)組成 , 協(xié)助伺服系統(tǒng)完成彎管。油源部分 : 采用恒壓變量泵和定量泵供油方式。 當(dāng)伺服控制部分工作時(shí) , 定量泵卸載 , 由恒壓變量泵保證夾緊缸對(duì)鋼管的夾緊力 , 并向兩伺服缸供油。彎管前 , 系統(tǒng)壓力升為恒壓變量泵設(shè)定的恒壓值 , 定量泵卸載 , 由恒壓變量泵保證各夾緊缸對(duì)鋼管的夾緊力 , 并向液壓伺服系統(tǒng)供油。同時(shí) , 氣動(dòng)注油泵連續(xù)地向彎管模注入定量的潤(rùn)滑劑 , 進(jìn)行防皺潤(rùn)滑。由伺服電機(jī)再輸入一定長(zhǎng)度的鋼管 , 液壓系統(tǒng)又重復(fù)上述動(dòng)作 , 進(jìn)行再一次彎管。整個(gè)過程均由工控 PC機(jī)控制。 （ 2） 在液壓夾緊回路中 , 廣泛采用電液換向閥、單向減壓閥、單向節(jié)流閥和液控單向閥 , 確保了夾塊對(duì)鋼管的夾緊力 , 使系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、起動(dòng)時(shí)無(wú)沖擊、工作 可靠。 C～ 35176。 （ 4） 液壓控制閥均采用集成塊連接的方式 , 縮小液壓系統(tǒng)體積 , 減少油管及管接頭數(shù)目 , 使結(jié)構(gòu)緊湊、檢修方便。 （ 6） 整個(gè)液壓系統(tǒng)均采用國(guó)產(chǎn)元件 , 與國(guó)外同類系統(tǒng)相比 , 技術(shù)上有所創(chuàng)新和突破 , 且性能造價(jià)比高 （ 7）該液壓系統(tǒng)，電器控制系統(tǒng)合理， 工作 可靠，其主要因素之一在于，根據(jù) 10 工作機(jī)構(gòu)要求，將機(jī)電液三部分有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，以取得良好設(shè)計(jì)制造效果，其中液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)除了與電氣控制結(jié)合在一起考慮外，應(yīng)用力學(xué)知識(shí)對(duì)機(jī)構(gòu)工作過程中壓力變化情況進(jìn)行分析，對(duì)速度進(jìn)行恰當(dāng)計(jì)算，從而設(shè)計(jì)出可行而且性價(jià)比很高的液壓系統(tǒng)，機(jī)構(gòu)緊湊，屬于一種高效節(jié)能的實(shí)用型機(jī)械。設(shè)計(jì)時(shí)，可用類比法來(lái)確定。最大工作壓力為12MPA。 （ 2）活塞桿直徑的確定 題目中已經(jīng)給出了頂鐓液壓缸的最大行程為 3 米，因此設(shè)定活塞桿的長(zhǎng)度為 3?l .5米?；钊麠U的材料選擇 Q235 鋼。 已知 ： ml , ??? Aii? 垂度： il??? 臨界力： 222 4 DEAFcrcr ???? ???? Q235 鋼： 910206??E 導(dǎo)出： mmd 24310206 432 ??? ??? ? 校核強(qiáng)度 ?AFs [? ]ssn?? 令 ?sn ，查表得 610235??s? 。 11 由此導(dǎo)出： mmdmmd 77,24310235 ???? ??? 取?。 （ 3） 活塞尺寸確定 因?yàn)樵搹澒軝C(jī)的 設(shè)備壓力 Mp2021?? ，所以初算時(shí)候系統(tǒng)的 背壓 可以忽略不計(jì)，按照液壓缸的工作壓力選擇液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的比例 ?Dd，因此活塞的直徑為 mmdD 15 0 ??，因此活塞直徑確定為 mmD 150? 。 （ 4）液壓 缸 壁厚和外徑的計(jì)算 液壓缸的壁厚由 液壓缸的強(qiáng)度條件來(lái)計(jì)算。從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力的分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。 液壓缸的內(nèi)徑 D 與其壁厚 ? 的比值 10??D 的稱為薄壁圓筒，起重運(yùn)輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸，一般用無(wú)縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算。 ][? 缸筒材料的許用壓力。 該液壓缸選擇無(wú)縫鋼管材料，取 ][? Mp100? 。 12 將已知數(shù)據(jù)帶入公式得： ][2?? DPy? ? ，因此取 mm15?? 。 1） 缸蓋厚度的確定 一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度 t按強(qiáng)度要求可以用下面的公式進(jìn)行近似計(jì)算。 因此，取缸蓋厚度為 mmt 20? 。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過小，將使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)務(wù)必保證一個(gè)最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。 mmDLH 2252150203000220 ????? 。 同理可得，彎曲油缸的行程為 100mm,取活塞桿長(zhǎng)度為 130mm,兩個(gè)彎曲油缸的設(shè)計(jì)過程同上，計(jì)算過程同上，可得， mmd 50?彎 ， mmD 90?彎 ，mm10?彎? ， mmt 15?彎 。 伺 服 閥 2 Y 油 缸位 移 傳 感 器A / D 轉(zhuǎn) 換伺 服 閥 1 X 油 缸光 電 脈 沖 位 置傳 感 器計(jì) 數(shù) 卡計(jì)算機(jī)D / A轉(zhuǎn)換控 制 器 圖 32 彎管機(jī)控制系統(tǒng)總圖 首先由計(jì)算機(jī)生成控制目標(biāo)曲線，通過對(duì)每一點(diǎn)的彎曲油缸的伸長(zhǎng)量和頂鐓油缸的伸出速度進(jìn)行的精確計(jì)算處理，經(jīng)過 D/A 轉(zhuǎn)換成為模擬信號(hào)，在控制器經(jīng)過電流放大、顫震信號(hào)、 PWM 處理后控制伺服閥（液壓缸伸出的速度與伺服閥控制電流成正 比）由此控制液壓缸動(dòng)作。由于管件由多弧段組成，在小半徑段，自動(dòng)降低頂鐓油缸推進(jìn)速度；為提高效率，在大半徑段自動(dòng)提高頂鐓油缸推進(jìn)速度。一方面，直接反饋到控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)油缸位置的模擬 PID 的位置閉環(huán)控制。計(jì)算 機(jī)在采集彎曲、頂鐓油缸信號(hào)進(jìn)行控制的同時(shí)對(duì)傳回的兩路信號(hào)在顯示器進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，直觀顯示理想曲線與實(shí)際彎管曲線（不同顏色）差異，使操作者能夠更加直觀、更加方便的監(jiān)視彎管機(jī)工作狀態(tài)、彎管進(jìn)程、理想曲線和實(shí)際曲線重合度等。由于電液控制系統(tǒng)具有控制精度高、響應(yīng)速度快、信號(hào)處理靈活、輸出功率大、結(jié)構(gòu)緊湊及功率質(zhì)量比大等優(yōu)點(diǎn) , 在大量的數(shù)控彎管機(jī)系統(tǒng)中 , 主要采用電液比例閥或 電液伺服閥來(lái)產(chǎn)生彎曲力矩 , 從而準(zhǔn)確地控制彎管的角度。 圖 33 電液伺服閥控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 （ 1） 基于工業(yè) PC 數(shù)控系統(tǒng)主模塊 為加工二維彎管完成動(dòng)作 , 數(shù)控彎管機(jī)數(shù)控系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn) 2個(gè)軸坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)控制。系統(tǒng)的核心在于彎曲動(dòng)作的實(shí)現(xiàn) , 它是由電液伺服控制系統(tǒng)中的電液伺服閥來(lái)完成的。 （ 2） 數(shù)模轉(zhuǎn)換 (D/A ) PC7484 板是為了工業(yè) PC 機(jī)或 PC 兼容機(jī)設(shè)計(jì)的一種多功能綜合接口板。本板適用于各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)測(cè)量及控制，集成度高，功能強(qiáng)大，可靠性好，數(shù)據(jù)采集穩(wěn)定，且價(jià)格低廉，符合PC總線標(biāo)準(zhǔn)，以中斷或查詢方式工作，占有連續(xù) 16 個(gè) I/O 口地址。 PC7484 模擬量輸入輸出及脈沖信號(hào)有孔頭接入，通過改變跳線器就可以選擇 A/D、D/A不同的電壓輸 入輸出范圍。 D/A 轉(zhuǎn)換器 , 主要由參考源、電阻網(wǎng)絡(luò)、開關(guān)電路和輸出運(yùn)算放大器組成。電液伺服閥是利用電流信號(hào)來(lái)控制大功率的液壓能工作 , 從而驅(qū)動(dòng)液壓缸動(dòng)作。選用 PC7484 數(shù)模轉(zhuǎn)換 (D/A ) 卡來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字量向電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換 , 它是雙通道、雙極性、分辨率為 12 位的 D/A卡 , 插在工控機(jī)主 15 板上的 ISA 擴(kuò)展槽上 , 通過改變輸入 D/A 卡的 12 位數(shù)字量來(lái)改變輸出給伺服閥的電流信號(hào)。 DAC7625內(nèi)含 4路獨(dú)立 D/A，芯片內(nèi)部具有上電自動(dòng)清零電路，可實(shí)現(xiàn)單 /雙極性清零。主要參數(shù)性能如下： 輸出通道：獨(dú)立 4路 輸出信號(hào)范圍： 電壓方式： 05V； 010V； 5? V， 10? V 電流方式： 420mA 輸出阻抗： ? 2? D/A轉(zhuǎn)換器件： DAC7625 D/A轉(zhuǎn)換分辨率： 12 位 D/A轉(zhuǎn)換碼制：二進(jìn)制原碼（單極性） 二進(jìn)制偏移碼（雙極性） D/A 轉(zhuǎn)換時(shí)間： ? 1us D/A 轉(zhuǎn)換綜合誤差： 電壓方式： ? %FSR 電流 方式： ? 1%FSR 電壓輸出方式負(fù)載能力： 5mA/每路 電流輸出方式負(fù)載電阻范圍： ? 400? I/O 地址： 30430BH R E FLDA 762 5R E FHVVssLDACGNDR/w VoDN/CCSABCDVout Vout Vout Vout DB8DB9DB10DB11DB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7VRESETA0A1 圖 34 DA7625管腳圖 16 （ 3） 計(jì)數(shù)器定時(shí)器 為了能夠完全滿足數(shù)控彎管機(jī)的彎管工藝要求 , 必須對(duì)彎曲角度進(jìn)行實(shí)時(shí) 的跟蹤 , 并對(duì)彎管速度和角度進(jìn)行控制 , 從而最大限度的克服彎管材料的反彈以及機(jī)械部分對(duì)彎曲角度的影響。為了能夠在高精度的時(shí)間內(nèi)獲得對(duì)編碼器輸出的脈沖進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)數(shù) , 從而獲得當(dāng)前的彎曲角度和速度 , 采用計(jì)數(shù)器定時(shí)器卡 PC7484 來(lái)定時(shí)采集編碼器輸出的脈沖數(shù)。用于脈沖計(jì)數(shù)方式時(shí)，跳線都斷開，當(dāng)用于定時(shí)中斷方式時(shí)，有內(nèi)部 1MHz晶振提供時(shí)鐘。同時(shí)定時(shí)器輸出也可通過跳線器接到總線的中斷信號(hào)上，用于定時(shí)中斷控制。 （ 4）伺服放大器 PCL7484 板將 5V～ + 5 V 的雙極性電壓送給伺服放大器 , 經(jīng)放大后去驅(qū)動(dòng)電液伺服閥。這樣 , 就可以對(duì)彎管速度和角度進(jìn)行控制。同時(shí) ,通過伺服放大器 , 能夠調(diào)整伺服閥的增溢、零漂及擾動(dòng)。 PID 調(diào)節(jié)的 實(shí)質(zhì)是根據(jù)輸入的偏差值 , 按比例、積分、微分的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算 , 其運(yùn)算結(jié)果用于輸出控制。在模擬系統(tǒng)中 , PID 算法的表達(dá)式為 ])()(1)([)( dt tdeTdtteTteKtP dp ? ??? 式中 P ( t) —— 調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào) K p —— 調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) T i—— 調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間 T d—— 調(diào)節(jié)器的微分時(shí)間 17 e (t) —— 調(diào)節(jié)器的偏差信號(hào) , 它等于測(cè)量值與給定值之差 在工業(yè)過程控制中 , 這種模 擬 PID調(diào)節(jié)器有電動(dòng)、液動(dòng)和氣動(dòng)等多種類型 , 是用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn) PID調(diào)節(jié)規(guī)律的。由于計(jì)算機(jī)控制是一種采樣控制 , 它只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量 , 因此 ,式中的積分和微分項(xiàng)無(wú)法直接準(zhǔn)確計(jì)算 , 只能用數(shù)值計(jì)算的方法逐步逼近。 010 )]([ ueeTTeTTeKu iidij ijiii ???? ??? 如果采樣周期 T 取得足夠小 , 這種逼近可相當(dāng)準(zhǔn) 確 , 被控過程與連續(xù)控制過程非常接近 , 這種情況被稱為“準(zhǔn)連續(xù)控制”。 在液壓回路中 , 由于油液體積會(huì)產(chǎn)生變化 , 主油路中應(yīng)有一個(gè)積分環(huán)節(jié)。為此 , 引入了積分調(diào)節(jié)器 (簡(jiǎn)稱 I) 來(lái)消除比例調(diào)節(jié)中的靜差 , 只要有足夠的時(shí)間 , 積分控制將能完全消除誤差 , 積分 作用太強(qiáng)會(huì)使