金属废料自卸车的控制原理

摘 要：本文所介绍的金属废料自卸车主要用途是将标准集装箱中的金属废料倾泻于金属废料池，便于后序金属溶炼工艺处理。以往的金属废料是通过中型翻斗车运载和倾泻废料的，但随着料材重量的增加，翻斗車在倾泻料时容易发生整体翻过事故，同时由于不能控制翻斗速度和保持一定的角度，那么一旦装箱的料材过重就不能正常倾泻。根据用户需要，西北机器有限公司研制开发出针对大型集装箱金属废料倾泻的集装箱式自卸车，它来往于标准火车轨道上，能自由运行，安全倾翻，自由回复，满足了生产需求。

关键词：PLC控制；电液比例控制器

1 自卸车控制系统机械部件

车体，金属框架式结构，由槽钢和钢板焊接组成，装载集装箱；行走电机，控制自卸车行走，由电机、减速机组成；液压站，主泵和辅泵，主泵为比例阀倾翻缸提供动力，辅泵为锁紧缸、支撑缸提供动力，配溢流阀；比例阀倾翻缸，控制箱体倾翻动作，完成废料的倾泻工作；锁紧缸，当车体停止在轨道上时，锁紧缸控制锁紧机构将车体与轨道锁紧，防止移动，当车体移动时，锁紧机构脱开；支

撑缸，当车体到达倾翻位置时，锁紧缸控制锁紧机构与轨道锁紧，车体上支撑缸向下伸出，到达轨道地面，防止废料倾泻时，车体翻倒。

2 自卸车控制系统电气原理

2.1 可编程控制器

金属废料自卸车电气控制选用台达PLC可编程控制器。

2.2 系统动作 ①旋动电源开关ON/OFF，系统通电，控制指示灯亮，旋动油泵开关ON/OFF，油泵工作，指示灯亮。②旋动手动/联动开关，可手动控制锁紧缸锁紧/脱开，手动控制支撑缸支撑/缩回；联动控制由可编程控制器控制。③联动控制：按下启动按钮，系统检测当前状态，检测锁紧缸压力大小，判断锁紧缸控制锁紧机构脱开，行走电机脱开制动，正向运转，车体前进，到达倾泻地点，由光电开关检测位置，行走电机停止运转，制动，锁紧缸控制锁紧机构将车体与轨道锁紧，车体上支撑缸向下伸出，到达轨道地面，系统检测当前状态，检测锁紧缸压力大小，检测支撑缸压力大小，确认达到倾翻前状态，开始倾翻。④联动控制：倾翻完成后，系统检测当前倾翻缸位置，当到达行程位置时，支撑缸退回，锁紧缸控制锁紧机构脱开，系统检测当前状态，检测锁紧缸压力大小，检测支撑缸压力大小，确认达到可返回状态，行走电机脱开制动，反向运转，返回起始位置，检测关电开关位置，行走电机停止运转，制动，锁紧缸控制锁紧机构将车体与轨道锁紧。

3 自卸车控制系统核心点设计

金属废料自卸车在倾翻和回落过程中，要求缸体在伸出和回落的过程中必须采用不同的运行速度，才能安全快速完成倾泻废料工作，所以系统核心设计点是选用比例阀倾翻缸来控制动作完成。比例阀倾翻缸可以根据负载体的重量不同，由电液比例控制器控制缸体伸缩速度的快慢，以达到预期的倾泻效果，本系统中选用VT-3006BS30型电液比例控制器。其主要工作原理是通过内部控制电路，按输入电压呈线性比例来控制输出电流，以实现对液压阀的比例控制。即通过对电的比例控制达到对液压的比例控制，以实现电液比例控制。

3.1 电液比例控制器内部原理图 如图所示指令信号有4路输入，电压±9V，通过控制继电器K1、K2、K3和K4，可以选择1、2、3和4路输入端。若设定值输入接+9V，则电磁铁B动作；若设定值输入-9V，则电磁铁A动作。当使用外部电位器输入控制电压0-9V变化时，比例电磁铁产生100-800ma电流，驱动电磁铁，控制缸体伸缩速度的快慢。

3.2 外部控制原理

3.2.1 油缸缸体在伸缩过程中有三个不同位置，第一位置：由原点到高点位置，称为倾翻动作；第二位置：高点到油缸伸出最大行程位置；第三位置：油缸伸出最大行程到原点位置。高点位置由传感器信号到PLC确定，大概在油缸伸出的3/4位置。

3.2.2 倾翻速度设定：第一位置伸出过程中的油缸速度；回位速度设定：第三位置缩回过程中油缸速度；高点速度设定：第二位置油缸伸出的速度。

3.2.3 首先根据倾翻废料的重量，外部旋钮调节倾翻速度、回位速度和高点速度，保证倾翻过程中设备运行安全，废料可以完全倾泻。然后启动运行，PLC程序控制倾翻动作允许，倾翻电磁铁动作，控制油缸按照给定速度伸出，集装箱慢慢倾斜，当到达高点位置时，传感器检测信号输入到PLC，程序控制高点允许动作，油缸继续伸出，但速度降低到高点设定速度，集装箱倾斜由于速度突然变化，产生抖动，集装箱内废料被震动，有利于倾泻。当到达油缸最大行程时，行程开关检测信号输入到PLC，程序控制回位允许动作，回位电磁铁动作，控制油缸按照回位设定速度快速缩回，直至集装箱回位，油缸到原点位置，行程开关检测信号输入到PLC，程序控制油缸停止工作。

金属废料自卸车操作简单，易于控制，人员在操作台前可以远程控制自卸车行走、卸料，保证了人员的安全和健康，尤其在重载荷废料的倾泻工作中，由于结构合理，控制精准，经过一年的使用，用户反映设备使用安全可靠，满足生产需求。

参考文献：

[1]台达PLC手册及可编程控制器的原理.

[2]华德VT-3006BS30型电液比例控制器原理及简介.

作者简介：

吕杰（1977-），男，工程师，从事专用设备研发与制造工作。