轧制车轮自动分类筛选输送控制方案设计

2022-04-19杨西

中国重型装备 2022年2期

杨西

(宝武集团马钢轨交材料科技有限公司，安徽马鞍山 243000)

我公司车轮轧制生产线于2018年12月建成投产，具有流程短、自动化信息程度高、专业性强的特点[1]。车轮轧制完成后，需对车轮进行缓冷处理，然后进行回火和淬火处理，从车轮轧制完成到缓冷工序需要使用输送辊道运输，输送辊道是通过电机转动带动减速机转动，减速机通过链条带动辊道转动，从而带动辊道上的车轮移动。

车轮在加热、轧制和输送的过程中可能会出现低温钢，若车轮温度低于某一温度，在后期缓冷过程中会影响其中内应力的释放，影响车轮的力学性能，不满足缓冷的工艺要求。传统的操作方法是，需要人工测量并观察车轮运输过程中的温度，当车轮温度低于某一温度时，有时需要停机后将该车轮筛选出来单独进行缓冷、回火和淬火工艺，最后进行相关性能指标检测。这种人工筛选不符合工艺要求的车轮不仅劳动强度大，而且筛选准确度差，效率低，影响正常的生产节奏，影响车轮产量。因此设计一套轧制车轮自动分类筛选输送控制方案。

1 轧制车轮自动分类筛选输送装置设计

如图1所示，顶升液压缸与第一层落垛台同心，测温传感器对每块车轮进行温度测量，把测量数据传送给PLC，伸缩油缸可以带动第二层落垛台向前或向后移动；接近开关1检测第二层落垛台向前移动到位，即顶升液压缸与第一层落垛台同心位置处；接近开关3检测第二层落垛台向后移动到位；接近开关2检测车轮运输到位，即顶升液压缸的正上方，顶升液压缸可以带动车轮上下移动，顶升液压缸位移编码器把活塞移动位移数值反馈给PLC。

1—顶升液压缸 2—辊道支架 3—辊道 4—车轮5—第一层落垛台 6—第二层落垛台 7—伸缩油缸8—挡料液压缸 9—测温传感器图1 轧制车轮自动分类筛选输送装置三维图Figure 1 Automatic classification and screeningconveying device for rolling wheels

2 液压控制原理图

2.1 输送装置液压控制原理

轧制车轮自动分类筛选输送装置液压控制原理图见图2。如图2所示，循环过滤及循环冷却系统M2-P2-F1-K1能够对液压油进行过滤及冷却，油箱上安装有空气过滤装置、测温装置、液位显示装置等[2]。系统工作液压油由主泵P1供油，主泵P1为负载敏感变量泵A4VSO71DR，可以根据各液压缸工作负载的大小自动提供负载所需压力及流量，实现系统节能[3]。DBW1加载阀控制系统最高工作压力，对此液压系统起到安全保护作用，其设定压力为10 MPa。

图2 轧制车轮自动分类筛选输送装置液压控制原理图Figure 2 Hydraulic control principle of automaticclassification and screening conveying devicefor rolling wheels

2.2 挡料机构液压原理

自动挡料机构液压缸控制由三位四通普通换向阀WV1.1、双液控单向阀DE1.1、双单项节流阀DR1.1进行控制[4]。三位四通普通换向阀WV1.1根据自动挡料机构液压缸不同工作条件进行换向控制，双液控单向阀DE1.1可以在油缸需要停止挡住车轮工作时，防止挡料机构液压缸活塞杆受到车轮挤压而后退，能够把车轮挡在需要位置，双单项节流阀DR1.1可以调整自动挡料机构液压缸活塞杆在向前移动及向后移动的速度，使挡料推杆运行平稳。

2.3 顶升机构液压原理

自动顶升机构液压缸控制由三位四通普通换向阀WV1.2、双液控单向阀DE1.2、双单项节流阀DR1.2进行控制，三位四通普通换向阀WV1.2根据自动顶升机构液压缸不同工作条件进行换向控制，双液控单向阀DE1.2可以在油缸把车轮顶起后，防止顶升机构液压缸活塞杆受到车轮自重下压而下落，能够把车轮稳定在需要顶起的高度位置，双单项节流阀DR1.2可以调整自动顶升机构液压缸活塞杆向上移动及向下移动的速度，使顶起车轮及回落运行平稳。

2.4 第二层落垛台移动机构液压原理

第二层落垛台自动移动机构伸缩油缸控制由三位四通普通换向阀WV1.3、双液控单向阀DE1.3、双单项节流阀DR1.3进行控制。三位四通普通换向阀WV1.3根据第二层落垛台自动移动机构伸缩油缸不同工作条件进行换向控制，双液控单向阀DE1.3可以在液压缸需要停止时挡住第二层落垛台工作，防止机构顶升车轮时顶升第二层落垛台伸缩油缸活塞杆回溜缸而使第二层落垛台中心偏移，影响顶升机构顶起车轮正常工作；双单项节流阀DR1.3可以调整伸缩油缸活塞杆向前推动及向后推动的速度，使第二层落垛台运行平稳。

图3 轧制车轮自动分类筛选输送装置控制原理图Figure 3 Control principle of automatic classification andscreening conveying device for rolling wheels

3 输送装置自动控制原理

轧制车轮分类筛选输送装置自动控制原理见图3。准备生产某种规格车轮时，通过上位机给PLC发送信号，PLC接收到生产某种规格车轮后，调用此种规格车轮的生产程序，此规格车轮外径为a、挡料机构液压缸需向前推动位移为b时，把此车轮在顶升机构顶帽中心挡住，顶升机构油缸顶起车轮，使第一层拨爪与车轮接触完全脱开，拨爪自动回落到水平位置，此时顶升机构油缸顶起高度为h1，顶升机构油缸顶起车轮，使第二层拨爪与车轮接触完全脱开，拨爪自动回落到水平位置，此时顶升机构油缸顶起高度为h2；并把此车轮在辊道上运输过程中，测温传感器测量的温度值c，接近开关2检测到车轮到位信号，接近开关1检测到第二层落垛台向前移动到位信号，接近开关3检测到第二层落垛台向后移动到位信号传递给PLC[5]。(其中a、b、h1、h2数值是通过现场对此种规格车轮进行运输校验和测量得出。)

3.1 自动挡料机构控制原理

PLC接收到生产某种规格车轮信号后，此时会通过PLC控制程序控制三位四通普通换向阀WV1.1a端电磁铁得电，挡料机构液压缸无杆腔进油，使液压缸活塞杆带动挡料推杆向前推动，挡料推杆向前推动位移y1，通过挡料机构液压缸编码器反馈到PLC，当y1=b时，即车轮在顶升机构顶帽中心位置，此时PLC控制程序控制三位四通普通换向阀WV1.1a端电磁铁失电，使挡料推杆停止在此位置挡住车轮，使其停在顶升机构顶帽中心位置；规定车轮位置偏差b±2 mm。

3.2 自动顶升机构及第二层落垛台自动移动机构控制原理

测温传感器对每块车轮进行温度测量，把测量数据传送给PLC，若测量车轮温度c低于某规定值时，则PLC控制程序控制三位四通普通换向阀WV1.3a端电磁铁得电，使伸缩油缸无杆腔进油，使伸缩油缸活塞杆推动第二层落垛台向前移动；当接近开关1检测第二层落垛台向前移动到位时，PLC控制程序控制三位四通普通换向阀WV1.3a端电磁铁失电，伸缩油缸停止进油，把第二层落垛台停留在此处，即自动顶升机构顶帽中心与落垛机构同心位置；当接近开关2检测到车轮运输到位，则PLC控制程序控制三位四通普通换向阀WV1.2a端电磁铁得电，顶升机构液压缸无杆腔进油，使液压缸活塞杆带动车轮向上移动，活塞向上移动位移y2通过顶升机构液压缸编码器反馈到PLC，当y2=h2时，即第二层拨爪与车轮接触完全脱开，拨爪自动回落到水平位置，此时PLC控制程序控制三位四通普通换向阀WV1.2a端电磁铁失电，使顶升机构液压缸换向延时2 s后，通过PLC控制程序控制三位四通普通换向阀WV1.2b端电磁铁得电，顶升机构液压缸有杆腔进油，使液压缸活塞杆带动车轮向下移动，车轮向下移动一定位置后，车轮会落到第二层拨爪上，活塞杆继续向下移动；当y2=0时，即液压缸活塞杆向下回到原点位置，此时会通过PLC控制程序控制三位四通普通换向阀WV1.2b端电磁铁失电，活塞杆停在原点位置，此时PLC控制程序控制三位四通普通换向阀WV1.3b端电磁铁得电，此时PLC控制伸缩油缸有杆腔进油，使伸缩油缸活塞杆带动第二层落垛台向后移动；当接近开关3检测到第二层落垛台向后移动到位后，PLC控制程序控制三位四通普通换向阀WV1.3b端电磁铁失电，伸缩油缸停止移动，同时PLC给下一道工序发送信号，使下一道工序机械手到第二层落垛台抓取车轮，抓取后放到一定位置，同时PLC控制报警器报警，提醒工作人员到达现场进行确认并处理。

当测温传感器9测到某块车轮温度正常时，同时接近开关2检测到车轮到位，则PLC控制程序控制三位四通普通换向阀WV1.2a端电磁铁得电，顶升机构液压缸无杆腔进油，使液压缸活塞杆带动车轮一起向上移动，向上移动位移y1通过顶升机构液压缸编码器反馈到PLC，当y1=h1时，即第一层拨爪与车轮接触完全脱开，拨爪自动回落到水平位置，PLC控制程序控制三位四通普通换向阀WV1.2a端电磁铁失电，使顶升机构液压缸换向延时2 s后，PLC控制程序控制三位四通普通换向阀WV1.2b端电磁铁得电，顶升机构液压缸有杆腔进油，使液压缸活塞杆带动车轮一起向下移动，移动一定位置后车轮会落到第一层拨爪上，活塞杆继续向下移动；当y1=0时，即液压缸活塞杆回到原点位置，此时PLC控制程序控制三位四通普通换向阀WV1.2b端电磁铁失电，使三位四通普通换向阀WV1.2工作在中位，顶帽停在原点位置。