钢轨磨光机液压系统及PLC设计

摘 要：随着科学技术的不断发展，数控机床以其自身的优势也开始广泛应用于机械领域，然而其中的钢轨磨光机液压系统与PLC设计现阶段仍存在不足之处，使其无法在机械领域中发挥良好的效果，这就要求进行优化设计。文章主要从钢轨磨光机液压系统中的液压控制回路、液压元件与液压回路的仿真以及PLC系统设计角度进行分析。

关键词：钢轨磨光机；液压系统；PLC系统；设计

相比于国外的钢轨打磨技术，我国目前所使用的设备多集中在如液压打磨机或手提砂轮打磨机等小型设备，无论从稳定性以及效能方面都满足实际钢轨精度的要求。对此现状，在长期实践中研究发现，使钢轨精磨设备从精度效率以及实际操作过程中进行优化，并将其中的液压系统与PLC系统设计进一步完善，能够使打磨效果更加理想。

1 钢轨磨光机液压系统的基本原理

作为工业中比较常见的控制方式，液压控制系统进行能量的传递往往通过其液压系统来实现，传递过程中主要涉及动力元件、控制回路以及执行元件等方面。其中能够为系统提供动力来源的为液压动力元件，包括基于系统效率与消耗能量所选择的各种液压泵。而系统实现能量转换则需引入液压执行元件，一般包括以直线运动输出形式的液压缸以及以圆周运动为输出形式的液压马达。另外，系统工作液压阀往往得益于液压控制元件，其主要利用控制阀使液压执行元件能够在标准的压力与流量下进行工作。在对液压系统设计时，需将工作原理，即液压控制回路进行系统草图的绘制，再通过计算对液压元件进行选择，然后完成系统的仿真分析。

2 钢轨磨光机液压系统设计分析

2.1 机床的总体设计

在进行钢轨磨光机液压系统进行设计时首先需设计机床总体布局，该过程中应遵循一定的原则，即：生产率与加工精度高且表面粗糙程度低；进给运动所选择的道具与工件需根据工件尺寸与质量进行选择；机床结构抗振性能、刚度等应满足规范标准。此外，基于这些原则情况下还应注意机床的布局能够便于观察与实践操作并具备良好的排屑与冷却功能。机床布局合理设计后，便要设计钢轨精磨机结构，具体体现在输入机架、中间机架以及输出机架三方面。其中输入机架中钢轨磨光机的除尘装置与液压系统应布置其中。

2.2 液压系统中控制回路的设计分析

液压控制回路在设计过程中主要考虑的为磨光机液压系统控制所涉及的原理图以及相关液压元件、磨石旋转回路、夹具方面的回路、钢轨夹紧回路以及垂直伺服回路等方面。在设计过程中将系统运行情况作为依据绘制相应的原理图，并保障系统中的锁紧装置、过滤器、单向阀、溢流阀、减压阀、液压泵以及调速阀或而二位二通阀与三位四通阀等能够满足基本的功能要求。在设计磨石旋转回路中，相比电机驱动，功率密度与调速方面，液压马达驱动都具备极大的优势，对此磨石旋转回路中的驱动设计需以液压马达为主。在对中夹紧回路设计中的驱动方式选择两个液压缸实现。而夹具的回路设计过程中应注意保证液压缸能够同步进行驱动。除此之外，液压控制回路中的垂直伺服机构也是设计过程中考虑的重要内容，对其要求保持准确的位移，促使磨削横梁位置在精度上更为准确，而完成线性机械运动的过程中应利用电液伺服液压缸，其也与液压油路相互连通成为伺服系统。

2.3 液压元件的设计

液压元件设计中需要考虑的内容主要包括执行件、液压泵的选择、液压阀以及液压辅件的选择。在设计液压执行件时，首先可根据实际需要设置液压马达参数，通过计算负载力、液压缸内径、活塞杆直径、额定工作压力、液压缸缸盖的材料以及实际的流量估算完成压紧液压缸设计。其次，以设计液压执行件的步骤对夹具液压缸进行合理选择。最后，在完成伺服电机选择的基础上设计垂直伺服液压缸。而在选择液压泵与液压阀时，在确定相关参数的前提下可选择叶片泵、齿轮泵以及柱塞泵等。若设计过程中要求液压设备在功率与负载方面较小，可利用以双作用形式的叶片泵或齿轮泵；若液压设备要求功率较小但精度要求较高，需选择双作用式的叶片泵；针对能够进行运行调速且负载较大的液压设备，所选择的液压泵通常具有限压功能；而液压设备对功率以及负载要求都比较大的前提下，需要选择轴向或径向的柱塞泵。在液压阀设计中所考虑的主要为其是否具备对流量、方向以及压力的控制作用。另外，对液压辅件的选择也是液压元件设计考虑的重要内容，一般集中在选择液压油、液压油箱与辅件设计、管道以及换热器等方面。其中判断液压油是否满足设备需求往往以其粘度为标准，具体确定过程中考虑的为系统压力、环境温度以及液压控制系统中执行元件运行的方式。在液压油箱方面，其作用不仅体现在对液压油的存储功能，也需实现对油中杂质的分离，选择时需分析液压油箱的外形尺寸与实际结构设计。在管道选择方面，通常液压传统系统会根据设备运行环境、工作压力从钢管、龙管或橡胶软管中进行选择，但需保证管道内径能够满足设计要求。设备中换热器的设计则针对受结构限制的液压装置难以进行油液温度控制的问题而提出的，设计中往往会选择结构简单且换热面积较大的风冷却式冷却器。

2.4 仿真分析

对液压回路进行仿真过程中通常利用Amesim或Simulink仿真软件，然后通过对磨石旋转回路、夹具回路以及压紧回路等仿真过程中完成液压回路的整体仿真过程。完成回路仿真的同时也需注意垂直伺服系统的仿真结果。一般分析过程中首先会进行控制方案的拟定，然后再根据动力元件、伺服阀、螺杆螺母以及伺服电机等相关传递函数进行控制系统的计算，这样在得出相关仿真曲线后分析仿真结果，以此应用于实践操作中。

3 PLC系统设计分析

PLC系统构成主要体现为CPU模块、编程模块、电源模块以及输入与输出模块。其应用特点主要表现为：适用于工业环境；用户的指令与编程更加方便；利于进行定时或逻辑运算；以输入或输出的方式对模拟量与数字量进行控制；对控制系统辅助作用较强且可扩充。设计过程中所考虑的主要为硬件与软件设计两方面。设计系统硬件时，要求PLC型号与系统配置能够满足系统实现经济效能较高且易于维护改造等控制要求。而设计软件时，在完成分配输入地址、输出地址以及寄存器的分配后，进行系统程序的设计，具体包括夹具、对中夹紧机构、液压马达、垂直升降控制程序以及系统启动控制等。

4 结 语

钢轨磨光机液压系统与PLC系统的优化设计是提高其应用效果的必然途径。在实际设计过程中，应正视设计的必要性与系统运行的基本原理，在对液压系统中的控制回路、液压元件以及PLC系统的软硬件进行设计，以此在实用中逐渐提高系统性能。