自動二維彎管機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計

1、0000000大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）000000000 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 題 目 自動二維彎管機(jī) 學(xué) 院 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)班級 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 成 績年 月 日Abstract This paper is divided into three chapters,the first is introduction part,elaborated the domestic status of pipe bending machine,mainly introduces China's bending machine development,and some foreign coun

2、tries and the gap in this respectIn China ;The second chapter mechanical system design part;Elaborated the working principle of bending machine, mechanism analysis, and the transmission system and the implementation of the system work quality check, and a bending process analysis;The third chapter e

3、xpounds the analysis of control system, hydraulic system and electrical system design and calculation, and the hydraulic system design and requirements, basic composition, characteristics of electrical system, sensor selection and design.Key word: Bending machine; Transmission system; Execution syst

4、em; Sensor摘 要本文分為三章，第一章緒論部分，闡述了彎管機(jī)的國內(nèi)現(xiàn)狀，主要介紹了我國的彎管機(jī)的發(fā)展情況，以及我國和國外一些國家在這方面的差距；第二章機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計部分，闡述了彎管機(jī)的工作原理、機(jī)構(gòu)分析、以及傳動系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)工作時的質(zhì)量校核，以及彎曲過程的分析；第三章控制系統(tǒng)的分析，闡述了液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的設(shè)計計算，以及液壓系統(tǒng)的設(shè)計思想及要求、基本組成、特點等，電氣系統(tǒng)方面?zhèn)鞲衅鞯倪x擇與設(shè)計。關(guān)鍵詞：彎管機(jī)； 傳動系統(tǒng)；執(zhí)行系統(tǒng)；傳感器 自動二維彎管機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計第1章 緒論 彎管機(jī)的發(fā)展與計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，早在20世紀(jì)70年代時，美國 EATONLEONARD公司就已經(jīng)研

5、制生產(chǎn)了計算機(jī)數(shù)控彎管設(shè)備，首創(chuàng)計算機(jī)編程數(shù)控彎管之先河，大大提高了當(dāng)時的數(shù)控彎管水平。從國際上來看，彎管機(jī)的發(fā)展已有一段歷史，達(dá)到了一定的水平，其中處于高水平階段的單位公司有：意大利的BLMGROUP、博利馬機(jī)械設(shè)備有限公司、意圖奇國際有限公司等等，其中意大利的BLMGROUP作為世界最大的管材加工設(shè)備的生產(chǎn)商之一，其產(chǎn)品遍布全球航天，汽車，空調(diào)，夾具等行業(yè)，其產(chǎn)品包括：數(shù)控彎管機(jī)。管端成型機(jī)，激光切割機(jī)，其中數(shù)控彎管機(jī)是在彎管機(jī)行業(yè)起著領(lǐng)頭的地位，技術(shù)水品很高。為適應(yīng)用戶的對管加工機(jī)床功能、精度及效率的要求，意大利的博利馬公司推出了當(dāng)代代表彎管機(jī)最高水平的全電動數(shù)控彎管機(jī)，他們最大的加工管

6、徑分別為76mm及90mm，可以實現(xiàn)最小彎管半徑小于。20世紀(jì) 80年代，10mm。日本千代田工業(yè)株式會社在美國 EATONLEONARD公司的研究成果上，成功研制了 M-1型管型測量機(jī)和 EC、TC兩種系列十多種型號的數(shù)控彎管機(jī)，功能非常強(qiáng)大，很快便以嶄新的技術(shù)面貌擠入了國際市場。我國的數(shù)控彎管機(jī)研究起步較晚，但發(fā)展很快，早在 1970年武昌造船廠就研制成功一臺數(shù)控彎管機(jī)，這是國內(nèi)自主研制的第一臺數(shù)控彎管機(jī)。1973年武昌造船廠又成功研制了 SKWG-2型數(shù)控彎管機(jī)。此后上海造船廠工藝研究所等多家國內(nèi)企業(yè)也陸續(xù)研制出了數(shù)控彎管機(jī)。目前我國彎管加工的現(xiàn)狀是既有自動化程度高的數(shù)控彎管機(jī)，也有半自

7、動的數(shù)控彎管機(jī)，甚至還有相當(dāng)一部分中小企業(yè)還在使用傳統(tǒng)的手工彎管，具有典型的“老、中、青”(即手工彎管設(shè)備、半自動彎管機(jī)床和全自動彎管機(jī)床)三者結(jié)合的中國特色。圖一 機(jī)械式彎管機(jī)的外觀圖我國的液壓管類加工機(jī)械行業(yè)液壓彎管機(jī)還沒有年產(chǎn)值達(dá)10億元以上的企業(yè)，即使是年產(chǎn)值超過5億元的企業(yè)也屈指可數(shù)，所以中國薈萃了很多中小彎管機(jī)企業(yè)，統(tǒng)一發(fā)展水平的起跑線上，產(chǎn)品線是競爭力的一個特征。液壓管類加工機(jī)械主要出產(chǎn)產(chǎn)品：彎管機(jī)、液壓彎管機(jī)、數(shù)控彎管機(jī)、全自動彎管機(jī)、切管機(jī)、圓鉅機(jī)、全自動切管機(jī)、縮管機(jī)、管端成型機(jī)、滾圓機(jī)、磨齒機(jī)液壓油缸等等。公司雄厚的技術(shù)實力，LCX羅茨泵一套完整的檢修設(shè)備，是國家質(zhì)量信得

8、過產(chǎn)品。大型冷彎管機(jī)的研制成功，使我國化工行業(yè)大口徑高壓管進(jìn)行冷彎管加工成為可能。此外，公司自主研制的大口徑彎管機(jī)價格、小彎曲半徑推拉式冷彎彎管機(jī)為化工煉油渣油加氫裝置及其他大口徑、特種材質(zhì)管道實施管道工廠化施工，提供了有力的裝備保證。公司推廣的管道工廠化技術(shù)、將管道按管線圖在工廠制作完成，到實施安裝，減少焊縫80左右，不僅降低了成本，還提高了施工質(zhì)量，而且大大縮短了工期。第2章 機(jī)械部分設(shè)計設(shè)計題目：自動二維彎管機(jī)設(shè)計設(shè)計任務(wù)：完成二維彎管機(jī)的設(shè)計主要設(shè)計參數(shù)：30*30mm矩形管，壁厚1.7mm,彎曲最大管長3000mm,彎曲速度0.5m，彎曲最小半徑200mm。課題內(nèi)容：1、彎管機(jī)的方案

9、設(shè)計，設(shè)計兩種以上的結(jié)構(gòu)方案，比較后確定最終方案；2、傳動零件設(shè)計和校核；3、執(zhí)行零件的的設(shè)計和校核。2.1 軌跡形成過程分析鋼管的彎曲角度不同，圖2-1演示了靠輪、動滾輪以定滾輪的圓心為圓心 圖2-1 彎制軌跡弧段產(chǎn)生過程分別轉(zhuǎn)A角、C角時曲率半徑的變化。首先當(dāng)動滾輪和定滾輪的圓心連線與矩形管平行時, 也就是說, 對矩形管不施外力, 在此種情況下, 把矩形管推出來, 仍是直的, 可以認(rèn)為其為半徑無窮大的圓, 即彎曲半徑R1的值即為無窮大; 當(dāng)逐漸順時針轉(zhuǎn)動, 則半徑會交于過定滾輪圓心與矩形管垂直的垂線上(因動滾輪圓心與定滾輪圓心水平距離很小, 可近似認(rèn)為垂線為彎制圓的圓心會合點) ; 可知轉(zhuǎn)

10、A角對應(yīng)的是與切線垂直的半徑。不難看出, 隨轉(zhuǎn)角增大, 半徑卻逐漸減小, 直至其極限位置的最小半徑; 最小半徑對應(yīng)值如何取? 當(dāng)動滾輪與定滾輪外圓相切時, 極限值為最小半徑的值, 如圖2中半徑為R; 如果矩形管的寬度等于圖1 中滾輪主視圖尺寸2W 時(此處假設(shè)定滾輪也取W ) , 則最小半徑的值等于定滾輪的中間軸半徑。中間軸半徑的最小半徑設(shè)置依矩形管壁厚及壁高而定。同時上述分析便于分析各段軌跡的變化過程?？枯営捎谑艿较蛲獾牧Χ鴮?dǎo)致其以定滾輪 的圓心為圓心向外轉(zhuǎn)動, 動滾輪亦隨之向外轉(zhuǎn)動, 半徑逐漸減小;弧度管的彎制除受靠輪尺寸變化影響外, 還要受其自身材質(zhì)差異的左右; 對于相同材質(zhì)的矩形管,

11、只要靠輪尺寸形狀不變, 在同等推力下, 其形成的弧度管的曲率半徑應(yīng)是相近似的; 但在實際生產(chǎn)中不同時期、不同批次或從不同廠家進(jìn)來的矩形管, 其材質(zhì)都有不同程度的變化, 有的材質(zhì)相差較大, 這就給彎制帶來問題。由金屬工藝學(xué)方面的知識可知, 不同材質(zhì)的矩形管, 其強(qiáng)度、硬度等性能不同, 導(dǎo)致其受彎力后彈性變形亦不同, 當(dāng)矩形管被彎制的部位離開滾輪后(外力去處) , 由于彈性變形的存在, 弧度管會略微回彈(回彈角依材質(zhì)不同一般為0 10°范圍內(nèi)) , 即向外展. 圖2-2 管件的彎曲對弧度管來說, 其回彈力(導(dǎo)致弧度管向外展的力) 不同, 彎制的結(jié)果弧度大小亦不同?；貜椫饕遣牧闲遁d后遵循

12、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)內(nèi)應(yīng)力的根本原因?？蛙嚬羌艽蠖鄳?yīng)用高強(qiáng)矩形管件，高強(qiáng)鋼的彎曲回彈嚴(yán)重影響了彎曲精度的提高，很多研究人員在模擬復(fù)雜成型件的回彈過程方面作了大量工作，但對于回彈控制補(bǔ)償?shù)膶嵤?，還缺乏成熟的軟件系統(tǒng)。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)點彎制的弧度管半徑逐漸變小。 反之, 則外展。 如加厚此點, 則此時對應(yīng)點彎制的弧度管半徑變小。反之,則外展。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。彎制輸出的弧度管的弧度要適當(dāng)內(nèi)斂, 既可抵消回彈, 又便于校形; 靠輪半徑的變化比較

13、適合改變弧度管的整體弧度大小。在數(shù)控彎管機(jī)控制設(shè)計中，根據(jù)管材璧厚、材料硬度、彎曲件彎點半徑等，采用簡化算法并結(jié)合現(xiàn)場經(jīng)驗進(jìn)行回彈補(bǔ)償，在根據(jù)前幾根實際彎曲管件與樣板對比修改控制曲線，有效控制與樣板的最大貼合誤差，能夠滿足車生產(chǎn)需要。2.2 二維彎管機(jī)工作原理其工作原理為: 為了減少彎曲質(zhì)量缺陷，如圖2-1所示，該彎管機(jī)采取了以下措施：采用可移動的動靜輪結(jié)構(gòu)；采用組合式彎管輪；根據(jù)管料彎曲后形狀設(shè)計型胎輪結(jié)構(gòu)；采用可移式觸頭隨機(jī)調(diào)節(jié)彎曲角度。通過上述措施，有效的降低了管料彎曲時的質(zhì)量缺陷。機(jī)械式彎管機(jī)工作過程如圖2-2所示，將管料放置在管料墊板16上，一端使用拉料銷15固定一端從彎曲型胎輪7與

14、8中間穿過，管料用壓板10、12、13將其固定。啟動電源開關(guān)后通過帶傳動將電機(jī)扭矩傳遞到齒輪5上。齒輪5通過齒輪嚙合帶動齒輪9傳動，彎曲型胎輪7、8與型胎輪支撐板6一起固定在齒輪9的輪軸上，在齒輪9的旋轉(zhuǎn)帶動下，型胎輪7與8拉動管料進(jìn)行彎曲?？梢剖接|頭根據(jù)管料彎曲的角度進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整角度a。等于彎曲角度a：，為防止管料彎曲后回彈，Ot?？陕源笥赼：。當(dāng)觸頭2與限位開關(guān)4接觸后，電機(jī)停轉(zhuǎn)，彎管結(jié)束。按動電機(jī)反轉(zhuǎn)按鈕，齒輪9反轉(zhuǎn)，當(dāng)支撐板6轉(zhuǎn)過管料彎曲中心后，按電機(jī)停止按鈕，拔除拉15，打開壓板10、12、13，可將管件取下。圖2-3 彎管機(jī)機(jī)構(gòu)簡圖1管料2可移式觸頭3導(dǎo)線4限位開關(guān)5齒輪6支撐板

15、7彎曲型胎輪8彎曲型胎輪9齒輪lO壓板11擋塊12壓板13壓板14擋塊15拉料銷16墊板2.3 二維彎管機(jī)設(shè)計及其機(jī)構(gòu)分析根據(jù)工作原理及整體設(shè)計思想，該彎管機(jī)的尺寸為84009301500mm，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7.5KW，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3.5噸.2.3.1 二維彎管機(jī)結(jié)構(gòu)組成（1）機(jī)身由底座、滑塊、上下壓板以及滑塊油缸組成，固定在前后上支座上，滑塊在底座中的往復(fù)運動靠滑塊油缸的推拉來實現(xiàn)，滑塊左端裝有上料支架和帶有頂頭的調(diào)節(jié)器，位置可前后調(diào)整并用插銷定位；后端裝有頂料支架，其前端孔中裝有與彎曲管材

16、截面相同尺寸孔型的頂端，通過插入盤中的頂料桿推動管料向前運動。（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，可實現(xiàn)不同截面形狀工件的彎曲。（3）尾架由芯軸和芯軸軸套組成，固定在機(jī)身上，調(diào)節(jié)芯頭位置，位移量可有軸套上的標(biāo)尺讀出。（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)器實現(xiàn)各種動作的機(jī)構(gòu)。2.3.2 二維彎管機(jī)彎管過程彎管形成過程如圖2-4所示。圖2-4 彎曲矩形鋼管成型過程

17、1 動滾輪 2 靠滾輪 3 定滾輪 4 矩形管圖2-4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。動滾輪1由起始位置A伸長達(dá)到位置B，對矩形管產(chǎn)生擠壓使其發(fā)生變形。此時，若頂鐓油缸不斷運動，則矩形管會形成一個半徑一定的圓弧。為了能夠精確的彎制出預(yù)定弧度，必須知道彎曲油缸的伸長量與弧度管的曲率半徑具體的對應(yīng)關(guān)系。 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動。A到B的直線距離近似彎曲油缸的伸長量，隨著彎曲油

18、缸伸長量的變化，矩形管與動滾輪1和定滾輪2的相切線段的切點和斜率也都隨之變化，切點由原始位置的E點、F點變化到G點、H點。在此過程中，彎曲油缸伸長量是已知量，并且是固定值，因此，在如圖坐標(biāo)系當(dāng)中動滾輪圓心B點位置可以計算得出，而定滾輪圓心坐標(biāo)、半徑均已知，所以兩圓的公切線段的方程式、點坐標(biāo)、點坐標(biāo)均可以求出，則對應(yīng)的圓弧方程即可得出。至此，我們就可以得出對應(yīng)于Y缸任意伸長量下的矩形管圓弧弧度、半徑等信息。 彎曲油缸伸長曲線與弧度管曲線的對應(yīng)關(guān)系可以看出，O-A段對應(yīng)的是弧度管曲線的曲線弧度逐漸增大的過程，A-B段是弧度管曲線保持一定弧度不變的過程，在彎曲油缸伸長曲線當(dāng)中對應(yīng)著彎曲缸伸長量不變的

19、過程，B-C段曲線的弧度逐漸變小，最后在C點目標(biāo)曲線為直線段即C-D段，而D-E-F-G段，又是弧度逐漸增大、保持、減小直至彎曲缸回到原位的過程。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算機(jī)通過控制彎曲油缸伸長曲線精確實現(xiàn)。我們通過在計算機(jī)上修改“靠?！鼻€的方式就可以方便的實現(xiàn)多種曲率的弧度管的輸出。計算機(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。2.3.3 二維彎管機(jī)機(jī)械部分計算1.計算彎曲力矩的方法： 式中B為彎曲件周長（管料截面周長）；r為彎曲件內(nèi)彎半徑，t為壁厚，為材料抗彎強(qiáng)度；K為安

20、全系數(shù) K=2.5 r=200mm t=1.7mm =450Mpa B=304=120mm F=1354.016 N設(shè)與工作軸相連的齒輪直徑為200mm，所以彎曲管料所需扭矩為： M=FL=1354.0160.2=270.8 N.m2彎曲滾輪的設(shè)計設(shè)計如圖所示：3. 連接彎曲輪的軸的設(shè)計(1）軸的分析簡圖（剪力、彎矩圖）截面AB段分析： 則 ( )截面BC段分析同上 其中 則 所以： 則該軸的彎矩、剪力圖如下：（2）軸的材料選取 選取45鋼，硬度200HB，抗彎強(qiáng)度，屈服點，彎曲疲勞極限，許用疲勞應(yīng)力。（3）校核軸的疲勞強(qiáng)度抗彎截面模量： 抗扭截面模量： 軸的彎曲應(yīng)力幅： 由以上危險截面計算結(jié)

21、果表明，軸的疲勞強(qiáng)度足夠。4.軸承材料的選擇軸承的壓強(qiáng)則查機(jī)械設(shè)計設(shè)計手冊，滑動軸承的選擇表11-33得：軸承的材料為軸承合金。5.固定頂料支架螺栓的校核 當(dāng)管彎曲的最大角度達(dá)到60°時，設(shè)頂料支架受的力為(1)螺栓組受力分析每個螺栓所受的橫向工作剪力為： 假設(shè)各螺栓所需要的預(yù)緊力均為，螺栓數(shù)目Z=4，則其平衡條件為f 由此得預(yù)緊力為 式中：f接合面的摩擦系數(shù)，則機(jī)械設(shè)計書表5-5 i接合面數(shù) 防滑系數(shù)，=1.11.3。則=(2)螺栓連接強(qiáng)度計算： 由公式式中： 螺栓的預(yù)緊力 危險截面直徑則則查機(jī)械設(shè)計手冊根據(jù)表(GB/T3098.1-2000)選用螺栓性能等級為3.6的即可。第3章

22、 電氣及液壓部分設(shè)計與計算一部完備的機(jī)器都是有原動機(jī)、傳動裝置和工作機(jī)三部分組成。原動機(jī)是機(jī)器的動力源；工作機(jī)是機(jī)器直接對外做功的部分；而傳動裝置則是設(shè)置在原動機(jī)和工作機(jī)之間的部分，用于實現(xiàn)動力的傳遞、轉(zhuǎn)換與控制，以滿足工作機(jī)對力、工作速度及位置要求。3.1 液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算3.1.1 液壓系統(tǒng)工作原理及要求工作原理:圖3-1所示為液壓傳動的簡易擠壓及其等效簡化模型。如圖所示，小液壓缸10與排油單向閥3、吸油單向閥4一起構(gòu)成手動液壓泵，完成吸油與排油。當(dāng)向上抬起杠桿時，手動液壓泵的小活塞1向上運動，小活塞的下部容腔a的容積增大形成局部真空，致使排油單向閥3關(guān)閉，油箱8中的油液在大氣壓作用

23、下經(jīng)吸油管道5頂開吸油單向閥4進(jìn)入a腔。當(dāng)大活塞2在力F1作用下向下運動時，a腔的容積減小，油液因受擠壓，故壓力升高，于是，被擠壓出的液體將吸油單向閥4關(guān)閉，而將排油單向閥3頂開，經(jīng)排油管道6進(jìn)入大液壓缸11的容腔b，推動大活塞2上移擠壓工件（負(fù)載F2）。手搖泵的小活塞1不斷上下往復(fù)運動，工件逐漸被壓扁。當(dāng)工件擠壓到所需形狀后，停止小活塞1的運動，則大液壓缸11的b腔內(nèi)油液壓力將使排油單向閥3關(guān)閉，b腔內(nèi)的液體被封死，大活塞2連同工件一起被閉鎖不動。此時，截止閥9關(guān)閉。如果打開截止閥9，則大液壓缸11的b腔內(nèi)液體便經(jīng)回油管道7排回油箱8，于是大活塞2將在自重作用下下移回復(fù)到原始位置。根據(jù)設(shè)計任

24、務(wù)書和鋼管彎曲變形機(jī)理確定設(shè)計要求: 采用軸向帶頂鐓裝置的機(jī)械冷彎方式來彎制小彎曲管件，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。彎管模合模后, 由液壓執(zhí)行器帶動彎管模旋轉(zhuǎn)彎管。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。要求所設(shè)計的液壓系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠、起動平穩(wěn); 能進(jìn)行連續(xù)彎管軌跡控制; 油路簡潔、便于集中操作和實現(xiàn)自動化。圖3-1 液壓傳動工作原理3.1.2 液壓系統(tǒng)的基本組成及其功能液壓傳動與控制的機(jī)械設(shè)備或裝置中，其液壓系統(tǒng)大部分使用具有連續(xù)流動性的液壓油等工作

25、介質(zhì)，通過液壓泵將驅(qū)動泵的原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，經(jīng)過壓力、流量、方向等各種控制閥，送至執(zhí)行器中，轉(zhuǎn)換為機(jī)械能去驅(qū)動負(fù)載。這樣的液壓系統(tǒng)一般是由動力源、執(zhí)行器、控制閥、液壓輔助件及液壓工作介質(zhì)等幾部分所組成，各部分的功能作用見表1-1.3.1.3 液壓系統(tǒng)的特點（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, 實現(xiàn)了彎管和頂鐓之間的柔性匹配,保證了產(chǎn)品質(zhì)量。（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, 確保了夾塊對鋼管的夾緊力, 使系統(tǒng)運動平穩(wěn)、起動時無沖擊、工作可靠。（3）采用恒壓變量泵和先進(jìn)的冷卻裝置, 使油溫控制在15

26、6;C35°C 之間, 有利于機(jī)床性能的改善和控制精度的提高。（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。（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。（6）整個液壓系統(tǒng)均采用國產(chǎn)元件, 與國外同類系統(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)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，以取得良好設(shè)計制造效果，其中液壓系統(tǒng)設(shè)計除了與電氣控制結(jié)合在一起考慮外，應(yīng)用

27、力學(xué)知識對機(jī)構(gòu)工作過程中壓力變化情況進(jìn)行分析，對速度進(jìn)行恰當(dāng)計算，從而設(shè)計出可行而且性價比很高的液壓系統(tǒng)，機(jī)構(gòu)緊湊，屬于一種高效節(jié)能的實用型機(jī)械。3.1.4 液壓缸主要尺寸的計算1.上料液壓缸的計算（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。設(shè)計時，可用類比法來確定。在這個設(shè)計題目中，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。最大工作壓力為12MPA。根據(jù)壓力，在機(jī)械設(shè)計手冊可以查出匹配的液壓泵以及電動機(jī)。（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

28、度為.5米。題中已知條件給出系統(tǒng)的最大壓力是，因此對活塞桿進(jìn)行校核，反求出活塞桿的最小直徑?；钊麠U的材料選擇Q235鋼。校核活塞桿的穩(wěn)定性因為活塞桿受壓力，存在穩(wěn)定性問題，首先計算柔度。已知： 柔度：臨界力：Q235鋼：導(dǎo)出：校核強(qiáng)度 令，查表得。因此有：。由此導(dǎo)出：。根據(jù)GB，選取活塞桿直徑為。（3）活塞尺寸確定因為該彎管機(jī)的設(shè)備壓力，所以初算時候系統(tǒng)的背壓可以忽略不計，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，因此活塞的直徑為，因此活塞直徑確定為?；钊暮穸?，取。（4）液壓缸壁厚和外徑的計算液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來計算。液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄出的厚度。從材料

29、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。一般計算時可以分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。液壓缸的內(nèi)徑與其壁厚的比值的稱為薄壁圓筒，起重運輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸，一般用無縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計算。式中-液壓缸壁厚；D-液壓缸內(nèi)徑；-試驗壓力，一般取工作壓力的倍;-缸筒材料的許用壓力。其值為：鍛鋼：；鑄鋼：；無縫鋼管：；高強(qiáng)度鑄鐵：灰鑄鐵：。該液壓缸選擇無縫鋼管材料，取。；。將已知數(shù)據(jù)帶入公式得：，因此取。因此，液壓缸的外徑為：。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)行近似計算。因此，取缸蓋厚度為。2

30、） 最小導(dǎo)向長度的確定當(dāng)活塞桿全部外伸時，從活塞支撐面中點到缸蓋滑動支撐面中點的距離H稱為最小導(dǎo)向長度。如果導(dǎo)向長度過小，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)計時務(wù)必保證一個最小導(dǎo)向長度。對一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長度H應(yīng)滿足以下要求式中-液壓缸的最大行程；-液壓缸的內(nèi)徑。該液壓缸取。2.彎曲液壓缸的計算（1）活塞桿直徑的確定取活塞桿長度為130mm已知： 柔度：臨界力：Q235鋼：導(dǎo)出：校核強(qiáng)度 令，查表得。因此有：。由此導(dǎo)出：。根據(jù)GB，選取活塞桿直徑為。（2）活塞尺寸確定因為該彎管機(jī)的設(shè)備壓力，所以初算時候系統(tǒng)的背壓可以忽略不計，按照液壓缸的工作壓力選擇液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直

31、徑的比例，因此活塞的直徑為，因此活塞直徑確定為?；钊暮穸?，?。?）液壓缸壁厚和外徑的計算液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來計算。液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄出的厚度。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。一般計算時可以分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。液壓缸的內(nèi)徑與其壁厚的比值的稱為薄壁圓筒，起重運輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸，一般用無縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計算。式中-液壓缸壁厚；D-液壓缸內(nèi)徑；-試驗壓力，一般取工作壓力的倍;-缸筒材料的許用壓力。其值為：鍛鋼：；鑄鋼：；無縫鋼管：；高強(qiáng)度鑄鐵：灰鑄鐵：。該液壓缸選擇無縫鋼管材料，取。

32、；。將已知數(shù)據(jù)帶入公式得：，因此取。因此，液壓缸的外徑為：。3） 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)行近似計算。因此，取缸蓋厚度為。4） 最小導(dǎo)向長度的確定當(dāng)活塞桿全部外伸時，從活塞支撐面中點到缸蓋滑動支撐面中點的距離H稱為最小導(dǎo)向長度。如果導(dǎo)向長度過小，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)計時務(wù)必保證一個最小導(dǎo)向長度。對一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長度H應(yīng)滿足以下要求式中-液壓缸的最大行程；-液壓缸的內(nèi)徑。該液壓缸取。3.2 電氣方面的有關(guān)設(shè)計及應(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

33、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，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)計與查詢有關(guān)資料，控制系統(tǒng)總圖如圖3-2所示。圖3-2 彎管機(jī)控制系統(tǒng)總圖首先由計算機(jī)生成控制目標(biāo)曲線，通過對每一點的彎曲油缸的伸長量和頂鐓油缸的伸出速度進(jìn)行的精確計算處理，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換成為模擬信號，在控制器經(jīng)過電流放大、顫震信號、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

34、正比）由此控制液壓缸動作。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算機(jī)，由計算機(jī)進(jìn)行頂鐓油缸速度和位置的監(jiān)測、控制。由于管件由多弧段組成，在小半徑段，自動降低頂鐓油缸推進(jìn)速度；為提高效率，在大半徑段自動提高頂鐓油缸推進(jìn)速度。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。一方面，直接反饋到控制器實現(xiàn)對油缸位置的模擬PID的位置閉環(huán)控制。同時，將此信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后傳給計算機(jī)，實現(xiàn)對彎曲油缸的多環(huán)路串級伺服控制。計算機(jī)在采集彎曲、頂鐓油缸信號進(jìn)行控制的同時對傳回的兩路信號在顯示器進(jìn)行動態(tài)顯示，直觀顯示

35、理想曲線與實際彎管曲線（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、理想曲線和實際曲線重合度等。3.2.1 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。由于電液控制系統(tǒng)具有控制精度高、響應(yīng)速度快、信號處理靈活、輸出功率大、結(jié)構(gòu)緊湊及功率質(zhì)量比大等優(yōu)點 , 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產(chǎn)生彎曲力矩, 從而準(zhǔn)確地控制彎管的角度。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、計數(shù)器定時器卡、數(shù)據(jù)采集卡，伺服放大器、電液伺

36、服閥以及執(zhí)行機(jī)構(gòu), 電液伺服閥控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖, 如圖3-3所示。 圖3-3 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作, 數(shù)控彎管機(jī)數(shù)控系統(tǒng)必須實現(xiàn)2個軸坐標(biāo)運動控制。通過運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, 運動控制卡和輸入輸出卡都插在IPC 的擴(kuò)展插槽上。系統(tǒng)的核心在于彎曲動作的實現(xiàn), 它是由電液伺服控制系統(tǒng)中的電液伺服閥來完成的。在對伺服閥的控制中, 采用了PID控制算法來實現(xiàn)電液伺服閥的精確控制, 控制算法中的大量計算由具有強(qiáng)大計算功能的工業(yè)PC機(jī)

37、來完成。（2）數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A )PC-7484板是為了工業(yè)PC機(jī)或PC兼容機(jī)設(shè)計的一種多功能綜合接口板。板上有12位單端16路/差分或8路A/D輸入、4路12位獨立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)/定時中斷等多項功能。本板適用于各種工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)測量及控制，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I/O口地址。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。PC-7484模擬

38、量輸入輸出及脈沖信號有孔頭接入，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。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。D/A 轉(zhuǎn)換器, 主要由參考源、電阻網(wǎng)絡(luò)、開關(guān)電路和輸出運算放大器組成。它是一種譯碼電路, 其輸入是數(shù)字量, 輸出是模擬量。電液伺服閥是利用電流信號來控制大功率的液壓能工作, 從而驅(qū)動液壓缸動作。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。選用PC-7484 數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A ) 卡來實現(xiàn)數(shù)字量向電壓信號的轉(zhuǎn)換, 它是雙通道、雙極性、分辨率為12 位的D

39、/A卡, 插在工控機(jī)主板上的ISA 擴(kuò)展槽上, 通過改變輸入D/A 卡的12 位數(shù)字量來改變輸出給伺服閥的電流信號。采用DAC7625，該芯片轉(zhuǎn)換時間短，工作穩(wěn)定，可靠性高。DAC7625內(nèi)含4路獨立D/A，芯片內(nèi)部具有上電自動清零電路，可實現(xiàn)單/雙極性清零?？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)過運放輸出。主要參數(shù)性能如下：輸出通道：獨立4路輸出信號范圍：電壓方式：0-5V；0-10V；V，V電流方式：4-20mA輸出阻抗：2D/A轉(zhuǎn)換器件：DAC7625D/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)換時間

40、：1us D/A轉(zhuǎn)換綜合誤差：電壓方式：0.2%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：304-30BH 圖3-4 DA7625管腳圖（3）計數(shù)器定時器為了能夠完全滿足數(shù)控彎管機(jī)的彎管工藝要求, 必須對彎曲角度進(jìn)行實時的跟蹤, 并對彎管速度和角度進(jìn)行控制, 從而最大限度的克服彎管材料的反彈以及機(jī)械部分對彎曲角度的影響。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)。為了能夠在高精度的時間內(nèi)獲得對編碼器輸出的脈沖進(jìn)行準(zhǔn)確的計數(shù), 從而獲得當(dāng)前的彎曲角度和速度, 采用計

41、數(shù)器定時器卡PC-7484 來定時采集編碼器輸出的脈沖數(shù)。板上使用一片8253提供3通道16位字長定時/計數(shù)器，由于有光電隔離器件，計數(shù)脈沖頻率范圍為0-25KHz，當(dāng)用于脈沖計數(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數(shù)范圍，約為每秒0-25KHz。用于脈沖計數(shù)方式時，跳線都斷開，當(dāng)用于定時中斷方式時，有內(nèi)部1MHz晶振提供時鐘。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。同時定時器輸出也可通過跳線器接到總線的中斷信號上，用于定時中斷控制。當(dāng)用于定時器時，脈

42、沖計數(shù)占用4個地址。（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)動電液伺服閥。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。這樣, 就可以對彎管速度和角度進(jìn)行控制。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)。同時,通過伺服放大器, 能夠調(diào)整伺服閥的增溢、零漂及擾動。3.2.2 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)計成熟等, 從而被成功地應(yīng)用在工業(yè)過程控制中

43、。PID 調(diào)節(jié)的實質(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)行運算, 其運算結(jié)果用于輸出控制。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)。在模擬系統(tǒng)中, PID 算法的表達(dá)式為式中P ( t) 調(diào)節(jié)器的輸出信號K p 調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)T i 調(diào)節(jié)器的積分時間T d 調(diào)節(jié)器的微分時間e (t) 調(diào)節(jié)器的偏差信號, 它等于測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、液動和氣動等多種類型, 是用硬件來實現(xiàn)PID調(diào)節(jié)規(guī)律的。目前, 用計算機(jī)軟件(包括PLC的指令) 來實現(xiàn)PID 調(diào)節(jié)算法不但成為了可能,而

44、且具有更大的靈活性。由于計算機(jī)控制是一種采樣控制, 它只能根據(jù)采樣時刻的偏差值計算控制量, 因此,式中的積分和微分項無法直接準(zhǔn)確計算, 只能用數(shù)值計算的方法逐步逼近。在采樣時刻t= iT (T 為采樣周期),式所示PID調(diào)節(jié)規(guī)律可通過下面數(shù)值公式近似計算。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”。在電液伺服閥的控制系統(tǒng)中, 伺服放大器被看著是一個比例環(huán)節(jié); 在液壓回路中, 由于油液體積會產(chǎn)生變化, 主油路中應(yīng)有一個積分環(huán)節(jié)。比例調(diào)節(jié)器(簡稱P) 對于偏差能即時反應(yīng), 并立即產(chǎn)生控制作用, 從而減少誤差, 控制作用的強(qiáng)弱由

45、比例系數(shù)K 來調(diào)節(jié), 但比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)靜差, 隨著比例系數(shù)K 的加大, 會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。為此, 引入了積分調(diào)節(jié)器(簡稱I) 來消除比例調(diào)節(jié)中的靜差, 只要有足夠的時間, 積分控制將能完全消除誤差, 積分作用太強(qiáng)會使系統(tǒng)超調(diào)加大,甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。微分控制可以克服振蕩, 使系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高。在伺服閥控制過程中, PI調(diào)節(jié)減小了靜差, 提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性, 但降低了控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度。為了加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度、減小超調(diào)時間、改善系統(tǒng)的動態(tài)性能, 在伺服閥控制中加入了微分環(huán)節(jié)(簡稱D) , 克服系統(tǒng)的振蕩,使系統(tǒng)更加穩(wěn)定。增量式PID 算法采用增量式PID 算法來實現(xiàn)伺服閥的控制,增量式P

46、ID算法的表達(dá)式為：其中，；，K為比例放大系數(shù)。由式可見, 增量式算法只要保持當(dāng)前時刻的前3 個時刻的偏差量即可，下面給出增量式PID 算法在伺服控制系統(tǒng)中的流程圖, 如圖11 所示。在初始化時, 先要調(diào)整好A、B 、C 3 個參數(shù), 設(shè)定初值w , 實際值為y (i) 。增量式PID算法具有如下優(yōu)點: 計算機(jī)輸出增量, 所以誤動作時的影響小, 必要時可以通過邏輯判斷來消除; 手動和自動切換時沖擊小,可實現(xiàn)無擾動切換; 算式中增量只與最近3次的采樣值有關(guān), 不需要累加, 能更好地用加權(quán)處理獲得較好的控制效果。該電液伺服控制系統(tǒng)采用增量式PID算法后,能夠準(zhǔn)確地實現(xiàn)彎曲角度的控制。增量式PID

47、算法的實現(xiàn)。算法實現(xiàn)的基本思想是,在伺服閥控制系統(tǒng)中, 選用了編碼器, 它輸出的是+5V的脈沖信號, 可以直接和計算機(jī)接口相連, 由于選用了PC-7484 計數(shù)器定時器卡, 可以直接計算出脈沖數(shù), 從而數(shù)控系統(tǒng)通過PC-7484卡的輸入端口獲得實際角度值后, 與系統(tǒng)設(shè)定值進(jìn)行比較相減獲得一個差值, 然后按一定的控制算法處理該差值, 得到系統(tǒng)控制信號的數(shù)字量, 此數(shù)字量經(jīng)計算機(jī)后, 經(jīng)D/A 轉(zhuǎn)換為控制伺服閥的模擬信號。該模擬信號經(jīng)放大器放大后, 控制伺服閥的開口度的大小, 來控制系統(tǒng)的流量, 從而控制彎曲油缸活塞的運動速度, 最終實現(xiàn)彎曲軸彎管角度的控制。為了能更準(zhǔn)確的實現(xiàn)對閥的控制, 先將電

48、液伺服閥控制系統(tǒng)中的伺服閥和彎曲油缸建立數(shù)學(xué)模型, 由于伺服閥的頻寬與執(zhí)行部分液壓固有頻率相近, 則伺服閥的傳遞函數(shù)為：其中,為伺服閥的流量增溢，為伺服閥的周期; 為伺服閥的阻尼系數(shù)。彎曲油缸的傳遞函數(shù)為：其中,為液壓缸面積；為液壓固有頻率; 為液壓阻尼比。伺服閥控制系統(tǒng)的框圖如圖3-6所示。選擇的電液伺服閥具有性能穩(wěn)定、頻率響應(yīng)好、可靠性高以及調(diào)整維護(hù)簡便等優(yōu)點。框圖中的伺服閥傳遞函數(shù)W sv (S ) 和彎曲油缸傳遞函數(shù)W (S ) 分別由下式確定：圖3-6電液伺服閥控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)框圖通過計算, 獲得了PID算法的3個參數(shù) , 用計算機(jī)完成控制過程中后臺的計算。通過實驗分析和仿真, 采用

49、PID算法和無PID 算法系統(tǒng)對階躍輸入的響應(yīng)曲線如圖4所示。結(jié)果表明, 采用PID算法后, 系統(tǒng)的響應(yīng)特性和動態(tài)性能有了明顯的改善。電液伺服閥是數(shù)控彎管機(jī)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件, 對它能否準(zhǔn)確、高效實時控制, 直接影響到工件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。通過采用增量式PID控制算法,經(jīng)濟(jì)、可靠地實現(xiàn)了在恒壓力下對電液伺服閥的控制, 且在客車生產(chǎn)集團(tuán)的實際生產(chǎn)中取得了較好的效果3.2.3 A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計思想 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。一方面，直接反饋到控制器實現(xiàn)對油缸位置的模擬PID的位置閉環(huán)控制。同時，將此信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后傳給計算機(jī)，實現(xiàn)對彎曲

50、油缸的多環(huán)路串級伺服控制，傳感器檢測到的連續(xù)模擬信號經(jīng)過信號調(diào)理放大后必須轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，才能輸入到單片微機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。A/D轉(zhuǎn)換器是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心，常用的是積分型(Integrating),逐次逼近型(Successive Approximation)、并行型和計數(shù)比較型。積分型A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)用于低速的情況，逐次逼近型ADC應(yīng)用于較高速數(shù)據(jù)采集以及要求高稍確度的場合。A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度和分辨率是數(shù)據(jù)采集速度和精度的決定性因素，我們在系統(tǒng)總體設(shè)計中提出單通道采樣最高頻率為10KHz，而且在低速采樣時精度要求達(dá)到0.1%，目前，隨著大規(guī)模集成電路工藝的發(fā)展，市場上己經(jīng)出現(xiàn)了各種專用的

51、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)芯片。由于高性能A/D轉(zhuǎn)換器一般的價格都比較昂貴，因此根據(jù)數(shù)據(jù)采集器設(shè)計的實際分辨率、轉(zhuǎn)換速度、精度以及價格因素決定采用工業(yè)中常用的逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。在本數(shù)據(jù)采集器的硬件設(shè)計中采用AD1674轉(zhuǎn)換器，作為數(shù)據(jù)采集器。AD1647是美國AD公司推出的一種完整的12位并行模/數(shù)轉(zhuǎn)換單片集成電路，采用BIMOS工藝制成。該芯片內(nèi)部自帶寬頻帶采樣保持器(SHA)。 10伏基準(zhǔn)電壓源、D/A轉(zhuǎn)換器、SAR寄存器、比較器、時鐘源以及可和微處理器總線直接接口的暫存了三態(tài)輸出緩沖器,AD1674從功能上都與AD574/674完全兼容，可互相代用。只是AD1674內(nèi)部增加了采樣/保持電路，采樣

52、頻率為100KHz，大大高于AD574A,并且具有全控模式和單一工作模式，其精度達(dá)0.05%。與原有同系列的AD574A/674A相比，AD1674的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加緊湊，集成度更高，工作性能(尤其是高低溫穩(wěn)定性)也更好，而且可以使系統(tǒng)板設(shè)計面積大大減小，因而可降低成本并提高系統(tǒng)的可靠性。研制的數(shù)據(jù)采集器采用AD1674芯片，能進(jìn)行快速、稍確的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并傳給CPU進(jìn)行處理。AD1674的基本特點和參數(shù)如下:a)帶有內(nèi)部采樣保持的完全12位逐次通近(SAR)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器;b)采樣頻率為100KHZ,c)轉(zhuǎn)換時間為10d)具有1/2LSB的積分非線性(INL)以及12位無漏碼的差分非線性(DNL);e

53、)滿量程校準(zhǔn)誤差為0.125%;f)內(nèi)有+10V基準(zhǔn)電源，也可使用外部基準(zhǔn)源;g)四種單極性或雙極性輸入范圍分別5V,1OV,0V-10V,0V-20V;h)數(shù)據(jù)可并行輸出，采用8/12位可選微處理器總線接口;i)內(nèi)部帶有防靜電保護(hù)裝置(ESD)，放電耐壓值可達(dá)4000V;j)采用雙電源供電:模擬部分為12V/15V,數(shù)字部分為+5V;k)采用28腳密封陶瓷DIP或SOIC封裝形式;l)功耗低，僅為385mV;3.2.4 AD1674內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳說明 圖3-7 引腳排列圖圖3-7所示為其引腳排列圖。AD1674的引腳按功能可分為邏輯控制端口、并行數(shù)據(jù)輸出端口、模擬信號輸入端口和電源端口四種類

54、型。A/D輸入通道：單端16路/差分8路轉(zhuǎn)換時間：10/100KHZA/D轉(zhuǎn)換分辨率：12位，AD1674(1)邏輯控制端口12/8: 數(shù)據(jù)輸出位選擇輸入端。當(dāng)該端輸入為低時，數(shù)據(jù)輸出為雙8位字節(jié);當(dāng)該端輸入為高時，數(shù)據(jù)輸出為單12位字節(jié)。CS:片選信號輸入端。R/C:讀/轉(zhuǎn)換狀態(tài)輸入端。在完全控制模式下，輸入為高時，為讀狀態(tài);輸入為低時，為轉(zhuǎn)換狀態(tài);在獨立工作模式下，在輸入信號的下降沿時開始轉(zhuǎn)換。CE:芯片使能端。輸入為高時，芯片開始進(jìn)行讀/轉(zhuǎn)換操作。A0:位尋址/短周期轉(zhuǎn)換選擇輸入端。在轉(zhuǎn)換開始時，若A0為低，則進(jìn)行12位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換;若A0為高，則進(jìn)行周期更短的8位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。當(dāng)R/C=1且12/8= 0 時，若A0為低，則在高8位(DB4-DB11)作數(shù)據(jù)輸出;若AO