彎管機(jī)自動(dòng)速度的跟隨與曲線設(shè)定

李亞忠，翟慶余，周 健

（江陰機(jī)械制造有限公司，江蘇 江陰214400）

0 概述

頂鐓型小半徑彎管機(jī)采用冷拉彎纏繞彎曲方式將管件彎曲成相對彎曲半徑≥1 的彎頭。廣泛應(yīng)用于鍋爐、石化、車輛、制冷等工業(yè)領(lǐng)域。它采用了計(jì)算機(jī)+液壓比例控制頂推油缸的技術(shù)，在常規(guī)拉彎時(shí)管材后部施加一個(gè)變化的頂推力，使管材變形時(shí)的中心層外移，從而減少管材內(nèi)壁處的拉應(yīng)力和減薄率，并減少管件彎曲后的橢圓度。設(shè)備由軟件部分將輸入的彎管參數(shù)經(jīng)計(jì)算后轉(zhuǎn)化為電信號(hào)來驅(qū)動(dòng)比例閥，實(shí)現(xiàn)壓力及流量的控制，從而使頂推油缸產(chǎn)生的速度與主缸移動(dòng)速度相匹配，頂推缸的壓力根據(jù)計(jì)算機(jī)設(shè)定的變壓力曲線來改變，速度與力則與功率相匹配，從而達(dá)到最佳彎曲狀態(tài)。

1 彎管方法

彎管方法采用冷拉彎加頂鐓力方式。即“ 主軸扭矩M+頂鐓力P”彎管方法。彎曲時(shí)主軸帶動(dòng)主模體旋轉(zhuǎn)，模體前部為夾緊裝置，側(cè)面為導(dǎo)板裝置。在管件的末端頂推油缸通過后夾緊塊將頂鐓力作用在管件軸線上，前部的管件纏繞在管模的圓槽中，將管件彎曲成需要的角度，后部頂推油缸將跟隨管件的回轉(zhuǎn)線速度，同時(shí)在管件彎曲過程中改變施加的頂推力，使管件的變形范圍控制在最小范圍。如圖1 所示。

圖1 管件彎曲示意圖

2 電氣系統(tǒng)的控制

2.1 電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)采用觸摸屏+可編程序控制器PLC 控制，人機(jī)界面操作方便，菜單顯示，故障提示，頂推速度、位置動(dòng)態(tài)顯示，多管號(hào)儲(chǔ)存，多狀態(tài)工作方式。采用全自動(dòng)工作方式：由于小半徑彎管特點(diǎn)為轉(zhuǎn)矩大，頂推力控制難度大，變化大，一般手動(dòng)調(diào)整難以達(dá)到最佳點(diǎn)。而該機(jī)采用了全自動(dòng)跟蹤的方式，不需人工調(diào)節(jié)，操作者只要將彎管參數(shù)輸入電腦，則管件彎曲所需速度、頂推力及頂推力曲線均自動(dòng)算出。軟件將參數(shù)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，輸出給比例流量及壓力閥，使頂推缸始終跟隨主彎管模的速度，同時(shí)輸出變化的頂推力，以滿足實(shí)際彎管需求。如圖2 所示。

圖2 工作示意及頂推液壓系統(tǒng)圖

2.2 自動(dòng)速度跟隨與壓力曲線設(shè)定的小半徑彎管頂推系統(tǒng)

由于小半徑彎管機(jī)增加了彎管頂推系統(tǒng)，即在普通彎管工藝基礎(chǔ)上在管件軸向施加一個(gè)力。由于頂鐓力的作用使管材在彎曲過程中應(yīng)力中性層外移，使外側(cè)拉應(yīng)力減少，內(nèi)側(cè)應(yīng)力增加。內(nèi)外側(cè)徑向壓力合力減小，這樣就減小了橢圓度，降低了減薄量，使小半徑管件彎曲質(zhì)量得以保證。所以小半徑彎管機(jī)的關(guān)鍵就是頂推系統(tǒng)及其控制。

目前，國際上一般采用壓力型頂鐓彎管機(jī)和流量型頂鐓彎管機(jī)兩種方法。

2.2.1 壓力型頂鐓彎管

通過比例閥給頂鐓缸施加連續(xù)變化的壓力實(shí)現(xiàn)頂鐓彎曲。其頂鐓力不能超過管材產(chǎn)生軸向塑性變形的壓縮力。即頂鐓力的作用僅改變了彎管過程中彎頭部分的應(yīng)力狀態(tài)，使彎頭質(zhì)量得以提高。

2.2.2 流量型頂鐓彎管

通過電液伺服閥控制頂鐓缸的速度來實(shí)現(xiàn)頂鐓彎管。其頂鐓力可明顯大于管材產(chǎn)生的軸向塑性變形所需壓力。頂鐓力不僅用以改變彎頭的應(yīng)力狀態(tài)，還使管材局部產(chǎn)生軸向壓縮變形。由于它要同步控制跟隨主彎管缸的速度，因此必須使用高性能的伺服控制單元。

2.2.3 壓力型與流量型結(jié)合

公司生產(chǎn)的W27Y-90mm 小半徑彎管機(jī)的頂推系統(tǒng)采用了壓力型與流量型相結(jié)合的控制模式。既可控制壓力，又可控制流量或壓力、流量同時(shí)控制，但壓力與流量始終自動(dòng)匹配。它避免了壓力型頂鐓彎管的流量過大、頂鐓力不能過大及控制不準(zhǔn)確的缺點(diǎn)，又避免了流量型頂鐓彎管的位置控制要求過高、施加頂鐓力不能過小的缺陷，它實(shí)施的是既可模糊（壓力控制）又可精確（流量控制）控制的方式?？筛臃奖愕蒯槍Σ煌?guī)格、材質(zhì)的小半徑管件進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)頂推力設(shè)置達(dá)到或大于管件的屈服極限，在其速度控制時(shí)，就成了一個(gè)“ 流量型”頂推彎管方法；反之，當(dāng)頂鐓力設(shè)置小一點(diǎn)，速度快一點(diǎn)時(shí)，它又成了“ 壓力型頂推”的模式。

為提高彎管質(zhì)量，頂鐓力是可變的，特別是彎曲大于90°的管件，為防管件起皺，在管件后段要逐步撤消壓力，以達(dá)到最佳彎曲效果。

2.3 彎管機(jī)旋轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算

MT=MW+MYM+MXM

式中：MT——彎管機(jī)旋轉(zhuǎn)力矩，kgf·mm；

MW——試件彎曲力矩，kgf·mm；

MYM——壓料摩擦力矩，kgf·mm（按表1 計(jì)算）；

MXM——芯軸摩擦力矩，kgf·mm（按表2 計(jì)算）。

MW=（K1+K0/4RX）Wδs

式中：K1——截面形狀系數(shù)；

K2——材料相對強(qiáng)化系數(shù)；

W——管材截面系數(shù)；

δs——屈服極限；

RX——相對彎曲半徑。

表1 壓料摩擦力矩

表2 芯軸摩擦力矩

3 90機(jī)調(diào)試結(jié)果

根據(jù)輸入的彎曲工藝參數(shù)（管件內(nèi)徑、外徑、材料、彎曲半徑），由PLC 自動(dòng)計(jì)算彎曲扭矩，經(jīng)多次調(diào)試，軟件計(jì)算與實(shí)際要求相符，如表3 所示。

側(cè)推跟隨的速度與管徑的關(guān)系，依據(jù)管徑的不同，側(cè)推速度自動(dòng)變化，且成正比例關(guān)系，如圖3 所示。

表3 管件的彎曲扭矩

圖3 跟隨速度與管徑的關(guān)系

經(jīng)實(shí)際彎管實(shí)驗(yàn)，彎出的管子完全符合要求，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了國家標(biāo)準(zhǔn)。

4 90機(jī)與同類技術(shù)對比

德國斯瓦茨公司的小半徑頂鐓型彎管機(jī)為我國進(jìn)口最多的小半徑彎管機(jī)。如表4 所示為該公司W(wǎng)E80 規(guī)格與我公司W(wǎng)27Y-90XR 型比較，二者規(guī)格相同，但我司90XR 明顯功率大，更適合鍋爐行業(yè)的厚空管彎曲；從控制上看，無芯全自動(dòng)工作精度指標(biāo)相同，但我司售價(jià)僅為德國機(jī)的1/3。

表4 與國外同類彎管機(jī)對比

5 結(jié)束語

目前以該技術(shù)生產(chǎn)的小半徑彎管機(jī)已取得國家專利，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，為公司取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]王文紅，左繼承.半自動(dòng)液壓彎管機(jī)及其PLC 控制[J].新技術(shù)新工藝，2006，（3）.

[2]徐龍飛.數(shù)控雙模彎管機(jī)和液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì).液壓與氣動(dòng)，2005，（5）.

[3]田福祥，王 珍，王 斌，等.新型半自動(dòng)液壓彎管機(jī)的研制.鍛壓裝備與制造技術(shù)，2002，37（5）.