维普资讯 http://www.cqvip.com 第２３卷第３期（总第１０２期） 机械管理开发 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ ＡＮＤ ＤＥＶＥＬ０ＰＭＥＮＴ ２００８年６月 Ｊｕｎ．２００８ Ｖｏ１．２３ Ｎｏ．３（ＳＵＭ Ｎｏ．１０２） 轨枕预应力张拉系统设计 邢 杰 ｆ中北大学信息与通信工程学院，山西太原０３００５１） 【摘要】针对传统轨枕张拉设备无法精确测得张拉力的偏值问题，设计一种轨枕预应力张拉系统，实现大吨位 预应力的张拉．并提高轨枕预应力的控制程度。 【关键词】液压系统；模糊控制；ＰＬＣ； 【中图分类号】Ｕ２１３．３ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】 １００３—７７３Ｘ（２００８） ０３－０１１８—０２ Ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓ Ｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ ｏｆ Ｓｌｅｅｐｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｘ Ｊｉｅ ｆＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，Ｎｏｒｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００５１，Ｓｈａｎｘｉ） ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｈａｔｔ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ ｏｆ ｓｔｅｅｐｅｒ ｃｏｕｌｄ ｎｏｔ ｐｒｅｃｉｓｅｌｙ ｍｅａｓｕｒｅ ｔｈｅ ｏｆｆ－ｓｅｔ ｏｆ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｆｏｒｃｅ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｓｕｃｈ ａ ｓｙｓｔｅｍ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｌａｒｇｅ－ｔｏｎｎａｇｅ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｉｔｓ ｅｏｎｔｒｏ￣ｅｄ ｒｅｓｏｌａｆｉｏｎ． ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓＪ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｙｓｔｅｍ：Ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ： ＰＬＣ ０ 引 言 控制系统采用西门子Ｓ７—２００ＣＰＵ２２６，Ａ／Ｄ，Ｄ／Ａ 模块采用与之配套的ＥＭ２３１和ＥＭ２３２。ＴＤ２００作为控 制端人机界面。 在用于铁路轨枕生产的钢筋预应力张拉系统中， 一个液压工作站向两个千斤顶供油，传统的张拉设备 忽略了两个千斤顶上拉力的偏差，经实验证明，在目 前大多数工厂的生产状况下，这个偏差可以达到 ２０ｋＮ．显然这个偏差是不可以忽略的，本文阐述了 Ｓ７—２００对液压控制的一些技术要点和难点。提出了 液压系统采用容积式同步回路，因为其允许有较 大偏载．由偏载造成的压差不影响流量的改变，系统 效率高。该同步回路采用两位四通电磁换向阀，比例 溢流阀、安全溢流阀，单向节流阀组成。单向节流阀保 证液体沿一个方向流动．控制流量、流速。比例溢流 利用ＰＬＣ模糊控制的原理实现液压系统精确控制的一 种可行的方法。 １ ＰＬＣ及液压控制系统 阀．按给定输入电信号连续的、按比例的控制液流压 力、流量与方向．防止压力或速度变化及换向时的冲 击现象。安全溢流阀起保护作用＿１。工作站由１０ＹＣＹ １４—１Ｂ型压力补偿变量轴向柱塞泵组成。 传统的工艺采用手动控制液压设备．人工读液压 表的方法，精度不高．无法得到两个张拉器上拉力的 偏差值，而在这种新型的张拉系统中，安装在千斤顶 前端的拉力传感器直接分别测量两个张拉力，避免了 间接测力的误差，该系统基本工作原理见图１。 系统开始工作后．首先电机驱动变量泵向上供 油，两位两通电磁换向阀控制液压系统向上供油，两 位四通阀控制液压油向千斤顶的前腔或后腔供油．从 而实现千斤顶的前后运动 。比例溢流阀起到对系统 压力进行调节作用，从而使两端张拉力值平衡＿３］。ＰＬＣ 软件的关键部分是根据传感器测得的张拉力的大小 对比例溢流阀控制电压的调整．既要保证系统压力上 升平稳，不能出现大的超调量，而且要保证系统两侧 千斤顶的拉力平衡。 针对该控制系统所需要的一些技术要求．采用模 糊控制的基本原理．结合铁路轨枕的生产工艺对系统 进行了软件和硬件的设计。 ２模糊控制原理及软件设计 系统模糊反馈原理如图２所示。图中Ⅳ为系统设 定拉力值，Ⅳ１为传感器的测量值，ｅ为力值偏差，伪力 图１液压系统图 值偏差变化率，Ｋ１为偏差量化因子，Ｋ２为偏差变化率 收稿日期：２００８—０２—２８ 作者简介：邢・杰（１９８０一），女，内蒙古自治区兴安盟人，硕士，从事信息与通信工程工作。 １１８・ 维普资讯 http://www.cqvip.com
第２３ ｇ－．ｇ ３期（总第１０２期） 邢杰：轨枕预应力张拉系统设计 ２００８年６月 因子，Ｅ为模糊输出，Ｋ为比例量控制因子，Ｅ 为控制器 输出。 统的控制精度和响应速度，减小Ｋ能减少超调，提高系 统稳定度Ｈ］。因此根据预先设定的张拉值与实际值的 张拉力偏差大小在控制过程中调整量化因子，当初始 阶段偏差比较大时，Ｋ１，Ｋ２取较小值， 双大值。这样可 以保证系统的快速性和稳定性，当偏差较小时，Ｋ１，Ｋ２ 取大值而使Ｋ值减小，这样就可以避免产生较大的超 调量，也同时满足的系统控制的快速性。 图２参数自调整模糊控制器框图 控制的关键部分在于ＰＬＣ对比例溢流阀的控制． 既要保证系统有极高的精度又要保证过程的快速性． 并且要保证在系统稳定后两路张拉器的平衡性。 ３结 语 力值偏差ｅ在其论域中定义了３个模糊集隶属函数， 相应的语言变量为负（Ⅳ），零（ｚ），正（Ｐ）。力值偏差变化 率厂在其论域上定义６个模糊集隶属函数为负大（ ， ．负小（ ，负零（ ，正零（ ，ｉＥ／］，（ＰＳ），正大（ 。 力值偏差的模糊集设置为３４＂，而力值偏差变化 率的偏差设置为６个是考虑了液压系统的滞后性和惯 性，在控制时为了达到精度的要求使系统在变化率较 小时得到精确的调节，在偏差较大时使液压系统能达 利用ＰＬＣ模糊控制的方法控制液压系统实现大吨 位预应力的张拉，不仅可以很好满足系统对于控制精 度的要求，而且在恶劣环境下有较强的抗干扰能力。该 系统在液压系统的设计和控制软件的设计上较好的解 决的这些问题，该系统应用于轨枕预应力张拉系统并 且取得了较好的控制效果。 参考文献 到快速的相应，而在偏差较小时又不至于产生较大的 超调量。而设计本身不允许产生太大的超调，如果超 调量过高就会使被张拉的钢筋超过其屈服极限而产生 断丝。 ［１］李连升，刘绍球。液压伺服理论与实践［Ｍ］．北京：国防工 业出版社．１９９０． 图２中的参数自调整模糊控制器可以提高系统的 ［２］张化光，何希勤，等．模糊自适应控制理论及其应用ｆＭ１．北 京：北京航空航天大学出版社．２００２． 动态和稳态性能指标，其中的量化因子Ｋ，Ｋ１， ，对模 糊系统的动态性能和稳态性能都有很大的影响．Ｋ１和 Ｋ２越大对于系统的控制精度越高，但是会导致系统超 调，调节时问增加，动态性能变差。增大Ｋ可以提高系 （上接第１１７页） ［３］李寿刚，液压传动［Ｍ Ｂ京：北京理工大学出版社，１９９４． ［４］刘长年．液压伺服系统优化设计理论ｆＭ１．北京：冶金工业 出版社．１９８９． 实行粗精分开的工艺原则。 ３刀具材料 可提高１倍以上，刀具耐用度提高３倍。曾在深孔镗刀头 上用上述涂层刀具（山西经纬厂生产），加工出来的孔 （工件材料４５钢，２７ ＳｉＭｎ等）尺寸精度ＩＴ６级，粗糙度Ｒａ ０．２－０．４／ｘｍ。 数控加工设备特别是；￣ｎｑ－中心，设备先进，又有刀 库、对刀仪、三坐标测量机。当编程及机床调整后，能实 现；￣ｎｑ－自动化（除装卸工件外）。在这种条件下刀具材 料的合理选择，很大程度上影响到加工的生产率、工件 ，２）超细晶粒硬质合金刀具：遇到难加工材料。例如 耐热钢或工件上被局部强化的部位，又如缸孔的陶瓷 的；￣Ｈｑ－精度和表面质量，也影响到刀具耐用度及刀具 层、易磨损部位的喷焊层（硬度ＨＲＣ６２），可以采用超细 晶粒硬质合金刀具材料（湖南株州厂生产的ＹＨ系列） 上述刀具，采用机夹式结构较好。一般应与数控加工的 主要用途一致，即上述刀具一般用于半精与精加工。 参考文献 消耗和加工成本Ⅲ。某厂加工铸钢件箱体类零件时，发 现主要孔圆柱度超差（锥度过大），粗糙度仅Ｒａ３．２／ｘｍ （要求Ｒａ１．６／ｘｍ）。分析其原因，工件硬度高，刀具尺寸 磨损和后隙面磨损大 ， 采取的工艺措施是：合理选择刀具材料及刀具结 构，并选择合理的切削用量［２］ 【１］ 陈日曜．金属切削原理［Ｍ］．北京：机械工业出版社． １９９１． １）涂层刀具。在硬质合金基体上，通过化学气相沉 积（ＣＶＤ），涂上ＴｉＣ、ＴｉＮ、Ａｔ２０。复合涂层３～５层，总厚度 ５－７／ｘｍ，表层硬度可达ＨＶ２ ５００～ＨＶ４ ０００，切削速度 ［２］ 晏初宏．数控加工工艺与编程［Ｍ］．北京：化学工业出版 社．２００６． ・１１９・
