基于監(jiān)測及控制系統(tǒng)升級設(shè)計的軸承壓裝機(jī)改造

牛剛 陳春明

摘要：軸承壓裝機(jī)是機(jī)械較重要的組成部分之一，目前市面上的軸承，壓裝機(jī)大多數(shù)處于固定式半自動壓裝機(jī)，計算機(jī)監(jiān)測一級控制系統(tǒng)并不完善，存在的安全隱患也較為多，信息化也不完全，并不能做到數(shù)字化監(jiān)控，因此，實現(xiàn)計算機(jī)，監(jiān)測和控制系統(tǒng)是主要趨勢，開發(fā)，多線程機(jī)制的軸承壓裝機(jī)監(jiān)測及控制系統(tǒng)軟件，是十分有必要的，它不僅能夠節(jié)省人力物力成本，同時也不需要人為干預(yù)，所具備的數(shù)字化系統(tǒng)更加較為安全，不僅能夠準(zhǔn)確的得到你所需要的各種參數(shù)，還能夠得到壓裝力的曲線，能夠完全的實施全自動信息管理，實現(xiàn)全部自動化。

關(guān)鍵詞：軸承壓裝機(jī);監(jiān)測及控制系統(tǒng);自動化;軸承

軸承壓裝機(jī)在所有的機(jī)械活動中都起著十分重要的作用，它是機(jī)械活動中不可或缺的一部分，而軸承壓裝機(jī)主要的工作內(nèi)容是將軸承壓裝到車軸上，并且采用的方式是冷壓方式。隨著現(xiàn)階段科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，以及軸承壓技術(shù)也在不斷進(jìn)步，這種軸承壓裝機(jī)滿足不了現(xiàn)代發(fā)展的需要，為了能夠更好的發(fā)展軸承壓裝機(jī)，同時能夠得到適應(yīng)輪軸數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)管理的需要，實施設(shè)備自動化，越來越多的工廠及單位正在或者即將裝備微機(jī)控制壓裝機(jī)，能夠更好地監(jiān)測壓力曲線，并具有自動報警的裝置，保證了軸承壓裝機(jī)的安全。雖然改造升級軸承壓裝機(jī)需要拆除原有的儀表指示或者單片機(jī)控制裝置，但是相比起引進(jìn)新的軸承壓裝機(jī)來說，軸承壓裝機(jī)并沒有到達(dá)報廢年限，如果強(qiáng)行換新機(jī)會，造成極大的物料浪費(fèi)，因此，這種改造裝置方法也大大的降低改造成本，同時也能實現(xiàn)監(jiān)測以及控制系統(tǒng)自動化的改造升級，并且，不再需要人工的干預(yù)，就能夠得到所需要的各種質(zhì)量的參數(shù)，以及壓裝力的曲線，達(dá)到了現(xiàn)在生產(chǎn)生活中對于軸承壓裝機(jī)的作業(yè)要求。

一、軸承壓裝機(jī)

1、軸承壓裝機(jī)結(jié)構(gòu)原理

1.1、門軸壓裝機(jī)基本結(jié)構(gòu)組成以及工作方式

圖一是軸承壓裝機(jī)的基本組成原理，它是由上橫梁以及底座兩部分組成的整體承載主機(jī)架，左右兩面有兩只壓裝油缸，除此之外，還有輪對頂起油缸、輪對定位機(jī)構(gòu)、軸承支承、輸送機(jī)構(gòu)、液壓站和單板機(jī)自動控制系統(tǒng)等組成（圖一中由1到9號數(shù)字標(biāo)明其所在位置）。左右兩邊兩個壓裝油缸是由兩組閥門單獨控制的，它不僅能夠避免兩個油缸壓力之間的相互干擾，除此之外，在液壓系統(tǒng)的運(yùn)作中，還能夠增加輪對頂固功能（倫隊頂固功能是指在軸軸承壓裝機(jī)壓裝的開始前，先行鎖定了輪對功能），增加了輪對頂固功能，能夠保證兩側(cè)軸承壓裝及力的變化不受影響，從根本上解決了軸承壓裝機(jī)在壓裝過程中輪對的左右竄動，保障了軸承壓裝機(jī)在工作中的穩(wěn)定性，同時還能夠準(zhǔn)確的反映軸承壓裝機(jī)各自的物理特性，能夠得到各自的標(biāo)準(zhǔn)曲線，還能夠確保準(zhǔn)確判別各自軸承壓裝機(jī)壓裝力曲線的拐點。

1.2、軸承壓裝機(jī)的工作流程

軸承壓裝機(jī)具體的工作流程為以下部分，軸承壓樁機(jī)在開始之前，工作人員應(yīng)當(dāng)將倫隊推到工作區(qū)，緊接著找到定位活塞筒桿，并且在定位活塞筒桿的一端套上待壓軸承，掛好后檔，然后工作人員按開始自動壓裝按鈕，緊接著，軸承壓裝機(jī)的電磁閥開始動作，輪對頂起油缸將輪對頂起，等到到達(dá)指定位置后，開始進(jìn)行軸向油缸進(jìn)行軸向鎖定，等這些全部操作完成之后，后定位搶輸油管油開始進(jìn)油，操作人員將軸承壓樁機(jī)的定位活塞筒桿以及中心孔頂椎推到指定位置，緊接著由進(jìn)入到軸承壓裝機(jī)腔內(nèi)以后，然后再推動軸承壓裝機(jī)的活塞筒桿，并將其軸承和后檔一起壓入軸頸，并且和防塵坐一起加壓，加壓時間要保持在3到5秒左右，待加壓完畢之后，將軸承壓裝機(jī)的定位活塞筒桿和壓裝活塞筒桿推回到指定位置，軸向鎖定油缸解除軸向鎖定，輪對頂起油缸也緩慢放下輪對，并且將輪對頂出油缸將輪對頂出軸承壓裝機(jī)的壓裝工作區(qū)，到此為止，完成了一整個壓裝過程。

2、軸承壓裝機(jī)壓裝缸結(jié)構(gòu)以及壓裝力基本算法

2.1、軸承壓裝機(jī)壓裝缸結(jié)構(gòu)

對于現(xiàn)在市面上的軸承壓裝機(jī)來說，大多數(shù)的軸承壓裝機(jī)壓裝缸采用的大多都是套筒式兩級活塞形式的壓裝缸，圖二所示的是壓樁缸基本組成結(jié)構(gòu)，從左到右，依次說明。第一級活塞又稱為定位活塞桿，同時也可以把它叫做頂針，它的主要作用是用來定位輪對。而第二級活塞桿又稱為壓裝活塞桿，同時也可以叫做引套，第二級活塞主要負(fù)責(zé)的是將軸承壓裝到輪軸上。在壓裝腔的杠壁上，有安裝壓力傳感器的安裝位孔，用來測定壓力的大小。在理想的狀況之下，壓裝機(jī)槍內(nèi)裝滿腔液的情況下，壓裝腔液壓油壓力與軸承壓裝力成正比關(guān)系，并且這種線性函數(shù)關(guān)系一直保持良好，因此，再能夠測得液壓缸壓裝腔壓力的時候，可以通過這種線性函數(shù)關(guān)系計算出軸承壓裝力，從而更加有效的控制壓莊質(zhì)量。

2.2、軸承壓裝力的具體算法

在計算軸承壓裝力之前，我們應(yīng)當(dāng)測量出壓裝油缸的結(jié)構(gòu)和具體尺寸，然后根據(jù)壓裝油缸的結(jié)構(gòu)和具體尺寸，得到壓樁缸力的平衡方程式，為

在這個壓樁缸力的平衡方程式中，F(xiàn)表示圍軸承壓樁力，它的的單位是KN，AB，則表示的是壓裝腔，主要是壓裝槍B槍的有效面積，單位是nm2，AA表示的是定位套筒腔，主要指的是A腔的有效面積，單位與B腔的單位面積的相同，PA表示的為A腔壓力，PB表示的為B腔壓力，單位都是mPa。

由于壓裝腔液壓油壓力與軸承壓裝力成正比關(guān)系，因此啊，PB隨著軸承壓裝力的增加而增加，在計算時，應(yīng)當(dāng)假想成理想狀態(tài)，其他的變化將忽略不計，視為恒定值。并且在，軸承裝壓機(jī)啟動的前一瞬間，將軸承壓裝力視為0，用P0來表示，可得等式為

p，表示為傳感器檢測的壓力，p0，表示的則是壓裝油缸的被壓力，這種計算軸承壓裝力的方式，就是壓樁監(jiān)測系統(tǒng)的基本操作原理，可通過利用（4）等式來直接計算。

二、監(jiān)測及控制系統(tǒng)升級設(shè)計改造方案

計算機(jī)技術(shù)在21世紀(jì)得到了飛躍式的發(fā)展，在我們生產(chǎn)和生活中得到了廣泛的運(yùn)用，工控機(jī)的發(fā)展也得益于此項技術(shù)，在原有程度上大大提高了工控機(jī)的可靠性。將模塊化信號輸入輸入卡，不僅可以運(yùn)用計算機(jī)實現(xiàn)復(fù)雜的模式運(yùn)算和控制，對于開關(guān)，也可以實現(xiàn)量控制，設(shè)計的可能性變得更加靈活和開放，因此可以設(shè)計以工控機(jī)為核心的軸承壓裝機(jī)的監(jiān)測和控制系統(tǒng)，從而改造原有的單片機(jī)的壓力自動監(jiān)測和控制的系統(tǒng)。主要運(yùn)用于WINDOWS98平臺的軟件，能夠在軸承壓裝機(jī)的壓裝過程中自動檢測出壓裝力的變化，通過壓裝力變化的曲線，能夠有效的判斷軸承壓裝的質(zhì)量，不僅如此，此系統(tǒng)還能將實時的，軸承監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)回到計算機(jī)內(nèi)整理，將數(shù)據(jù)打印出來。

2.1、監(jiān)測和控制系統(tǒng)改造的具體措施

原有的壓力表也可以在此系統(tǒng)中使用，所以給予保留用作壓力指示，壓力傳感器應(yīng)當(dāng)更換，為高精度的壓力傳感器，提高壓力，敏銳度以及互換性，對于液壓站、油管路、電磁換向閥、plc和計電阻等一些原油壓及控制系統(tǒng)裝置也可以繼續(xù)使用，對于軸承壓裝機(jī)的壓力監(jiān)測儀來說，應(yīng)當(dāng)采用工控機(jī)為核心的新系統(tǒng)。新型的軸承壓裝機(jī)系統(tǒng)在壓裝過程中，可以實現(xiàn)自動化啟動監(jiān)測和控制程序，能夠?qū)崟r的監(jiān)測壓裝力的變化，通過計算程序得到所需要的參數(shù)，將這些參數(shù)與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)做對比，可以判斷出軸承壓裝機(jī)所壓裝的軸承是否合格，也可以實現(xiàn)軸承數(shù)據(jù)自動錄入計算機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)行自動處理與計算，并將其壓樁記錄打印出來。圖四為壓裝力信號采集的流程圖。

2.3、監(jiān)測和控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)改造

為了能夠更好的提高系統(tǒng)的互換性和可靠性，并且降低改造成本，陰莖他可能的采用高性能產(chǎn)品，在控制系統(tǒng)的系統(tǒng)統(tǒng)柜內(nèi)，應(yīng)當(dāng)放置計算機(jī)和打印機(jī)，以及一些不間斷的電源設(shè)備等，還應(yīng)當(dāng)，安裝控制系統(tǒng)所需要的設(shè)備，所有設(shè)備應(yīng)當(dāng)按照電氣標(biāo)準(zhǔn)的要求來操作，并對強(qiáng)電和弱電信號采取隔離保護(hù)的措施。除此之外，還應(yīng)當(dāng)針對所需要求對軸承壓裝機(jī)進(jìn)行改造，壓力傳感器監(jiān)測壓裝缸壓力信號經(jīng)過放大、過濾和AD轉(zhuǎn)換后，由于需要經(jīng)過計算機(jī)系統(tǒng)的處理分析，信號調(diào)理板上應(yīng)當(dāng)設(shè)有拔碼開關(guān)，操作人員可以切換不同的采樣通道，并不需要增加傳感器電源，就可以從計算機(jī)內(nèi)部得到所有電源型號。

2.4、監(jiān)測和控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)改造

監(jiān)測和控制系統(tǒng)的硬件改造十分重要，同樣軟件的改造也是極為重要的。軟件最主要的功能是將系統(tǒng)的硬件結(jié)合起來，使其成為一個有機(jī)的整體，是監(jiān)測和控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的功能，不僅為操作人員提供了人性化的操作接口，還可以提高工作效率，降低人力成本，除此之外，還能夠根據(jù)輪對軸承壓裝力的監(jiān)測要求，來實現(xiàn)全部的自動化軸承數(shù)據(jù)化管理，同時還能夠?qū)S承的壓裝力起到監(jiān)測和控制作用，還能夠提高壓樁質(zhì)量等功能。

三、總結(jié)

監(jiān)測和控制系統(tǒng)的改造十分有必要，不僅改變了原有系統(tǒng)依賴人工作業(yè)的現(xiàn)狀，實現(xiàn)了全部自動化監(jiān)測和控制軸承壓裝機(jī)，提高了軸承合格率，對于壓樁數(shù)據(jù)也能得到很好的保存。通過計算機(jī)大數(shù)據(jù)控制，比起市場上的同類產(chǎn)品來說，這個系統(tǒng)的操作也十分簡單，性能穩(wěn)定，實現(xiàn)了自動化軸承壓裝機(jī)的要求。大數(shù)據(jù)的管理和保存也符合當(dāng)代機(jī)械的發(fā)展和要求，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。除了老款式的軸承，還需要學(xué)習(xí)西方先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，在日本和美國的尖端軸承技術(shù)比較完善，可以更好的支撐設(shè)備的損耗和外部施壓，軸承滾針和軸承內(nèi)襯日本和中國是兩種設(shè)計方案。采用單臺試裝壓機(jī)取代雙臺裝壓機(jī)的對稱布置將由三個回路取代，多缸的不協(xié)調(diào)運(yùn)作能夠精準(zhǔn)地提升同步運(yùn)轉(zhuǎn)的精度，避免人機(jī)不協(xié)調(diào)導(dǎo)致的隱患，事故提高了可靠性能，給工廠帶來新的經(jīng)濟(jì)效益，還能減緩操作布局，選擇合適大小的液壓回路，可以有效避免原液壓及回路因轉(zhuǎn)向沖擊帶來的一系列危險，例如元件損害和液壓泄露等問題，造成人員傷亡，這樣還能減少設(shè)備的維修和元件的更換，這將是兩種新型的新軸承壓裝機(jī)液壓站的相比的優(yōu)點。

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作者簡介：陳春明：副教授，從事電氣自動化講究及教學(xué)，E-mail：342349545@qq.com.

基金項目：湖南省教育廳科研重點項目：基于監(jiān)測及控制系統(tǒng)升級設(shè)計的軸承壓裝機(jī)改造（17A060）研究成果之一

湖南交通工程學(xué)院 湖南 衡陽 421009