摘要：随着汽车工业的不断发展，人们不仅对轮胎的安全性能要求高，而且性价比要高。作为生产轮胎最后一道工序的硫化机也受到轮胎厂的重视，不仅要求成品轮胎的动平衡性高，而且要求设备节能、降低噪音、降低油温等，达到降低成本的目的。本文主要介绍现有硫机机的优缺点，针对这些缺点结合硫化机的结构特点对液压系统进行了重新设计，采用双比例变量泵对硫化机左右模独立控制，同时不同的动作可按需给设定不同的压力和流量。达到节能、降低噪音、降低油温的目的。本文给出了液压原理图、电气原理图和PLC梯形图。液压控制系统主要是采用三菱Q系列PLC，通过在触模屏上设定参数对双比例变量泵进行控制，以实现左右模独立控制、节能、降低噪音和油温的效果。经过对液压控制系统的重新设计后，运行平稳。
关键词：硫化机；比例变量泵；节能；噪音；油温
1、绪论
1.1 目的和意义
目前国内轮胎定定型硫化机液压系统主要是采用变量柱塞泵来控制。该供油系统中主要方式是采用普通限压式变量柱塞泵加上电磁比例换向阀进行操作。液压硫化机的动力源是液压系统，液压系统在传递运动和动力过程中的功耗都转变为热能，致使系统温度升高，引起密封件及钢件磨损加快等很多不良影响。因此，必须合理使用高效率的液压元件，合理设置和分配元件、管路，并对系统进行综合调节以提高系统的效率并将节能与环保技术应用到液压系统的每个环节。在能源日益紧缺的今天，采用比例变量节能技术来提高液压系统的效率有十分重要的意义。
1.2 国内外现状和发展趋势
液压系统是液压硫化机的重要组成部分，是硫化机动力来源。液压系统的性能决定液压硫化机的整体性能及影响轮胎硫化质量。目前国内液压系统主要是采用以下二种方式来控制：一、采用变量柱塞泵来控制。该供油系统中主要方式是采用普通限压式变量柱塞泵加上电磁比例换向阀进行操作。其特点是压力、流量是恒定输出，压力大小通过调压阀进行调整。此控制方式缺点是存在能源浪费，且噪音较大。二、采用单比例变量泵来控制。其特点是压力、流量是可以通过触模屏设定，按照动作需要提供压力和流量，能达到部分节能和降低噪音的效果。此控制方式缺点是由于轮胎定型硫化机是双模结构，如要单模生产时存在能源浪费，且噪音较大。因此，要生产高等级的液压硫化机，有必要对液压回路结构进行探索和研究。
2液压式硫化机简介
2.1 液压式轮胎定型硫化机的功能
轮胎定型硫化机用于硫化宽截面高等级子午线轮胎，生胎在硫化机上可进行自动装胎、定型、硫化、卸胎等过程。在加热加压状态下，轮胎硫化成型，硫化机是轮胎生产最后步骤的设备。
2.2 硫化机外型及主要结构
硫化机是由机架、装胎机械手、加压机构、硫化室及开合模机构、中心机构、主机卸胎机械手、活络模驱动装置、存胎器、后充气装置、连接棍道、存胎器气力驱动管路、主机安全装置、电气装置、液压站以及内压管道系统、热板蒸汽管路、气控管道系统、气力驱动管路、液压管道系统等组成。
3液压系统的设计
3.1 系统的总体设计
由硫化机的结构特点为实现节能、降低油温和噪音的效果。液压系统采用双比例变量泵，这样左右模即可以实现独立控制，又可以根据硫化机不同动作分配不同的压力和流量，达到节能和降低油温的目的。同时由于采用双泵，这样电机的功率和泵的排量都可以选小，以实现降低噪音的目的。
3.2 硫化机的液压回路组成部分
由硫化机的结构特点，把液压回路分为五个组成部分：液压站、左机主控制块、左机辅助控制块、右机主控制块、右机辅助控制块。其中液压站安装在硫化机右侧，其余四个控制块安装在硫化机上，这样可以减少电磁阀到液压缸的油管距离。由于硫化机是左右对称布置，因此重点对液压站、左机主控制块和左机辅助控制块设计进行说明。
3.3 液压回路的设计
3.3.1 液压站
液压站是液压硫化机的重要组成部分，是硫化机动力来源。一个完整的液压站必须具备以下功能：压力、流量调节功能、压力溢流功能、回油过滤功能、油温高报警功能、油位低报警功能、油堵塞报警功能、油温冷却功能等[5]。
（1） 液压泵的选择：硫化机最大的油缸是开合模油缸，快速开模时最大流量为63L/min，工作压力为10.5Mpa.因此，中压泵的最大压力选择为14Mpa，流量最大为75L/min的两台油研的电液比例负载敏感控制型变量柱塞泵，型号为：A56-F-R-04-K-3266；高压泵的流量为5L/min，最大工作压力为24 Mpa.因此高压泵选用日本住友内啮合定量齿轮泵，型号为：QT23-8F-A（右转 反向进出）。
（2） 电机的选择：由于中压泵的最大压力为14Mpa，流量最大为75L/min，计算出液压泵的驱动功率为13.2Kw，因此，中压泵驱动电机选用15KW上海ABB电机2台。高压泵驱动电机是选用5.5KW上海ABB电机[2]。
（3） 测控装置：系统中设置有压力表测控装置，液位控制器，电接点温度计等测量装置
（4） 过滤：液压系统80%的故障是由于油液不清洁造成的，因此液压站在泵吸油管路装了过滤精度为80μ吸油过滤器，回油管路装了过滤精度为20μ的回油滤油器以保证工作油液的清洁。
（5） 液压泵站采用的是水冷的形式，在水冷器的进水口装了常闭型两通电磁水阀，水冷器的型号为：RC645U2F；
（6） 布局要求：泵站按执行要求，整个系统有一个主集成块把主油路和加压油路分开。其余的辅助控制块、主机控制块都装在硫化机机身上面，电机采用的是立式安装型，整个液压站布局比较紧凑，而且整齐美观，占地空间小。
（7） 液压站容积及液压油：通过计算各油缸油量，液压站的容积为800L，液压油推荐使用HM46抗磨液压油。
3.3.2 左机主控制块
左机主控制块包含三个动作：左活络模伸缩、左开合模、左加压卸压。
（1）左活络模油缸回路：活络模油缸速度：50mm/s.排量：24L/min.压力：14Mpa.根据油缸的排量和压力选择相应的电磁换向阀，液压单向阀、节流阀。由于动作需要，增加常开电磁换向阀和一次、二次溢流阀。二个溢流阀所设定的压力不同。
（2）左开合模油回路：开合模油缸速度：130mm/s.排量：123L/min.压力：14Mpa.根据油缸的排量和压力选择相应的电磁换向阀，开合模动作时，合模停时，采用平衡阀。合模慢速时利用合模慢速电磁阀导通，合模快速时利用差动。
（3） 加压油缸回路：活络模油缸速度：12mm/s.排量：29L/min.压力：24Mpa.根据油缸的排量和压力选择相应的电磁换向阀，液压单向阀、节流阀。压力传感器用于检测压力。蓄能器，用于补压。溢流阀用于调整压力。高压电磁阀用于进高压压力。
3.3.3 左机辅助控制块
左机辅助控制块包含四个动作：左装胎手的升降、左卸胎手的升降、左下环升降、左上环升降。
（1） 左装胎手油缸回路（如图3.6示）：装胎手油缸速度：100mm/s.排量：12L/min.压力：14Mpa.根据油缸的排量和压力选择相应的电磁换向阀，液压单向阀、节流阀。由于装胎手所需压力比系统压力低。因此在装胎手进压力回路加减压阀，用于调整压力大小。
（2）左卸胎手油缸回路：卸胎手油缸速度：130mm/s.排量：16L/min.压力：14Mpa.根据油缸的排量和压力选择相应的电磁换向阀，液压单向阀、节流阀。由于卸胎手所需压力比系统压力低。因此在装胎手进压力回路加减压阀，用于调整压力大小。
（3）左下环油缸回路：下环油缸速度：100mm/s.排量：26L/min.压力：14Mpa.根据油缸的排量和压力选择相应的电磁换向阀，液压单向阀、节流阀。下环油缸由于动作需要在有杆腔增加溢流阀。
（4）左上环油缸回路：下环油缸速度：120mm/s.排量：23L/min.压力：14Mpa.根据油缸的排量和压力选择相应的电磁换向阀，液压单向阀、节流阀。上环油缸由于动作需要在无杆腔增加溢流阀，有杆腔增加单向阀
4 电气设计
本机的控制采用日本三菱公司生产的Q型PLC，PLC可接受压力、温度传感器的信号，监视压力、温度。显示参数及状态采用台湾研华公司生产的TPC-1270H平板电脑，通过平板电脑可以实现人机对话，如选择工艺、修改工艺参数等。
4.1 电机主回路设计
（1）电机主回路有空气开关QF1和电涌保护器进行保护[2]。电机采用三菱Q01U CPU控制。
（2）上电时电压表显示电压。
（3）电机运行时，电流表显示当前电流[4]。
（4）电机是单向旋转，因此采用一个接触器，同时用热继电器保护[2]。
（5） PLC输入输出模块电源独供电，输入开关电源供电是由变压器提供。
图4.1 电机主回路
4.2 PLC和触模屏连接图
（1）三菱PLC包含以下模块：电源模块、CPU、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块，以太网模块[8]。如图4.2所示。
（2）电源模块供电经过滤波器，保证供电的稳定[3]。
（3） PLC和触模屏的通讯通过RS232电缆相连。
图4.2 PLC和触模屏连接图
4.5 PLC软件设计
PLC程序就是PLC指令的有序集合，PLC运行程序是按照一定的顺序执行这集合中的指令。所谓的指令就是指示PLC动作的图形符号或者文字代码。使用的编程语言不同，这些图形符号和文字代码就不同。不过从本质上来讲，指令的实质均是二进制机器码。同普通的计算机一样，PLC的编程软件通过编译系统把PLC程序编译成机器代码，不过PLC的编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既不同于高级语言，也不同与一般的汇编语言，它既要满足易于编写，又要满足易于调试的要求。
PLC提供的编程语言功能较为完整，这样能够使PLC适应在工业环境中的应用。PLC的编程语言，能够按照不同的控制要求进行编制控制程序，这就相当于对继电器控制的硬件接线的设计和改变，也就是所谓的“可编程序”。
其标准编程语言通常有五种：顺序功能图（Sequential Function Chart），梯形图（LadderDiagram）、功能块图（Function Block Diagram）、指令表（Instruction List）和结构文本（StructuredText）。其中，顺序功能图（（SFC）、梯形图（LD）、功能块图（FBD）都是图形编程语言，指令表（IL）和结构文本（ST）是文字语言。梯形图（LD）是目前使用最广泛的PLC图形编程语言，梯形图与继电器控制系统的电路图相似，比较易于掌握、程序表达清楚[2]。
4.6 触模屏软件设计
触模屏软件是采用上海海得公司的组太软件。在触模屏上设定参数，通过PLC来控制变量泵的压力和流量大小。为开合模分为三个区的压力和流量，其它的动作各自分配不同的压力和流量[8]。
结论
通过对现有硫化机缺点的总结和硫化机结构特点，对液压硫化机的液压回路和电气回路进行重新设计后，基本达到了目的。经测试后设备运转稳定，不仅保持原有的优点，在节能、油温、噪音等方面取得了很好的效果。由单泵改双泵后，在成本上也有所下降。因此此次重新设计取得了良好的效果。
参考文献：
[1] 唐云岐.电力拖动控制线路与技能训练[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2001.
[2] 赵华，海心.机电传动控制[M].北京：高等教育出版社，2007.
[3] 王晓初.可编程序控制器[M].广州：广东工业大学，2004.
[4] 秦曾煌.电工学<第六册>[M].北京：高等教育出版社，2004.
[5] 苑苓苓.液压工必读[M].北京：化学工业出版社，2008.
[6] 陈素.计算机应用[M].广州：广东经济出版社，2003..
[7] 杨后川.三菱PLC应用100例[M].广州：电子工业出版社，2011.
[8] 张还.三菱Q系列PLC控制系统设计与应用实例[M].北京：中国电力出版社，2011.
论文作者:谢永鸿
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/9
标签：压力论文; 液压论文; 回路论文; 硫化机论文; 油缸论文; 排量论文; 变量论文; 《电力设备》2019年第6期论文;