RYSZARD ASZURKIEWICZ
TADEUSZ KRET

Nowoczesne układy napędowo-sterownicze
stosowane w prasach hydraulicznych

Wprowadzenie

W ostatnich latach z rozwojem małych i średnich firm produkcyjnych wzrasta zainteresowanie nowoczesnymi, tanimi w budowie i eksploatacji narzędziami przystosowanymi do częstej zmiany asortymentu wielkoseryjnej produkcji. W niniejszym artykule opisano prasę hydraulicznąPPD1 potrójnego działania z wyposażeniem peryferyjnym, wykonaną ze standardowych elementów: hydraulicznych, elektronicznych i mechanicznych.

Rys. 1. Układ hydrauliczny 125 Mg

W koncepcji projektowej założono, że zbudowana prasa powinna w ciągłej eksploatacji gwarantować: niezawodność działania dokładność produkcji i powtarzalność czynności niski poziom zakłóceń radioelektrycznych i hałasu "elastyczność" układów umożliwiających wykonywanie kilku trybów pracy, np. tłoczenie, wykrawanie, dokładne wykrawanie w trybie ręcznym i automatycznym. Wyraźny akcent w koncepcji projektowej położono na uzyskanie niskich kosztów budowy urządzenia i późnięjszej jego eksploatacji. Układ hydrauliczny prasy 125 Mg pokazano na rys. 1.

Budowa prasy PPD 1

Opisywana prasa ma budowę modułową. Każdy z modułów jest integralną, oddzielnie zasilaną i sterowaną częścią. Z pulpitu można indywidualnie sterować poszczególnymi cyklami roboczymi modułów.

Rys. 2. Cyklogram pracy układu hydraulicznego prasy 125 Mg (dokładne wykrawanie)

W trybie pracy automatycznej całością steruje sterownik mikroprocesorowy. W skład prasy PPD1 wchodzą następujące moduły: · Agregat napędowy, utworzony z dwóch zestawów pompowych - zębatych pomp wielostrumieniowych i hydraulicznego układu sterowniczego. · Podajnik surowca pracujący z dokładnością do 0,3 mm. Długość podawania taśmy jest nastawiana bezstopniowo na pulpicie sterowniczym. Układ hydrauliczny podajnika, sterowany automatycznie, koryguje błędy geometryczne taśmy (sierpowatość). · Gilotyna jest napędzana dwoma siłownikami hydraulicznymi. Kinematyczną niezgodność wykorzystuje się do poprawy efektywności cięcia. Krotność cięcia, będąca wielokrotnością skoku prasy, ustawia się na liczniku, na pulpicie sterowniczym. · Zgarniacz jest napędzany pneumatycznie. Siłownik zgarniacza jest wyposażony w czujniki położenia. Czujniki te oraz pozostałe czujniki sprawdzające położenie materiału i wyrobów "wpięte" w system sterownika skutecznie zabezpieczają przed uszkodzeniem zgarniacza, narzędzia, prasy. Prasę zbudowano z dwóch spawanych korpusów, połączonych czterema kolumnami. W korpusie górnym i dolnym zamontowano specjalne siłowniki o tych samych średnicach. Siłownik górny ma dwukrotnie dluższy skok i tłok siłownika mieści dodatkowy nurnik. Budowa siłowników i ich sterowanie pozwalają na pracę prasy w systemie potrójnego działania. Przykładowy cykl pracy przedstawia cyklogram (rys. 2). Pokazany tu tryb pracy (dokładne wykrawanie) jest jednym z trybów, który może zrealizować przedstawiony układ hydrauliczny.

Układ sterowania prasy hydraulicznej

Układ sterowania (rys. 3) zastosowany w opisywanej prasie zapewnia właściwą pracę elementów wykonawczych, dzięki zainstalowanym czujnikom i sygnałom pochodzącym od operatora. Elementem centralnym systemu jest sterownik mikroprocesorowy PLC 24/20WE/WY. Z pulpitu sterowniczego wyposażonego w przyciski, operator może sterować (także w rękawicach roboczych) poszczególnymi cyklami pracy urządzenia.

Rys. 3. Charakterystyczne układy wejściowe i wyjściowe przyłączone do sterowania

Istotnymi elementami systemu sterowania są te, które odmierzają podawanie materiału LI i precyzyjnie ustawiają siłownik oraz jego strefy K1, K5, K4. Do pomiaru przesuwu materiału zastosowano przetwornik obrotowo-impulsowy, połączony ze swobodnym wałkiem podajnika. Przetwornik współpracuje z ustawianym licznikiem impulsów, którego wyjście łączy się ze sterownikiem. Do określenia położenia siłownika zastosowano liniowy przetwornik potencjometryczny ze ścieżką oporową i suwakiem wykonanym ze specjalnych kompozytów plastikowych. Taki przetwornik o rozdzielczości 10 p,m gwarantuje 50 milionów cykli roboczych. Układem pośredniczącym między przetwornikiem, a sterownikiem jest komparator analogowy z cyfrowym odczytem położenia. Zastosowano tu komparator własnej konstrukcji o czasie transmisji WE/WY ok.l ms, bowiem oferowane przetworniki mikroprocesorowe miały czas transmisji ok.100 ms, a ich użycie, jeśli uwzględnić czas przesterowania cewki rozdzielacza, nie było korzystne. Podczas prób zakładano różne czasy filtracji dla sygnałów wejściowych sterownika. Optymalny okazał się filtr 12 ms. W układzie sterowania zastosowano także dwa niezależne zasilacze 24 VDC do obwodów - wejściowych i wyjściowych. Elementy wykonawcze są wysterowane przez przekaźniki półprzewodnikowe. Daje to większą trwałość układu i mniejsze zakłócenia elektromagnetyczne w porównaniu z elementami stykowymi. Sterownik programowalny pozwolił na zminimalizowanie uderzeń hydraulicznych ciśnienia, wówczas gdy kilka rozdzielaczy przełącza się pod ciśnieniem w tym samym czasie. Zastosowanie odpowiednich przesunięć czasowych pomiędzy zadziałaniem cewek rozdzielaczy, zredukowało znacznie poziom hałasu (60-65 dB), a także zmniejszyło mechaniczne obciążenie układu hydraulicznego i całej prasy. Układ sterowania, co jest także bardzo korzystne, nie wymaga obsługi serwisowej.

Podsumowanie

W niniejszym artykule bardzo skrótowo opisano prasę hydrauliczną potrójnego działania z nowoczesnymi układami napędowo-sterowniczymi. Konstrukcja tego urządzenia pozwala na uzyskiwanie bardzo wyraźnych korzyści technologicznych, eksploatacyjnych, ekologicznych i ekonomicznych. Zastosowane w prasie układy - hydrauliczny i elektroniczny - pozwalają na stałe wprowadzanie nowych trybów pracy oraz ingerowanie w kolejny krok trybu pracy. Sterowanie i kontrola kolejnych kroków w wybranym trybie pracy przez sterownik gwarantują utyskiwanie właściwych parametrów technologicznych, chronią narzędzie i prasę przed uszkodzeniem, zapewniają operatorowi bezpieczne warunki pracy. W kraju najczęściej eksploatuje się prasy producentów zachodnich. Opisana prasa jest zatem konkurencyjnym urządzeniem, interesującym także ze względów konstrukcyjnych, stosowanym do dokładnego wykrawania.

Autorzy artykułu reprezentują firmę T. KRET & S-KA CHOJNÓW specjalizującą się m.in. w produkcji urządzeń hydraulicznych.