CN102825117B - 弯管机精度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及弯管机精度控制方法，通过增加左右边辊的行程控制开关、弯曲压力传感器、PLC控制系统及显示器，将工作中边辊和主辊的相对位置坐标、弯曲压力的数据传输给PLC系统，PLC计算后传输显示器显示弯曲的工件半径和弧度，提高弯管时的精度控制。能够准确计算弯曲半径，减少弯管由于人工预估管件半径不准确造成的多次数弯管的劳动，节约弯管的时间，提高工人的工作效率，降低劳动强度。

Description

弯管机精度控制方法

技术领域

本发明涉及弯管机控制方法，可适用于石油、化工、水电、造船、钢结构以及机械制造等行业。

背景技术

弯管机专用于管材的弯曲成形，可把管材卷制成圆形、弧形、螺旋形等管件，在石油、化工、水电、造船、钢结构以及机械制造各行业中有着广泛的应用。

弯管机在工作时：通过主辊和左右两边辊首先将管件夹紧，一方面，左右边辊通过液压系统经马达、齿轮传递给的动力作旋转运动，管件在主辊和两边辊三个辊的作用下作直线运动，另一方面，左右两边辊在油缸的作用下绕中轴做弧线式摆动，从而提供给管件一定的变形量，通过左右边辊正反转的不断交替和左右边辊油缸的不断进给，完成管材的弯曲卷制过程。

然而，目前的弯管机在左右边辊进给的过程中，无法确切的知道边辊的进给位置、进给力及力矩，在弯管过程中对弯管半径或弧度也没有精确的控制，仅依靠人工事先预估一个比成型后管件半径较小的半径进行弯管，管件成型后的弯曲半径无法控制，人工弯曲次数多，废品率高。

目前已有的研究中，虽然对弯管机控制系统研究和应用、弯曲强度计算等有所涉及，但是基本上都属于理论研究阶段、而直接采用国外高端的工控系统又带来昂贵的使用和维护成本，实用性及经济性不足。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，解决弯管机在弯曲管件过程中弯曲精度无法控制，人工弯曲次数多强度大，废品率高的问题，提供一种弯管机精度控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种弯管机精度控制方法，所述的弯管机主要包括主辊和左右两边辊；主辊和左右两边辊之间的空间为管件运行空间，管件运行方向与弯管机左右两边辊中心对称线垂直；其特征在于：在左右边辊的驱动装置上设置行程检测装置和弯管压力检测装置；所述的行程检测装置和弯管压力检测装置分别与弯管机外设置的PLC控制系统连接；弯管时，按以下步骤控制弯管精度：

（1）输入管材尺寸参数和钢种材料类型，PLC控制系统根据输入结果采集系统内存储的相应钢种的材料参数，由力矩公式计算并显示不同管件材料在相应曲率半径的管件弯曲力矩M；

弯曲力矩公式中各参数为：

D——管材外径；

ρ——弯曲中性层的曲率半径；

σ_b——材料抗拉强度；

W——抗弯截面模量；

（2）行程检测装置和弯管压力检测装置分别实时采集边辊和主辊的相对位置、弯管压力，并将采集的上述参数传输给PLC控制系统进行显示；由边辊和主辊的相对位置可计算得到单侧边辊移动距离ΔL；

（3）PLC系统根据弯曲力矩M、弯管压力F以及单侧边辊移动距离ΔL间的约束关系，对单侧边辊移动距离ΔL进行实时监控和调节，并根据边辊移动情况实时控制边辊驱动机构调节弯管压力F，以提高弯管精度；

其中， $F=\frac{M}{2(\mathrm{\ΔL}+L_0)};$

L₀为起始时单侧边辊与主辊的距离。

按上述技术问题，工作时，通过主辊和左右两边辊将管件夹紧，左右边辊通过液压系统经马达、齿轮传递给的动力作旋转运动，管件在三辊的作用下作直线进给运动；同时，左右两边辊在液压系统油缸的作用下绕中轴做弧线式摆动，提供给管件变形量，通过左右边辊正反转的不断交替和左右边辊油缸的不断进给，完成管材的弯曲卷制过程。

按上述技术问题，所述的弯管压力即为各边辊推力，所述的弯曲力矩根据最大弯管力矩而得到。

按上述技术问题，所述的行程检测装置为行程控制开关；所述的弯曲压力检测装置为弯曲压力传感器。

按上述技术问题，各辊轮外缘都为圆弧周缘槽。

本发明相对于现有技术，存在如下有益效果：

1、能够准确计算弯曲半径，减少弯管由于人工预估管件半径不准确造成的多次数弯管的劳动，节约弯管的时间，提高工人的工作效率，降低劳动强度；

2、准确计算弯管力和弯管力矩，减少弯管过程中因弯管力和力矩值的过大设定产生的废品，提高弯管合格率；

3、提高了弯管的精度，可有效扩大弯管管件的使用范围，使其在汽车甚至航天等精度要求较高的领域进行相应的生产及工作，开拓新市场，提高竞争力，创造更大的经济效益。

附图说明:

图1是本发明的弯管机结构示意图；

附图中标号如下，1—液压系统，2—主辊，3—边辊，4—管件；

图2为本发明的控制系统图。

具体实施方式

以下结合实施实例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。

如图1所示，根据本发明实施的弯管机包括液压系统1、主辊2、边辊3和管件4；各辊轮外缘都为圆弧周缘槽，用于弯曲管件；当主辊轮和边辊轮采用其他形状时，可以弯曲方钢、槽钢、角钢等其他型钢。

主辊2和左右两边辊3之间的空间为管件4运行空间，管件4运行方向与弯管机左右两边辊3的中心对称线垂直；在左右边辊3的驱动装置也即液压系统1上设置行程检测装置和弯管压力检测装置；所述的行程检测装置和弯管压力检测装置分别与弯管机外设置的PLC控制系统连接。

如图2所示，使用上述弯管机进行弯管时，行程检测装置和弯管压力检测装置分别将边辊进给位置、弯管压力传输给PLC控制系统，PLC控制系统根据弯曲主辊、边辊的位置坐标和压力，计算弯曲力矩、管件对应的弯曲弧度以及半径，采集系统内存储的不同的管材料、不同管弯曲半径下对应的力及力矩等工艺数据，离线分析数据改进控制完善，并最终达到弯管精确控制的目的。

执行部件的工作不改变，仍然是主辊2和左右两边辊3将管件夹紧，左右边辊3通过液压系统1经马达、齿轮传递给的动力作旋转运动，管件4在三辊的作用下作直线进给运动；同时，左右两边辊3在液压系统1油缸的作用下绕中轴做弧线式摆动，提供给管件变形量，通过左右边辊正反转的不断交替和左右边辊油缸的不断进给，完成管材的弯曲卷制过程。

所述的弯管压力即为各边辊推力，所述的弯管力矩根据最大弯管压力而得到。

所述的行程检测装置为行程控制开关；所述的弯曲压力检测装置为弯曲压力传感器。

以下由具体实例来说明本发明的方法：

实施例1：

将不锈钢无缝钢管直管弯曲成U型管，以两边辊同步对称移动为例,主要控制流程为：

（1）输入管材尺寸参数和钢种材料类型，PLC控制系统根据输入结果采集系统内存储的相应钢种的材料参数，由力矩公式计算并显示不同管件材料在相应曲率半径的管件弯曲力矩M；本实施例中，管材为不锈钢无缝钢管材料；

弯曲力矩公式取等号，其中，

D——管材外径；

ρ——弯曲中性层的曲率半径；

σ_b——材料抗拉强度；

W——抗弯截面模量；

输入管材尺寸参数：管材外径为D为10～16mm，壁厚为0．5～1．5mm；

采集存储的钢种的材料参数：弯曲中性层的曲率半径ρ为32mm；不锈钢无缝钢管材料抗拉强度σ_b为381～600Mpa，本实施例σ_b取值600Mpa；

算出弯曲力矩M=443N.m；

（2）行程检测装置和弯管压力检测装置分别实时采集边辊和主辊的相对位置、弯管压力，并将采集结果输入给PLC系统进行实时显示；

检测到的起始时单侧边辊与主辊的距离L₀为300mm；此时由于没有弯曲压力，边辊驱动的液压推力F为0；

（3）PLC系统根据弯曲力矩M、弯管压力F以及单侧边辊移动距离ΔL间的约束关系对单侧边辊移动距离进行实时监控和调节，并根据边辊移动情况实时控制边辊驱动机构调节弯管压力，以提高弯管精度；

根据力矩公式，弯曲力矩M=2FL；

其中，L为理论位移，由（2）中的检测结果，L=ΔL+0.3；弯管压力也即边辊驱动的液压推力F与单侧边辊移动距离ΔL间的大致关系为

将步骤（1）中PLC系统计算得到的弯曲力矩M=443N.m代入即可得到边辊驱动的液压推力F与单侧边辊移动距离ΔL的实际关系：

$F=\frac{443}{2(\mathrm{\ΔL}+0.3)}$

当边辊的移动量为0.1m时，液压推杆的推力要控制在554N以下；即当边辊的移动量为0.2m时，液压推杆的推力要控制在443N以下。

实施例2：

将不锈钢无缝钢管直管弯曲成U型管，以两边辊不对称移动为例,主要控制流程为：

（1）输入管材尺寸参数：管材外径为D为10～16mm，壁厚为0．5～1．5mm；

采集存储的钢种的材料参数：弯曲中性层的曲率半径ρ为32mm；不锈钢无缝钢管材料抗拉强度σ_b为381～600Mpa，本实施例σ_b取值600Mpa；

算出弯曲力矩M=443N.m；

（2）检测到的起始时各单侧边辊与主辊的距离L₀为300mm；此时由于没有弯曲压力，边辊驱动的液压推力F为0；

（3）PLC系统根据弯曲力矩M、弯管压力F以及单侧边辊移动距离ΔL间的约束关系对单侧边辊移动距离进行实时监控和调节，并根据边辊移动情况实时控制边辊驱动机构调节弯管压力，以提高弯管精度；

根据力矩公式，弯曲力矩M=F_左+L_左+F_右L_右；

L_左=ΔL_左+0.3；L_右=ΔL_右+0.3；其中，左边辊移动量ΔL_左，右边辊移动量ΔL_右；

当左边辊移动量ΔL_左为0.1m，当右边辊移动量ΔL_右为0.2m，

L_左=0.4；L_右=0.5；

443N=0.4F_左+0.5F_右；

由此，F_左=1108N-1.25F_右；

由于F_左≥0；F_右≥0；

得到F_右≤886N，F_左≤1108N；

但是一般来说，左右液压推杆同时给力时，推力相同，即F_左=F_右，此时液压推杆的推力F_左=F_右≤492N,即要控制在492N以下。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种弯管机精度控制方法，所述的弯管机主要包括主辊和左右两边辊；主辊和左右两边辊之间的空间为管件运行空间，管件运行方向与弯管机左右两边辊中心对称线垂直；其特征在于：在左右边辊的驱动装置上设置行程检测装置和弯管压力检测装置；所述的行程检测装置和弯管压力检测装置分别与弯管机外设置的PLC控制系统连接；弯管时，按以下步骤控制弯管精度：

(1)输入管材尺寸参数和钢种材料类型，PLC控制系统根据输入结果采集系统内存储的相应钢种的材料参数，由力矩公式计算并显示不同管件材料在相应曲率半径的管件弯曲力矩M；

弯曲力矩公式中各参数为：

D——管材外径；

ρ——弯曲中性层的曲率半径；

σ_b——材料抗拉强度；

W——抗弯截面模量；

(2)行程检测装置和弯管压力检测装置分别实时采集边辊和主辊的相对位置、弯管压力，并将采集的上述参数传输给PLC控制系统进行显示；由边辊和主辊的相对位置可计算得到单侧边辊移动距离ΔL；

(3)PLC系统根据弯曲力矩M、弯管压力F以及单侧边辊移动距离ΔL间的约束关系，对单侧边辊移动距离ΔL进行实时监控和调节，并根据边辊移动情况实时控制边辊驱动机构调节弯管压力F，以提高弯管精度；

其中， $F=\frac{M}{2(\mathrm{\ΔL}+L_0)};$

L₀为起始时单侧边辊与主辊的距离。

2.根据权利要求1所述的弯管机精度控制方法，其特征在于：工作时，通过主辊和左右两边辊将管件夹紧，左右边辊通过液压系统经马达、齿轮传递给的动力作旋转运动，管件在三辊的作用下作直线进给运动；同时，左右两边辊在液压系统油缸的作用下绕中轴做弧线式摆动，提供给管件变形量，通过左右边辊正反转的不断交替和左右边辊油缸的不断进给，完成管材的弯曲卷制过程。

3.根据权利要求1或2所述的弯管机精度控制方法，其特征在于：所述的弯管压力即为各边辊推力，最大弯管力矩根据弯曲力矩而得到。

4.根据权利要求3所述的弯管机精度控制方法，其特征在于：所述的行程检测装置为行程控制开关；所述的弯管压力检测装置为弯曲压力传感器。