基于PLC的衬垫摩擦性能试验机电液系统设计分析

摘 要 文章主要介绍摩擦性能试验机的电液系统设计，通过对真实的实验测试所反映出的数据进行记录和处理，计算衬垫的摩擦系数，从而证实该系统与我们的设计要求相吻合，并可以放心投入应用中。

【关键词】PLC 衬垫 试验机机电液 系统设计

1 摩擦式提升机的原理

摩擦式提升机（见图1）广泛的被应用于金属、非金属、煤矿以及化工等矿山的矿井。无论是竖井还是斜井，摩擦式提升机用于以上积累操作中提升或者下放矿物、人员以及物资材料和必备的工作实施设备等。

摩擦式提升机是根据我们所熟悉的柔性体摩擦传动来实现运作的，依靠衬垫和钢丝绳之间的产生的一种较大的摩擦力来进行工作，主要包括对于人员已经较重物体的提升与下放。摩擦式提升机的整个结构中，摩擦衬垫是一个十分重要的组成部分，而衡量衬垫性能优劣的主要参考数据就是摩擦系数，因此，摩擦衬垫摩擦系数的大小对于提升机操作设计以及运行时所必须考虑到的安全性、稳定性和可靠性有着直接的影响。可见，在矿井的相关工作中，只有对摩擦式提升机衬垫的摩擦系数进行精准的测量，才能够提高摩擦式提升机的运行效率，保障摩擦式提升机操作的安全性和稳定性。

2 衬垫摩擦性能试验机

2.1 注意事项

（1）测试标准比压的具体要求，必须保持在：0.9-1.1、1.9-2.1、2.9-3.1之间。（2）钢丝绳张力的具体要求，必须保持在：70-80kN之间。（3）设计比压范围的具体要求，必须保持在：0.5-5MPa之间。（4）测试标准滑速的具体要求，必须保持在：1±0.1mm/s。（5）设计滑速范围的具体要求，必须保持在：0.1-15mm/s之间。（6）有效行程必须保持在200 mm左右，而钢丝绳直径则是28 mm左右。

2.2 平面法测试的直线摩擦

一般来说，由于钢丝绳的直径相对来说会比卷筒的直径要小一些，而平面法本身就属于直线摩擦，因此，在实验的具体操作过程中，我们可以取一段钢丝绳和相应的衬垫，在外力的作用下来促使他们相互紧紧的加在一起，促使钢丝绳和衬垫之间发生某种相对运动，从某种角度上说，这不过是将钢丝绳近似的看作是在一段衬垫上所做平面运动。

正常的实验过程中，往往会因为测量出来的摩擦系数依然存在着误差，并不能直接反应书钢丝绳和衬垫之间的精准的摩擦系数，因此，我们需要适当的进行一些当量变换，从而有利于摩擦系数的测量准确度。该试验机主要包括三个部分，分别是机械提升部分，液压控制部分以及计算机微机控制部分。

主要的操作原理如下：钢丝绳的夹紧主要是由衬垫盒来实现的，衬垫盒的两端分别由梯形螺纹杆共同夹紧钢丝绳和衬垫盒夹紧液压缸，在这一个操作过程中，那两个张紧液压缸是用来实现钢丝绳的张紧的，而衬垫与钢丝绳之间的相对位移则是通过推移油缸来实现的，即推移油缸连杆带动平台最终来实现相对移动。目前，推力和夹紧力主要是通过压力传感器获得，这种传感器的量程为0-20 KN，精度为0.5%，在同类产品中，已经是较为科学精准的了。另外，对于距离的测量，我们主要采用精准度已经达到了0.5‰、量程为0-600mm的拉杆式的精准位移传感器来获取，而我们所说的位移大小正是由这种相对来说比较科学、精准的位移传感器来间接性的获取的。按照这种方式，保证了实验过程中数据的精准度。

3 摩擦试验机的电液系统设计分析

电液比例调速回路和电液比例调压回路是液压系统的两个主要部分。因此，摩擦试验机的电液系统设计主要是在于这两部分的设计，并且在控制系统设计方面也是值得注意的。

基于PLC的控制过程需要在整个系统全部通电后才开始实施的。首先要做到PLC扫描各个液压阀，要保证液压阀的初值大小以及液压阀的开关状态，同时对整个系统进行严格的检测，使之处于“卸载”状态，这样，在启动之前，保障了整个系统为空。

其次，在系统的的以上限制条件达到标准满后，开始启动PLC控制电机。具体的操作流程如图2所示，当液压泵正常运行6s以后，5YA （电磁铁）开始正常通电，此时，张紧液压缸的左腔开始接入进到油回路中，同时，可以看到，右腔也已经接入回油路，与此同时，钢丝绳被张紧，而这个张紧度将要保持短暂的一段时间。在此基础上，持续2s以后，3YA（电磁铁）开始正式通电，并且，此时要注意加紧液压缸的推出，同时加紧液压缸的左腔的接入进油回路，进而，衬垫业已被夹紧，等待衬垫的比压达到设定值，当达到设定值以后，需要对液压缸保持，大约4s的延时以后，1YA（电磁铁）也开始通电，此时，推移液压缸的左腔开始接入到进油回路种，推移缸推出，达到衬垫相对与钢丝绳产生适度的滑动，在这种情况下，推移缸慢慢达到上极限后，1YA（电磁铁）开始失电，电磁换向阀15则开始恢复到一个平衡的位置，那么，推移缸停止运行，系统开始报警。此时，4YA（电磁铁）开始通电，并且夹紧液压缸右腔开始接入到进油回路种，而且，此时左腔也接入回油路，并且夹紧缸卸载。2s以后2YA（电磁铁） 也开始通电，推移缸卸载，等到达到下极限以后，2YA 也失电，推移缸停止运作，6YA（电磁铁）通电，张紧缸开始卸载，此时，测试的操作结束。

在电液比例调压回路方面，衬垫夹紧回路是电液比例调压回路的一种，该回路主要包括位于进出油口处的单向阀以及进油口处所安装的一个电液比例调压阀。计算机调整电液的比例，同时，调压阀调节进入紧油缸的油压，这两方面同时保障了衬垫夹紧力的改善的最终实现。而这种衬垫夹紧力的大小，可以通过压力传感器的测量而获得，这个力度的信号是可以及时反馈给计算机操作系统，计算机操作系统获取信号后，可以及时将之与设定值进行对比，并通过对比，及时反馈给电液比例调压阀一个完整的调节、调整信号，从而达到促使整个调压回路形成一个闭环的控制系统。

而另一方面，在电液比例调速回路方面，所谓的推移油缸回路主要就是电液比例调速回路，推移的速度调节标准是0.1-15 mm/s（只能在这一范围内进行速度调节），而标准的滑速则是1±0.1 mm/s，因此，我们可以通过调节电液比例调速阀开口的大小来不断改变已经进入推移液压缸的具体流量，从而达到推移速度大小的自由调节。单向阀、节流阀、电液比例调速阀、位移传感器、背压阀这五项是调速回路必备的组成部分。一般而言，装有单向阀以及节流阀的油路主要作用是控制油缸回缩速度的大小，这个控制作用可以避免回缩速度不当造成的对于整个系统相关结构的巨大冲击；电液比例调速阀主要是用来调节进入油缸的流量，它处于油缸进口处，这是一个较为关键的位置；位移传感器主要用于测量推移的速度，测量可以说是一种间接性的测量，这个测量结果是要最终输入计算机系统中来，是计算机通过将这个数据和设定值的比较，才发出对电液比例调速阀进行调节的一种反馈信号，从而达到改变推移油缸的速度，使推移速度能满足设定值的各项要求；背压阀则是保证整个系统运行的稳定性的不可或缺的一部分，正是背压阀产生的背压，保证了这种稳定性。

4 结束语

笔者根据对所设计的系统的具体分析，通过采取液压系统来逐步实现衬垫的夹紧以及钢丝绳的张紧与衬垫同钢丝绳之间的相对位移，而整个测试的具体的数据则可以通过相应的测量和处理，得出摩擦系数，证实该系统可以应用并且符合我们的各项要求。

参考文献

[1]傅戈雁，卢华强，姚立东.用PLC系统对多冲碰撞试验的计数控制[J].苏州大学学报（工科版），2011（1）.

[2]马衍颂，左帅.基于PLC的矿用提升机电液制动系统设计[J].液压与气动， 2011（7）.

作者简介

段矿平（1983-），女，湖南省郴州市人。大学本科学历。现为广东省高级技工学校电工工艺实习二级指导教师、维修电工高级技师。研究方向为机电一体化。

作者单位

广东省高级技工学校 广东省惠州市 516100