海源90新系列鋼絲纏繞大噸位全自動液壓壓磚機液壓系統綜合分析*

李良光

(福建海源自動化機械股份有限公司 福州 350100)

海源90新系列鋼絲纏繞大噸位全自動液壓壓磚機液壓系統綜合分析*

李良光

(福建海源自動化機械股份有限公司 福州 350100)

對海源90新系列鋼絲纏繞大噸位全自動液壓壓磚機的結構特點作了扼要介紹;對液壓系統作了綜合分析，包括設計思路和技術特點，并結合陶瓷磚壓制工藝詳細分析了在各壓制動作時液流流經液壓閥的作用，閥的啟閉關系及液流循環走向。

恒壓式變量泵 節能 液流循環

福建海源公司近年根據市場需求開發出90新系列鋼絲纏繞大噸位全自動液壓壓磚機(以下簡稱90新系列大噸位壓磚機)，該系列壓磚機是在吸收國內外先進技術的基礎上，融合自有技術完成的創新型壓磚機，旨在提高壓磚機的先進性、可靠性、生產效率和降低能耗。目前已生產了4種規格，其主要技術參數見表1。有關壓磚機的液壓系統過去多見國外的分析文章，而國內的尚未見報道。筆者以海源公司最新研制的壓磚機液壓系統作為分析重點，以此說明國產的壓磚機液壓系統的設計和綜合技術性能已達到國際同類壓磚機的先進水平。

表1 90新系列大噸位壓磚機主要技術參數

1 90新系列大噸位壓磚機主要結構特點

1)機架牢固可靠。機架的結構設計應用有限元技術，進行優化;壓磚機的立柱、上橫梁、下橫梁應用預應力鋼絲纏繞技術固結在一起，形成封閉框架。綱絲的纏繞過程是通過計算機連續控制綱絲的預壓縮量，使機架獲得最佳的預應力加載，達到精確裝配。這就大大提高了機架的整體剛性和抗疲勞能力，尤其是壓磚機在快速壓制循環中，機架的疲勞應力大幅降低，提高了壓磚機的穩定性能和使用壽命。

2)采用充液油箱與上橫梁一體結構，增加機架的剛性和上橫梁的抗彎能力。

3)采用主油缸與活動橫梁組合結構。主油缸為無底結構，缸筒直接固定于活動橫梁，活塞桿固定于上橫梁，這種缸動結構活動橫梁的剛性好，可使主機的封閉高度降低，有利于對磚坯均勻施壓成形。

4)采用充液閥內置主油缸活塞下部結構，可減小主油缸的有效工作容積，即減小油的壓縮容積，有利于提高壓磚機的壓制次數、降低能耗。

5)采用復合并聯同步頂出裝置，通過高頻響電液伺服比例閥控制，電子定位檢測，可實現精確填料控制。

2 90新系列大噸位壓磚機液壓系統綜合分析

90新系列大噸位壓磚機液壓系統的設計具有先進、穩定、高效和節能的優點。該系統采用由變量泵、大容量蓄能器和增壓缸組成的高效節能動力系統。活動橫梁升降及加壓均采用大流量的高頻響電液伺服比例閥控制，再通過壓力、位移、時間檢測形成閉環控制，保證了活動橫梁運動快速、速度轉換平穩、位置準確、加壓精確和參數易于調整。

下面將結合該系列壓磚機的液壓原理圖進行分析(見圖1)。

圖1 海源90新系列壓磚機液壓原理圖

2.1 泵站及系統壓力控制

主泵1為恒壓式變量泵(簡稱泵)，電磁閥DT1斷電時，泵卸荷;通電時，泵輸出壓力油。泵的恒壓變量點壓力由直動式溢流閥4調定，當泵輸出的壓力小于恒壓點壓力時，泵輸出全流量;當壓力達到泵恒壓點壓力時，泵開始變量，在恒壓下泵輸出流量與負載流量相適應直至為零，系統功率損失小，發熱少，效率高。

溢流閥4的壓力按要求調定為16～17MPa。先導式溢流閥16－1為系統的安全閥，其調定壓力應比溢流閥4的壓力高15%～25%。

蓄能器19為高壓大容量蓄能器。對于壓磚機這種負載流量變化較大的系統采用蓄能器，則泵的流量可按工作循環的平均流量選取，可減小泵的流量，起到節省功率，減少發熱的作用。為了保證蓄能器的供油速度和壓力穩定，可選擇容量較大的蓄能器，例如HP4290型壓磚機選用了3個63L的蓄能器。

該系統設有低壓回油全流量過濾冷卻系統，以確保整個系統清潔、運行穩定，減少故障率。

系統采用壓力傳感器檢測主油缸工作壓力，如一次、二次、三次加壓壓力及主油缸最大安全壓力等。在相應點還設有壓力表、壓力繼電器等檢測元件。

2.2 活動橫梁(主油缸)主要動作分析

活動橫梁動作，即主油缸油路是壓磚機液壓系統最重要的組成部分。以下將按照壓磚機的主要動作分析各閥的作用，電磁閥通、斷電關系和液流的循環關系。

2.2.1 活動橫梁快速下行

在自動循環中，當活動橫梁處于上限位置時，欲使其快速下行，應使下模芯下落至最低位置，完成墩料動作，給出低位信號，布料車退至后位，給出后位信號。此時，電控系統給出信號，令電磁閥DT11通電，主油缸支承用插裝閥40開啟，主油缸56小腔油可從此閥排出;同時令比例先導電磁閥DT12處左位工作，液動伺服比例閥39也處左位工作并形成較大開口量，主油缸56小腔油經閥40、閥39回油箱。此時，電磁閥DT17已斷電，充液閥控制油缸51已預先將充液閥完全打開，壓磚機頂部的低壓油箱50與主油缸56大腔接通。這樣，主油缸在約0.2 MPa的低壓油作用和運動部件自身的質量作用下快速下行，其速度由DT12的電信號決定的閥39開口量大小確定。因此，閥DT12和閥39的作用為主油缸56下降或上升速度控制用閥。速度控制為閉環控制。在主油缸56下降或上升過程中，只要閥DT11斷電，閥40立即關閉，停止排油或進油，使主油缸小腔成為封閉油腔，主油缸停止，靠閥40支承。

活動橫梁快速下行的行程，由位移傳感器控制。

2.2.2 活動橫梁制動減速下行

當活動橫梁快速下行到設定點時，由位移傳感器給出信號，轉入制動減速下行，令閥DT12的電信號減弱，閥39的開口量跟著減小，給主油缸56小腔排油造成較大的阻力，使活動橫梁快速下行，起到制動減速作用。減速速度為閉環控制。制動減速的距離一般應≥35mm。

設置在主油缸56小腔油路的先導式溢流閥16－2為主油缸小腔安全保護閥，其作用是：

1)當活動橫梁快速下行轉至減速制動瞬間，主油缸56小腔油路會產生壓力沖擊，靠閥16－2開啟溢流，吸收壓力沖擊能，減小沖擊壓力峰值，對主油缸小腔密封等進行保護。

2)防止當主油缸大腔進壓力油時，而其小腔未與油箱接通，為封閉狀態，此時的主油缸相當于增壓缸，防止主油缸小缸的壓力驟然增加，致使超限而造成設備損壞。

一般該閥的調定壓力應比系統壓力高20%～30%。

2.2.3 一次加壓

當活動橫梁減速下行至上模芯與粉料表面接觸時，由位移傳感器給出信號，進入一次加壓階段，分慣性加壓和低壓加壓兩步進行。而低壓加壓分別用增壓缸或泵完成加壓。

2.2.3.1 慣性加壓

慣性加壓，即利用活動橫梁主油缸等在減速下行時具有的動能和作用在主油缸大腔的低壓油壓力對粉料進行壓制。此時，由于粉料比較疏松，其中的空氣較易排出，可以用較大的壓縮比將粉料中的空氣部分排出，這對低壓加壓粉料能否較好地成形很重要。此階段主油缸大腔進油狀態同前。由于上模芯已接觸粉料表面遇到粉料阻力很大，故應該盡量減小主油缸小腔排油阻力，令主油缸小腔排油轉換為快速下行排油狀態，以利于慣性加壓順利進行。

同時令電磁閥DT17通電，充液閥控制油缸51回程，充液閥關閉。但由于充液閥的行程較長，而慣性加壓的行程比較短，故在慣性加壓階段在充液閥關閉過程中低壓充液箱中的油仍可向主油缸大腔供油。

同時令電磁閥DT5通電，動態插裝閥42－2開啟，為下面進行的低壓加壓，將增壓器47大腔油排入主油缸大腔作好通道準備。令電磁閥DT6通電，動態插裝閥44關閉，切斷主油缸大腔的回油箱通道，使主油缸大腔構成封閉油腔，以待完成低加壓動作。慣性加壓過程的長短由時間控制。

2.2.3.2 利用增壓油缸完成低壓加壓

慣性加壓結束后，令先導比例電磁閥DT3處左位工作，使加壓速度控制用液動比例節流閥41形成開口，系統壓力油進入增壓油缸47小腔，推動增壓油缸活塞運動將增壓油缸大腔的油經閥42－2壓入主油缸大腔，主油缸的運動將完全受控于增壓活塞的運動。根據力平衡和液流連續原理，設增壓活塞大腔和小腔的有效面積比為K，從增壓油缸大腔排出油的壓力將為系統油壓力的1/K倍，而排出的流量將為系統流量的K倍，此時增壓油缸起流量放大作用。即主油缸大腔獲得一個低壓大流量的油源作用，主油缸以較低的壓力和較快的速度對粉料壓制，以利于比較疏松的粉料排氣成形。

通過改變先導比例電磁閥DT3電信號的大小，控制閥41的開口量、進入增壓缸小腔的流量和增壓油缸活塞的運動速度，也就控制了主油缸的低壓加壓速度。加壓速度為閉環控制。

在此階段，主油缸小腔排油與快速下行排油狀態相同。低壓加壓過程的長短，可采用壓力或時間控制。

對于一些難成形的粉料宜選用增壓油缸完成粉料的低壓加壓成形，但有時也可以使用泵直接加壓完成。

2.2.3.3 直接用泵壓力完成低壓加壓

在前述電磁閥的通斷電基礎上，令電磁閥DT5斷電，插裝閥42關閉，切斷增壓油缸47大腔油排入主油缸56大腔的通路，增壓油缸大腔為封閉油腔，此時增壓油缸小腔雖有來自閥41壓力油的作用，但增壓活塞不會動;令電磁閥DT8通電，主油缸大缸進油用動態插裝閥42－4開啟，系統的壓力油經閥41、閥42－4進入主油缸大腔對粉料實施壓制。壓制速度為閉環控制。根據壓力取決于負載的大小，此時由于粉料呈疏松狀態，所以壓制力不高。此過程的長短，可以用時間或壓力控制。

2.2.4 一次排氣

粉料在慣性加壓、低壓加壓成形之后，應短時間釋放壓力，使坯體受壓的空氣逸出，稱一次排氣。為此應將上模芯抬起，懸空停止，再下落至坯體表面。

在2.2.3.2小節的電磁閥通斷電基礎上，令先導比例閥DT3處右位工作，液動比例節流閥41關閉，增壓油缸47小腔停止進油，令電磁閥DT5斷電，增壓油缸47大腔排油閥42－2關閉，增壓油缸47大腔停止排油;令電磁閥DT6斷電，主油缸大腔回油閥44開啟，主油缸大腔油經此閥流回油箱。同時令先導比例閥DT12處右位工作，液動伺服比例閥39換向至右位工作形成節流口，系統壓力油經閥39、閥40進入主油缸小腔，活動橫梁按設定的速度抬起，上模芯離開坯體表面，坯體中被壓縮的空氣便從模具間隙中逸出。

活動橫梁抬起的高度由時間控制。令電磁閥DT11斷電，閥40關閉，主油缸小腔成封閉油腔，活動橫梁被懸空在抬起的位置。停留時間的長短，采用時間控制。

活動橫梁懸空停留時，令電磁閥DT11通電，閥40開啟，先導比例電磁閥DT12處左位工作，液動伺服比例閥39處左位工作形成節流開口，主油缸小腔油經閥40、閥39流回油箱，活動橫梁下落，上模芯至坯體表面停止。同時令電磁閥DT7通電，增壓缸大腔回油閥42－3開啟，增壓缸大腔油回油箱，電磁閥DT8通電，主油缸大腔進油閥42－4開啟，這就為二次加壓系統壓力油進入主油缸大腔做好通路準備。

2.2.5 二次加壓

一次排氣結束，進入二次加壓過程，通常稱為中壓加壓，即利用泵的壓力加壓。

在前述電磁閥通、斷電的基礎上，令先導比例電磁閥DT3處左位工作，液動比例節流閥41形成節流口，系統壓力油經閥41進入增壓缸小腔，增壓缸大腔回油閥42－3已開啟，增壓活塞回程，為增壓、加壓作好準備;系統壓力油同時經閥42－4進入主油缸大腔，主油缸小腔已呈回油狀態，活動橫梁下降，上模芯對粉料進行二次壓制。壓制速度為閉環控制。二次加壓過程，可采用壓力控制或時間控制。

2.2.6 二次排氣

為了減少磚坯出現夾層缺陷，在二次加壓之后，應再次對坯體進行壓力釋放，使坯體中的壓縮空氣逸出。二次排氣過程，與一次排氣過程相同。

2.2.7 三次加壓與保壓

最終應對坯體施以較大的壓制力，可提高磚坯的強度和密實度，降低制品的燒成收縮率和吸水率，以得到高品質的磚。

在二次排氣之后，主油缸大腔仍通充液油箱，壓力約為0.2MPa。為了減少油的壓縮性，縮短增壓行程，節約增壓時間，提高工作效率，應先將主油缸大腔的壓力提高到系統壓力，然后再用增壓缸加壓。將主油缸大腔壓力提高到系統的最大壓力，實際上是使磚坯又受到一次壓制，此過程與二次加壓過程一樣，采用壓力控制或時間控制。

當主油缸大腔達到系統最大壓力時，由壓力傳感器給出信號，令電磁閥DT4通電，增壓油缸大腔進油閥43開啟，系統壓力油經閥43進入增壓油缸大腔，增壓油缸活塞運動，把小腔的油經閥42－4壓入主油缸大腔。根據增壓油缸面積比和液流連續原理，設增壓油缸的面積比為K，從增壓油缸小腔排出的油，壓力將增大為系統壓力的K倍，而流量減小為系統流量的1/K倍。這時增壓油缸起壓力放大作用，即增壓作用;同時主油缸大腔獲得一個高壓小流量的油源作用，主油缸以較高壓力和較低的速度對坯體實施終壓壓制。增壓壓制的過程采用壓力控制。

當主油缸大腔達到設定壓力時，給出結束增壓壓制信號，進入保壓階段。保壓即主油缸大腔停止進油，靠主油缸的密封性，使主油缸大腔仍保持增壓壓力，磚坯在終壓壓制力下維持一段時間，使磚坯內部的應力擴散，降低壓力的不均勻性，以減少坯體燒成時的變形。此階段僅電磁閥DT4斷電，閥43關閉，切斷增壓油缸大腔進油路，增壓缸小腔油仍經閥42－4與主油缸大腔相通，增壓活塞保持在增壓位置，主油缸大腔仍維持在增壓時的壓力，保壓過程采用時間控制。

2.2.8 能量回收與卸壓

在增壓完成以后，主油缸大腔油壓力大大高于系統壓力，主油缸大腔的容積較大，蓄積的液體壓縮能也較高，因而可回收一部分能量到蓄能器。這時只要令閥DT3處左位工作，閥41形成開口，主油缸大腔蓄積的壓力能經閥42－4、閥41向蓄能器19釋放，就可以進行液壓能回收。當主油缸的壓力降至高于系統壓力3～4 MPa時，由壓力傳感器給出信號，停止能量回收過程。

主油缸大腔能量回收過程就是主油缸大腔的卸壓過程，但沒有完全把壓力卸掉，因而當液壓能回收結束時，主油缸大腔應轉入完全卸壓階段。此時，令電磁閥DT6斷電，主缸大腔回油閥44開啟，同時電磁閥DT17斷電，充液閥開啟，主油缸大腔與充液箱連通，將壓力降至0.2 MPa。

采用分段卸壓，是為了減小主缸卸壓過快造成的液壓系統的壓力沖擊和振動。在主油缸回程之前將主油缸大腔壓力卸掉，有利于活動橫梁平穩回程開模。

卸壓過程采用時間控制。在卸壓階段，令先導比例電磁閥DT12處右位工作，液動伺服比例閥39處右位工作，形成較小的開口量，為后續的慢速開模系統壓力油進入主油缸小腔做好通道準備。

在卸壓開始的同時，令頂出裝置用電液伺服比例閥DT13處右位工作，頂出油缸34大腔進壓力油，小腔排油，但因活動橫梁尚未回程，上模芯仍壓在坯體上面，實際頂出缸并不能動作，只是為上模頂出磚坯作好準備。

2.2.9 活動橫梁回程與磚坯頂出

活動橫梁回程，先慢速回程，以防止磚坯脫模太快，使磚坯過快膨脹，造成較大的內應力，形成膨脹裂紋。然后，活動橫梁按快速回程，末端減速停止過程進行。

2.2.9.1 慢開模與磚坯頂出

當卸壓完成后，給出信號令電磁閥DT11通電，閥40開啟，系統壓力油經閥39、閥40進入主油缸小腔，主油缸大腔已呈回油狀態，主油缸以較慢的速度回程，即慢開模過程。

由上述可知，隨著上模芯升起，頂出裝置的頂出磚坯動作跟著進行，磚坯被上、下模芯夾持著脫離模腔。頂出到規定位置，由位移傳感器給出信號，令DT13斷電，閥33處中位，頂出動作停止，同時令活動橫梁轉入快速回程。

2.2.9.2 快開模與末端減速停止

快開模與末端減速停止都是靠改變先導比例電磁閥DT12的電信號大小，以控制液動伺服比例閥39開口量大小和進入主油缸小腔的流量而實現的。其過程均采用位移控制。

當達到自動循環設定的高位時給出信號，令電磁閥DT11斷電，閥40關閉，主油缸小腔形成封閉油腔，主油缸即活動橫梁平穩停止運動被閥40支承在上極限位置。在給出磚坯被頂出信號時，活動橫梁達到上限位信號以后，料車開始向前運動推出磚坯，開始進行下一個自動循環過程。

1 馮長印，等.薩克米PH3590型全自動液壓磚機液壓系統綜合分析.全國性建材核心期刊——《陶瓷》，2004(5)：4～44

2 馮長印.SACMI新型伊莫拉大噸位后機的結構、液壓、電控系統和模具排氣節能系統分析.佛山陶瓷，2010(1)：9～12

3 馮長印，等.海源90系列全新陶瓷磚全自動液壓機技術特點綜合分析.全國性建材核心期刊——《陶瓷》，2009(10)：44～45

TQ174.5

A

1002－2872(2011)11－0026－04

李良光(1962－)，工商管理碩士，高級工程師;主要從事液壓系統節能優化及穩定性能的研究。E－mail：fcy1213@163.com