主缸優化并采用活塞動結構的新型纏繞式陶瓷壓磚機＊

韋峰山 彭滬新

（佛山市恒力泰機械有限公司 廣東佛山 528031）

主缸優化并采用活塞動結構的新型纏繞式陶瓷壓磚機＊

韋峰山 彭滬新

（佛山市恒力泰機械有限公司 廣東佛山 528031）

重點介紹并分析了恒力泰新型活塞動結構的預應力鋼絲纏繞式壓磚機—YP5009型液壓自動壓磚機主缸結構的優化特點。

纏繞式壓磚機 主缸結構 優化

前言

預應力鋼絲纏繞式壓磚機由于其自身結構特點，其主缸一般都采用傳統的缸動式結構。所謂缸動式結構就是活塞（桿）相對機架的上圓梁固定，而主油缸倒置安裝（缸底朝下），并由主油缸驅動活動橫梁上下運動完成壓制動作。對于整體式帶缸底結構的油缸來說，缸動式結構的優點是活動橫梁的受力面積相對增大，從而能有效減少壓磚機滿載工作時活動橫梁的彎曲變形，可以提高磚坯的成形質量。但這種結構也存在一些不足。例如，由于油缸的結構尺寸相對活塞（桿）大很多，故其上、下運動時就占用了較大的空間，這樣就不得不使布料小車的位置靠后而必須加大料車的喂料行程，因而影響了壓磚機的壓制速度。另一方面，缸動式結構對于抵抗偏載的能力也相對低于活塞動結構，故其主缸密封件及導向帶的壽命不如活塞動結構的耐用等。

從近年來進口的新型纏繞式壓磚機來看，較多采用活塞動的結構形式。例如意大利SACMI公司早期的威力系列的纏繞式壓磚機都是采用缸動式結構，而最新的伊莫拉系列的纏繞式壓磚機如PH5000L、PH6500、PH7500等都是采用活塞動結構形式。若比較兩種系列的宣傳樣本中的主要技術參數，就不難發現伊莫拉系列（活塞動結構）的工作循環次數都普遍高于威力系列（缸動結構），因此纏繞式壓磚機多年來采用的缸動結構又有轉向活塞動結構的發展趨勢。

目前國產纏繞式壓磚機基本都采用傳統的缸動式結構。YP5009型壓磚機是目前國內首例采用活塞動結構的纏繞式壓磚機，該機型在主缸結構方面作了最新優化，其特點是將過渡法蘭與簡單的圓環狀油缸組合，作為主缸缸底的過渡法蘭固定于機架上圓梁的底面，而主缸與過渡法蘭的連接則沿用恒力泰專利結構，即一種壓磚機的外置式主缸安裝結構（專利號ZL200620064089.9）。

此外，該機型還應用了恒力泰組合結構上圓梁（專利號：ZL200620067248.0）以及下圓梁內藏式單缸伺服頂出裝置（專利號：ZL01215081.9）等成熟技術，并對結構進行了最新優化和改進，使之更合理。液壓與自控系統也在老機型YP5000的基礎上作了較大的改進，從而使該機的壓制動作更加柔和穩定，壓制速度快，壓制力輸出準確，操控方便靈活，是一款集成創新的以壓制大規格瓷質拋光磚為主的新型預應力鋼絲纏繞式壓磚機。

1 主要技術參數

1）最大壓制力：50000kN（5000t）；

2）活動橫梁最大行程：195mm；

3）活動橫梁下平面與工作臺面間距：最大700mm，最小505mm；

4）左右立柱間凈空距：1820mm；

6）用人單位評價。中醫類專業學生的臨床實踐應用能力直接體現在實習崗位或工作崗位上，因此，用人單位可以根據學生在實習或工作崗位上的表現，對學生在校期間的實踐學習效果進行判斷和評價，評價結果反饋可以作為學校實踐教學工作改進和完善的重要依據。

5）最大填料深度：70mm；

6）模芯最大頂出力：265kN（26.5t）；

7）空循環次數：可達18次/min；

8）周期中加壓次數：2～5次；

9）主電機功率：132kW；

10）主機重量：113.5t。

2 主要設計特點介紹

2.1 主缸結構優化及特點分析

目前，從國內外纏繞式壓磚機的主缸結構來看，進口機型有缸動式和活塞動兩種結構形式，而國產機型基本都是缸動式結構。YP5009是國產機型中首例采用活塞動結構的纏繞式壓磚機。

缸動式結構的特點是，由于主活塞（桿）相對機架固定，故一般都在主活塞（桿）與機架上圓梁的底面間設置有過渡板，以便起到承上啟下即相互聯結的作用，同時也用作設置各種液壓油通道和安裝各種液壓集成組件，如閥組件和增壓器等。缸動式結構的主油缸又分為帶底油缸和直筒組合油缸（簡單的圓環狀油缸與活動橫梁組合，活動橫梁兼作油缸缸底），前者進口機型采用多，后者國產機型采用多。顯然國產機型采用后者主要因制造質量難于保證，因為帶底油缸的受力狀態差（缸底內圓角存在應力集中），要求坯件質量好，而國內鍛造此類毛坯往往難于保證質量，故采用簡單的圓環狀油缸則相對容易制造又能保證質量。對于進口機型采用的整體式帶缸底結構的油缸來說，前述缸動式結構的優點是通過增大與活動橫梁的傳力面積來改善活動橫梁的受力，有利于減少活動橫梁在壓制過程中的彎曲變形。而國產機型因采用簡單的圓環狀無缸底結構的油缸，壓磚機工作時作用于活動橫梁的傳力面積仍為活塞面積，則上述缸動式結構的優點并未得到充分體現。

事實上，即便是進口機型，例如國內早些年就引進的個別板框結構的壓磚機，也采用類似的主缸結構，但大約使用5年后，多在缸底高壓油道孔附近因出現疲勞裂紋漏油而造成整個油缸報廢。

YP5009型壓磚機則采用一種新型活塞動結構，其特點是缸筒與缸底采用分體式組合結構，徹底解決了上述帶底油缸存在的諸多應力集中難題，從而大大提高了主缸工作的可靠性和疲勞壽命。現對其結構特點分析如下：圖1為YP5009型壓磚機的主機結構簡圖，該主缸為組合式結構，即油缸5為簡單的圓環形狀，在其頂部與上圓梁1的底面之間設置有過渡法蘭4，過渡法蘭作為主缸缸底，過渡法蘭4通過螺栓吊裝于上圓梁1的底面，并利用充液閥3的閥座部分定位，而油缸5與過渡法蘭4的固定連接方式則采用專利結構，即一種外置式主缸安裝結構（專利號ZL200620064089.9）。其特點是在主缸下面的下法蘭7的外面套有掛圈9，再利用呈四角分布的8根長螺栓10穿過掛圈將油缸夾緊固定在過渡法蘭4的下面，而恒力泰梁柱機型采用這種外置式主缸結構，則是直接將油缸夾緊固定在上橫梁的下面。該專利結構已在恒力泰梁柱機型使用多年，并通過了惡劣的疲勞工況考驗。其突出的優點是很好地解決了主缸高壓膨脹變形對聯接螺栓造成的易于損壞的難題，而且結構簡單，制造容易，使用持久且穩定可靠。因此，纏繞式壓磚機將結構稍作改動后沿用該項專利技術也是穩定可靠的，至于制造方面因油缸形狀簡單，目前批量鍛坯采用的碾環工藝完全可以確保主缸的毛坯質量。

另一方面，由于主缸采用分體式結構，故在其缸底亦即在過渡法蘭上設置各種液壓油通道和安裝液壓閥組件都是安全可靠的。例如，YP5009型壓磚機的增壓器11就安裝于過渡法蘭4的前面，后面則用于安裝液壓閥組件，其通往主缸的高、中、低液壓油都是通過過渡法蘭4內的通道直接進入主缸的。

圖1 YP5009型主機結構簡圖

2.2 優化梁體結構，確保纏繞式機架可靠耐用

經過近十年來中國建陶企業的應用證明，國產大型陶瓷壓磚機采用預應力鋼絲纏繞式結構機架已被行業所認可。該結構的突出優點是更適應陶瓷壓磚機特有的高周期疲勞工況特點，抵御晝夜不停的惡劣工況的能力強，而且也有利于在國內制造。

作為國內最大的陶瓷壓磚機專業生產制造企業，恒力泰公司的纏繞式壓磚機也在不斷地優化與創新，加上多年來一直采用可靠過硬的纏繞工藝予以保證，使主機結構更合理，可靠性更高。

YP5009型壓磚機的機架結構較早期的YP5000有了較大的改進。例如，上圓梁采用了恒力泰新一代纏繞式壓磚機廣泛采用的組合結構上圓梁（專利技術：專利號ZL200620067248.0），并對梁體內外部結構以及充液油箱容積作了最佳優化。而早期的YP5000型壓磚機的上圓梁則采用的是傳統內置式油箱結構，即上圓梁本身的體積稍大，其內部為空心結構，利用其內部的空腔作為壓磚機所必需的充液油箱。從主機結構簡圖可以看出，組合結構上圓梁的特點是將簡單的橢圓罐蓋2通過圓周均布的螺釘固定于上圓梁1的前后外壁面，利用其間形成的前后空腔作為壓磚機的充液油箱。因此，該結構很好地解決了纏繞式壓磚機因其頂部有鋼絲層12而無法設置頂置油箱，或傳統內置式油箱結構因考慮上圓梁強度和剛度使其容積受到一定限制的難題。

經過多年來的使用考驗證明：該結構簡單、實用可靠，不僅上圓梁的受力狀態好，尤其它的芯部為實心結構使上圓梁的彎曲變形更小。此外，這種上圓梁結構鑄造時還省略了傳統內置式油箱結構工藝上所必需的內泥芯，使鑄造更加容易，鑄件質量更容易保證。另一方面，橢圓罐蓋本身受力好（壓力容器常用），而且順應上圓梁變形的能力強，因而其與上圓梁的垂直貼合面間的密封可靠耐用，例如YP系列纏繞式壓磚機中最早應用該項技術的YP7200以及早期的YP4000已創下使用5年以上不滲漏油，零部件不損壞的記錄。

正是利用這一專利技術的優點，使YP5009型壓磚機的充液油箱容積相對老機型YP5000的內置式油箱容積有了較大的提升，因為不需改變上圓梁1的任何結構，而只需將橢圓罐蓋2的直筒段適當加長即可方便地增大充液罐的總容積。從而確保了壓力式油箱的氣壓穩定，波動小，以便有利于提高活動橫梁空程運行的平穩性以及低壓壓制力輸出的精確性。

2.3 活動橫梁采用四桿導向結構

從主機結構簡圖可以看出，分別設置于機架左右立柱前后面的四組導向桿13組成活動橫梁8的導向裝置。由于YP5009的主缸結構龐大，而且采用外置式安裝結構，故采用四桿導向更加合理可靠。該裝置在原來YP5000型壓磚機的前置兩桿導向的基礎上作了較大的改進，同時也借鑒了恒力泰超大型寬體壓磚機YP7200L四桿導向的成功經驗。該導向裝置采用右前左后分布的兩根導向桿為主導向桿，另外增設左前右后兩根輔助導向桿，輔助導向桿安裝時以兩根主導向桿為基準并按特定工藝配制，相關件嚴格配裝，之后合理分配主、輔導向桿銅軸瓦的配合間隙，從而能有效地保證活動橫梁在壓制過程中，無論上、下空程運動，還是壓制階段等，都能保證動作順暢自如，不會出現因多桿導向常見的卡阻、別勁等現象。

采用四桿導向結構，可以確保活動橫梁在升、降過程中相對工作臺面的位置精度準確可靠，能有效提高活動橫梁的抗偏載能力，從而保證了大規格陶瓷磚坯的成形質量。

2.4 液壓系統的設計特點

YP5009型壓磚機，既繼承了YP系列壓磚機液壓系統可靠性高的傳統，又在節能降耗及控制優化上有較大的改進。

例如，該機型將YP中小機型（YP3500及以下）成熟應用的低壓增速回路移植至大型纏繞式壓磚機上。低壓增速，是指在陶瓷壓磚機低壓壓制過程中，利用增壓器大小端面積差和壓磚過程中低壓壓力低的特點，在低壓階段向增壓器小端輸入壓力油，增壓器大端按增壓器的增壓比輸出流量倍增、壓力倍減的液壓油進入主缸。降低了低壓階段的能耗，提高了能源的利用效率。根據計算此項技術降低單次壓制能耗近10%，也就是說，在動力配置不變的情況下，應用低壓增速功能，壓磚機可以產生更大的產量與效益。

3 結論

1）采用先進的液壓比例控制技術，使低、中、高壓壓力都可通過比例閥進行比例流量和壓力控制，從而實現對壓制過程中加壓速度及壓制力輸出的精確控制，壓磚機對各種粉料的適應能力得到加強。低壓和高壓的壓制力的偏差都可以控制在1%以內，使磚坯在壓制過程中的排氣更穩定，磚坯尺寸精度得到保證。

2）該機的活動橫梁運動采用三通比例閥控制。三通比例閥控制與傳統的二通比例閥＋插裝閥的控制方式相比，控制元件減少（一個三通比例閥完成上升、下降、加速、減速的所有控制），油路簡化，響應速度提升，慢速運動時的控制更加精細、穩定。因此，該壓磚機的活動橫梁在加速、減速運行時更加柔和平穩，也有利于排氣動作的穩定。

3）YP5009型壓磚機在操作控制上，較早期的舊機型也有較大的改進。在壓磚機壓制和活動橫梁運動的每一步驟中，進行控制的比例閥都按照動作特性的要求，根據預先設定的模型和輸出動作的反饋，實施運動控制，控制加壓的速度及壓力，控制動梁的加速與減速。由于精確的控制，不僅提高了動作的質量和穩定性，還減少了液壓系統工作之中的壓力沖擊和振蕩，使壓磚機能夠長期穩定地工作。

1 韋峰山，等.主機結構優化的YP7200L型寬體陶瓷壓磚機.全國性建材科技期刊——陶瓷，2010（10）：32～36

2 韋峰山，溫怡彰，葉松君.梁體結構優化的恒力泰新一代寬體高校壓磚機.全國性建材科技期刊——陶瓷，2010（2）：50～52

3 韋峰山，康建喜.陶瓷液壓壓磚機立柱結構的疲勞分析研究.全國性建材科技期刊——陶瓷，2010（5）：46～48

TQ174.5

A

1002－2872（2011）08－0033－03

韋峰山（1961－），高級工程師，副總工程師；從事陶瓷液壓壓磚機的研發工作。E－mail：wfs86043@163.com