全自動液壓壓磚機動梁減速和排氣液壓回路分析

李良光

(福建海源自動化機械股份有限公司，福建福州350100)

全自動液壓壓磚機動梁減速和排氣液壓回路分析

李良光

(福建海源自動化機械股份有限公司，福建福州350100)

主要對幾種典型的全自動液壓壓磚機動梁減速和排氣液壓回路進行較詳細的對比分析，提出先進的回路設計，可供壓機液壓系統設計參考。

減速；排氣；比例控制；伺服控制

0 概述

全自動液壓壓磚機是生產陶瓷磚的關鍵設備，其性能直接影響到陶瓷磚的產量和質量，其中壓磚機的液壓系統及其控制部分是技術關鍵所在，而壓磚機動梁減速和排氣控制尤顯重要。壓磚機減速和排氣控制的好壞，不僅影響了動梁運動的平穩和柔順性，而且還關系到陶瓷磚壓制過程中很重要的工步排氣，排氣的目的是消除粉料里夾雜的空氣，其效果如何對磚坯燒制的質量有直接影響，而陶瓷磚坯的缺陷，如夾層、裂片、缺邊等都與排氣不好有關。

現代壓機在自動循環中，粉料由料箱經軟管送到壓機布料裝置，布料小車前行，把前一次壓好的磚坯推出，頂料缸一次下降，對模腔填料，布料小車退至后位同時刮平粉料，頂料缸二次下降墩料，動梁快速下降至上?？旖佑|料面前轉為減速制動對粉料施適慣性壓制，然后依次進行低壓壓制、排氣、中壓壓制、排氣、高壓壓制、保壓、卸荷、動梁慢速上升、動梁快速上升，同時頂料缸上升把壓好的磚坯頂出模腔。

由于磚坯的壓制成形工藝要求，動梁在下降和壓磚完成上升的過程中，都要經過一個慢速、快速、慢速的控制過程。如果在各個階段對速度控制不好，不僅影響了壓機的壓制速度，還會造成壓機的沖擊-振動，從而影響了磚坯的壓制質量，導致壞磚。

磚坯在三次壓制過程中，須有兩次排氣動作，排氣是由動梁的抬升完成的，排氣動作中又分為動梁升、動梁停、動梁落。隨著各種高檔瓷磚壓制工藝的不斷提高，對排氣動作要求更高。不單是動梁的升停落，而且對每個動作的速度、排氣高度等都要可以設定。這些參數的高精度調整和動作的穩定性，有利于壓磚機對粉料的適應性和磚坯的成形性，以得到高質量穩定的坯體。

1 壓磚機中幾種常見的動梁減速和排氣液壓回路分析

國內外的陶瓷磚壓機廠家都十分重視壓磚機動梁減速和排氣控制，在近三十年液壓壓磚機的發展過程中，減速和排氣和回路在不斷的升級換代。以下將結合國內外陶瓷磚壓機液壓系統的發展過程，對壓機動梁減速和排氣液壓回路進行分析。

1.1 采用機械行程減速閥實現動梁減速和排氣的回路

該回路如圖1所示，是早期使用在意大利SACMI公司PH550、PH650、PH680、PH980 等壓機上的機械行程減速閥回路。

活動梁下落時DT2得電，主缸下腔液壓油經閥節流閥5、行程減速閥6，再經閥2回油箱，動梁快速下落。當動梁上的一個凸塊斜面碰到閥6閥芯頭部滾輪時，將閥芯壓進閥體，逐漸減小排油通道，增大排油阻力，使活動梁由快下轉為制動減速下行。當閥6的通道瞬間封閉時，排油則經節流閥5和溢流閥4，排油受到流量限制。閥4的作用是限制動梁減速制動時引起的壓力峰值，以使減速效果更為柔順。正確地調整閥5的節流開度和閥4的壓力可以很好地控制上模接近粉料表面的速度，以減小粉料飛濺，確保坯體成形完整。調節在動梁上的凸塊位置可以控制減速起始的位置，凸塊的斜面設計應在上模芯接觸粉料表面時，閥6正好處在第三工作位，使排油不再被節流，以利于隨后的慣性加壓、壓制、排氣動作進行。

排氣時，只要使主缸上腔處于卸壓狀態，動梁便在加壓時被壓下的鼓形橡膠柱恢復彈力作用下向上微抬，坯體中受壓的空氣逸出排氣，排氣過程長短采用時間控制。排氣速度不能調控。

這種三位機械行程減速閥結構簡單，減速可靠，但它要靠近壓機動梁安裝，管路布置不便；特別當壓機噸位較大時，閥的尺寸結構將很大，更不便安裝在壓機上，SACMI這種閥只用到PH980為止。

1.2 采用節流閥和插裝閥切換實現減速排氣控制

該回路如圖2所示，是早期用在意大利Nassetti公司800至2500壓機上的減速和排氣回路，它不同于SACMI公司的機械行程減速，而是采用在動梁快下時關閉快下閥2，迫使排油經節流閥4減速。其中，閥1為主缸下降閥，閥3為主缸上升閥，閥5為減振閥，閥6為主缸下腔安全閥。

圖3是海源公司早期的HP1100和HP1380壓機采用的減速和排氣液壓回路，它是在消化吸收如上Nassetti壓機回路，并對其進行簡化。其中閥1為主缸下降閥，閥2為主缸快下閥，閥3為主缸上升閥，閥4為主缸慢下閥，閥5為下腔安全閥。

當活動梁下落時DT1和DT2得電，主缸下腔液壓油經過閥1、閥2回油箱實現快速下落，通過調節閥2的開度，可以調節主缸快下速度。當上?？旖佑|粉料時DT2斷電，閥2關閉，液壓油經閥1、閥4回油箱，靠調節流閥4的開度，實現慢速下落。

而在前述圖2的Nassetti壓機回路中，在減速開始階段DT2得電，閥2和閥5組成了一個先導式壓力閥，用它吸收減速的壓力沖擊。所以在減速開始時，閥2并不是立即關閉，而是形成一定的節流口，溢走一部分油，減小壓力沖擊峰值。但這種先導復合式壓力閥不易調整，而且回路還須再設一個安全閥6。而在圖3的減速排氣回路中，采用閥5主缸下腔安全閥來吸收減速的壓力沖擊，同樣收到了很好的吸振效果。

排氣動作時DT3得電，壓力油經閥3進入主缸下腔完成排氣升，排氣落速度與慢速下落相同。

這種減速和排氣控制回路結構簡單，但排氣不能慢速抬升，活動梁上升沒有快慢轉換。當活動梁上升速度較快時容易損壞磚坯，且動作切換沖擊較大，調慢上升速度，又會影響整機速度。

1.3 采用步進電機控制節流閥實現減速和排氣控制

該回路如圖4所示，是采用由步進電機控制節流閥開度的減速回路，它用在SACMI公司的2000系列壓機上。其中，閥1為主缸上升閥，閥2為主缸下降閥，閥3為快慢切換閥，閥5由單向閥和節流閥組成實現主缸慢速上升，閥6為一串聯數字單向閥節流閥，由一小步進電機帶動調節節流閥開度，并通過一個編碼器檢測開度大小，以獲得動梁的減速制動的最佳效果。

活動梁快速下落時DT2和DT3得電，主缸下腔油經過閥3、閥2回油箱。當上模快接觸粉料時DT3斷電，閥3關閉，閥5單向閥關閉，主缸下腔油經閥6、閥2回油箱。在整個減速過程中，閥6的小步進電機啟動，通過編碼器監測逐步關小閥6的節流閥開度，實現平穩減速。

表1 MOOG D664系列伺服比例閥與LIQZO-LE-503L4型閥對比Tab.1 Confrontation of MOOG D664 valves and LIQZO-LE-503L4 valves

排氣時DT1得電，壓力油經閥1，閥3、閥5進入主缸下腔實現排氣升，這時由于閥6單向閥關閉，閥6不起作用，通過閥5調整動梁升起速度，以控制排氣速度。排氣升到一定位置時，令DT1斷電，閥1關閉，動梁懸停在升起位置，以利坯體繼續排氣。排氣停到時，令DT2得電，閥2打開，主缸下腔油經閥6，閥2回油箱，通過控制閥6步進電機調節動梁回落速度。

這種減速和排氣控制回路通過步進電機帶動節流閥調速，是一種最簡單的比例功能，在比例閥尚不普及的當時，是一種突破。實現了動梁減速的平滑控制，通過設定步進電機的轉動時間，實現了節流閥的流量調節。這種控制，要求操作工具有一定的技術基礎和工作經驗，才能調整好壓機。

1.4 采用大小通徑插裝閥切換實現減速排氣速度控制

該回路如圖5所示，最早見于力泰YP1600壓機，是對前述SACMI圖4的回路加以簡化而來的；它是用兩個小通徑插裝閥替代了圖4中的兩個單向節流閥實現減速和排氣控制的。未采用步進電機帶動節流閥的結構，可能是由于當時國內尚沒有這方面的成熟經驗，或成本上的考慮。圖中閥2、閥3為DN16小通徑閥，閥2用于慢速開模，閥3用于下行減速；閥1為主缸快慢切換閥，閥4為主缸下降閥，閥5為主缸上升閥，閥6為下腔安全閥。

當動梁快速下落時，DT1、DT4得電，主缸下腔液壓油經閥1、閥4回油箱。在接近粉料時，DT1失電，閥1關閉，閥3打開，主缸下腔液壓油經閥3、閥4回油箱，由于閥3通徑較小產生節流從而實現快轉慢動作。排氣升時DT5得電，液壓油經過閥5、閥2進入主缸下腔實現主缸慢速抬升。排氣落時DT4得電，主缸下腔油經過閥3、閥4回油箱，主缸慢速下降。

這種回路具有結構簡單，快慢速切換較快，慢降、慢升可單獨調節，DN16插裝閥的開度調節范圍較普通節流閥大，適應的工況范圍寬，動作可靠等優點。但在動作快慢切換時易引起沖擊，動作不夠平順，噪音較大，慢降、慢升速度需手動調節，難以自動化。

1.5 采用插裝式比例閥流量閥實現動梁全程速度控制

該回路如圖6所示，是采用插裝式比例閥流量閥實現全程速度控制的典型減速和排氣控制回路，是目前中大噸位壓磚機使用較多的液壓回路，如力泰的YP4280、YP5600；科達的 KD4800、KD6800；海源的 HP2590、HP3290。閥 1 為插裝式比例流量閥，閥2主缸下降閥，閥3為主缸上升閥，閥4為主缸下腔安全閥。當活動梁下降時DT2得電，主缸下腔液壓油經比例閥1、閥2回油箱，全程通過比例節流閥控制速度，實現慢下、快下、慢下動作。排氣動作時DT3得電，壓力油經閥3、比例閥1進入主缸下腔，完成動梁升排氣。DT3斷電，閥3關閉，動梁停，粉料排氣延續。動梁落動作，同活動梁下降。排氣升、落的速度都能單獨設定。當活動梁上升時DT3得電，壓力油經閥3、比例閥1進入主缸下腔，全程通過比例節流閥控制速度，實現慢升、快升、慢停動作。

這種減速排氣控制系統具有以下優點：

（1）全程比例控制，由動梁的位置傳感器連續控制很容易實現動梁的運動平滑控制。

（2）響應速度快，性能穩定。例如使用最多的ATOS插裝比例閥LIQZO-LE-402L4，閥芯0～100%變化的響應時間僅為18ms，滯環，重復精度 。

（3）每個階段比例閥開度都可以在操作屏上單獨設定，更直觀、量化。但該閥價格較高，對油液的清潔度要求較高。且比例閥控制系統是模擬信號（或）容易受到外界干擾，要做好接線的屏蔽跟接地。

1.6 采用三通伺服閥實現動梁全程速度、位置閉環控制

該回路如圖7所示，是采用動梁位移傳感器和三通伺服閥實現全程速度、位置閉環控制的典型減速和排氣控制液壓回路圖，這是在SACMI PH3590、伊莫拉系列等大噸位壓機上采用的回路。其中閥2作為主缸下腔截止閥，在停機時截斷主缸下腔油路，以防止伺服閥泄露引起活動梁滑落，在動梁升降過程中，閥2全程開啟。閥1為三通伺服閥，動梁的升降快慢切換均為閥1控制?？七_KD3800C至7800C系列壓機屬于這種油路。

海源公司對SACMI系統作了消化創新，把SACMI公司使用的MOOG D664系列伺服比例閥以ATOS公司的LIQZO-LE-503L4型閥替代，后者性能優于前者見表1，并在海源HP3790、HP6790壓機上取得很好的效果，其油路如圖8。

在實際使用中，ATOS的三通插裝閥表現出反應速度快，流量大等優點，若配置上好的伺服控制卡，系統的柔順性和排氣效果可以達到或超越使用MOOG伺服比例閥的回路。

圖7、圖8減速和排氣控制是目前較先進的回路，具有以下優點：

（1）全程閉環控制?；顒恿何灰苽鞲衅?、三通伺服閥和閉環控制卡組成了速度、位置閉環控制系統，全程實現活動梁的速度和位置高精度控制。

（2）壓磚工藝的高適應性。在排氣動作時，可以直接控制排氣速度和排氣高度，比以往的時間控制直接，且為閉環控制，具有很高的控制精度和重復精度，能適應各類磚的壓制工藝，滿足不同粉料的排氣要求。

（3）避免了下腔排氣時的系統的串油。以往下腔的進油與回油是由兩個獨立的插裝閥控制，在進油回油切換時，總會有瞬間的進油與回油閥同時打開，造成系統的串油。而這種控制，閥芯的結構直接杜絕了串油的可能，確保動作的可靠性，并減少壓力油損耗。

（4）抗干擾能力強。這種減速和排氣控制采用數字總線技術，相對于以前的模擬信號控制，不容易受到外界信號干擾，閥的穩定性高。

但這種控制價格比普通比例閥控制更高，且閥件要求油液的潔凈度更高（長壽命使用油液清潔度：ISO4406＜17/14/11），所以三通伺服閥前需要專用過濾器過濾（長壽命使用），對操作工的技術水平要較高，對系統維護要求更高。

1 張柏清.全自動液壓壓磚機.南昌:江西科學出版社,2001

2 馮長印.娜薩蒂公司2500噸全自動液壓壓磚機液壓系統分析.陶瓷雜志,1996,(2)

3 意大利Sacmi、Nassetti公司；力泰、科達公司陶瓷磚液壓機使用說明書

Hydraulic Circuits for Moving Beam Speed Reduction and Air Exhaust of Automatic Hydraulic Press

LI Liangguang
(Fujian Haiyuan Automatic Equipment Co.,Ltd.,Fuzhou,Fujian 350100)

Several options of hydraulic circuits for moving beam speed reduction and air exhaust of automatic hydraulic press are analyzed,and an advanced circuit design is then proposed for reference of the design of a press's hydraulic system.

speed reduction;discharge;proportional control;servo control

on Mar.30,2012

TQ174.5

A

1006-2874（2012）03-0015-05

2012-03-30