主缸優(yōu)化并采用活塞動(dòng)結(jié)構(gòu)的新型纏繞式陶瓷壓磚機(jī)＊

韋峰山 彭滬新

（佛山市恒力泰機(jī)械有限公司 廣東佛山 528031）

主缸優(yōu)化并采用活塞動(dòng)結(jié)構(gòu)的新型纏繞式陶瓷壓磚機(jī)＊

韋峰山 彭滬新

（佛山市恒力泰機(jī)械有限公司 廣東佛山 528031）

重點(diǎn)介紹并分析了恒力泰新型活塞動(dòng)結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞式壓磚機(jī)—YP5009型液壓自動(dòng)壓磚機(jī)主缸結(jié)構(gòu)的優(yōu)化特點(diǎn)。

纏繞式壓磚機(jī) 主缸結(jié)構(gòu) 優(yōu)化

前言

預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞式壓磚機(jī)由于其自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其主缸一般都采用傳統(tǒng)的缸動(dòng)式結(jié)構(gòu)。所謂缸動(dòng)式結(jié)構(gòu)就是活塞（桿）相對(duì)機(jī)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(qū)動(dòng)活動(dòng)橫梁上下運(yùn)動(dòng)完成壓制動(dòng)作。對(duì)于整體式帶缸底結(jié)構(gòu)的油缸來(lái)說(shuō)，缸動(dòng)式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是活動(dòng)橫梁的受力面積相對(duì)增大，從而能有效減少壓磚機(jī)滿載工作時(shí)活動(dòng)橫梁的彎曲變形，可以提高磚坯的成形質(zhì)量。但這種結(jié)構(gòu)也存在一些不足。例如，由于油缸的結(jié)構(gòu)尺寸相對(duì)活塞（桿）大很多，故其上、下運(yùn)動(dòng)時(shí)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(jī)的壓制速度。另一方面，缸動(dòng)式結(jié)構(gòu)對(duì)于抵抗偏載的能力也相對(duì)低于活塞動(dòng)結(jié)構(gòu)，故其主缸密封件及導(dǎo)向帶的壽命不如活塞動(dòng)結(jié)構(gòu)的耐用等。

從近年來(lái)進(jìn)口的新型纏繞式壓磚機(jī)來(lái)看，較多采用活塞動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式。例如意大利SACMI公司早期的威力系列的纏繞式壓磚機(jī)都是采用缸動(dòng)式結(jié)構(gòu)，而最新的伊莫拉系列的纏繞式壓磚機(jī)如PH5000L、PH6500、PH7500等都是采用活塞動(dòng)結(jié)構(gòu)形式。若比較兩種系列的宣傳樣本中的主要技術(shù)參數(shù)，就不難發(fā)現(xiàn)伊莫拉系列（活塞動(dòng)結(jié)構(gòu)）的工作循環(huán)次數(shù)都普遍高于威力系列（缸動(dòng)結(jié)構(gòu)），因此纏繞式壓磚機(jī)多年來(lái)采用的缸動(dòng)結(jié)構(gòu)又有轉(zhuǎn)向活塞動(dòng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)。

目前國(guó)產(chǎn)纏繞式壓磚機(jī)基本都采用傳統(tǒng)的缸動(dòng)式結(jié)構(gòu)。YP5009型壓磚機(jī)是目前國(guó)內(nèi)首例采用活塞動(dòng)結(jié)構(gòu)的纏繞式壓磚機(jī)，該機(jī)型在主缸結(jié)構(gòu)方面作了最新優(yōu)化，其特點(diǎn)是將過(guò)渡法蘭與簡(jiǎn)單的圓環(huán)狀油缸組合，作為主缸缸底的過(guò)渡法蘭固定于機(jī)架上圓梁的底面，而主缸與過(guò)渡法蘭的連接則沿用恒力泰專利結(jié)構(gòu)，即一種壓磚機(jī)的外置式主缸安裝結(jié)構(gòu)（專利號(hào)ZL200620064089.9）。

此外，該機(jī)型還應(yīng)用了恒力泰組合結(jié)構(gòu)上圓梁（專利號(hào)：ZL200620067248.0）以及下圓梁內(nèi)藏式單缸伺服頂出裝置（專利號(hào)：ZL01215081.9）等成熟技術(shù)，并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了最新優(yōu)化和改進(jìn)，使之更合理。液壓與自控系統(tǒng)也在老機(jī)型YP5000的基礎(chǔ)上作了較大的改進(jìn)，從而使該機(jī)的壓制動(dòng)作更加柔和穩(wěn)定，壓制速度快，壓制力輸出準(zhǔn)確，操控方便靈活，是一款集成創(chuàng)新的以壓制大規(guī)格瓷質(zhì)拋光磚為主的新型預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞式壓磚機(jī)。

1 主要技術(shù)參數(shù)

1）最大壓制力：50000kN（5000t）；

2）活動(dòng)橫梁最大行程：195mm；

3）活動(dòng)橫梁下平面與工作臺(tái)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(píng)價(jià)。中醫(yī)類專業(yè)學(xué)生的臨床實(shí)踐應(yīng)用能力直接體現(xiàn)在實(shí)習(xí)崗位或工作崗位上，因此，用人單位可以根據(jù)學(xué)生在實(shí)習(xí)或工作崗位上的表現(xiàn)，對(duì)學(xué)生在校期間的實(shí)踐學(xué)習(xí)效果進(jìn)行判斷和評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果反饋可以作為學(xué)校實(shí)踐教學(xué)工作改進(jìn)和完善的重要依據(jù)。

5）最大填料深度：70mm；

6）模芯最大頂出力：265kN（26.5t）；

7）空循環(huán)次數(shù)：可達(dá)18次/min；

8）周期中加壓次數(shù)：2～5次；

9）主電機(jī)功率：132kW；

10）主機(jī)重量：113.5t。

2 主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)介紹

2.1 主缸結(jié)構(gòu)優(yōu)化及特點(diǎn)分析

目前，從國(guó)內(nèi)外纏繞式壓磚機(jī)的主缸結(jié)構(gòu)來(lái)看，進(jìn)口機(jī)型有缸動(dòng)式和活塞動(dòng)兩種結(jié)構(gòu)形式，而國(guó)產(chǎn)機(jī)型基本都是缸動(dòng)式結(jié)構(gòu)。YP5009是國(guó)產(chǎn)機(jī)型中首例采用活塞動(dòng)結(jié)構(gòu)的纏繞式壓磚機(jī)。

缸動(dòng)式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是，由于主活塞（桿）相對(duì)機(jī)架固定，故一般都在主活塞（桿）與機(jī)架上圓梁的底面間設(shè)置有過(guò)渡板，以便起到承上啟下即相互聯(lián)結(jié)的作用，同時(shí)也用作設(shè)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(dòng)式結(jié)構(gòu)的主油缸又分為帶底油缸和直筒組合油缸（簡(jiǎn)單的圓環(huán)狀油缸與活動(dòng)橫梁組合，活動(dòng)橫梁兼作油缸缸底），前者進(jìn)口機(jī)型采用多，后者國(guó)產(chǎn)機(jī)型采用多。顯然國(guó)產(chǎn)機(jī)型采用后者主要因制造質(zhì)量難于保證，因?yàn)閹У子透椎氖芰顟B(tài)差（缸底內(nèi)圓角存在應(yīng)力集中），要求坯件質(zhì)量好，而國(guó)內(nèi)鍛造此類毛坯往往難于保證質(zhì)量，故采用簡(jiǎn)單的圓環(huán)狀油缸則相對(duì)容易制造又能保證質(zhì)量。對(duì)于進(jìn)口機(jī)型采用的整體式帶缸底結(jié)構(gòu)的油缸來(lái)說(shuō)，前述缸動(dòng)式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)增大與活動(dòng)橫梁的傳力面積來(lái)改善活動(dòng)橫梁的受力，有利于減少活動(dòng)橫梁在壓制過(guò)程中的彎曲變形。而國(guó)產(chǎn)機(jī)型因采用簡(jiǎn)單的圓環(huán)狀無(wú)缸底結(jié)構(gòu)的油缸，壓磚機(jī)工作時(shí)作用于活動(dòng)橫梁的傳力面積仍為活塞面積，則上述缸動(dòng)式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)并未得到充分體現(xiàn)。

事實(shí)上，即便是進(jìn)口機(jī)型，例如國(guó)內(nèi)早些年就引進(jìn)的個(gè)別板框結(jié)構(gòu)的壓磚機(jī)，也采用類似的主缸結(jié)構(gòu)，但大約使用5年后，多在缸底高壓油道孔附近因出現(xiàn)疲勞裂紋漏油而造成整個(gè)油缸報(bào)廢。

YP5009型壓磚機(jī)則采用一種新型活塞動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是缸筒與缸底采用分體式組合結(jié)構(gòu)，徹底解決了上述帶底油缸存在的諸多應(yīng)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?，F(xiàn)對(duì)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析如下：圖1為YP5009型壓磚機(jī)的主機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，該主缸為組合式結(jié)構(gòu)，即油缸5為簡(jiǎn)單的圓環(huán)形狀，在其頂部與上圓梁1的底面之間設(shè)置有過(guò)渡法蘭4，過(guò)渡法蘭作為主缸缸底，過(guò)渡法蘭4通過(guò)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(guò)渡法蘭4的固定連接方式則采用專利結(jié)構(gòu)，即一種外置式主缸安裝結(jié)構(gòu)（專利號(hào)ZL200620064089.9）。其特點(diǎn)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(zhǎng)螺栓10穿過(guò)掛圈將油缸夾緊固定在過(guò)渡法蘭4的下面，而恒力泰梁柱機(jī)型采用這種外置式主缸結(jié)構(gòu)，則是直接將油缸夾緊固定在上橫梁的下面。該專利結(jié)構(gòu)已在恒力泰梁柱機(jī)型使用多年，并通過(guò)了惡劣的疲勞工況考驗(yàn)。其突出的優(yōu)點(diǎn)是很好地解決了主缸高壓膨脹變形對(duì)聯(lián)接螺栓造成的易于損壞的難題，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，使用持久且穩(wěn)定可靠。因此，纏繞式壓磚機(jī)將結(jié)構(gòu)稍作改動(dòng)后沿用該項(xiàng)專利技術(shù)也是穩(wěn)定可靠的，至于制造方面因油缸形狀簡(jiǎn)單，目前批量鍛坯采用的碾環(huán)工藝完全可以確保主缸的毛坯質(zhì)量。

另一方面，由于主缸采用分體式結(jié)構(gòu)，故在其缸底亦即在過(guò)渡法蘭上設(shè)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(jī)的增壓器11就安裝于過(guò)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(guò)過(guò)渡法蘭4內(nèi)的通道直接進(jìn)入主缸的。

圖1 YP5009型主機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2.2 優(yōu)化梁體結(jié)構(gòu)，確保纏繞式機(jī)架可靠耐用

經(jīng)過(guò)近十年來(lái)中國(guó)建陶企業(yè)的應(yīng)用證明，國(guó)產(chǎn)大型陶瓷壓磚機(jī)采用預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞式結(jié)構(gòu)機(jī)架已被行業(yè)所認(rèn)可。該結(jié)構(gòu)的突出優(yōu)點(diǎn)是更適應(yīng)陶瓷壓磚機(jī)特有的高周期疲勞工況特點(diǎn)，抵御晝夜不停的惡劣工況的能力強(qiáng)，而且也有利于在國(guó)內(nèi)制造。

作為國(guó)內(nèi)最大的陶瓷壓磚機(jī)專業(yè)生產(chǎn)制造企業(yè)，恒力泰公司的纏繞式壓磚機(jī)也在不斷地優(yōu)化與創(chuàng)新，加上多年來(lái)一直采用可靠過(guò)硬的纏繞工藝予以保證，使主機(jī)結(jié)構(gòu)更合理，可靠性更高。

YP5009型壓磚機(jī)的機(jī)架結(jié)構(gòu)較早期的YP5000有了較大的改進(jìn)。例如，上圓梁采用了恒力泰新一代纏繞式壓磚機(jī)廣泛采用的組合結(jié)構(gòu)上圓梁（專利技術(shù)：專利號(hào)ZL200620067248.0），并對(duì)梁體內(nèi)外部結(jié)構(gòu)以及充液油箱容積作了最佳優(yōu)化。而早期的YP5000型壓磚機(jī)的上圓梁則采用的是傳統(tǒng)內(nèi)置式油箱結(jié)構(gòu)，即上圓梁本身的體積稍大，其內(nèi)部為空心結(jié)構(gòu)，利用其內(nèi)部的空腔作為壓磚機(jī)所必需的充液油箱。從主機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖可以看出，組合結(jié)構(gòu)上圓梁的特點(diǎn)是將簡(jiǎn)單的橢圓罐蓋2通過(guò)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(jī)的充液油箱。因此，該結(jié)構(gòu)很好地解決了纏繞式壓磚機(jī)因其頂部有鋼絲層12而無(wú)法設(shè)置頂置油箱，或傳統(tǒng)內(nèi)置式油箱結(jié)構(gòu)因考慮上圓梁強(qiáng)度和剛度使其容積受到一定限制的難題。

經(jīng)過(guò)多年來(lái)的使用考驗(yàn)證明：該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用可靠，不僅上圓梁的受力狀態(tài)好，尤其它的芯部為實(shí)心結(jié)構(gòu)使上圓梁的彎曲變形更小。此外，這種上圓梁結(jié)構(gòu)鑄造時(shí)還省略了傳統(tǒng)內(nèi)置式油箱結(jié)構(gòu)工藝上所必需的內(nèi)泥芯，使鑄造更加容易，鑄件質(zhì)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(yīng)上圓梁變形的能力強(qiáng)，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(jī)中最早應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)的YP7200以及早期的YP4000已創(chuàng)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(shù)的優(yōu)點(diǎn)，使YP5009型壓磚機(jī)的充液油箱容積相對(duì)老機(jī)型YP5000的內(nèi)置式油箱容積有了較大的提升，因?yàn)椴恍韪淖兩蠄A梁1的任何結(jié)構(gòu)，而只需將橢圓罐蓋2的直筒段適當(dāng)加長(zhǎng)即可方便地增大充液罐的總?cè)莘e。從而確保了壓力式油箱的氣壓穩(wěn)定，波動(dòng)小，以便有利于提高活動(dòng)橫梁空程運(yùn)行的平穩(wěn)性以及低壓壓制力輸出的精確性。

2.3 活動(dòng)橫梁采用四桿導(dǎo)向結(jié)構(gòu)

從主機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖可以看出，分別設(shè)置于機(jī)架左右立柱前后面的四組導(dǎo)向桿13組成活動(dòng)橫梁8的導(dǎo)向裝置。由于YP5009的主缸結(jié)構(gòu)龐大，而且采用外置式安裝結(jié)構(gòu)，故采用四桿導(dǎo)向更加合理可靠。該裝置在原來(lái)YP5000型壓磚機(jī)的前置兩桿導(dǎo)向的基礎(chǔ)上作了較大的改進(jìn)，同時(shí)也借鑒了恒力泰超大型寬體壓磚機(jī)YP7200L四桿導(dǎo)向的成功經(jīng)驗(yàn)。該導(dǎo)向裝置采用右前左后分布的兩根導(dǎo)向桿為主導(dǎo)向桿，另外增設(shè)左前右后兩根輔助導(dǎo)向桿，輔助導(dǎo)向桿安裝時(shí)以兩根主導(dǎo)向桿為基準(zhǔn)并按特定工藝配制，相關(guān)件嚴(yán)格配裝，之后合理分配主、輔導(dǎo)向桿銅軸瓦的配合間隙，從而能有效地保證活動(dòng)橫梁在壓制過(guò)程中，無(wú)論上、下空程運(yùn)動(dòng)，還是壓制階段等，都能保證動(dòng)作順暢自如，不會(huì)出現(xiàn)因多桿導(dǎo)向常見的卡阻、別勁等現(xiàn)象。

采用四桿導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，可以確?；顒?dòng)橫梁在升、降過(guò)程中相對(duì)工作臺(tái)面的位置精度準(zhǔn)確可靠，能有效提高活動(dòng)橫梁的抗偏載能力，從而保證了大規(guī)格陶瓷磚坯的成形質(zhì)量。

2.4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

YP5009型壓磚機(jī)，既繼承了YP系列壓磚機(jī)液壓系統(tǒng)可靠性高的傳統(tǒng)，又在節(jié)能降耗及控制優(yōu)化上有較大的改進(jìn)。

例如，該機(jī)型將YP中小機(jī)型（YP3500及以下）成熟應(yīng)用的低壓增速回路移植至大型纏繞式壓磚機(jī)上。低壓增速，是指在陶瓷壓磚機(jī)低壓壓制過(guò)程中，利用增壓器大小端面積差和壓磚過(guò)程中低壓壓力低的特點(diǎn)，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(jìn)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(jù)計(jì)算此項(xiàng)技術(shù)降低單次壓制能耗近10%，也就是說(shuō)，在動(dòng)力配置不變的情況下，應(yīng)用低壓增速功能，壓磚機(jī)可以產(chǎn)生更大的產(chǎn)量與效益。

3 結(jié)論

1）采用先進(jìn)的液壓比例控制技術(shù)，使低、中、高壓壓力都可通過(guò)比例閥進(jìn)行比例流量和壓力控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)壓制過(guò)程中加壓速度及壓制力輸出的精確控制，壓磚機(jī)對(duì)各種粉料的適應(yīng)能力得到加強(qiáng)。低壓和高壓的壓制力的偏差都可以控制在1%以內(nèi)，使磚坯在壓制過(guò)程中的排氣更穩(wěn)定，磚坯尺寸精度得到保證。

2）該機(jī)的活動(dòng)橫梁運(yùn)動(dòng)采用三通比例閥控制。三通比例閥控制與傳統(tǒng)的二通比例閥＋插裝閥的控制方式相比，控制元件減少（一個(gè)三通比例閥完成上升、下降、加速、減速的所有控制），油路簡(jiǎn)化，響應(yīng)速度提升，慢速運(yùn)動(dòng)時(shí)的控制更加精細(xì)、穩(wěn)定。因此，該壓磚機(jī)的活動(dòng)橫梁在加速、減速運(yùn)行時(shí)更加柔和平穩(wěn)，也有利于排氣動(dòng)作的穩(wěn)定。

3）YP5009型壓磚機(jī)在操作控制上，較早期的舊機(jī)型也有較大的改進(jìn)。在壓磚機(jī)壓制和活動(dòng)橫梁運(yùn)動(dòng)的每一步驟中，進(jìn)行控制的比例閥都按照動(dòng)作特性的要求，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的模型和輸出動(dòng)作的反饋，實(shí)施運(yùn)動(dòng)控制，控制加壓的速度及壓力，控制動(dòng)梁的加速與減速。由于精確的控制，不僅提高了動(dòng)作的質(zhì)量和穩(wěn)定性，還減少了液壓系統(tǒng)工作之中的壓力沖擊和振蕩，使壓磚機(jī)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作。

1 韋峰山，等.主機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的YP7200L型寬體陶瓷壓磚機(jī).全國(guó)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(jié)構(gòu)優(yōu)化的恒力泰新一代寬體高校壓磚機(jī).全國(guó)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(jī)立柱結(jié)構(gòu)的疲勞分析研究.全國(guó)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(jí)工程師，副總工程師；從事陶瓷液壓壓磚機(jī)的研發(fā)工作。E－mail：wfs86043@163.com