全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)動(dòng)梁減速和排氣液壓回路分析

李良光

(福建海源自動(dòng)化機(jī)械股份有限公司，福建福州350100)

全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)動(dòng)梁減速和排氣液壓回路分析

李良光

(福建海源自動(dòng)化機(jī)械股份有限公司，福建福州350100)

主要對(duì)幾種典型的全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)動(dòng)梁減速和排氣液壓回路進(jìn)行較詳細(xì)的對(duì)比分析，提出先進(jìn)的回路設(shè)計(jì)，可供壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)參考。

減速；排氣；比例控制；伺服控制

0 概述

全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)是生產(chǎn)陶瓷磚的關(guān)鍵設(shè)備，其性能直接影響到陶瓷磚的產(chǎn)量和質(zhì)量，其中壓磚機(jī)的液壓系統(tǒng)及其控制部分是技術(shù)關(guān)鍵所在，而壓磚機(jī)動(dòng)梁減速和排氣控制尤顯重要。壓磚機(jī)減速和排氣控制的好壞，不僅影響了動(dòng)梁運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)和柔順性，而且還關(guān)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(duì)磚坯燒制的質(zhì)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(guān)。

現(xiàn)代壓機(jī)在自動(dòng)循環(huán)中，粉料由料箱經(jīng)軟管送到壓機(jī)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(duì)模腔填料，布料小車退至后位同時(shí)刮平粉料，頂料缸二次下降墩料，動(dòng)梁快速下降至上?？旖佑|料面前轉(zhuǎn)為減速制動(dòng)對(duì)粉料施適慣性壓制，然后依次進(jìn)行低壓壓制、排氣、中壓壓制、排氣、高壓壓制、保壓、卸荷、動(dòng)梁慢速上升、動(dòng)梁快速上升，同時(shí)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(dòng)梁在下降和壓磚完成上升的過程中，都要經(jīng)過一個(gè)慢速、快速、慢速的控制過程。如果在各個(gè)階段對(duì)速度控制不好，不僅影響了壓機(jī)的壓制速度，還會(huì)造成壓機(jī)的沖擊-振動(dòng)，從而影響了磚坯的壓制質(zhì)量，導(dǎo)致壞磚。

磚坯在三次壓制過程中，須有兩次排氣動(dòng)作，排氣是由動(dòng)梁的抬升完成的，排氣動(dòng)作中又分為動(dòng)梁升、動(dòng)梁停、動(dòng)梁落。隨著各種高檔瓷磚壓制工藝的不斷提高，對(duì)排氣動(dòng)作要求更高。不單是動(dòng)梁的升停落，而且對(duì)每個(gè)動(dòng)作的速度、排氣高度等都要可以設(shè)定。這些參數(shù)的高精度調(diào)整和動(dòng)作的穩(wěn)定性，有利于壓磚機(jī)對(duì)粉料的適應(yīng)性和磚坯的成形性，以得到高質(zhì)量穩(wěn)定的坯體。

1 壓磚機(jī)中幾種常見的動(dòng)梁減速和排氣液壓回路分析

國內(nèi)外的陶瓷磚壓機(jī)廠家都十分重視壓磚機(jī)動(dòng)梁減速和排氣控制，在近三十年液壓壓磚機(jī)的發(fā)展過程中，減速和排氣和回路在不斷的升級(jí)換代。以下將結(jié)合國內(nèi)外陶瓷磚壓機(jī)液壓系統(tǒng)的發(fā)展過程，對(duì)壓機(jī)動(dòng)梁減速和排氣液壓回路進(jìn)行分析。

1.1 采用機(jī)械行程減速閥實(shí)現(xiàn)動(dòng)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(jī)上的機(jī)械行程減速閥回路。

活動(dòng)梁下落時(shí)DT2得電，主缸下腔液壓油經(jīng)閥節(jié)流閥5、行程減速閥6，再經(jīng)閥2回油箱，動(dòng)梁快速下落。當(dāng)動(dòng)梁上的一個(gè)凸塊斜面碰到閥6閥芯頭部滾輪時(shí)，將閥芯壓進(jìn)閥體，逐漸減小排油通道，增大排油阻力，使活動(dòng)梁由快下轉(zhuǎn)為制動(dòng)減速下行。當(dāng)閥6的通道瞬間封閉時(shí)，排油則經(jīng)節(jié)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(dòng)梁減速制動(dòng)時(shí)引起的壓力峰值，以使減速效果更為柔順。正確地調(diào)整閥5的節(jié)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(diào)節(jié)在動(dòng)梁上的凸塊位置可以控制減速起始的位置，凸塊的斜面設(shè)計(jì)應(yīng)在上模芯接觸粉料表面時(shí)，閥6正好處在第三工作位，使排油不再被節(jié)流，以利于隨后的慣性加壓、壓制、排氣動(dòng)作進(jìn)行。

排氣時(shí)，只要使主缸上腔處于卸壓狀態(tài)，動(dòng)梁便在加壓時(shí)被壓下的鼓形橡膠柱恢復(fù)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(shí)間控制。排氣速度不能調(diào)控。

這種三位機(jī)械行程減速閥結(jié)構(gòu)簡單，減速可靠，但它要靠近壓機(jī)動(dòng)梁安裝，管路布置不便；特別當(dāng)壓機(jī)噸位較大時(shí)，閥的尺寸結(jié)構(gòu)將很大，更不便安裝在壓機(jī)上，SACMI這種閥只用到PH980為止。

1.2 采用節(jié)流閥和插裝閥切換實(shí)現(xiàn)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(jī)上的減速和排氣回路，它不同于SACMI公司的機(jī)械行程減速，而是采用在動(dòng)梁快下時(shí)關(guān)閉快下閥2，迫使排油經(jīng)節(jié)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(jī)采用的減速和排氣液壓回路，它是在消化吸收如上Nassetti壓機(jī)回路，并對(duì)其進(jìn)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(dāng)活動(dòng)梁下落時(shí)DT1和DT2得電，主缸下腔液壓油經(jīng)過閥1、閥2回油箱實(shí)現(xiàn)快速下落，通過調(diào)節(jié)閥2的開度，可以調(diào)節(jié)主缸快下速度。當(dāng)上?？旖佑|粉料時(shí)DT2斷電，閥2關(guān)閉，液壓油經(jīng)閥1、閥4回油箱，靠調(diào)節(jié)流閥4的開度，實(shí)現(xiàn)慢速下落。

而在前述圖2的Nassetti壓機(jī)回路中，在減速開始階段DT2得電，閥2和閥5組成了一個(gè)先導(dǎo)式壓力閥，用它吸收減速的壓力沖擊。所以在減速開始時(shí)，閥2并不是立即關(guān)閉，而是形成一定的節(jié)流口，溢走一部分油，減小壓力沖擊峰值。但這種先導(dǎo)復(fù)合式壓力閥不易調(diào)整，而且回路還須再設(shè)一個(gè)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(dòng)作時(shí)DT3得電，壓力油經(jīng)閥3進(jìn)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(jié)構(gòu)簡單，但排氣不能慢速抬升，活動(dòng)梁上升沒有快慢轉(zhuǎn)換。當(dāng)活動(dòng)梁上升速度較快時(shí)容易損壞磚坯，且動(dòng)作切換沖擊較大，調(diào)慢上升速度，又會(huì)影響整機(jī)速度。

1.3 采用步進(jìn)電機(jī)控制節(jié)流閥實(shí)現(xiàn)減速和排氣控制

該回路如圖4所示，是采用由步進(jìn)電機(jī)控制節(jié)流閥開度的減速回路，它用在SACMI公司的2000系列壓機(jī)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(jié)流閥組成實(shí)現(xiàn)主缸慢速上升，閥6為一串聯(lián)數(shù)字單向閥節(jié)流閥，由一小步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)調(diào)節(jié)節(jié)流閥開度，并通過一個(gè)編碼器檢測開度大小，以獲得動(dòng)梁的減速制動(dòng)的最佳效果。

活動(dòng)梁快速下落時(shí)DT2和DT3得電，主缸下腔油經(jīng)過閥3、閥2回油箱。當(dāng)上?？旖佑|粉料時(shí)DT3斷電，閥3關(guān)閉，閥5單向閥關(guān)閉，主缸下腔油經(jīng)閥6、閥2回油箱。在整個(gè)減速過程中，閥6的小步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)，通過編碼器監(jiān)測逐步關(guān)小閥6的節(jié)流閥開度，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)減速。

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

排氣時(shí)DT1得電，壓力油經(jīng)閥1，閥3、閥5進(jìn)入主缸下腔實(shí)現(xiàn)排氣升，這時(shí)由于閥6單向閥關(guān)閉，閥6不起作用，通過閥5調(diào)整動(dòng)梁升起速度，以控制排氣速度。排氣升到一定位置時(shí)，令DT1斷電，閥1關(guān)閉，動(dòng)梁懸停在升起位置，以利坯體繼續(xù)排氣。排氣停到時(shí)，令DT2得電，閥2打開，主缸下腔油經(jīng)閥6，閥2回油箱，通過控制閥6步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)動(dòng)梁回落速度。

這種減速和排氣控制回路通過步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)節(jié)流閥調(diào)速，是一種最簡單的比例功能，在比例閥尚不普及的當(dāng)時(shí)，是一種突破。實(shí)現(xiàn)了動(dòng)梁減速的平滑控制，通過設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了節(jié)流閥的流量調(diào)節(jié)。這種控制，要求操作工具有一定的技術(shù)基礎(chǔ)和工作經(jīng)驗(yàn)，才能調(diào)整好壓機(jī)。

1.4 采用大小通徑插裝閥切換實(shí)現(xiàn)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(jī)，是對(duì)前述SACMI圖4的回路加以簡化而來的；它是用兩個(gè)小通徑插裝閥替代了圖4中的兩個(gè)單向節(jié)流閥實(shí)現(xiàn)減速和排氣控制的。未采用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)，可能是由于當(dāng)時(shí)國內(nèi)尚沒有這方面的成熟經(jīng)驗(yàn)，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(dāng)動(dòng)梁快速下落時(shí)，DT1、DT4得電，主缸下腔液壓油經(jīng)閥1、閥4回油箱。在接近粉料時(shí)，DT1失電，閥1關(guān)閉，閥3打開，主缸下腔液壓油經(jīng)閥3、閥4回油箱，由于閥3通徑較小產(chǎn)生節(jié)流從而實(shí)現(xiàn)快轉(zhuǎn)慢動(dòng)作。排氣升時(shí)DT5得電，液壓油經(jīng)過閥5、閥2進(jìn)入主缸下腔實(shí)現(xiàn)主缸慢速抬升。排氣落時(shí)DT4得電，主缸下腔油經(jīng)過閥3、閥4回油箱，主缸慢速下降。

這種回路具有結(jié)構(gòu)簡單，快慢速切換較快，慢降、慢升可單獨(dú)調(diào)節(jié)，DN16插裝閥的開度調(diào)節(jié)范圍較普通節(jié)流閥大，適應(yīng)的工況范圍寬，動(dòng)作可靠等優(yōu)點(diǎn)。但在動(dòng)作快慢切換時(shí)易引起沖擊，動(dòng)作不夠平順，噪音較大，慢降、慢升速度需手動(dòng)調(diào)節(jié)，難以自動(dòng)化。

1.5 采用插裝式比例閥流量閥實(shí)現(xiàn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)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(jī)使用較多的液壓回路，如力泰的YP4280、YP5600；科達(dá)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(dāng)活動(dòng)梁下降時(shí)DT2得電，主缸下腔液壓油經(jīng)比例閥1、閥2回油箱，全程通過比例節(jié)流閥控制速度，實(shí)現(xiàn)慢下、快下、慢下動(dòng)作。排氣動(dòng)作時(shí)DT3得電，壓力油經(jīng)閥3、比例閥1進(jìn)入主缸下腔，完成動(dòng)梁升排氣。DT3斷電，閥3關(guān)閉，動(dòng)梁停，粉料排氣延續(xù)。動(dòng)梁落動(dòng)作，同活動(dòng)梁下降。排氣升、落的速度都能單獨(dú)設(shè)定。當(dāng)活動(dòng)梁上升時(shí)DT3得電，壓力油經(jīng)閥3、比例閥1進(jìn)入主缸下腔，全程通過比例節(jié)流閥控制速度，實(shí)現(xiàn)慢升、快升、慢停動(dòng)作。

這種減速排氣控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）全程比例控制，由動(dòng)梁的位置傳感器連續(xù)控制很容易實(shí)現(xiàn)動(dòng)梁的運(yùn)動(dòng)平滑控制。

（2）響應(yīng)速度快，性能穩(wěn)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(yīng)時(shí)間僅為18ms，滯環(huán)，重復(fù)精度 。

（3）每個(gè)階段比例閥開度都可以在操作屏上單獨(dú)設(shè)定，更直觀、量化。但該閥價(jià)格較高，對(duì)油液的清潔度要求較高。且比例閥控制系統(tǒng)是模擬信號(hào)（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(shí)現(xiàn)動(dòng)梁全程速度、位置閉環(huán)控制

該回路如圖7所示，是采用動(dòng)梁位移傳感器和三通伺服閥實(shí)現(xiàn)全程速度、位置閉環(huán)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(jī)上采用的回路。其中閥2作為主缸下腔截止閥，在停機(jī)時(shí)截?cái)嘀鞲紫虑挥吐?，以防止伺服閥泄露引起活動(dòng)梁滑落，在動(dòng)梁升降過程中，閥2全程開啟。閥1為三通伺服閥，動(dòng)梁的升降快慢切換均為閥1控制?？七_(dá)KD3800C至7800C系列壓機(jī)屬于這種油路。

海源公司對(duì)SACMI系統(tǒng)作了消化創(chuàng)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(yōu)于前者見表1，并在海源HP3790、HP6790壓機(jī)上取得很好的效果，其油路如圖8。

在實(shí)際使用中，ATOS的三通插裝閥表現(xiàn)出反應(yīng)速度快，流量大等優(yōu)點(diǎn)，若配置上好的伺服控制卡，系統(tǒng)的柔順性和排氣效果可以達(dá)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(jìn)的回路，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）全程閉環(huán)控制?；顒?dòng)梁位移傳感器、三通伺服閥和閉環(huán)控制卡組成了速度、位置閉環(huán)控制系統(tǒng)，全程實(shí)現(xiàn)活動(dòng)梁的速度和位置高精度控制。

（2）壓磚工藝的高適應(yīng)性。在排氣動(dòng)作時(shí)，可以直接控制排氣速度和排氣高度，比以往的時(shí)間控制直接，且為閉環(huán)控制，具有很高的控制精度和重復(fù)精度，能適應(yīng)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(shí)的系統(tǒng)的串油。以往下腔的進(jìn)油與回油是由兩個(gè)獨(dú)立的插裝閥控制，在進(jìn)油回油切換時(shí)，總會(huì)有瞬間的進(jìn)油與回油閥同時(shí)打開，造成系統(tǒng)的串油。而這種控制，閥芯的結(jié)構(gòu)直接杜絕了串油的可能，確保動(dòng)作的可靠性，并減少壓力油損耗。

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

但這種控制價(jià)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(duì)操作工的技術(shù)水平要較高，對(duì)系統(tǒng)維護(hù)要求更高。

1 張柏清.全自動(dòng)液壓壓磚機(jī).南昌:江西科學(xué)出版社,2001

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

3 意大利Sacmi、Nassetti公司；力泰、科達(dá)公司陶瓷磚液壓機(jī)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