陶瓷壓磚機(jī)的動(dòng)梁控制油路原理與電磁閥并聯(lián)調(diào)速方案分析

溫怡彰　周性聰　梁超寰

摘 要：本文介紹了陶瓷壓磚機(jī)的動(dòng)梁控制特點(diǎn)，分析了現(xiàn)有的控制油路原理和優(yōu)缺點(diǎn)，并提出了一種新的電磁閥并聯(lián)調(diào)速方案。電磁閥并聯(lián)調(diào)速油路實(shí)現(xiàn)了類似比例閥的功能，但可靠性更高，成本更低，也能夠通過控制器在線調(diào)節(jié)流量；另外，相比普通插裝閥控制，操作更人性化，更便捷，并且性能更優(yōu)。

關(guān)健詞：電磁閥并聯(lián)調(diào)速；動(dòng)梁速度控制；動(dòng)梁控制油路；陶瓷壓磚機(jī)

1 引言

陶瓷壓磚機(jī)的動(dòng)梁控制，特別是排氣和脫模階段的慢速控制對(duì)磚坯的成型品質(zhì)影響很關(guān)鍵，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致磚坯分層及開裂等缺陷。目前小噸位壓磚機(jī)的動(dòng)梁控制油路主要采用普通插裝閥控制，其具有簡單可靠和成本低的特點(diǎn)，但調(diào)節(jié)流量時(shí)，操作人員需要爬到離地面較高的閥組上調(diào)整節(jié)流閥的開度，操作很不便利。另外，年輕一代的工人對(duì)工作環(huán)境要求越來越高，及希望能降低勞動(dòng)強(qiáng)度。因此，小噸位壓磚機(jī)的動(dòng)梁控制方式需要作改進(jìn)，以改善操作便利性及提高控制性能。

2 陶瓷壓磚機(jī)動(dòng)梁控制原理

陶瓷壓磚機(jī)的動(dòng)梁控制過程，見圖1：a快速下降，b慢速下降，c磚坯壓制，d排氣上升， e排氣停留，f排氣下降，g磚坯壓制，h 磚坯脫模，i快速上升，j慢速上升。其中，慢速下降、排氣上升、排氣下降、磚坯脫模和慢速上升階段的動(dòng)梁速度都要求較慢，且在180 mm/s以下。

目前，陶瓷壓磚機(jī)的動(dòng)梁控制油路主要有兩種方式，普通插裝閥控制和比例伺服閥控制。一般成型壓力在3000 t以下的小型壓磚機(jī)，以生產(chǎn)瓷片為主，普遍采用普通插裝閥控制；而成型壓力在3000 t以上的中大型壓磚機(jī)，以生產(chǎn)地磚為主，普遍采用比例伺服閥控制。

2.1普通插裝閥的動(dòng)梁控制原理

普通插裝閥的動(dòng)梁控制原理如圖2所示，V202控制動(dòng)梁上升，V203控制動(dòng)梁下降；V204與V206、V207并聯(lián)，其中V204控制動(dòng)梁快速上升及快速下降，V206控制動(dòng)梁慢速下降，V207控制動(dòng)梁慢速上升，當(dāng)動(dòng)梁慢速時(shí)V204關(guān)閉。

V206和V207的結(jié)構(gòu)如圖3所示，通過調(diào)節(jié)螺桿可以設(shè)置閥口的開度，即實(shí)現(xiàn)動(dòng)梁速度的控制。

普通插裝閥控制的優(yōu)點(diǎn)為控制簡單可靠及成本低；缺點(diǎn)為不能通過程序在線調(diào)節(jié)速度，而是需要人工調(diào)節(jié)，因此使用不方便。并且，下降和上升分別只有一級(jí)慢速速度，即慢速下降和排氣下降同為一級(jí)速度，排氣上升、脫模和慢速上升同為一級(jí)速度，慢速速度不能分別調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同工況，適應(yīng)能力差，可控性低。而恰恰慢速對(duì)磚坯成型質(zhì)量影響最關(guān)鍵，特別是排氣和脫模階段，稍有波動(dòng)變化則會(huì)導(dǎo)致磚坯出現(xiàn)分層、裂邊等缺陷，嚴(yán)重時(shí)磚坯甚至不能成型。

2.2比例伺服閥的動(dòng)梁控制原理

比例伺服閥的動(dòng)梁控制原理如圖4所示，比例伺服閥的結(jié)構(gòu)如圖5所示，YV210為三通比例伺服閥，V209為安全截止閥。YV210的A口與動(dòng)梁的控制油腔相連，通過控制指令可以任意調(diào)節(jié)閥芯的位置及閥口開度，即用一個(gè)比例伺服閥便可實(shí)現(xiàn)動(dòng)梁的快慢速控制。

比例伺服閥控制的優(yōu)點(diǎn)為可以通過程序在線調(diào)節(jié)動(dòng)梁速度，使用方便簡單，并可以任意無極調(diào)節(jié)各階段的速度，以適應(yīng)磚坯的成型工況，并能較輕易地實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化控制；缺點(diǎn)為對(duì)電氣系統(tǒng)及油液品質(zhì)要求較高，并容易受到干擾，穩(wěn)定性及可靠性較差，另外成本也較高。

3 電磁閥并聯(lián)調(diào)速方案原理及控制方法

針對(duì)普通插裝閥和比例伺服閥的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了一種新的用于動(dòng)梁速度控制的電磁閥并聯(lián)調(diào)速方案（發(fā)明專利號(hào)：ZL201410742000.9），其既具有普通插裝閥簡單可靠及成本低的特點(diǎn)，也具有比例伺服閥可在線多級(jí)速度調(diào)節(jié)的功能。方案的油路原理見圖6，慢速調(diào)速閥組由YV211、YV212、YV213和YV214四個(gè)電磁閥并聯(lián)組成，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)梁慢速下降和慢速上升的控制功能。

本方案與普通插裝閥控制方案相比，主要特點(diǎn)為用四個(gè)并聯(lián)的電磁閥替代慢速插裝閥， 四個(gè)電磁閥的節(jié)流通徑不一樣，并且各電磁閥的標(biāo)定流量互為倍數(shù)關(guān)系。設(shè)1#電磁閥標(biāo)定流量為Q = 10 L/min，即2#電磁閥為2Q = 20 L/min，3#電磁閥為4Q = 40 L/min，4#電磁閥為8Q = 80 L/min，本案例標(biāo)定流量的壓差為10 MPa。則四個(gè)電磁閥組合流量有15種不同值，參見表一，即可以得到15種離散的動(dòng)梁慢速速度。注，并聯(lián)的電磁閥數(shù)量可以增加，且電磁閥數(shù)量越多，流量調(diào)節(jié)越精細(xì)，速度可調(diào)級(jí)數(shù)就越多。電磁閥數(shù)量n與速度可調(diào)級(jí)數(shù)N的關(guān)系為，N = 2n-1。

本案例中應(yīng)用的四個(gè)電磁閥的型號(hào)是一樣的，均為力士樂的6D型，并通過各自串聯(lián)不同的節(jié)流子可以得到所需的標(biāo)定流量。用節(jié)流子配置流量，可以減少電磁閥的型號(hào)數(shù)量，便于生產(chǎn)管理及簡化元件采購。

控制程序的實(shí)現(xiàn)比較簡單，參照表一，根據(jù)設(shè)定的速度檔位開啟對(duì)應(yīng)的電磁閥，便可獲得對(duì)應(yīng)的控制流量，即可實(shí)現(xiàn)動(dòng)梁速度的在線調(diào)節(jié)。過程中沒有模擬量傳輸，并且全為數(shù)字量輸出，相對(duì)于比例伺服閥控制，具有極高的抗干擾能力和極高的可靠性。

4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

為驗(yàn)證方案的可行性及確定節(jié)流子通徑大小，對(duì)電磁閥并聯(lián)調(diào)速油路作液壓仿真計(jì)算。要求最大調(diào)速度為180 mm/s，閥的工作壓力差為ΔP = 10 MPa，求得1#至4#電磁閥對(duì)應(yīng)的節(jié)流子通徑分別為：d1=φ1 mm，d2=φ1.8 mm，d3=φ3.2 mm，d4=φ5.5 mm。

圖8為動(dòng)梁速度的實(shí)際測(cè)試結(jié)果，可以看到速度與檔位基本成線性關(guān)系，最大上升平均速度為200 mm/s，最大下降平均速度為160 mm/s，與仿真計(jì)算結(jié)果相差約為11%，但已滿足使用要求。圖9為動(dòng)梁下降過程的實(shí)際位移曲線，可以看到動(dòng)梁剎車制動(dòng)平穩(wěn)過渡、無沖擊。證明了電磁閥并聯(lián)調(diào)速方案可行，并且簡單實(shí)用、易維護(hù)及成本低。

5 推廣應(yīng)用及結(jié)論

動(dòng)梁的電磁閥并聯(lián)調(diào)速方案，現(xiàn)已成功應(yīng)用到近100臺(tái)恒力泰YP系列的小噸位壓磚機(jī)上，并已在陶瓷生產(chǎn)車間中穩(wěn)定運(yùn)行將近3年，這證明了電磁閥并聯(lián)調(diào)速油路的可靠性。電磁閥并聯(lián)調(diào)速油路實(shí)現(xiàn)了類似比例閥的功能，但可靠性更高，成本更低，也能夠通過控制器在線調(diào)節(jié)流量；另外，相比普通插裝閥控制，操作更人性化，更便捷，并且性能更優(yōu)。因此，在性能要求不高的場合下可以推廣使用。

參考文獻(xiàn)

[1] 溫怡彰，周性聰，梁超寰. 一種液壓壓機(jī)的動(dòng)梁調(diào)速油路結(jié)構(gòu)[P]. 專利號(hào)：ZL201410742000.9.

[2] 張柏清，等. 全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)（第1版）[M]. 江西：江西科學(xué)技術(shù)出版社. 2001.