YP5000型液压自动压砖机主机结构特点分析析

1、YP5000 型液压自动压砖机主机结构特点分析析力泰机械有限公司研制开发的YP5000型液压自动压砖机是其近年来实施YP型压砖机系列化、规格化、多样化、大型化、多功能化发展战略中大型化项目中的一个。该机目前 系YP型压砖机13个规格中最大的规格，其设计目标是压制1000x1000mm 或相近规格的大型陶瓷砖坯，并具有工作可靠、性能稳定、生产率高、节能等特点。首台YP5000型液压自动压砖机在力泰公司经过8万次的满负荷试验后，于2003年7月运至广东三水盛丰陶瓷有限公司投人生产使用，生产1000x1000x15mm微粉二次布料抛光砖，实际使用吨位4100t，压次为2次/min （因用户粉料配方及

2、生产工艺原因使实际使用吨位和压次偏 小），从实际使用情况来看，其技术性能和各项技术指标均达到设计要求。笔者主要从主机结构方面对YP5000型液压自动压砖机的特点及创新之处作以分析与介绍。1、主机外形及主要技术参数主机外形3-主51部件 4-动果反导向裝置5-内秦武单缸伺型顶出装置 6-下半7-文卿8-增压器投闻爼 亨-送料装置ffl 1 主如图 1 所示， YP5000 型压砖机主机主要由钢丝缠绕预应力结构机架（ 由上、 下半圆梁 及立柱和钢丝组成机架 ） ，主缸部件，动梁及导向装置，内藏式单缸伺服顶出装置，增压器 及阀组以及送料装置 7 部分组成。 YP5000 型压砖机设计时广泛吸取国外大

3、型液压压砖机 之精华，力求主机机架结构合理、造型美观。其主机外形已获外观设计专利（专利号:ZL02326755.0）。1.2 主要技术参数最大压制力： 50000kN （ 5000t ）；动梁最大行程： 195mm ；动梁下平面与工作台 面间距：最大 700mm ，最小 505mm ；左右立柱间净空距： 1820mm ；最大填料深度： 70mm ;模芯最大顶出力：265 kN（26.5t）:空循环次数（最大）:16次/min ;周期性加压 次数:23次；电机装机容量：118 .5 kW ;整机重量：120t。2 主机结构特点及分析2.1. 优化的预应力结构机架利用钢丝缠绕预应力结构作大吨位陶瓷

4、压砖机机架已被国内外行业同仁所认可。这不 仅因为预应力结构机架具有很高的疲劳抗力，更适应陶瓷压砖机长期连续性运行的恶劣工 况，而且这种结构还具有重量轻于梁柱结构以及安装运输容易等特点。意大利 SACMI 公司最早将这种预应力结构应用于 PH4200 压砖机，以后陆续推出的威力系列压砖机都采用了 这种预应力结构机架，如 PH3800 、 PH4600 、PH4800 、PH7200 等。国内采用这种结 构的有科达 KD4800 压砖机以及其他行业如用于冷冲、挤压机和等静压压砖机等。这种钢 丝缠绕预应力结构的上、下梁体一般都采用半圆梁或近似半圆梁结构以便能够用钢丝将上、 下梁与立柱牢固可靠的捆扎成

5、一整体即构成受力机架， 故半圆梁结构设计的合理与否直接关 系到预应力结构的强度、 刚度和寿命。 陶瓷压砖机采用钢丝缠绕预应力机架与其他采用钢丝 缠绕压砖机如等静压压砖机的主要区别或是更应考虑的问题有以下几点：第一，陶瓷压砖机长期处于高周疲劳工况，其一年的累计工作次数大约相当于其他压 砖机如等静压压砖机 10 年工作次数的总和，故必须首先考虑缠绕机架的质量及耐用性（包括结构设计、机械加工、缠绕工艺及工装等各个环节 ），以便确保机架长期可靠的工作而不 会出现钢丝松动和机架开缝的现象。第二，陶瓷压砖机要求上、下半圆梁在缠绕后其底面（ 以下称工作面 ） 的挠度不能太大， 否则过大的挠度会影响与半圆梁工

6、作面接触部件的安装精度， 例如下半圆梁的挠度直接影响 砖坯质量以及模具的使用寿命。 另一方面， 过大的挠度还可能导致上、 下半圆梁工作面在频 繁的预应力工作应力即 “拉压 ”交变状态下产生疲劳裂纹而造成机架损坏。第三，预应力结构机架在工作载荷作用下的绝对伸长对某些压砖机来说不是重要的刚 度指标（例如某些等静压压砖机的预应力机架在满载荷工作时的伸长量达 5mm 左右）， 但对陶瓷压砖机则是重要的衡量指标， 要求其伸长变形尽可能作到最小， 以满足快速压制的 工艺要求。 此外， 立柱在缠绕后的挠度也是重要的刚度指标， 否则过大的挠度会影响安装于 立柱上的动梁导向柱的导向精度。 故陶瓷压砖机除了提高半

7、圆梁的刚度外还应提高立柱的刚 度以便最大限度的减少机架的伸长变形。YP5000 型压砖机机架采用钢丝缠绕预应力结构，该机架由力泰机械有限公司与清华 大学共同研制开发。 设计时充分考虑到陶瓷压砖机的工况特点以及机架结构中的半圆梁和立 柱的刚度问题，并利用世界上先进的 MARC 有限元分析软件对结构进行了最佳优化，力求 机架结构更合理，变形更小，寿命更长。 通过对机架的实测以及从现场使用情况来看， 该机 架达到了预期的设计要求，归纳起来有以下特点。1）机架具有较小的内高度。陶瓷压砖机由于其工作的频率高，使每次循环加压的时间 相对较短， 而在较短的时间内要完成从低压到高压的升压过程，除了增压器要快速

8、向主缸输送高压油外， 如前所述还要求机架在工作载荷下的伸长变形最小， 否则过大的伸长变形会使 增压器输出的有限高压油造成浪费（能耗大）。YP5000型压砖机机架的内高度与同类型钢丝缠绕结构机架相比约低 500600mm ，这一创新设计主要缘于主机结构采用了新型主缸结 构不仅使主缸高度降低而且又省去了传统结构的过渡板（见 2.2） 以及采用内藏式顶出装置省去板式顶出器（见2.3）等诸多方面。根据钢丝缠绕预应力结构原理K = （EcFc十EwFw ）/Lc ，其机架刚度 K 与立柱高度 Lc 成反比，即在相同立柱截面 Fc 及弹性模量 Ec 和相同钢丝层截面 Fw 及弹性模量 Ew 条件下， 由于

9、机架内高度即立柱高度大大降低， 从而 使预应力结构机架的刚度得到较大的提高，故减少了机架工作时的伸长变形，节约了能量。2）机架的上、下半圆梁结构独特并经过优化，使缠绕后其工作面的挠度最小，从而确 保模具及主缸结构部件能与机架可靠的连接。3）加工制造精良确保使用寿命长。机架的上、下半圆梁之缠绕弧面全部采用机加工以 提高表面质量， 从而彻底消除了铸造弧面可能出现的各种缺陷以便使钢丝对缠绕弧面的预压可靠， 不会出现退让及松动现象。另外， 机架缠绕前各被预紧件的加工精良，确保了装配后 机架的精度，而不再需要在半圆梁与立柱接触面间垫任何用作补偿及密封的垫片。4）选用国内最好的钢丝，盘重大、接头少。5）缠

10、绕工艺先进，工装可靠，预紧及缠绕计算准确，从而确保了机架的缠绕质量。2.2 新型主缸结构以省去传统结构中的过渡板为特征的新型主缸结构（已获国家专利，专利号ZID22716688 ）大大简化了主机结构，过渡板重达35t，将其省去可使机架高度降低200250mm。同时又解决了因过渡板随上半圆梁变形而在其贴合面间可能出现的漏油现象，改善了压砖机的外观质量。所谓传统的过渡板结构是指在采用钢丝缠绕预应力结构机架的压砖机中，一般都在上 半圆梁的工作面安装一块大型过渡板， 在过渡板的下面固定有活塞杆， 活塞杆外套着活塞缸， 活塞缸沿活塞杆上下移动并驱动动梁实现压制过程 （ 俗称缸动结构 ） ，故这块过渡板起

11、到承上 启下， 连接上半圆梁与活塞杆的作用 （否则活塞杆将无法与上半圆梁连接 ），同时这块板又兼 作油路集成板用于安装阀组件以及设置必需的液压油道。 几乎所有钢丝缠绕结构的压砖机都 采用这种过渡板结构。这种结构的优点是增大了活塞杆上端面对上半圆梁工作面的传力面 积，改善了上半圆梁的受力以及利用这块锻造的过渡板可以设置高压油道而不需让铸造的上 半圆梁承受系统高压。 但这种结构也增加了机架的内高度， 同时对上半圆梁缠绕后其工作面 的挠度要求非常严格， 否则当挠度较大时， 过渡板与上半圆梁工作面不能很好贴合而导致在 压砖机工作过程中过渡板随上半国梁变形而在其贴合面间出现漏油现象。YP5000 型压砖

12、机采用新型主缸结构省略了上述结构中的过渡板，而是利用特种结构 将活塞杆直接固定于上半圆梁的工作面。 这样不仅降低了机架的内高度， 而且由于活塞杆与 上半圆梁工作面的接触面积减少以及采用圆柱密封代替平面密封，故在此贴合面间没有任何漏油现象， 从现场使用情况看更加证明了这一点。 新型主缸结构还采用高压组合插管使位于 上半圆梁背后的阀组件及增压器输出的高压油能通过高压插管可靠的进入主缸工作腔，避免了铸件 （上半国梁 ）承受高压，提高了压砖机工作的可靠性。新型主缸结构的另一创新之处是充液阀设置于主活塞的最下部，真正做到了只在缸内 充液并使缸内高压油工作腔具有最小的体积， 从而减少了油液的压缩损耗， 同

13、时使液压油的工作状况大大改善， 起到提高液压油传力效率及节能的作用。 新型主缸结构还采用主缸动梁 合一结构， 主油缸采用筒形无缸底结构， 动梁上部的圆柱止口即是油缸缸底， 通过柔性联接 （ 组合碟簧结构 ）和独特的密封结构将主油缸和动梁联成一整体。柔性联接克服了因油缸高压膨胀变形出现的破坏连接螺栓现象， 独特的密封结构避免了铸件 （ 动梁圆柱止口 ） 承受高压的 缺陷。这种缸动结构油缸与动梁的联接方式不仅大大改善了油缸的制造工艺，降低了成本， 而且减少的缸底厚度也起到降低机架内高度的作用， 并彻底解决了由于带底油缸缸底部位的 应力集中而导致的油缸损坏现象。 YP5000 型压砖机的动梁导向除依

14、靠主缸导向外， 还借助 前置的双短柱导向。2.3 下梁中孔内藏式单伺服顶出装置这一新型结构 （ 已获国家专利，专利号 :ZLD1215081.9） 与现有的顶出机构 （地坑顶机 构或安装于工作台上的板式顶出器 ） 相比，不仅省去了基础地坑， 降低了主机机架的内高度， 而且还具有较高的工作可靠性和工作稳定性。 同时又使调整及维修都很方便， 因为既不需要 下地坑又不需拆模具便可以维修。这一新型结构在设计时力求结构简单紧凑、体积最小，以确保下半圃梁有足够的强度 及刚度储备， 并对顶出结构的可靠性及稳定性作了周密的考虑。 所谓较高的工作可靠性及工 作稳定性是指单缸驱动多杆顶出不存在多缸顶出的同步问题，

15、 而且单缸驱动的顶出动作又依 靠先进的闭环伺服控制系统来进行精确检测及控制并可实现多次下降以及无级调速， 还可以 配合送料装置对布料误差进行纠正， 故本结构具有较高的定位及重复精度以适应压制各种不 同工艺要求的高质量砖坯。 此外， 这种结构对模具的制造及安装精度要求大大低于多缸顶出 结构的板式顶出器。2.4 精确填料控制技术陶瓷压砖机在工作过程中填料的深度及密度决定着最终烧成砖坯的厚度和形状精度。 由于供给压砖机粉料的密度、 粒度和湿度等指标是在一定范围内不断变化的， 故如果压砖机 仅仅机械地按照设定参数工作， 压制出来的砖坯厚度也会相应地变化。 同时， 由于填料是在 运动中进行， 传统的填料

16、方式不可避免的使布在模腔内的粉料在前后方向上存在密度差， 从 而导致烧成的砖坯有窄腰、 大小头等质量缺陷。 一般压砖机所采取的应对措施是采用等静压 模和降低送料小车的运动速度， 如此作法也难于解决问题又降低了压砖机的产量。 在压砖机 之外的解决方法是加大磨边余量，这样一来既加大了能耗也造成环境污染。YP5000 型压砖机为了提高产品的质量和产量，采用了多种新技术和先进的控制元器 件来确保砖坯的几何精度。 例如两个对角布置的线性位移传感器可以对压制过程中坯体的厚度及偏差进行实时监测， 当误差超出设定值时， 闭环控制的单缸伺服系统可以随时调整加料 深度， 即对填料深度进行自动调整， 避免了粉料的变化对砖坯厚度的影响。 同时， 应用闭环 控制技术，对送料小车和顶出装置进行联动控制，由旋转编码器检测送料小车的运动位置，闭环控制的伺服阀在送料小车的布料过程中分区段 微调， 修正布料产生的密度差以实现精确填料， 头等质量缺陷。精确填料技术的成功应用，提高了 率，对于节能和环保都具有重要的意义。（区段的设定可以调整 ） 对填料深度进行从而可以减少砖坯烧成后出现的窄腰、 大小YP5000 型压砖机的工作性能和生产效2.5 采用外置式增压器YP5000 型压砖机采用外置式增压器，并将增压器与