SACMI新型伊莫拉大吨位压机的结构\液压\电控系统和模具排气节能系统分析

摘要:本文详细分析了SACMI新型伊莫拉系列大吨位压机的结构与主要技术特点,以及其模具排气与液压节能系统。

关键词:伊莫拉系列压机;技术特点;节能

1前 言

伊莫拉系列大吨位压机是SACMI公司在继承其威力系列Ⅰ(定量泵直打、机械飞轮式蓄能装置液压系统)和威力系列Ⅱ(变量泵、蓄能器、增压器液压系统)压机的基础上发展而成的新设计,采用新技术制备的系列压机。本文将对其主机结构、液压系统、电控系统和新型模具排气节能系统作一扼要分析,以供国内压机发展参考。伊莫拉压机已形成系列化,生产出压制力从38000～75000kN,共6种大吨位宽台面压机,其主要技术参数见表1。

2伊莫拉系列大吨位压机的主要技术特点

2.1 预应力钢丝缠绕机架强劲牢固、可靠精确

伊莫拉压机机架继承了威力系列压机的设计结构,设计应用了有限元技术,设计精确。压机的立柱、上横梁、下横梁是采用无人工误差工艺制造的;机架的装配应用了预应力钢丝缠绕技术,通过由计算机系统连续控制钢丝的环状预压缩量,对机架进行精确组装,即给整个机身以一个最适当的预应力加载,使机架具有最大的刚度,并使机架在快速压制工作循环时的疲劳应力降低到最低值,大大提高了机架的可靠性与使用寿命。

设计的机架为一“蛋形”结构,给人以轻松而又牢固的感觉,这与人们所熟知的生活常识一样,一个鸡蛋很难从两端将其压破,这一现象足以说明SACMI大吨位压机选用“蛋形”结构的优越性。

伊莫拉压机机架立柱、上横梁、下横梁的材料为球墨铸铁,通过预加应力系统组装,可将应力集中降低到最小程度。另外,伊莫拉压机在结构上还具有以下一些特点:

(1) 采用充液油箱与上横梁一体化的结构;

(2) 采用主油缸倒置结构,活塞杆固定于上横梁,而油缸与活动横梁相连接。这种结构可使压制力更均匀地向砖坯传递,有利于坯体均化成形;

(3) 活动横梁导向主要依靠主油缸,压机正面两个固定的导向柱起辅助导向作用,可使活动横梁获得最大的精度与刚度;

(4) 活动横梁运动采用高分辨率的位移传感器检测控制,测量精度可高达0.01mm;

(5) 具有自动工作的机械安全锁定装置。

2.2 先进节能的液压系统

伊莫拉压机液压系统继承了威力Ⅱ系列压机的特点,图1是其液压原理参考图。

2.2.1 恒功率变量泵蓄能器供油系统高效节能

系统采用恒功率变量泵供油,泵的输出流量按负载自动调节,小负载时泵的输出流量大获得高速;大负载时泵的输出流量小获得低速,从而保持功率不变,不浪费能量,电能仅仅是消耗在所实现的工艺上。这就是说,泵能使流量与压制油缸瞬时要求的压力自动适应,即系统只消耗必不可少的能量,把能耗和冷却水量降到最低。因而,这种系统效率高、能耗低,特别适合陶瓷砖压机这种高压、大流量、流量变化较大的间歇式工况。

系统中设有容量足够大的蓄能器,在工作循环中,泵可向蓄能器储油,当压机需要时可将油释放于系统,用于满足系统峰值流量的需求,提高系统的效率。此外,蓄能器的设置也有助于消除系统的压力脉动。

2.2.2 外置式增压器

众所周知,SACMI公司在其2000系列压机上(PH690～PH3590)和PH4200压机上都采用一种非常成熟的、置于充液箱内的多功能放大器(具有充液、增速、增压功能),这种放大器的优点是结构紧凑、简化油路布局,但也存在缺点,如结构复杂、制造精度高,并且充液功能为滑阀结构,有内泄漏,动作行程长。所以SACMI公司在其威力Ⅱ系列压机上就不再应用这种复合多功能放大器,而是将充液阀与增压器分开,增压器外置直立,并与主油缸油路阀块集成在一起。

增压器的作用是将压力和流量放大。流量放大用于一次加压,实施减压增速压制,以利于粉料排气;压力放大用于终压压制,实施增压减速压制,以提高砖坯的密实度。相对于复合多功能放大器,外置立式增压器除具有压力与流量放大的功能外,还具有结构简单、密封磨损均匀、工作可靠等特点。

在增压器活塞内设计了一个固定的小活塞,通过这个小油缸可以单独使增压器活塞回程,以提高系统效率。增压器活塞的行程由位移传感器检测控制,因此,在这一设计下,当增压器动作输出高压时,可把高油压力只局限于主油缸内,而整个系统仍保持低油压,这对提高元件的寿命和可靠性都是有利的。

2.2.3 主油缸内置式充液阀

充液阀的结构新颖,阀芯为锥形结构,采取阀芯与控制油缸活塞合一的结构,省去了阀芯复位弹簧,实现了全液压控制。这种设计,充液阀结构简单、流道通顺,内置于主油缸活塞底部,实现缸内直接充液,通油能力大、阻力小、充液速度快,同时减小了主油缸的有效工作容积,节省了高压油;油的压缩体积也相应减小,有利于提高压制次数和减小液压冲击。

充液阀的控制油路:控制油缸活塞杆腔常通压力油,是由一个小型蓄能器和一减压阀构成的液压弹簧系统,减压阀用于调整充液阀芯的回程压力。这种设计,充液阀芯靠差动油压力打开,关闭靠液压弹簧力作用,响应速度快。

2.2.4 主油缸动作全过程液压伺服比例控制

液压系统采用了两个高性能大通径的三通高频响伺服比例阀,一个用于主油缸的上、下行控制,一个用于加压控制。这就实现了主油缸快速下行、减速下行、回程和压制动作的全过程液压伺服比例闭环控制,使主油缸的每一个动作换接达到快速、精确、平稳、可靠和易于调节,即使在压制次数很高时,也能保证压制的精确度和可重复性。

2.3 电液比例同步顶出系统SPE

伊莫拉系列压机在顶出装置上沿用了已在SACMI2000系列和威力系列压机上广泛应用的SPE液压伺服比例顶出装置。

SPE设有两组串联同步油缸,分别由两个伺服比例电磁阀控制,可实现模芯的快速多次精确降落,修正填料误差,确保填料的精确性,重复精度很高,可达0.1mm,保证了瓷砖制品的精度。SPE系统在大吨位宽台面压机上,压制大规格瓷砖时,其优点尤为突出。

2.4 先进可靠的电控系统

伊莫拉压机应用Profibus现场总线技术,将模拟量传输改为数字通讯,这就大大提高了传输速度,保证控制系统具有极高的处理速度和可靠性,即便压机在很高的压制次数下工作也能获得绝对的控制精度和重复性。

系统软件是SACMI独有的,触摸屏界面内容丰富,显示压机的运行参数、设置数据和存储数据,显示直观的图形,具有故障判断自诊断功能和示教功能,以及获得远程技术援助的功能。

2.5 宜人化的外壳设计

伊莫拉压机在其机身外面罩有一层靓丽、流线型、坚固、宜人化设计的外壳,再配以强力完善的吸尘装置,工作环境几乎无粉尘。

在压机顶部机壳中央设有一个绿色较大的蕈形状态指示器,压机工作时按工作状态不同而闪耀,一是给人提供了压机工作状态的指示,二是给人以光彩夺目的感觉,改善操作人员的精神状态,也是一种宜人化的设计。

2.6 新型DE-AIR排气系统

DE-AIR排气系统是在伊莫拉压机上采用的创新技术,它是一个由压机控制的特殊的等静压模具。其结构较为简单,其断面图见图2。在等静压模具的基体内设有多个小气缸(数量的多少由瓷砖大小来决定),气缸的小活塞杆与在弹性胶膜上开的孔构成排气间隙,间隙下面设有排气支管。图3是在压制时的排气状态。小气缸具有清洁排气孔的功能,当产生可能阻塞排气孔的飞边情况下,可令气缸活塞向上运动清除飞边,图4是清洁排气孔的状态。

使用DE-AIR排气系统最大的好处是,压机可在压制粉料过程中实现一次压制粉料成形时排除空气。打破传统的压制工艺一次加压、排气、二次加压、排气,最后终压加压的多次加压的成形方法。

图5是采用DE-AIR排气系统压制和标准压制循环时的主缸压力曲线和功率消耗曲线。可见,使用DE-AIR排气系统,可以使压制周期大为缩短,从而大大提高压机的生产率。我们知道,压制功率曲线所围成的面积表示在该压制循环下所消耗的总能量,如果把在标准压制循环的功率曲线向左移动,使其和DE-AIR的功率曲线相重合,就可得到这两种压制循环的耗能对比(如图6所示)。根据图5和图6,可以得出,用标准压制循环所消耗的能等于用DE-AIR排气压制消耗的能加上节省的能,根据计算,使用DE-AIR排气系统,压机生产率可提高15%,同时节能达9%。能耗降低,产量提高,提高了经济效益。

参考文献

[1] SACMI 2000系列、威力系列Ⅰ、威力系列Ⅱ、伊莫拉系

列压机说明书.SACMI公司.