陶瓷压砖机的动梁控制油路原理与电磁阀并联调速方案分析

    温怡彰　周性聪　梁超寰

    摘 要：本文介绍了陶瓷压砖机的动梁控制特点，分析了现有的控制油路原理和优缺点，并提出了一种新的电磁阀并联调速方案。电磁阀并联调速油路实现了类似比例阀的功能，但可靠性更高，成本更低，也能够通过控制器在线调节流量；另外，相比普通插装阀控制，操作更人性化，更便捷，并且性能更优。

    关健词：电磁阀并联调速；动梁速度控制；动梁控制油路；陶瓷压砖机

    1 引言

    陶瓷壓砖机的动梁控制，特别是排气和脱模阶段的慢速控制对砖坯的成型品质影响很关键，严重时会导致砖坯分层及开裂等缺陷。目前小吨位压砖机的动梁控制油路主要采用普通插装阀控制，其具有简单可靠和成本低的特点，但调节流量时，操作人员需要爬到离地面较高的阀组上调整节流阀的开度，操作很不便利。另外，年轻一代的工人对工作环境要求越来越高，及希望能降低劳动强度。因此，小吨位压砖机的动梁控制方式需要作改进，以改善操作便利性及提高控制性能。

    2 陶瓷压砖机动梁控制原理

    陶瓷压砖机的动梁控制过程，见图1：a快速下降，b慢速下降，c砖坯压制，d排气上升， e排气停留，f排气下降，g砖坯压制，h 砖坯脱模，i快速上升，j慢速上升。其中，慢速下降、排气上升、排气下降、砖坯脱模和慢速上升阶段的动梁速度都要求较慢，且在180 mm/s以下。

    目前，陶瓷压砖机的动梁控制油路主要有两种方式，普通插装阀控制和比例伺服阀控制。一般成型压力在3000 t以下的小型压砖机，以生产瓷片为主，普遍采用普通插装阀控制；而成型压力在3000 t以上的中大型压砖机，以生产地砖为主，普遍采用比例伺服阀控制。

    2.1普通插装阀的动梁控制原理

    普通插装阀的动梁控制原理如图2所示，V202控制动梁上升，V203控制动梁下降；V204与V206、V207并联，其中V204控制动梁快速上升及快速下降，V206控制动梁慢速下降，V207控制动梁慢速上升，当动梁慢速时V204关闭。

    V206和V207的结构如图3所示，通过调节螺杆可以设置阀口的开度，即实现动梁速度的控制。

    普通插装阀控制的优点为控制简单可靠及成本低；缺点为不能通过程序在线调节速度，而是需要人工调节，因此使用不方便。并且，下降和上升分别只有一级慢速速度，即慢速下降和排气下降同为一级速度，排气上升、脱模和慢速上升同为一级速度，慢速速度不能分别调节以适应不同工况，适应能力差，可控性低。而恰恰慢速对砖坯成型质量影响最关键，特别是排气和脱模阶段，稍有波动变化则会导致砖坯出现分层、裂边等缺陷，严重时砖坯甚至不能成型。

    2.2比例伺服阀的动梁控制原理

    比例伺服阀的动梁控制原理如图4所示，比例伺服阀的结构如图5所示，YV210为三通比例伺服阀，V209为安全截止阀。YV210的A口与动梁的控制油腔相连，通过控制指令可以任意调节阀芯的位置及阀口开度，即用一个比例伺服阀便可实现动梁的快慢速控制。

    比例伺服阀控制的优点为可以通过程序在线调节动梁速度，使用方便简单，并可以任意无极调节各阶段的速度，以适应砖坯的成型工况，并能较轻易地实现最优化控制；缺点为对电气系统及油液品质要求较高，并容易受到干扰，稳定性及可靠性较差，另外成本也较高。

    3 电磁阀并联调速方案原理及控制方法

    针对普通插装阀和比例伺服阀的优缺点，提出了一种新的用于动梁速度控制的电磁阀并联调速方案（发明专利号：ZL201410742000.9），其既具有普通插装阀简单可靠及成本低的特点，也具有比例伺服阀可在线多级速度调节的功能。方案的油路原理见图6，慢速调速阀组由YV211、YV212、YV213和YV214四个电磁阀并联组成，可实现动梁慢速下降和慢速上升的控制功能。

    本方案与普通插装阀控制方案相比，主要特点为用四个并联的电磁阀替代慢速插装阀， 四个电磁阀的节流通径不一样，并且各电磁阀的标定流量互为倍数关系。设1#电磁阀标定流量为Q = 10 L/min，即2#电磁阀为2Q = 20 L/min，3#电磁阀为4Q = 40 L/min，4#电磁阀为8Q = 80 L/min，本案例标定流量的压差为10 MPa。则四个电磁阀组合流量有15种不同值，参见表一，即可以得到15种离散的动梁慢速速度。注，并联的电磁阀数量可以增加，且电磁阀数量越多，流量调节越精细，速度可调级数就越多。电磁阀数量n与速度可调级数N的关系为，N = 2n-1。

    本案例中应用的四个电磁阀的型号是一样的，均为力士乐的6D型，并通过各自串联不同的节流子可以得到所需的标定流量。用节流子配置流量，可以减少电磁阀的型号数量，便于生产管理及简化元件采购。

    控制程序的实现比较简单，参照表一，根据设定的速度档位开启对应的电磁阀，便可获得对应的控制流量，即可实现动梁速度的在线调节。过程中没有模拟量传输，并且全为数字量输出，相对于比例伺服阀控制，具有极高的抗干扰能力和极高的可靠性。

    4 实验测试

    为验证方案的可行性及确定节流子通径大小，对电磁阀并联调速油路作液压仿真计算。要求最大调速度为180 mm/s，阀的工作压力差为ΔP = 10 MPa，求得1#至4#电磁阀对应的节流子通径分别为：d1=φ1 mm，d2=φ1.8 mm，d3=φ3.2 mm，d4=φ5.5 mm。

    图8为动梁速度的实际测试结果，可以看到速度与档位基本成线性关系，最大上升平均速度为200 mm/s，最大下降平均速度为160 mm/s，与仿真计算结果相差约为11%，但已满足使用要求。图9为动梁下降过程的实际位移曲线，可以看到动梁刹车制动平稳过渡、无冲击。证明了电磁阀并联调速方案可行，并且简单实用、易维护及成本低。

    5 推广应用及结论

    动梁的电磁阀并联调速方案，现已成功应用到近100台恒力泰YP系列的小吨位压砖机上，并已在陶瓷生产车间中稳定运行将近3年，这证明了电磁阀并联调速油路的可靠性。电磁阀并联调速油路实现了类似比例阀的功能，但可靠性更高，成本更低，也能够通过控制器在线调节流量；另外，相比普通插装阀控制，操作更人性化，更便捷，并且性能更优。因此，在性能要求不高的场合下可以推广使用。

    参考文献

    [1] 温怡彰，周性聪，梁超寰. 一种液压压机的动梁调速油路结构[P]. 专利号：ZL201410742000.9.

    [2] 张柏清，等. 全自动液压压砖机（第1版）[M]. 江西：江西科学技术出版社. 2001.