YP16800型液压自动压砖机的技术特点分析
杨学先 温怡彰 邓耀顺 周性聪 苏龙保 何芳芳
摘 要：本文主要介绍了YP16800型液压自动压砖机的结构特点及技术创新。YP16800型压砖机是恒力泰公司继国内首台万吨级压机之后推出的又一万吨升级产品，在结构及技术上实现多项突破，显著提高了成型精度和生产效率，并降低了能耗，大大节约了制造陶瓷的原材料成本，积极响应了国家对陶瓷行业节能减排、绿色生产的要求。YP16800型压砖机的顺利投产 ，助力大板新时代，为国产陶瓷成型装备提升国际竞争力迈出了重要的一步。
关健词：YP16800型压砖机；节能减排；大规格陶瓷板（砖）；模具成型；可拆分式机架
1 引言
近年来，大规格陶瓷板（砖）一直受到陶企、设计师等业内人士的关注，也无疑成为意大利博洛尼亚展会最吸引眼球的产品，市场对大规格陶瓷板（砖）需求日益明显。国际上，仅SACMI、SYSTEM和SITIBT等少数几家公司掌握大规格陶瓷板（砖）的成型技术及装备，但是成型的工艺方式与传统有较大差异，并且粉料的浪费较多，陶瓷生产企业的投资风险较大，引进的成本也较高。本文提到的大规格陶瓷板（砖）的成型技术及装备采用传统模具成型工艺，在保证成型精度和生产效率的同时，降低了粉料的浪费，有效的控制了生产成本。
2016年初，恒力泰推出亚洲首台“万吨级”压砖机YP10000型液压自动压砖机，标志着中国陶瓷成型装备进入万吨级时代。经过几十年的技术积累与创新，国产压砖机的研制能力正在不断的接近世界先进水平。尽管如此，国产压砖机在技术水平与国外先进压砖机相比仍存在一定差距，如压机的控制性能和能耗等方面。对此，恒力泰公司不断创新，追求卓越，推出YP16800型液压自动压砖机在压制力不断提升的基础上有效提高了控制性能，并在节能减排方面加大力度，效果显著。
2 YP16800型压砖机的主要技术参数
YP16800型压砖机是恒力泰公司根据市场需求，在继国内首台万吨级压机之后推出的又一万吨升级产品，主机外观如图1所示。其工作台面宽度达3300 mm，最大压制力达16800 t，可压制成型1200 mm × 2400 mm × （3～30） mm的大规格陶瓷板（砖）。图2为压制1200 mm × 2400 mm大规格薄板生产现场。
YP16800型压砖机主要技术参数如下：
（1）最大压制力168000KN（16800t）；
（2）活动横梁最大行程220mm；
（3）活动横梁下平面与工作台面间距最大800 mm、最小580 mm；
（4）左右立柱间净空距3300 mm；
（5）底座台面前后宽度2050 mm；
（6）动梁工作面宽度1800 mm；
（7）最大填料深度80 mm；
（8）模芯最大頂出力400 KN（40t）；
（9）空循环次数可达13次/min；
（10）周期中加压次数2～5次；
（11）主电机功率270 KW（90KW × 3）；
（12）主机重量505 t。
3 YP16800型压砖机的结构特点
YP16800型压砖机主机结构如图3所示。YP16800型压砖机主机重达500多吨，这对生产、安装、运输都提出了更高的要求，为了克服以上问题，采用可拆分式预应力钢丝缠绕机架，即由前框架1和后框架3通过拼装而成，具有超强的抗疲劳性能和承载稳定性，同时又可以分体运输，大大降低了运输成本[1]。另外，首创两机架垂直拼装结构及技术，机架拼装时，先将一个框架安装在支脚11上，然后将另一个框架置于支脚11上，使用专门设计的工装将两个框架在支脚上垂直拼装，这样不仅降低了吊装要求，拼装工装的设计大大降低了现场安装难度，提高了效率。拼装好的两个框架通过上、下梁的若干长螺栓锁紧构成整体式机架后，前后框架上安装前油箱2和后油箱4。
新型板式顶出器10安装在下梁上平面，同时作为压砖机的工作平面。YP16800工作台面宽度达3300 mm，要实现精确填料，对顶出装置的性能要求非常高。因此，采用适合于宽工作台面的多缸板式顶出装置，多个顶出油缸均布于工作台面上，使模芯受力更加均匀。同时，应用多缸同步技术，可实现模芯平行度达到0.1 mm以内。
YP16800型压砖机采用活塞动式主缸结构，主缸部件7整体安装于上梁底面，通过挂圈、长螺栓和过渡法兰连成一体，过渡法兰固定于上梁底面。压砖机工作时，活塞驱动活动横梁8沿导向杆9上下往复运动，后框架过渡法兰上安装有变压缸5和控制阀组6。
4 YP16800型压砖机的技术创新
4.1 变压缸技术创新
增压缸对压砖机的性能影响重大，能显著降低液压系统主油路压力，延长液压系统中泵及各阀件的使用寿命，减少漏油，并降低对液压管路的耐压等级要求。如果该部件设计不合理，使油缸内部压强不足，导致压砖机压制力控制精度下降，将直接影响成型产品质量。
针对YP16800型压砖机，在保证压制力的同时，为了有效地提高压制性能，采用了新型的变压缸压力控制技术，在原有增压缸的功能基础上，设计了增压及降压调速功能，可以实现多级增压压力和多级降压压力的输出。新型变压缸主要原理在于活塞杆作为内嵌活塞杆的腔体，内嵌活塞杆与缸体固定，因此活塞杆活动，内嵌活塞杆固定，形成三个输入腔体和一个输出腔体。当三个输入腔体进行不同组合输入压力油时，输出腔体则可以输出不同的多级降压压力油，同理得到多级增压压力输出。更值得一提的是，此新型变压缸可以实现降压增流作用，避免了节流降压导致的能量损耗以及油液发热等情况，使得新型变压缸相比较传统增压缸能效更高。
4.2 充液阀技术创新
压砖机由于工作频率高，要求动作相应快，工作油缸通常设置充液阀，主缸活塞下行时，充液阀打开时，油箱的大量油液流入主缸上腔，实现活动横梁快速下降；主缸活塞上行时，充液阀打开，油缸上腔油液通过充液阀迅速排入油箱，实现活动横梁的快速上升。传统充液阀的主阀在弹簧力的作用下往复开启、关闭，由于动作切换频繁，弹簧不断压缩、回弹，处于高疲劳工况，导致弹簧容易断裂而失效。
YP16800型压砖机采用新型无簧充液阀技术，从流体力学角度分析，新型充液阀油液通流面积大，流动的阻力变小，从而有利于缩短主缸升压时间，节省能耗；在充液过程中，对容易产生涡流现象的地方进行了结构优化，保证了在充液过程中因充、排液而形成真空进而出现油液释出气泡的现象，减少了主缸油液在加压阶段的狄塞尔效应现象，延长液压油的使用周期。新型无簧充液阀利用液压油代替弹簧结构，使得充液阀的灵敏度更高，同时避免了弹簧断裂损坏的障情况，提高充液结构的可靠性和工作效率。此外，YP16800型压砖机首创双充液阀结构，此结构更利于双机架主机的实现，使充液流道更加畅顺，充液质量得到有效提升。
4.3多泵汇流液压系统
YP16800型压砖机最大压制力达168000 KN，主油缸直径超过2 m，每工作周期油耗达200 L，并且工作周期很短，属于瞬间大流量控制。因此，要实现大流量控制并同时达到很高的控制精度，这对液压系统的设计提出了较高的要求及难度。为解决此难题，该产品液压系统采用多泵汇流，大流量伺服控制等先进技术。
传统压砖机液压泵控制结构主要为单泵单电机控制，但大吨位压砖机容量大、耗油量多，单一主泵的规格难以匹配实际容量需求时，若配备大规格主泵，不仅制造成本高，而且制造困难，加工周期长。为了解决这一难题，恒力泰公司在YP10000型压砖机中就已经成功应用多泵汇流技术，多主泵采用不同搭配实现大吨位压砖机的容量需求[2]。但是，随着压砖机吨位的加大，主泵规格加大，电机规格难以匹配实际容量需求，而配备大规格电机，依然会带来制造困难、成本高、周期长等问题。
YP16800型压砖机在原有多泵汇流技术上，采用多泵并联，每个泵配备专用驱动电机，同时保证系统中各泵输出压力一致，出口压力互不干扰。根据生产中不同周期所需不同流量，还可以选择启动主泵数量，减少主泵和电机的待机能耗。如果任一主泵或其驱动电机出现故障或损坏，可单独维修或更换，有效降低维护成本。
随着压制力的增大，液压系统的设计均应用大流量阀组，另外为增大流量提高速度自制非标规格72通径插装阀以满足性能需求。主缸加压采用全流量比例阀控制，可以实现单次加压过程分段控制，更方便控制每一个加压的压力和速度。动梁运动采用高频响比例阀控制，配合位移传感器，快速响应动梁起步、起步、加速、制动和定位等动作。顶出部分采用伺服比例阀控制，其高性能和高频响特性结合液压多缸同步技术，可得到稳定等容积压力油输出，确保新型板式顶出器控制下模运动的可靠准确，位置精度控制可做到误差小于0.1 mm。
4.4控制系统新架构
YP16800型压砖机运动部件重量达50 t，压砖机运行过程中需对大惯量进行控制，同时要实现顶出0.1 mm的定位精度，動梁0.2 mm的定位精度及主油缸0.5 bar的压力精度，这对控制系统提出了更高、更苛刻的要求。
针对传统压砖机控制界面信息量少、操作繁琐等缺点，恒力泰自主开发的全新控制系统架构，通过模块化和功能性的程序编写，新的控制界面不仅完善了界面信息，在设计上更人性化，操作上更流畅简洁并且兼容性更强，满足不同客户需求[3]。在控制系统上，应用运算速度更高的控制器，研发了更先进的控制算法，以达到控制精度高、重复性好、运行更流畅的性能要求。此外，增加了能耗监控、油质监控、多级变压缸的节能模式控制、多级泵控、循环泵变频节能控制等控制手段，使生产管理更智能。
YP16800型压砖机的控制系统不仅实现了大惯量、高精度的控制，更对多项节能技术进行监控，将节能减排意识灌输到整个生产过程，对指导清洁生产意义重大。
5 结语
YP16800型压砖机通过结构、液压、控制系统三方面进行优化设计，突破多项技术，不仅体现在压砖机吨位的提升，更显著提高了大吨位压机的成型精度和生产效率，积极响应了国家对陶瓷行业节能减排、绿色生产的要求，大大降低了能耗，节约了制造陶瓷的成本。YP16800型压砖机的顺利投产 ，助力大板新时代，为国产陶瓷成型装备提升国际竞争力迈出了重要的一步。
参考文献
[1] 韦峰山；彭沪新；温怡彰.可拆分的缠绕式压砖机机架[P].专利号：CN201210239283.6
[2] 韦峰山；彭沪新；温怡彰.YP10000型液压自动压砖机的结构创新及优化特点[J].佛山陶瓷，2013（09）.
[3] 陈延林；黄国雄；肖伟平.浅谈YP10000型液压自动压砖机的亮点[J].佛山陶瓷，2017（02）.
