（机械电子工程专业论文）中密度纤维板热压机组装板机电液比例控制系统应用研究.pdf

摘要 摘要 中密度纤维板热压机组是整个成型线的核心部分，其中送料机构装板机装板 小车采用电液比例阀进行精确的柔性控制，该机构的稳定性直接决定了设备的可 靠性。本文着重对装板小车电液比例控制部分进行了重点分析研究，共由六部分 成。 第一部分对电液比例控制技术研究的意义和国内外发展现状作了简单介绍， 并提出本文研究的主要内容。 第二部分对装板机的结构组成和工作原理作了简单分析，描述了装板机装板 小车传动的工作原理，并对装板小车进出压机的工艺参数进行了设计计算，为后 续的液压系统设计提供理论依据。 第三部分描述了热压机组液压控制系统的结构组成，重点分析了装板机的液 压系统，并计算了液压系统的主参数，在选择液压泵和马达的基础上，提出了单 马达双输出轴传动与双马达并联的方案，经过分析比较最终选择双马达并联的方 案。并从分析系统着手完成了整机液压系统的设计。 第四部分对装板机电液比例控制系统进行了研究，提出了阀控电液比例控制 系统的方案，建立了比例阀控马达的传递函数和数学模型，分析研究了电液比例 控制系统中存在的故障类型，分析了装板小车的速度特性和比例阀的死区特性， 并提出改进方案。 第五部分引入了仿真技术，并对仿真技术原理进行了介绍，建立了阀控马达 系统的仿真模型，通过仿真分析了系统的稳态误差和动态特性，计算了系统的稳 态误差，经过对动态特性的分析提出了修正措施，经过现场试验验证说明系统是 稳定的。 第六部分对整篇论文进行了总结与回顾。经过对阀控马达调速系统的实际测 试验证，起到了应有的控制效果；本文的应用研究对中密度纤维板成型线更好的 应用电液比例技术有一定的指导意义，具有实际的应用前景，同时指出继续深入 研究电液比例技术是国内人造板行业发展的迫切需求。 关键词：装板机电液比例技术仿真应用 a b s t r a c t a b s t r a c t t h eh o t - p r e s ss e c t i o ni st h ec e n t r a lp a r to ft h em d f f o r m i n gl i n e a st h ef e e d i n g c a r r i a g eo ft h el o a d e ri sf l e x i b l yc o n t r o l l e db ye l e c t r o - h y d r a u l i cp r o p o r t i o n a lc o n t r o l s y s t e m , t h es t a b i l i t yo ft h ee l e c t r o - h y d r a u l i cc o n t r o ls y s t e md i r e c t l yi n f l u e n c e st h e r e l i a b i l i t y o ft h e e q u i p m e n t s t h e d i s s e r t a t i o n e m p h a t i c a l l ya n a l y z e d t h e e l e c t r o h y d r a u l i cp r o p o r t i o n a lc o n t r o ls y s t e m ，i tc o n s i s t so fs i xp a r t sa sf o l l o w s ： p a r to n e - t h eo b j e c t i v et os t u d yt h ee l e c t r o h y d r a u l i cp r o p o r t i o n a lc o n t r o l s y s t e ma n dt h em a i nc o n t e n t st ob es t u d i e dw e r ep u tf o r w a r d p a nt w o ：t h es t r u c t u r ea n dw o r k i n g p r i n c i p l eo ft h el o a d e ri sb r i e f l yi n t r o d u c e d ， e s p e c i a l l y t h ep r i n c i p l eo ft h ec a r r i a g et r a n s m i s s i o n m e a n w h i l e ，t e c h n o l o g i c a l p a r a m e t e r sw e r ec a l c u l a t e ds ot h a tt h e o r e t i c a lb a s i sf o rt h eh y d r a u l i cs y s t e md e s i g n s h o u l db es u p p l i e d p a r tt h r e e ：t h es t r u c t u r eo fh o t - p r e s ss e c t i o nh y d r a u l i cs y s t e mw a si l l u s t r a t e d , e s p e c i a l l yh y d r a u l i cs y s t e mo ft h el o a d e r m e a n w h i l e ，t h em a i np a r a m e t e r so f h y d r a u l i cs y s t e mw e r ec a l c u l a t e d t h eo n em o t o rt r a n s m i s s i o n a n dt w om o t o r t r a n s m i s s i o ns c h e m ew e r ep u tf o r w a r da n dt h el a t e rw a sc h o s e nb yc o m p a r i s o n t h e d e s i g no fh y d r a u l i cs y s t e mw a sf i n i s h e d p a r t f o u r ：e l e c t r o - h y d r a u l i cp r o p o r t i o n a lc o n t r o ls y s t e mo ft h el o a d e rw a s s t u d i e da n dt h ee l e c t r o h y d r a u l i cp r o p o r t i o n a lc o n t r o ls c h e m ew a sp u tf o r w a r d f u r t h e r m o r e ，t r a n s m i s s i o nf u n c t i o na n dm a t h e m a t i cm o d e lw e r ee s t a b l i s h e d t h ef a u l t o fe l e c t r o h y d r a u l i cp r o p o r t i o n a lc o n t r o ls y s t e mw a sa n a l y z e da n dt h es p e e dp r o p e r t y a n dd e a dz o n ep r o p e r t yo fp r o p o r t i o n a lv a l v ew e r ea l s oa n a l y z e d am o d i f i c a t i o np l a n w a sg i v e nf i n a l l y p a r tf i v e ：s i m u l a t i o ni si n t r o d u c e da n ds i m u l a t i o nm o d e lo fv a l v e - c o n t r o l l e d m o t o rw a se s t a b l i s h e d a f t e rs i m u l a t i o n , s y s t e md y n a m i cp r o p e r t ya n ds t e a d y t o l e r a n c ew e r ea n a l y z e d i tp r o v e dt h a tt h es y s t e mw a ss t e a d ya f t e rt e s t p a r ts i x ：t h ed i s s e r t a t i o nw a ss u m m a r i z e d i tp o i n t e do u tt h a ti t st h eu r g e n tn e e d f o rt h ee l e c t r o - h y d r a u l i cp r o p o r t i o n a lc o n t r o ls y s t e mt ob ef u r t h e rs t u d i e di nt h e w o o d - b a s e dp a n e li n d u s t r ya n di tw i l lh a v ea b r i g h tf u t u r e k e y w o r d s ：l o a d e r , e l e c t r o h y d r a u l i cp r o p o r t i o n a lc o n t r o l ，s i m u l a t i o n a p p l i c a t i o n 声明尸明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所 取得的成果，撰写成硕士学位论文! 生蜜廑红缍返垫匿扭组装堑扭皇 渲出趔控剑丕统廑用婴究：。除论文中已经注明引用的内容外，对论 文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表 或未公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：荔0 导霜 2 0 0 5 年6 月2 1 日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：豸学存 砂时，年6 月刁e l 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月日年月日 同济大学工程硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 电液比例技术研究的意义 电液比例控制系统是在二十世纪六十年代末发展起来的，由于传统的电液伺服 控制系统对流体介质的要求非常严格，制造成本高，维修费用大，能耗严重，很难 为所有工业企业所接受。而电液比例控制系统具有对油污的敏感度要求偏低、控制 精度和响应特性均能满足使用要求。因而在一般民用工业得到了广泛应用。 电液比例阀的发展近3 0 年来经历了大致三个阶段： 第一阶段：在原来开关阀的基础上，保留阀主体结构不变，用比例电磁铁代替 普通电磁铁，性能上频宽1 5 h z ，滞环4 7 。 第二阶段：比例器件采用了内反馈回路，同时研制了耐高压比例电磁铁，同时 配套了比例放大器，性能上频宽5 一- - 1 5 h z ，滞环缩小到3 左右。 第三阶段：比例阀性能进一步提高，机械、液压、电气技术相结合；比例技术 和插装技术相结合；比例阀、传感器、电子放大器和数显装置相结合；比例阀和液 压泵、液压马达相结合；计算机技术与液压比例技术相结合。性能上频宽3 - - - 一2 5 h z ， 滞环缩小到1 3 左右。 苏福马股份有限公司自2 0 0 0 年改股上市以来，利用融资的机会，投入大量资金 和技术人员开展中密度板成套设备生产线的开发研制工作，以实现高的投入产出值。 液压控制系统是生产线主机热压机组的核心系统，性能的好坏直接影响生产的可靠 运行及生产厂的经济效益，公司自2 0 0 2 年成功投产第一条生产线以来，总共销售1 1 条线( 截止2 0 0 3 年1 2 月) 实现产值两亿多元，实现了可观的经济效益。但是，自 从第一条年产八万m 3 中密度板成套设备生产线投产以来，已经正式投产的几家使用 厂相继发现热压机组液压系统频频出现故障，主要是装板小车送进压机后不能及时 退出，造成装板小车皮带在热压板之间的高温下烤坏( 约2 0 0 ) ，出现问题的几家 使用厂平均损坏5 - 一6 条皮带，直接损失近2 - - 3 万元；另外还存在制动后小车锁不 住等现象，给用户造成了直接经济损失和不必要的麻烦，影响了正常生产，损害了 公司的声誉。因为小车进出动力由液压马达提供，由比例阀调速，电液比例控制系 同济大学工程硕士学位论文 统在苏福马股份有限公司应用研究时间不长，所以公司技术中心召开专题讨论会， 决心对电液比例控制系统进行专题研究，彻底解决比例阀调速等问题。 本课题主要研究中密度纤维板成套设备热压机组关键设备装板机的电液比例控 制系统，并建立数学模型，进行系统的动态特性分析、系统的数字仿真以及系统的 平衡性分析。从理论和实践两方面研究其调速范围及影响因素，通过本课题的研究 解决装板小车进出热压机的卡止问题、高低速转换时的抖动、制动后在有外界干扰 力时偏移等现象，提高系统的可靠性，为设备连续稳定运行提供理论和试验依据， 为使用厂提高经济效益提供保障。 在中密度纤维板生产线热压机组中，目前液压系统的比例调速系统有两种调速 方式，一种是泵控容积调速系统，是通过改变泵的排量( 即改变泵的斜盘摆角) 也 即改变泵的输出功率来控制传送给负载的动力，电机转速恒定，调速范围受到斜盘 摆角的限制。这种调速方式效率高、功率损失小，调速均匀，但反应偏慢、成本高。 另一种是阀控比例节流调速系统，这种方式响应快，精度高，成本低，但效率偏低。 1 2 国内外发展现状及发展趋势 电液比例控制系统由于控制精度要求不是很高，响应不需要伺服控制系统那样 快，尤其对油污不敏感，( 耐污能力可以到 - - 2 5um ) 使用可靠，维护简单、成本低 廉，所以成为液压控制系统比较流行的一种调速控制方式。 目前国外研究电液比例技术的单位主要有： 德国曼内斯曼力士乐一博世公司( r e x r o t h - b o s c h ) ，美国的派克汉尼汾公司 ( p a r k e rh a n n i f i n ) ，日本油研公司，意大利的阿托斯( a t o s ) 公司等。 国内专门研究应用的单位有： 上海人造板机器厂，上海人造板机器厂对泵控马达调速系统进行了专门研究， 并且成功应用在多层中密度板装板机液压系统中。 苏福马股份有限公司，主要应用在生产复合地板、贴面刨花板等单层短周期压 机上，主要控制热压板的升降速度，保证平稳性；应用在中密度纤维板装板机上， 控制装板小车进出压机等。 同济大学工程硕士学位论文 另外对比例阀进行专门研究的单位有：。 宁波电液比例阀厂，江苏海门油威力液压工业公司、同济大学、浙江大学等。 目前电液比例控制系统已经广泛应用于冶金、造船、锻压、人造板机械、纺织 机械以及工程机械等领域。 1 3 本论文研究的主要内容 在中密度纤维板热压机组关键设备装板机传动机构中，广泛采用液压马达作为 动力执行元件，控制多层装板小车的进出压机，在液压速度控制系统中，广泛采用 电液比例控制系统来实现机构的加减速，控制精度的好坏直接影响整个机组的生产 稳定性，所以对比例系统进行研究有着广泛的实际意义。 本文针对人造板成套设备生产线主机热压机组作为研究对象，将装板机电液比 例控制系统作为重点研究内容，7 对装板机结构进行工详细分析，对装板机液压系统 中所采用的电液比例阀控液压马达控制系统进行重点研究，具体内容包括： 1 建立控制系统的结构并分析工作原理； 2 建立控制系统的数学模型； 3 重点分析系统运行中的速度特性，分析所存在的诸如速度不均匀等技术理论 问题； 4 进行参数化分析，找出改善其特性的参数关系，给出一个技术解决和调试方 案； 5 系统的调试和验证。 同济大学工程硕士学位论文 第2 章装板机的结构和工作原理 2 1 装板机的用途 热压是中密度纤维板制造的一道重要工序，工艺的合理性对产品质量的优劣起 着决定性作用。 热压是指在热量和压力的联合作用下，使板坯中的水分汽化、蒸发后使板坯的 密度增加、胶粘剂均匀流动后固化、防水剂重新分布、原料中的各组份发生一系列 物理化学变化，从而使纤维间形成各种结合力，使其制品达到并符合质量要求的过 程。 植物纤维原料是高分子有机物，化学成分复杂，加之施加合成树脂，因此，板 坯的热压过程，不仅是几何形状的变化，还有物理变化、化学反应等过程，影响热 压的因素较多，j 如原料种类、纤维分离质量、含水、树脂的种类和性能、热压方式， 以及热压板的温度、压力和时间等等瞳1 。 典型湿式中密度纤维板多层热压工艺流程图如图2 1 所示 图2 1 湿式中密度纤维板多层热压流程工艺图 热压机组由装板机、热压机、卸板机组成。机构简图如图2 2 所示。 装板机在热压机组中是关键设备之一。主要作用是将经过铺装和预压到一定厚 度( 根据成品板的厚度不同而不同) 的板坯送入热压机进行热压成型。其中装板机 ( 卸板机) 的层数与热压机的层数相同。 装板结构一般有两种形式：生产小幅面板时，一般采用推拉板结构，其结构简 单，成本低；而生产大幅面板( 47 1 67 或更大) 时，都采用无垫板装卸板形式。 无垫板装板速度快，板坯在压制前停留在热压板上的时间短，减少了成品板的预固 同济太学i 程碗i 学位论文 化层厚度，减少板的砂光量，提高成品板的质量 圈22 压机组结构简圈 l 装板机2 热压机3 卸板机4 卸板机油缸 5 热压机油缸6 装扳机油缸 板坯由加速皮带运输机，送入与其同步运行的装板机装板小车皮带上，由吊笼 的升降完成逐层装板，每装完一层，装板机油缸便将吊笼升高一层，当1 5 层装板小 车皮带上都装好板坯后，传动装置将1 5 层小车一起全部推入热压机，在超越离合器 的作用下，小车退回时板坯落在热压板上表面上，完成装板工序。装板的同时，装 板小车前端的铲头，将压好的板坯推入卸板机的吊笼，完成卸板工序。装板速度的 快慢直接影响整套设备生产能力和成品板的质量， 22 装板机的结构组成 装板机属于框架式结构，主要由机架、传动系统、吊笼、装板小车、升降油缸、 单层驱动、安全销、直线导轨、液压系统等主要部件组成。外彤简圈如图2 3 所示。 目* 大学t 8 顿学位论文 221 机架 机架主要包括四根立柱、横梁、横撑以及装板机与压机之问的加固连接杆等部 件组成。 机架是整台设备的承重部件，为了保证机架的稳定性和刚性，四根立柱采用大 型工字钢经焊接并在加工中心上加工而成，水平方向采用横撑，用螺栓与立柱联接 牢固。为了保证吊笼升降的平稳性，在每根立柱的两个侧面焊接有垂直方向的导轨， 保证整个吊笼升降时能在导向轮的导向作用下平稳升降。 2 22 吊笼 吊笼是用螺栓将槽钢焊接件联接起来组成的多层笼状结构。 吊笼的主要作用是支撑装板小车，吊笼内部装有多层小车托架，小车托架是小 车工作时的支撑兼导轨，在托架上装有限位开关，用来控制小车前进、减速、停止： 后退、减速、停止等动作。为保证吊笼平稳升降，在吊笼的四角安装有双面侧向导 轮，调整好导轮与导轨间的间隙，就能保证吊笼轻便、平稳、灵活的沿立柱上的导 轨升降。 m 自 图23 装板机结构简图 1 机桨2 传动系统3 吊笼4 小车托架5 小车6 吊笼导向机构7 安全铺 8 单层驱动装置9 传动轴10 行程开关组1 1 底盘1 2 装板定位开关组 朱瓢徽姒豁；舭鞋 蓐一 k 圆翮霸矧麟 蟀 同济大学工程硕f ：学位论文 2 2 3 装板小车 装板小车是装板机的关键部件，主要由横梁、驱动辊、调偏辊、被动辊、车轮、 托板、推板梁、皮带张紧架和皮带等部分组成。 装板小车的与超越离合器组装在一起的传动齿轮与托架上的齿条相啮合，同时 装板小车的齿条与主传动轴上的齿轮相啮合，液压马达正转时，主传动轴上的齿轮 带动装在小车侧面上的齿条向前移动，此时离合器超越。到位后，液压马达反转， 小车后退，同时小车皮带驱动辊上的齿轮在离合器作用下由齿条驱动，驱动辊带动 皮带正转；因为驱动辊轴上齿轮的节圆直径与驱动辊直径相同，从而保证了装板小 车的向前皮带线速度与小车后退的线速度相同，于是皮带上的板坯在与热压板的相 对速度为零的条件下平稳地卸到各层热压板上，与此同时，位于小车前端的铲头将 已压制好的成品板推入卸板机。装卸板原理如图2 4 所示 2 2 4 升降油缸 本油缸属于柱塞式结构，主要由缸体和柱塞及密封等组成，是完成吊笼升降的 动力执行机构。柱塞采用优质炭钢制成，经调质处理，表面镀铬。缸体由无缝钢管 焊接制成。底部用调节螺栓调整。 2 2 5 单层驱动系统 单层驱动系统由变频电机、圆柱齿轮以及气缸带动的摆动齿轮组成。摆动齿轮 与气缸联在一起，当需要单独向每一层皮带上装板时，摆动齿轮与驱动辊齿轮啮合， 启动电机，摆动齿轮带动驱动辊传动齿轮旋转；当板坯运送到皮带上合适的位置时 在光电开关控制下停止，此时摆动齿轮停止转动，电磁阀换向，气缸伸出，摆动齿 轮与驱动辊主传动齿轮脱开，由于采用变频电机，速度可以调节，从而可以调节到 装板小车皮带的线速度与前一工位的加速皮带运输机的皮带线速度同步。 同济大学工程硕士学位论文 123456 78 图2 4 装板小车装卸板示意图 1 驱动辊2 调偏辊3 毛坯板4 皮带5 被动辊6 铲头7 热压板8 成品板 2 2 6 安全销机构 安全销机构主要由销轴，气缸和限位开关等组成。销轴与气缸活塞杆联接在一 起，由电磁换向阀的气控回路来完成销轴的伸出与缩回动作。安全销伸出时插入机 架立柱上销孔内，用于防止因为停电、液压油泄漏等因素而造成吊笼的向下坠落， 对设备造成不必要的损坏。 2 2 7 直线导轨机构 直线导轨机构是用来保证吊笼升降时四角平稳升降，以免发生倾斜，用四根链 条的同步来控制吊笼的升降动作。主要由辊筒、同步链轮、导向杆等组成。 2 2 8 主传动机构 主传动机构由一对液压马达、圆锥伞齿轮传动箱、主传动轴、联轴器、传动齿 轮等组成。 圆锥伞齿轮传动箱用齿式联轴器与主传动轴相联，每根主传动轴上的1 5 只齿 轮与各自对应的小车侧架上的齿条相啮合，当需要装板时，油马达启动，经过螺旋 伞齿轮箱带动主传动轴旋转，因为两边主轴同步，所以装板小车平稳的进入( 退出) 热压机。传动结构简图如图2 5 所示。 同济大学工程硕士学位论文 图2 5 小车传动结构图 1 液压马达2 联轴器3 减速箱4 联轴器5 液压马达支架6 吊笼7 联轴器8 传动轴 9 小车进出传动齿轮1 0 三通1 1 油管1 2 皮带进板传动齿轮1 3 。皮带驱动辊1 4 支架 1 5 超跃离合器1 6 小车托架1 7 驱动辊传动齿条1 8 小车行走轮1 9 小车进出传动齿条 2 2 9 液压系统 由变量泵、定量泵、叶片泵、双出轴电机、蓄能器、阻尼插件、叠加阀、电液 比例换向阀、溢流阀、单向阀，油箱、管路等组成。 2 3 装板机的工作原理 装板机吊笼及小车托架、小车等部件属活动机构，随油缸上下移动，装板小车 的数量与热压机的层数相同，通过提升或下降吊笼，就可以接纳由高速皮带运输机 运来的板坯，这种动作是在装板小车处于工作位置，并且皮带线速度与高速皮带运 输机的输送线速度一致时方可实现。将板坯送到小车皮带上的动作是靠驱动辊一侧 的单层驱动装置来完成的，单层驱动上的摆动齿轮在气缸作用下分别与每层小车驱 动辊上的正向传动齿轮相啮合时带动皮带旋转，从而完成将板坯从高速皮带运输机 送到装板小车皮带上的输送动作。 同济大学工程硕士学位论文 装板机吊笼是按一定顺序来升降装板的，首先装第二层，然后依次是第四层、 第六层、第八层、第十层、第十二层、第十四层、第十五层、第十三层、第十一层、 第九层、第七层、第五层、第三层、第一层。当吊笼处于将板坯送入热压机工作高 度时，在电磁阀的作用下由气缸驱动安全销( 共四只) ，将其同时插入立柱上各自的 销孔内，这样就将吊笼高度位置锁定。以防油缸泄露或者断电引起吊笼的失控下滑， 防止意外事故的发生。向压机装板时，启动液压马达，液压马达驱动减速箱、由减 速箱将动力传给主传动轴，主传动轴上的齿轮带动小车侧架上的齿条向前运动，从 而带动小车进入压机，进入压机时，装板小车铲头将压机内已经压好的成品板推入 卸板机；达到行程终点时，液压马达反转，小车从压机退出，同时装板小车上输 送皮带在超越离合器的作用下向前运转，板坯合速度为零，故停留在下热压板上。 装板工艺顺序如图2 6 所示。 第2 层 _ 一第4 层卜一第6 层h 第8 层h 第1 o 层 第11 层卜卜一第1 3 层 i 一第1 5 层h 第1 4 层h 第1 2 层 第9 层 一第7 层 - 一第5 层h 笫3 层h 第1 层 图2 6 装板工艺顺序 2 4 小车工艺参数计算 单层小车重1 3 5 0 k g ，经过铺装与预压的板坯规格为假定为1 2 2 0 x 2 4 4 0 x 1 3 0 r m n ，每次两张板，板坯重9 5 k g 张，总重2 0 3 0 0 k g ，小车部分总重2 3 0 0 0 k g ， 小车移动行程s = 6 m , 移动工作速度v - - 6 0 m m i n ， 控制过程时间1 2 s ( 往返) ，速度时间工艺曲线如图2 7 所示： 同济大学工程硕士学位论文 图2 7 小车速度时间曲线 工作时间设定：3 0 0 x 2 2 5 h a ，( 符号意义：卜小时，r 年) 马达停1 s 后又应反向启动，这一工作循环时间应在1 3 s 左右，此后将在制动状 态下停留2 0 0 - - - 2 2 0 s ，最高3 0 0 s 后进行下一循环。 计算：运动起点到热压板距离为5 8 5 m m a l = 堕 a 2 - - o 5 t 3 堕 f 3 a 3 = 1 5 - v 曲 t s = ( 0 7 5 + 0 5v l n i n ) t s 堕 西 一l岛 毛 等 h 2 二k 4 一 l t 2 一： t b扣m = 盘 = = = 同济大学工程硕士学位论文 s = l 4t l + o 5t 2 + t 3 + 1 5t 4 + ( o 7 5 + 0 5v m i n ) t 5 t - t l + t 2 + t 3 + t 4 + t 5 = 6 s l + s 2 = o 5 8 5 取v m i n = o ，a l = a 2 - - a 3 = a 2 4 1 装板机吊笼升降速度的确定 已知热压周期为4 分钟，加速运输机皮带速度为6 0 r e r a i n ，装板机中皮带速度为 6 0 m m i n ，由于1 5 层板坯必须在4 分钟内从加速皮带运输机，经过装板机、装板小 车、装入压机。 根据计算得到装板机吊笼升降速度： v = 2 1 m m i n 。 2 4 2 装板小车皮带驱动功率的确定： 根据公式： n = f ( l + l o ) ( 0 0 6 , ov + q ) 3 6 7 n 3 3 式中：哺输部分摩擦系数，f = o 0 3 ； 卜冰平运输距离，l = 6 m ； 愀平运输距离修正长度，l o = 3 6 m ； 物料以外运输部分重量，= ll o k g m ： v 二胶带运输机速度，v = 6 0 m m in ； q 胶带运输机输送量，q = 1 4 0 t h ； t l 传动系统效率， t l = 0 8 。 计算得：n = 2 0 2 k w ，实际选用3 k w 电机。 2 4 3 驱动装板机小车进出压机所需功率： 由两项组成，可由表达式：n = n ，+ n ：表示 式中：n ，一驱动装板机小车胶带运输机所需功率，n = 2 0 2 ( k w ) n 广驱动整台小车运动所需功率， n 2 ：( g + g o ) o2 v j 6 1 2 0 r l 。 同济大学工程硕士学位论文 卜整台小车重量，0 = 1 3 5 t 卜块板坯重量，6 0 = 0 0 9 5t d 广小车行走阻力，o2 - 1 0 0 0 ( 0 1 d 2 + o 0 5 ) d 卜小车轮轴直径，d = 2 5 c m 卜小车轮子直径，i ) = 9 c m v 广小车运动速度，v 2 = 6 0 m m i n ； t t 运行装置机械效率，i i = o 8 。 计算得：n 2 = 0 5 9 k w 所以n = o 5 9 + 2 0 2 = 2 6k w 1 5 层小车进压机所需功率：，n 詹= k 1 5 式中；k 安全系数jk = i 5 n 篁= 1 5 1 5 x3 1 = 5 8 5k w ，实际配套液压马达功率7 5 k w 。 鉴于目前国内双出轴液压马达为非标产品，加工定作费用高，使用不是很成熟， 故选用3 5 k w 单出轴液压马达两只，中间用万向联轴节联接从机械上保证两个马达的 同步。 同济大学工程硕士学位论文 第3 章液压系统的设计 3 1 液压系统的结构和组成 热压机组的液压系统包括热压机油缸升降系统、装板机液压系统、卸板机升降 系统等几个主要部分组成；其中压机柱塞油缸升降采用插装阀组控制；装板机液压 系统主要由油缸升降系统，装板小车进出压机液压马达传动系统以及冷却过滤系统、 气液蓄能器、油箱和管路等部分组成。装板机油缸升降系统采用插装阀和比例溢流 阀控制，装板小车进出压机系统采用插装阀组和电液比例换向阀控制。热压机组液 压系统组成框图如图3 1 所示。 图3 1 热压机组液压系统组成框图 3 1 1 装板机液压系统 装板机油缸升降液压系统由两路油源组成：压力补偿变量轴向柱塞泵 ( 2 5 0 y c y l 4 一i b ) 、叶片泵( y b d 3 5 5 ) 和一双出轴电机( y 3 1 5 m 1 6 一b 3 ) 组成一路油源， 另一路由定量泵( 2 5 0 m c y l 4 1 b ) ，叶片泵( y b - d 3 5 5 ) 和一双出轴电机( y 3 1 5 m i - 6 - b 3 ) 组成油源，两路油源一起给装板机油缸上升提供动力油源；同时它还是给蓄能器充 油和压机闭合时快速充油的动力源之一，由阻尼插件、叠加式阀和电液换向阀组成 不同的压力等级来满足系统工艺流量要求，根据需要有两级和三级调压，单向阀的 作用是防止泵倒吸。 装板机上升的快慢由比例节流插装阀调节，下降由带有电磁换向阀作为先导控 制的基本插件( d n 5 0 ) ，比例节流插装阀( t d a l 0 9 7 e 4 0 l a f ) 和溢流插装阀参与，其 同济大学工程硕士学位论文 中比例节流插装阀还控制装板机下降速度；装板小车的进出压机的速度加减速和小 车的换向由电液比例换向阀( d 4 l f w e 0 2 f c ) 控制液压马达的输出流量来完成。 装板机升降速度通过调节液压泵流量和比例节流插装阀的开口来控制。 装板机液压系统原理图如图3 2 所示。 装板机液压系统电磁阀动作顺序表如表3 1 所示。 3 1 2 卸板机液压系统 卸板机液压系统由压力补偿变量轴向柱塞泵( 2 5 0 y c y l 4 - 1 b ) 、叶片泵( y b - d 2 5 0 ) 和一双出轴电机( y 3 1 5 m 1 - 6 - b 3 ) 组成提供油源。由阻尼插件、叠加式溢流阀和电磁 换向阀组成不同的压力等级来满足系统工艺要求，根据需要有两级和三级调压。 卸板机液压系统原理图如图3 3 所示。卸板机电磁阀动作顺序表这里省略。 3 1 3 热压机液压系统 热压机液压系统由压力补偿变量轴向柱塞泵( 4 0 0 y c y l 4 - 1 b ) 、叶片泵( y b d 3 5 5 ) 和一双出轴电机( y 2 - 3 1 5 s 一6 p _ b 3 ) 组成油源，共三部分。由压力补偿变量轴向柱塞 泵( 2 5 0 y c y l 4 一l b ) 和电机( y 2 8 0 m - 6 p _ b 3 ) 组成一路油源，另外还有装、卸板机的 油源和蓄能器油源为压机油缸提供动力油源。热压机油缸的升降由插装阀组和位移 传感器等联合控制。 当液压泵压力达到能克服负载阻力时，热压板开始上升，同时两个低压蓄能器 通过打开巾1 2 5 通径的插装阀给主油缸充油。在此过程中，除了循环冷却系统和控制 系统中的泵不参与给压机油缸供油外，所有的柱塞泵和叶片泵全流量输出，供大油 量给油缸，使热压板快速上升，直至加到4 m p a ，此时通过压力传感器逐步切除叶片 泵供油，随着柱塞泵压力不断改变，相应压机压力也继续上升，当柱塞泵输出的油 液压力调整到压力继续上升一直达到2 5 m p a ，在此压力后压机开始进入保压阶段，电 磁换向阀控制的所有柱塞泵不再给压机供油，压机处于保压状态；保压一段时间后， ( 保压时间一般根据所压制的板材工艺决定) 压机开始卸压( 根据经验卸压一般不 能一次完成，否则将出现板材芯部爆裂现象) 、补压、再保压，这一过程长短由工艺 决定。保压结束后控制回油插装阀通断的电磁换向阀开始通电，压机开始下降，压 同济大学工程硕士学位论文 机下降速度快慢是通过控制回油插装阀输出不同流量决定，液压油流回油箱，压板 快速分开，完成一个热压工作循环。 热压机工作过程： 在压机快闭阶段，控制插件的电磁换向阀( 包括控制装板机油缸升降、卸板机 油缸升降的电磁换向阀) 得电，所有压力油( 除了控制油路) 全部向主油缸供油； 同时蓄能器中的低压油通过控制电磁铁2 0 y 、2 1 y 、2 2 y 得电使通径d 1 2 5 的插装阀 主阀阀芯打开，压力油也进入压机主油缸。随着压力不断升高，叶片泵也开始被切 除，到了保压阶段，参与油缸工作的柱塞泵卸荷，换向阀电磁铁断电。在保压一段 时间后，卸压、慢卸、则3 9 y 得电。快卸3 8 y 得电，卸压后补压，1 y 得电，补压之 后转为保压、再卸压、快降( 3 4 y 、3 5 y 、3 6 y 、3 7 y 得电) ，慢降( 3 7 y 得电) 。慢闭 阶段，蓄能器中的油不参与工作。 热压机液压系统原理图如图3 4 所示，热压机电磁阀动作顺序表这里省略。 同济大学工程硕士学位论文 升降油缸 小车马达 图3 2 装板机液压原理图 1 7 同济大学工程硕士学位论文 油泵电动机 1 0 y 21 1 y1 2 y 1 1 2 y 21 3 y 1 4 y 1 5 y 2 4 y 7 撑 错 装板机快升 装板机慢升 + 装板机升停止 装 油马达装板进：低速启动 板 加速匀速运动，减速停止 + + 机 油马达装板退：低速启动 加速匀速运动，减速停止 + 装板机快降 装板机慢降 + 装板机降停止 2 5 y2 6 y2 7 y 12 7 y 22 8 y 12 8 y 22 9 y 3 0 y 3 l y 3 2 y 装板机快升 + 装板机慢升 + 调整 + 装板机升停止 电流 油马达装板进：低速启动 + 装 加速匀速运动，减速停止 +调整+小车退 电流备用 板 机 +4 - 油马达装板退：低速启动 加速匀速运动，减速停止 + 调整 + 小车退 电流各用 装板机快降 + 装板机慢降 +调整+ 装板机降停止 电流 表3 1 装板机电磁阀动作顺序表 - 1 8 同济大学工程硕士学位论文 图3 3 卸板机液压原理图 卜油箱2 液位计3 一空滤器4 一永久性磁铁5 一电接点温度计6 - 液位发讯器7 一柱塞泵1 1 - 叶片泵 1 8 一电动机2 5 - 压力表开关2 6 、2 7 一压力表3 0 、3 1 - 碟阀4 5 、4 6 、4 7 - 插件5 3 一节流盖板5 4 - 插件 7 9 - 电磁球阀8 0 、8 1 、8 2 一电磁换向阀8 3 、8 4 、8 5 一溢流阀9 1 - 节流盖板9 6 一单向测压盖板 9 7 一球阀9 8 - 换向控制盖板1 0 3 - 节流盖板1 0 8 - 压力传感器1 0 9 - 球阀1 1 0 - 换向控制盖板 同济大学工程硕士学位论文 鲣机蚰 圈3 4 热压机液压原理图 卜油箱2 一液位计3 一空滤器4 一永久性磁铁5 一电接点温度计6 一液位发讯器7 一柱塞泵8 一电动机 2 0 同济大学工程硕士学位论文 9 - 柱塞泵1 0 、1 1 - 叶片泵1 2 、1 3 、1 4 - 柱塞泵1 5 一叶片泵1 6 、1 8 - 电动机2 0 - 安全阀 2 2 - 回油滤油器2 3 - 板式冷却器2 4 - 水管道过滤器2 5 - 压力表开关2 6 、2 7 - 压力表 2 8 - 电接点压力表2 9 压力变送器3 0 、3 1 - 碟阀3 2 - 截止阀3 3 - 吸油滤油器3 4 一压力补偿器 3 5 - 手动球阀3 7 、3 8 - 减震喉3 9 - 安全阀4 0 一管路滤油器4 1 - 安全阀4 2 - 闸阀4 3 5 2 - 插件 5 4 - 安全阀6 8 一浮球式液位计7 0 _ 截止阀7 1 、7 2 直通式球阀7 3 - 充气接头7 充放气工具 7 5 - 单向阀7 6 一溢流阀7 7 电磁换向阀7 8 - 节流阀7 9 - 电磁球阀8 0 、8 1 - 电磁换向阀 8 3 、8 4 、8 5 一溢流阀8 6 、8 7 一节流阀盖板8 8 - 双压力控制比较盖板8 9 节流控制比较盖板 9 0 一换向节流比较盖板9 1 - 节流盖板9 2 - 溢流控制盖板9 3 、9 5 、9 6 _ 单向测压盖板 9 4 - 溢流单向控制盖板9 7 - 球阀9 8 、9 9 、1 0 0 一换向控制盖板1 0 4 - 单向阀1 0 8 - 压力传感器 1 1 2 一碟阀1 1 3 一电磁换向阀 同济大学工程硕士学位论文 3 2 液压系统主参数的估算 3 2 1 缸径和系统压力计算嘲 一般压制成品板所需的单位压力由用户提出，设中密度纤维板的压制面压为 门 p b5 一k 一。g c m 2 ) 板坯的长度和宽度分别为g p w ，( 单位：c m ) 则板坯的承压面积为 s , = l x w ，压机的总压力p = p b l w ( k g 由 ( 1 ) 设油缸柱塞直径为d ( c m ) ，则单个柱塞面积s b = 靠d 2 4 ，n 个柱塞的总面积为 s = nxs 。如忽略摩擦力，则液压系统最高工作压力p 。应等于压机的总压力除以柱塞 总面积，即： p ：_ p x 9 8 ( p a ) ：p x 9 8 x j l o 一- 6 ( ( 2 ) s积2 4 一般来说压制的板材不同，工艺面压也不同，：往往用户有时要压制高密度板 材，压制高密度纤维板时单位面压取5 7 9 p a ，所以取下限工艺面压 p b = 5 m p a - 5 1 k g c m 2 ，按板质量要求，系统压力取为p = 2 5 0k g c m 2 ，板坯宽度w = 1 3 1 c m , 长度l = 4 9 5 c m 。将以上数据代入( 1 ) 和( 2 ) 式得出： p = p b x l x w - 5 1 x 9 8 4 9 5 1 3 1 = 3 2 4 0 9 5 3 k g d = ， 4 x p x 9 8 x 1 0 4 4 5 0 n w 。 y ，_ i 实际应用中，人造板机械液压系统压力一般不超过3 0g p a ，系统压力一般取2 4 - - - 2 7 m p a 较为适宜。 若计算结果 2 7m p a 时，可适当加大油缸直径，但是缸径也不能过大，因为过 大缸径所需的加工成本高，而且密封件不易选购。 3 2 2 驱动电机功率的计算： 通过( 3 ) 式分别计算各泵驱动电机的功率： n = 垒r 掣婴( 七形) ex i o _ ( 式中：k 为转换系数，一般泵k _ p 二p n ，恒功率变量泵k = o 4 。) p 。为泵的实际最高工作压力( m p a ) ： 同济大学工程硕士学位论文 矾为泵的额定的工作压力( m p a ) ； q 为泵的额定流量( 岔s ) ： n ，为泵的总效率，一般齿轮泵为0 6 0 8 ，叶片泵为0 ：7 5 0 8 5 ，柱塞泵为 0 8 o 9 。 另外在工程计算中还常有一个常用公式： n ：关艘旦( 七矿) ( 4 ) 【6 1 2 , 7 ，1 7 一 i 式中：p 为泵的最高工作压力；( 单位：m p a ) 蕊为泵的额定流量；( 单位：m 3 s ) 由于在热压机的工作周期中，各泵的工作时间都比较短，所以各泵的驱动电机 都可适当过载，过载系数k 可取1 5 - - 2 ，即电机实际功率n 。- n k 。 3 3 泵的选择 根据压机开档、层数和闭合时间计算泵的总流量。 目前，通用的中密度板等人造板多层压机的加压形式多为上顶式，即将油缸固 定在压机下部，工作时油缸的柱塞从下向上推动压板逐步闭合，本文以上顶式压机 为例，说明选泵原则。 按生产线工艺设计确定压机层数、开档、闭合时间等参数，设压机的层数为m ， 开档为h ( 姗) ，闭合时间为t ( s ，若将各种泄露因素忽略，而且假定油不可压缩， 则压机完全闭合时任一个油缸完成的最大行程l = m xh ( 咖1 ) ，油缸到达最大行程所需 充入的液压油体积为v 。= s 。l ，n 个油缸内充入的液压油总体积为v t = n xs b l ，这 警分油液如果全部由泵在t 秒内注入油缸，根据流体力学