比例控制在壓磚機上的應用

20世紀80年代中期，中國開始進口自動壓力磚機，并于20世紀90年代開發(fā)了第一種壓磚機。在初始階段這些壓磚機相對于傳統(tǒng)的機械摩擦式壓磚機有了質的飛躍,但隨著陶瓷工業(yè)技術的不斷進步和發(fā)展,對陶瓷墻地磚全自動液壓壓磚機液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、精確性及易操作性提出了愈來愈高的要求。近幾年來,一些先進、精密的液壓元件在液壓系統(tǒng)中的應用大大提升了整機的工作性能,同時也簡化了液壓系統(tǒng)。這些液壓元件主要有動態(tài)功能插裝閥、比例閥(滑閥式和插裝式)和伺服閥。1采用可靠的泄壓閥動態(tài)插裝閥具有突出的動態(tài)快速響應性能,它主要用于需要開啟和關閉時間很短及保證插裝閥芯可靠關閉的場合。該閥最大使用壓力35MPa,功能符號見圖1,內部結構見圖2。在壓磚機的加壓閥組中,用來控制泄壓和加壓(泵壓)的閥要求開啟、關閉非常迅速而且可靠,用該閥很合適。SACMI680、980及2000系列壓磚機及國內科達、力泰、海源等公司生產(chǎn)的壓磚機均選用了該閥,局部油路如圖3所示。在實際應用中該閥的開啟和關閉與A口和B口壓力無關,不受這兩個油口壓力波動的影響。很明顯,該閥芯在閥套中相當于一個雙作用活塞,通過給大腔或小腔通壓力油就可實現(xiàn)活塞的雙向運動。所以當把控制油供給CA或CB油口時就可實現(xiàn)閥芯非常可靠的關閉或開啟;閥芯的移動也不受主流量即A、B油口通流量的影響,從而實現(xiàn)平穩(wěn)而準確的動作。該閥和其他同規(guī)格的插件可以完全互換,如對性能要求有不同側重點時,可選擇不同的閥芯形式(見圖2),當內泄要求很嚴格時可選用閥芯有密封的形式,當要求小滯環(huán)快速動態(tài)響應時可選閥芯無密封圈的型號ZDN105。傳統(tǒng)的泄壓及中壓加壓控制的一種油路如圖4所示,為了實現(xiàn)閥1的可靠關閉,比用動態(tài)插裝閥多了一個電磁閥2和一個插裝閥3,而且在工作過程中插裝閥3的反應速度將直接影響加壓壓力的穩(wěn)定性,插裝閥4的泄壓速度及啟閉可靠性均不及動態(tài)插裝閥。由此可見,對于壓磚機中的泄壓及中壓加壓控制,用動態(tài)插裝閥不僅啟閉可靠,動作靈敏響應快,與常規(guī)插件可完全互換,而且大大簡化了液壓系統(tǒng)。2比例電磁鐵線圈比例控制技術的基本原理及特點在相關資料中均有詳細地描述。在此僅對比例閥在壓磚機中的具體應用作一個論述。在壓磚機中主要的運動有喂料車的推磚布料運動,活動橫梁的往復運動及頂出裝置的升降運動。傳統(tǒng)的喂料車油路大都采用電磁閥加節(jié)流閥控制油馬達的轉速,再通過曲拐推動料車運動,一種油路如圖5所示。隨著比例控制技術在壓磚機中的應用,LAEIS公司在80年代末就在ALPHA600型壓磚機上使用了電磁比例閥,用于料車油馬達的回轉運動。SACMI公司90年代初已在2000系列壓磚機上開始使用電磁比例閥,用于控制料車油馬達的回轉運動。國產(chǎn)壓磚機從90年代中期才開始采用電磁比例閥來控制喂料車油馬達的回轉運動。一種用電磁比例閥控制喂料車油馬達的油路圖如圖6所示。各個公司這部分油路基本相同,圖中電磁閥①控制油馬達的啟動和停止,電磁比例閥⑤控制其速度變化。當PLC發(fā)出控制指令經(jīng)D/A轉換后,輸出模擬電壓信號送到比例放大器,比例放大器將電壓信號轉換成電流信號送至比例閥的比例電磁鐵線圈,產(chǎn)生成比例的電磁力驅動閥芯運動直到與彈簧力平衡,閥芯就停在某一位置,從而決定了比例閥的過流面積及過流量,進而決定了馬達的轉速。比例閥帶有位移傳感器,用于檢測閥芯的位置,并輸出電信號給比例放大器,對其位移進行反饋控制。油馬達帶動喂料車曲柄回轉,再通過正弦機構轉換成喂料車的直線往復運動。喂料車的位置由增量式角度編碼器檢測,在控制鍵盤和顯示器上可將喂料車前后往復運動的行程任意分成8個區(qū)間,并可設定每個區(qū)間速度的大小,從而實現(xiàn)喂料車慢進、快進、快退、慢退4級速度。使用電磁比例閥可使這4級速度之間的轉換更加平滑,滿足推磚、布料的工藝要求,提高壓制出的磚坯質量。對于壓磚機動梁的運動,有代表性的傳統(tǒng)控制方式有2種,一種是SACMI公司采用的機械行程減速閥來減速,油路圖如圖7所示;另一種是大部分公司所采用的接近開關控制電磁閥,關閉快速通道,另排油通過節(jié)流閥,油路圖如圖8所示。這2種控制方法油路較復雜,液壓元件數(shù)量多,速度切換也不太平穩(wěn)。用比例閥控制動梁的升降最有代表性的是LAEIS公司的壓磚機,因LAEIS壓磚機主缸為柱塞缸,只能靠自重向下運動而不能向上運動,其主活塞的提升是靠輔缸來提升的。液壓油路如圖9所示,輔缸電液比例閥18和插裝閥29通過控制單元來控制輔缸活塞上下運動。插裝閥29通過控制輔缸下腔的進油、排油來控制動梁的升降。該比例閥是一種電磁先導的電液比例閥,該閥的控制動作原理和前面所提到的控制油馬達的電磁比例閥基本相同。從1998年開始,科達公司的KD3200壓磚機首先采用了插裝式比例閥控制動梁的運動,該閥的功能符號如圖10所示。控制動梁運動的部分油路圖如圖11所示,上升時YV10、YV11同時得電,下降時YV10、YV9同時得電動作。該閥滿足了雙向的流量比例控制,而且設計成關閉時零泄漏,加速和減速要求可用閥控制板上的斜坡電位器現(xiàn)場調整,并可在現(xiàn)場調整“死區(qū)補償”和“增益”的設置,這樣可以做到既運行平穩(wěn)又反應靈敏,有效地控制動梁的快速下降、減速、慢速上升、終點減速及排氣時動梁的抬起等。在閥的控制放大器面板上有信號監(jiān)測點,對故障診斷非常方便,該閥是帶位置反饋的電液比例閥,其比例電磁鐵帶有內置的位移傳感器,構成小閉環(huán)回路。工作時位移傳感器準確測定閥芯的行程并向比例放大器發(fā)出反饋信號。比例放大器將輸入信號和反饋信號加以比較,再向比例電磁鐵發(fā)出糾正信號以補償誤差,這樣便能消除液動力等外部因素的干擾。保證準確的閥口升度,從而平穩(wěn)、準確地控制動梁的各種速度。綜上所述,用比例閥控制喂料車及動梁是壓磚機油路的發(fā)展方向。其使速度調節(jié)更為方便,并且任意區(qū)間速度可以無級調節(jié),速度之間的轉換非常平穩(wěn),提高了控制精度,簡化了液壓系統(tǒng)。3伺服閥控制下模的控制伺服閥全稱為電液伺服閥,是一種接受模擬量電控信號,輸出隨模擬量電控信號大小及極性變化且快速響應的模擬量流量壓力的液壓控制閥。與電液比例閥相比較電液伺服閥具有快速的動態(tài)響應性能及良好的靜態(tài)特點,分辨率高,滯環(huán)小,線形度好,尤其是控制精度和重復精度極高。采用伺服閥一般都采用閉環(huán)控制,其控制系統(tǒng)方框圖如圖12所示。1992年SITI公司03系列壓磚機就采用了伺服閥來控制喂料車和動梁的往復運動,控制料車的閥型號為:D633-357A(穆格公司),控制動梁的伺服閥型號為:1200t以下壓磚機用D662-3902E,1500～2800t壓磚機用D663-3901E,3200t以上用D664-3703E。用伺服閥來控制喂料車和動梁的運動,基本油路和控制原理與用比例閥控制是基本相同的。但同比例閥相比,用伺服閥控制定位更加準確,運動更加平穩(wěn),反應也更加靈敏。近年來隨著陶瓷工藝發(fā)展的需要,對壓磚機的頂出裝置提出了更高的要求。首先壓磚機的頂出裝置要能夠實現(xiàn)多次上升和下降,而且每次上升、下降的定位要非常準確,上升和下降的速度可無級調節(jié)。在喂料車前進、后退的過程中要求頂出裝置能夠和它緊密配合,使布料更加均勻。而一般傳統(tǒng)頂出裝置是由電磁開關閥來控制的,要實現(xiàn)頂出裝置的多次上升、下降和準確定位,機械部分就需要多組油缸,制作比較復雜,而且根本無法實現(xiàn)和喂料車的互相協(xié)調,而用伺服閥控制頂出裝置完全能夠解決這些問題。在SITI公司05和08系列壓磚機中首先用伺服閥來控制下模的升降,取得了非常好的效果。油路如圖13所示,其中①為伺服閥,3200t以下壓磚機型號為D662-3902E,4200t以上壓磚機為D663-3901E;②為一個液壓同步器保證4個頂出缸同步,下模的升、降靠專用位移傳感器檢測,同時把檢測信號送至伺服控制器,從而形成一個大閉環(huán)的位置控制,又可實現(xiàn)速度無級調節(jié)。采用這種控制方式,可以把頂出和喂料車緊密結合起來。當喂料車喂料時伺服閥可以控制下模芯,按照預設好的程序處于一種浮動狀態(tài),即在喂料不同位置完成微量的上升和下降,從而補償喂料車引起的喂料不均勻現(xiàn)象,大大提高了壓制產(chǎn)品的質量。應該說在這方面SITI公司的壓磚機是最先進的,國內外其他壓磚機均未達到這個水平。而SACMI公司的PH4200、PH4600、PH7200壓磚機也用伺服閥控制下模的升降,油路圖如圖14所示,兩個伺服閥YV22A、YV22B分別控制兩組串聯(lián)缸,兩個伺服閥分別由兩個伺服放大卡控制,再利用一個兩軸的同步控制器來協(xié)調兩個伺服放大卡控制兩個伺服閥,從而保證兩組串聯(lián)油缸同步。伺服閥YV304A、YV304B及減壓閥166是用來消除每次的同步誤差。4國產(chǎn)壓磚機在國外的應用效果綜上所述,新型液壓元件、動態(tài)插裝閥電液比例及伺服控制技術能