金属屑压块机液压系统设计

金属屑压块机液压系统设计

陈静

浙江晶鸿精密机械制造有限公司

摘要：在机械加工过程中会形成大量的金属屑，为有效的进行对金属屑的管理和使用，人们研制出了适合于金属屑压制的液压装置，将金属屑压缩成相应大小的块状，便于收集和回收利用。采用3D可视化设计方式，对液压控制单元的内部通道进行了优化设计，使阀块容积最小，尽量减少了安装空间，建立合理的液压控制回路，经过筛选并算出正确的液压控制部件技术参数，检测液压控制控制系统的特性，从而实现了液压站的总体结构设计。液压控制系统基本原理单一简便，制作费用低，灵活且便于应用。研究成果也为中国废旧金属回收企业的发展提供了借鉴。

关键词：金属屑压块机；液压系统；结构设计

引言：近年来，由于企业环境保护意识的提高，金屑加工装置的产品使用量增大。为进行废旧金属的循环再利用，高效废旧金属处理装置的研发引起更多企业的重视。金属屑压块机，是指对金属屑进行挤压成形的机械铸造装置。液压机构是整个金属屑压块机制造过程的关键部分，主要进行压盖、挤压、推压等操作。本文重点研究的液压系统原理简单，部件少，价格便宜，操作方便，是废旧金属回收厂的理想选择。

一、金属屑压块机的机械结构

压块机的基础机械结构，是压块机赖以完成各种特性任务的物质基础和保证，是系统的特殊执行结构，对整个压块机械的稳定性和灵活性起着十分关键的影响。关于压块机械的进一步运动学研究。在设计压块机的机械构造时，首先要明确的研究对象，即压块机械的构造尽量紧凑轻便，安全性高，实用性强，操作效率高。这些要求与压块机的设计、系统质量、液压性能和性能设计密切相关。 整个框架为长方形，具体结构如图1所示。

图1  金属屑压块机结构示意图

（一）金属屑压块机部分

金属材料屑压块机由机架组成部分、压块组成部分、油缸组成部分、液压系统组成部分和电器部门等构成。压块机机架组成部分主要由底座、前梁、水平拉杆等构成，前梁是整体铸铁件结构，和钢管连接件一样，大大提高了机械设备总体的工作稳定性能和寿命。而金属材料屑压块机机架控制系统则是整套压块机的基础机构，它一面与液压控制机构协同实现控制器发来的控制指令，而另外一方面整座机架要为供电模块系统，感应器模块系统，驱动器模块系统等机械设备提供安装定位。所以，压块机机架性能的好坏对整车压块机系统起着至关重要的影响。压块机械压块部分内容主要由弹斗、压料套、导向套、料筒等机械零部件所构成，金属屑在进行压实过程后，产生了高密度的机械压块。

（二）液压部分

压块机的液压控制系统部分，主要由气缸、内置阀板、恒压水泵、补液罐等组成。液压系统是大横径压块机中压块生产的主要机构，这直接影响到切屑块的制造质量，以及能耗和生产率，由此甚至压力也影响到块机工作的稳定性。液压系统中装有旁通阀，防止上系统过载，各缸的双向运动由电磁换向阀进行，主压缸可由液控单向阀维持。

二、金属屑压块机的发展前景

中国传统制造业领域的信息化技术改革，是中国民族制造业发展的主要方向。在北部大力推动产业化，并伴随产业化同时推动信息化发展，走新兴产业化道路，从而实现从传统制造业向“智能制造”的过渡，是为增强我国企业主动能力、实现产业转型的必然需要，这也是国家通过信息化技术改革传统产业的重要战略决策。其本质是通过运用先进的计算机技术和主动技术创新，在行业竞争中获得了新的优势地位。在对金属屑的加工再处理中，传统的金属屑压块机具仍有许多不足，包括压块产品质量不稳，加工智能化程度较低。为克服这种问题，压块机械公司必须进一步深入研究设计，制定并完善加工安全措施，以进一步提高金属屑压块机械的加工智能化程度，并提高工作环境，最大限度节省人力和物力。其最关键的贡献是，运用计算机技术对金属屑压块机械的管理系统加以了现代化和完善。随着资源能源的紧缺和环保要求的提高，越来越多的节能减排产品被生产出来，废金属压块机就是其中之一。既减少了环境污染，又便于运输。中国的金属片成型机市场发展机遇大，投资价值高，对环保与节约有着很重大的意义。由此可见，金属屑压块机有着极大的潜力和巨大的市场[1]。

三、液压系统设计分析

（一）液压系统

金属屑压块机一般为双缸压制，包括卧式主液压缸和立式副液压缸。由于金属在压实过程中，切屑由疏松转为紧密，所以主液压缸包括轻夯和重压二种工序，节约了操作费用，也大大提高了工作效率。辅助液压缸在对金属的切屑挤压过程中需要维持气盖板压，于是通过液控单向阀来维持气压回路，辅助液压缸则处于自重下。所提供的液压装置的运行原理如图2显示，所采用的液压单元见表1。

图2  液压系统原理

表1  液压元件型号

图2中，止回阀2、3在保护液压泵的同时防止油回流；高压油管和低压油管是分开的，电磁旁通装置6调节系统中的压力。当压块保压时，液压泵卸压，从而更智能地利用系统的动能；电磁换向阀7、13油流方式，Y型空档功能可使液控单向阀具有良好的阻断作用，当主液压缸处于高压状态且压力超过压力单元所要求的设定点时，压力开关8向磁体溢流发出信号。双齿轮泵和液控止回阀 10、15分别组成了二条支路的保压及供电回路。

（二）液压系统工作原理

图二中显示的液压控制系统工作流程为:(1)系统工作时，电磁铁5YA接通，使电气溢流阀六由卸荷位置变为正常，为控制系统供给能量；(2)当电磁铁结构的四YA接通时，经换向阀十三转换至左位，双连齿轮泵一通过换向阀13、液控单向阀十，向协助气缸十一的无杆腔供油，气缸杆下落，有杆腔油液经单向顺序控制阀十二和换向阀十三流回油缸，从而完成对辅助气缸十一盖压动；（3）当电磁铁结构一YA接通时，通过换入阀七转换至右位，与双连齿轮油泵一同时经过换入阀7、液控单向阀十五，同时向主油缸九的无杆腔供油，其油缸杆突出，以实现系统在主油缸的最轻负荷下高速运行，当内部金属屑逐渐被压实，控制系统内的压力将逐渐上升，当超过外控卸荷过程阀四的调定压力范围时，卸荷过程阀四突然启动，低压或大流量的泵油液体将通过卸荷阀四流回油缸，此时，小流量高压泵通过止回阀五就可以直接向主液压缸九的无杆腔供油，从而使主液压缸过载或低速工作。(4)当电磁铁结构的二YA通电时，将换向阀七转移至左侧位置。双齿轮泵通过切换阀7向主液压缸第九杆腔供油后，还向液压单向阀15的控制油口供油。无杆腔内的油液经换向阀7和液控单向阀15流回油箱，主液压缸快速回位； (5)最基本的三个YA上电后，切换阀13切换到正确位置，双齿轮泵1通过切换阀13和顺序阀12，向副缸杆腔供油. 11，同时向液控单向阀10的控制油口供油。控制单向阀10打开，活塞杆快速缩回，无杆腔内的油通过液控单向阀流回油箱[2]。

四、液压系统三维结构设计

（一）集成块结构设计

集成化块作为液压控制系统的中心部分，有利于集中布置各种液压控制单元，节约液压控制单元安装距离，减少管道连接距离，减少系统沿程压力损失，减少液压控制单元复杂性等。该液压控制系统的集成化块工程设计使用三维可视化工程技术，主要采取了如下方式实现:(1)根据液压原理图，最终为所有液压控制部件提供空间方位的选择，遵守连接管路短、少的设计原则;(2)使用三维可视化系统软件，运用3D草图渲染技术，在新闻空间环境中绘制集成化块的管道，其通道连接条件应与原理图要求保持-致，以确保相连和交叉的管道间最小壁厚不低于五毫米，而集成化块的管线布置则如图三所示；(3)检验孔道机器加工可行性，合理优化设计工艺，小机器加工难度，进而减少设计成本；(4)对集成块的表面上进行了孔号标注，以便于模型的后期配置，而集成块装配图则如图三所显示。通过三维图形可视化设计方法在集成块设计中的合理展开，大大提高了设计工作效率，在每一个的设计流程中，都能够及时正确地以空间显示的方法把内部存在的问题及时反映给设计师，从而良好地克服了液压集成块内部厚度问题。

图3  集成块内部管道布局

（二）液压站结构设计

液压站结构采用了泵组和油缸并排设计的侧置式，这种构造方式可以显著提高重联式润滑油泵的吸入稳定性，也更方便了液压设备的维修和配置。液压站三维结构设计如图4所示。其中，集成块通过螺栓固定在一个C形钢支架上，钢支架与油箱上盖板通过焊接方式固定。泵组由Y系列三相异步电动机、双联齿轮泵、弹性联轴器、钟形盘、电机减振器及安装底架组成，泵体可以连接固定二级泵和电机，弹性联轴器将二级泵的主轴与电机轴连接起来。 电动机在底座上连接到减震器 E60，减震器用螺钉固定在单元的下框架上。这种布置既减少了占用空间，又提高了系统的抗冲击能力。

图4  液压站三维结构示意

结论：综上所述，金属屑压块机的液压驱动控制系统具备了原理简易、所需的液压驱动元器件较少、设计成本低、运行简单等优点，可为金属屑回收装置的研制提供了依据。产品设计流程中，将液压系统控制部件集中安装，缩减了管道的连接长度，以大大降低了液压控制系统工作功率消耗，并且可以在主气缸保压阶段，通过使用电气溢流阀将液压泵卸荷，使控制系统的工作电量使用更为有效科学合理。同时通过三维的可视化设计方式，可以准确地把控液压驱动体系的空间尺度和构件布局，可以增强设计者对设计流程的把握程度，也有助于直观地观察工程设计产品，从而提升了产品设计成功率。

参考文献：

[1]刘志刚，邬海龙，谢荣誉，刘薇娜.金属屑压块机的设计研究[J].新型工业化.2016(11)：90-93.

[2]初晓旭，陈文军.压块机液压系统的改进[J].液压气动与密封.2016(01)：167-169.