金向杰，陳欣，陳志翔，汪良強

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全自動液壓制磚機研制

金向杰1，陳欣2，陳志翔3，汪良強4

（1.華北水利水電大學(xué) 工程訓(xùn)練中心，河南 鄭州 450045；2. 黃河水利委員會黃河機械廠，河南 鄭州 450006；3. 華北水利水電大學(xué) 機械學(xué)院，河南 鄭州 450045；4.鄭州三和水工機械有限公司，河南 鄭州 450100）

根據(jù)當前節(jié)能、環(huán)保和廢物利用的先進理念，設(shè)計了一種利用粉煤灰為原料、以液壓系統(tǒng)操作的全自動液壓制磚機。該制磚機機身由三梁四柱式框架結(jié)構(gòu)組成，通過液壓系統(tǒng)操作柱塞實現(xiàn)對模具的操作，將原料壓制成型磚。該制磚機通過與蒸壓其他相關(guān)的生產(chǎn)設(shè)備聯(lián)合使用組成生產(chǎn)線，全部自動化控制和機器人作業(yè)，年產(chǎn)3.6億塊粉煤灰磚，與傳統(tǒng)紅磚相比，節(jié)約了土地，利用了廢物，對保護生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

粉煤灰磚；全自動液壓制磚機；三梁四柱式框架

隨著社會的發(fā)展，對現(xiàn)代工業(yè)提出的要求越來越高，要發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟就要采用綠色資源或者將廢物利用，例如對工業(yè)廢渣、建筑渣土、粉煤灰、電石泥等的再利用。因此，如何保護土地資源、保護環(huán)境、節(jié)約能耗和利用廢料已成為建筑材料改革的需要，也是國民經(jīng)濟、社會環(huán)境和資源協(xié)調(diào)發(fā)展的需要。

下壓（自下向上）框架式全自動液壓制磚機就是在這種背景下研發(fā)出來的一種替代土磚的新型制磚設(shè)備。該設(shè)備利用粉煤灰、工業(yè)廢渣和建筑物土渣等為原料，制作墻體產(chǎn)品，具有環(huán)保、節(jié)能，集液壓、電控、機電一體化的功能，通過更換模具即可生產(chǎn)各種規(guī)格型號的新型墻體產(chǎn)品。

1 結(jié)構(gòu)組成

全自動液壓制磚機的結(jié)構(gòu)如圖1所示。主機機架結(jié)構(gòu)選擇四柱框架式結(jié)構(gòu)，在框架式結(jié)構(gòu)中采用高強鋼絲預(yù)應(yīng)力纏繞方式，可大大減少設(shè)備總重，降低制造成本。該壓式主油缸固定于機座上，柱塞和主滑塊連接，下模頭固定于主滑塊上。下橫頭液壓作用于柱塞后，產(chǎn)生上、下動作，壓制磚坯。

圖1 全自動液壓制磚機結(jié)構(gòu)示意圖

2 工作原理

全自動液壓制磚機工作原理主要體現(xiàn)在由布料斗、承壓塊、夾磚機械手組成的集布料、壓制、夾磚三工位于一體的布料車上，下壓式磚機所具有的更安全，一機多用，快捷換模具，適合多孔磚、空心磚、小型空心砌塊，物料適應(yīng)性強等優(yōu)勢也主要由三工位布料的下壓式工作原理體現(xiàn)。

具體工作過程如下：

（1）混合料進入三工位布料車（由布料斗、承壓塊、夾磚機械手組成的集布料、壓制、夾磚三工位于一體的布料車）的布料斗（如圖2（a）所示）。

（2）布料車油缸將三工位布料車推進兩個工位至布料工位，這個時候料斗處于模具的上方等待下一工位布料，料車架上有攪拌器，可快速布勻物料（如圖2（b）所示）。

（3）布料車油缸將三工位布料車拉回一個工位至壓制工位，此時承壓塊在模具上方，壓制油缸按分階段加壓的方式將模具中的物料壓制成型（如圖2（c）所示）。

（4）布料車油缸將三工位布料車再拉回一個工位至夾磚工位，此時夾磚機械手在模具上方，夾磚機械手夾住從模腔中頂出的磚坯，同時下一批混合料進入三工位布料車的布料斗（如圖2（d）所示）。

（5）布料車油缸將三工位布料車推進兩個工位至布料工位，夾磚機械手將壓制成型的磚坯送出主機，并平穩(wěn)放在輸送皮帶機上。此時布料斗在模具上方，進入下一壓制循環(huán)（如圖2（e）所示）。

（6）輸送皮帶傳送磚坯到碼坯機工作區(qū)域，碼坯后，由機械手臂將磚坯碼放到運輸車上，進行蒸養(yǎng)操作消除內(nèi)應(yīng)力。完成布料－壓制－出坯－碼放完整動作循環(huán)。

圖2 工作原理圖

3 主要技術(shù)參數(shù)和性能指標

該全自動液壓制磚機，以電廠粉煤灰為主要原料，摻加適量生石灰、石膏、集料、外加劑等，經(jīng)坯料制備、壓制成型、高壓蒸汽養(yǎng)護而成粉煤灰磚（規(guī)格有240 mm×115 mm×53 mm和200 mm×100 mm×530 mm兩種），具有強度高，耐久性好等特點。產(chǎn)品性能符合文獻[3]要求。生產(chǎn)后須堆放養(yǎng)護28天以上才能用于砌筑，并按照文獻[4]要求設(shè)計與施工。該磚適用條件及范圍為建筑承重和非承重墻體。該制磚機框架式機身，總體尺寸長×寬×高：5870 mm×5080 mm×4600 mm，預(yù)壓力275 t，最大壓力達872 t，最大行程為500 mm，模具安裝最大尺寸為1160 mm×610 mm，每次成型磚數(shù)為32塊，成型周期為15～20 s，產(chǎn)量為5800～7600 塊/h。具體參數(shù)和性能指標如表1所示。

表1全自動液壓制磚機技術(shù)參數(shù)

項目參數(shù)項目參數(shù) 壓制方式下壓式機身組合框架式 預(yù)壓力/t275最大壓力/t872 最大行程/mm500模具安裝最大尺寸/mm1160*610 成型周期/s15～20每次成型磚數(shù)/塊32 總裝機功率/kW100實際功率/kW70

4 結(jié)構(gòu)特點

（1）壓傳動裝置按照工藝要求動作，主油缸空載時采用重力充液或低壓充液回路，合模升壓時采用恒功率變量柱塞泵直接傳動，施壓速度隨壓力升高而遞減，液壓控制回路能實現(xiàn)以下功能：壓力速度變換、快速卸荷、多次加壓、保壓和排氣調(diào)節(jié)。

（2）模具采用浮動臺方式，壓頭向模具內(nèi)泥料加壓時，浮動臺以1/2的速度反向移動，上下模頭以相同的相對速度對泥料上下兩面施壓，可使磚坯上下密度均勻。真空脫氣裝置用于成形排氣困難的泥料，采用真空模套。真空模套由剛性金屬和橡膠密封罩組成，真空模套用油缸帶動升降，使上、下模頭都在模套內(nèi)工作，工作時真空度可達到80 kPa，使泥料的成形過程處于真空環(huán)境之中。真空系統(tǒng)由水環(huán)真空泵和大容積真空罐組成，通過閥組操縱。維護好密封裝置和過濾器是抽真空成敗的關(guān)鍵。若想提高成形速度，減少施加壓力的次數(shù)，抽真空是一絕佳選擇，避免了因磚坯中存在氣體滯留而造成層裂。

（3）機架采用三梁四柱框架式機架，四根拉桿每一根的預(yù)應(yīng)力達到275 t，機架機構(gòu)抗彎性能強，工作性能平穩(wěn)，強度和剛度符合要求，抗壓能力強。

（4）主機工作臺上下滑動導(dǎo)向形式采用可調(diào)滑塊導(dǎo)向，導(dǎo)向精度高，易潤滑，磨損間隙隨時可調(diào)整，避免了固定滑套導(dǎo)向間隙不可調(diào)，無法對磨損進行補償?shù)娜毕?，始終保證壓制工作臺上下滑動平穩(wěn)流暢，導(dǎo)向準確。

（5）下壓式結(jié)構(gòu)即壓機工作臺自下向上施壓，結(jié)構(gòu)依次為液壓油缸－工作臺－施壓沖頭－模具－布料車，保證了施壓沖頭始終在模腔內(nèi)上下運動，避免模具沖梆、砸斷芯桿和人身安全事故，同時下壓式結(jié)構(gòu)的模腔受壓磨損面在模具耐磨襯板的上部，若襯板的上下磨損超差，模具上的耐磨襯板上下倒換可連續(xù)使用，提高了模具的使用壽命。

（6）模具安裝采用滑槽定位，定位精準。模具更換采用側(cè)向換模結(jié)構(gòu)，更換模具時不需要拆裝其他輔機設(shè)備，由換模油缸帶動模具側(cè)進側(cè)出,更換模具可由1名工人在1小時內(nèi)完成，方便快捷、耗時短，且不需重新定位，為客戶大大降低了效率損失，以更快捷的方式把“一機多用”真正實現(xiàn)到應(yīng)用中。

5 應(yīng)用

本設(shè)備已安裝使用，并結(jié)合攪拌機、消解倉、蒸壓磚機、輪碾機、蒸壓釜等主要設(shè)備及箱式給料機、螺旋輸送機、爬斗、骨料稱、膠帶輸送機、養(yǎng)護小車、擺渡車等輔助設(shè)備，開發(fā)了六條粉煤灰磚生產(chǎn)線并投入生產(chǎn)使用，年生產(chǎn)免燒磚3.6億塊，如圖3和圖4所示。

產(chǎn)品廣泛用于建筑基礎(chǔ)和內(nèi)外墻體。該全自動液壓制磚機利用大量粉煤灰，而且還可以利用濕排灰，每生產(chǎn)1 m磚至少可用800 kg粉煤灰，一個年產(chǎn)5000萬塊的磚廠可用掉6萬噸粉煤灰。這對保護生態(tài)環(huán)境有重要意義。該設(shè)備自動化程度高，可降低勞動強度，提高生產(chǎn)效率，操作起來更加安全，造出的磚坯質(zhì)量更加可靠。缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備成本較高，需要不斷加強后期維護工作。

圖3 全自動液壓制磚機制磚

圖4 粉煤灰磚

[1]王寶燦，鄒琳，張?zhí)┲?，? 液壓壓磚機生產(chǎn)粉煤灰磚[[J]. 磚瓦世界，2007，69（5）：27-29.

[2]鄒開端. 38MN液壓制磚機關(guān)鍵部件有限元分析[D]. 秦皇島：燕山大學(xué)，2012.

[3]JC 239，粉煤灰磚[S].

[4]GB 50003，砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

Development of Fully Automatic Brick Making Machine by Hydraulic System Operating

JIN Xiangjie1，CHEN Xin2，CHEN Zhixiang3，WANG Liangqiang4

( 1.Engineering Training Center, North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450045, China;2.Yellow River Machine Factory,Yellow River Conservancy,Ministry of Water Rssources,Zhengzhou450006, China; 3.School of Mechanical Engineering, North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450045, China; 4.Zhengzhou Sanhe Hydraulic Machinery Co., Ltd., Zhengzhou 450100, China )

The fully automatic brick making machine is designed which is operated by hydraulic system according to the advanced concept which is the current energy saving, environmental protection and waste utilization. The brick machine body consists of frame structure with three beams and four columns. The raw material is pressed into a brick through the hydraulic system to operate the plunger and the mold. The brick machine and other autoclave equipment form an automatic production line, and an annual output of 360 million pieces of fly ash brick is made. Compared with the traditional red brick, saving the land, the use of waste, the protection of the ecological environment is of great significance.

coal-ash brick；fully automatic brick making machine by hydraulic system operating；frame consisting of three beams and four columns

TG502.32

A

1006－0316 (2018) 04－0077－04

2017－10－24

水利部公益性行業(yè)專項項目（201201074）；河南省重點科技攻關(guān)項目（152102210110）；華北水利水電大學(xué)高層次人才科研啟動項目

金向杰（1980－），男，河南洛陽人，碩士，講師，主要研究方向為機電一體化教學(xué)與實踐。

10.3969/j.issn.1006-0316.2018.04.018