□ 王 翔 □ 萬(wàn)永華
1.漯河雙匯肉業(yè)有限公司機(jī)械加工廠 河南漯河 462000
2.河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司漯河卷煙廠 河南漯河 462000
濾膠工序的功能是過(guò)濾混入膠料和再生膠內(nèi)的非橡膠雜質(zhì)[1],是保證橡膠產(chǎn)品質(zhì)量的重要工序。此工序由濾膠機(jī)完成。常見(jiàn)的濾膠機(jī)由電機(jī)、聯(lián)軸器、減速器、螺桿、機(jī)筒、機(jī)頭、機(jī)頭鎖緊裝置等構(gòu)成,其特點(diǎn)為螺桿轉(zhuǎn)速恒定,且生產(chǎn)能力相對(duì)固定。電機(jī)過(guò)載時(shí),易引起電機(jī)燒毀。
筆者設(shè)計(jì)了一種液壓濾膠機(jī),動(dòng)力源由油泵提供,螺桿旋轉(zhuǎn)由液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng),螺桿轉(zhuǎn)速、驅(qū)動(dòng)扭矩均通過(guò)電液伺服閥進(jìn)行調(diào)整及控制,機(jī)頭鎖緊裝置由鎖緊油缸驅(qū)動(dòng)。當(dāng)負(fù)載較大時(shí),由液壓卸荷,保證油泵不受到損壞。
液壓濾膠機(jī)由電機(jī)、油泵、液壓閥組、液壓馬達(dá)、轉(zhuǎn)速傳感器、鎖緊油缸、機(jī)頭、機(jī)筒、螺桿等組成,如圖1所示。液壓馬達(dá)用螺栓安裝在機(jī)筒上,其輸出軸用聯(lián)軸器與螺桿連接。機(jī)頭鎖緊油缸一端固定在底座上,另一端通過(guò)活塞桿與機(jī)頭鉸接,從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)及鎖緊機(jī)頭。油泵與電機(jī)直連,電機(jī)固定在底座上,上部為油箱及液壓閥組。液壓閥組控制兩路油路,其中一路為螺桿旋轉(zhuǎn)提供動(dòng)力,另一路為機(jī)頭轉(zhuǎn)動(dòng)及鎖緊提供動(dòng)力。濾膠機(jī)螺桿開(kāi)始旋轉(zhuǎn)前,需將機(jī)頭鎖緊后才能啟動(dòng)液壓馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)。在油缸活塞桿兩端安裝光電行程開(kāi)關(guān),檢測(cè)機(jī)頭到位工況,光電感應(yīng)檢測(cè)式轉(zhuǎn)速傳感器中用于發(fā)生信號(hào)的齒盤(pán)安裝在液壓馬達(dá)輸出軸上,用以檢測(cè)液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。
當(dāng)鎖緊油缸驅(qū)動(dòng)機(jī)頭轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度后,使機(jī)頭嵌塊與濾膠機(jī)本體上的齒塊嚙合。濾膠機(jī)工作時(shí),由于機(jī)頭受到螺桿輸送膠料的擠壓作用,機(jī)頭嵌塊與濾膠機(jī)本體上的齒塊緊密?chē)Ш?,鎖緊油缸提供的推力使機(jī)頭旋轉(zhuǎn)。濾膠機(jī)螺桿要求實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn),正轉(zhuǎn)為工作狀態(tài),反轉(zhuǎn)時(shí)鎖緊油缸并打開(kāi)機(jī)頭,清理在機(jī)頭、機(jī)筒及濾板處的膠料與雜質(zhì),并散熱,使機(jī)頭不被堵塞。濾膠機(jī)工作過(guò)程如圖2所示。
▲圖1 液壓濾膠機(jī)示意圖
▲圖2 液壓濾膠機(jī)工作過(guò)程
液壓濾膠機(jī)液壓系統(tǒng)如圖3所示??諡V器、濾油器、液位計(jì)、壓力表為液壓站輔助元件。A0、A1為光電行程開(kāi)關(guān),與電磁換向閥組合使用,控制機(jī)頭鎖緊及松開(kāi)。電液伺服閥使用魯棒性較強(qiáng)的雙噴嘴擋板式閥芯[4],與轉(zhuǎn)速傳感器組成液壓馬達(dá)閉環(huán)控制系統(tǒng)。
▲圖3 液壓濾膠機(jī)液壓系統(tǒng)原理
濾膠機(jī)生產(chǎn)能力與螺桿直徑和轉(zhuǎn)速的乘積為正比關(guān)系,當(dāng)螺桿直徑確定后,調(diào)整螺桿轉(zhuǎn)速可調(diào)控其生產(chǎn)能力。由于鎖緊油缸油路壓力及流量較小,因此按液壓馬達(dá)油路工作壓力p1和排量qv進(jìn)行濾膠機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
普通濾膠機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率經(jīng)驗(yàn)公式為[2]:
式中:P0為電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率,kW;D為螺桿外徑,m;n為螺桿轉(zhuǎn)速,r/min
對(duì)于液壓濾膠機(jī)而言,使用液壓馬達(dá)替代電機(jī)時(shí),P0為液壓馬達(dá)功率。功率確定后,應(yīng)按照驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速要求,確定液壓馬達(dá)的工作壓力p1,然后求出液壓馬達(dá)所需的排量qv[3]。根據(jù)螺桿直徑規(guī)格將液壓濾膠機(jī)分為小型、中型和大型,表1給出了不同螺桿直徑下選用的液壓馬達(dá)工作壓力p1和排量qv參數(shù)。
液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)如圖4所示[5]。比例積分微分(PID)控制器是流量控制的主要元件[6]。將轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)送入PID控制器進(jìn)行運(yùn)算,如果傳感器輸出為模擬信號(hào),需進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換[7-8]。運(yùn)算后的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換,由放大器作用在電液伺服閥閥芯上。伺服閥通過(guò)接收到的電壓值來(lái)改變閥芯開(kāi)度,使液壓馬達(dá)輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。
表1 液壓馬達(dá)參數(shù)
▲圖4 液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)
液壓濾膠機(jī)用可編程序控制器(PLC)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。圖4中的點(diǎn)劃線(xiàn)框部分由PLC進(jìn)行工作,其中PID控制器由PLC自帶的PID控制算法程序?qū)崿F(xiàn)[9]。濾膠機(jī)機(jī)頭鎖緊后才可使液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn),為互鎖程序要求。若出現(xiàn)鎖緊油缸鎖緊不到位或油缸活塞桿動(dòng)作時(shí),不允許螺桿旋轉(zhuǎn)。螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)更不許打開(kāi)濾膠機(jī)機(jī)頭。以上互鎖程序要求均編寫(xiě)在PLC程序中,以實(shí)現(xiàn)液壓濾膠機(jī)自動(dòng)控制的目的。
液壓濾膠機(jī)電氣接線(xiàn)如圖5所示。油泵電機(jī)電源為380 V,控制電路及轉(zhuǎn)速傳感器采用直流24 V供電,轉(zhuǎn)速傳感器輸出為數(shù)字開(kāi)關(guān)量[10]。 KA1~KA5為中間繼電器,1YA、2YA、3YA為電磁換向閥線(xiàn)圈,4YA為電液伺服閥線(xiàn)圈。觸摸屏通過(guò)RS 485通信線(xiàn)與PLC連接[11]。電液伺服閥控制信號(hào)線(xiàn)接入放大器輸出端,放大器輸入端接PLC輸出端。PLC信號(hào)經(jīng)放大后輸出電壓為-10~10 V,當(dāng)電壓為負(fù)值時(shí),液壓馬達(dá)反轉(zhuǎn)。當(dāng)機(jī)頭松開(kāi)及停止運(yùn)行時(shí),停止向4YA供電。工作時(shí)合上開(kāi)關(guān)QS,使電機(jī)總電源接通。按下SB2,使接觸器KM接通,油泵電機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)。然后在觸摸屏上設(shè)置螺桿轉(zhuǎn)速后,按下SB3,鎖緊油缸活塞桿動(dòng)作,將機(jī)頭鎖緊。按下SB5,濾膠機(jī)螺桿開(kāi)始工作。濾膠完成后,按下SB6使螺桿停止工作。打開(kāi)機(jī)頭清理時(shí),需使螺桿反轉(zhuǎn)運(yùn)行。由PLC設(shè)置定時(shí)1 min后,螺桿停止工作,按下SB4松開(kāi)機(jī)頭進(jìn)行清理。
筆者設(shè)計(jì)的液壓濾膠機(jī)在螺桿調(diào)速、機(jī)頭鎖緊及自動(dòng)控制方面均優(yōu)于普通濾膠機(jī),液壓系統(tǒng)采用了PLC中的PID控制,使濾膠機(jī)自動(dòng)化程度得到了較大提高。這一液壓濾膠機(jī)的研制思路為其它橡膠設(shè)備設(shè)計(jì)提供了借鑒。
▲圖5 液壓濾膠機(jī)電氣接線(xiàn)圖