陳光偉,陳相宇,花軍,李艷娜,林送峰

(1.東北林業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，哈爾濱 150040；2.黑龍江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，哈爾濱 150080)

隨著現(xiàn)代制造技術(shù)與控制技術(shù)在熱壓機(jī)中的應(yīng)用，目前各類熱壓機(jī)的技術(shù)水平都已得到了顯著提高，尤其是連續(xù)平壓式熱壓機(jī)(以下簡(jiǎn)稱連續(xù)壓機(jī))在技術(shù)上經(jīng)過多次迭代而臻于成熟，每個(gè)連續(xù)壓機(jī)生產(chǎn)企業(yè)在此期間也都形成了獨(dú)有的專利技術(shù)。尤其是國(guó)內(nèi)的連續(xù)壓機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，經(jīng)過不懈努力，逐漸打破、擺脫了國(guó)外的技術(shù)封鎖，擁有了屬于自己的連續(xù)壓機(jī)專利技術(shù)，這是我國(guó)人造板設(shè)備制造由低端到高端、轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要標(biāo)志之一。

連續(xù)壓機(jī)以其高生產(chǎn)效率、高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)連續(xù)化等特點(diǎn)，現(xiàn)已逐漸成為人造板生產(chǎn)的主流設(shè)備[1-4]。而連續(xù)壓機(jī)的入口段(指連續(xù)壓機(jī)前端的高壓作用區(qū)，該區(qū)域內(nèi)人造板板坯剛剛進(jìn)入連續(xù)壓機(jī)并被迅速壓縮)作為壓機(jī)中最關(guān)鍵的部位，對(duì)提高人造板產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[5]。

1 連續(xù)壓機(jī)入口段的工藝特性

連續(xù)壓機(jī)入口段的工藝特性與人造板生產(chǎn)的壓力曲線密不可分[6-8]。采用連續(xù)壓機(jī)生產(chǎn)纖維板時(shí)的壓力與板坯厚度變化曲線如圖1所示，連續(xù)壓機(jī)入口段的位置對(duì)應(yīng)于曲線的最前端。

P1為最大加壓壓力；P2為保壓壓力；P3為定厚壓力；Sh0為厚板板坯厚度；Sh1為厚板毛板厚度；Sb0為薄板板坯厚度；Sb1為薄板毛板厚度。圖1 纖維板生產(chǎn)的壓力與板坯厚度變化曲線Fig.1 Curves of pressure and panel thickness during fiberboard production

連續(xù)壓機(jī)工作時(shí)，經(jīng)過預(yù)壓的板坯通過輸送帶進(jìn)入壓機(jī)入口，在上下鋼帶的夾持下使板坯平穩(wěn)、快速地進(jìn)入壓機(jī)。壓機(jī)入口段的熱壓板在形狀上呈“喇叭狀”開口，板坯進(jìn)給時(shí)在壓力作用下被快速壓縮(見圖1中入口段的板坯厚度變化)，其中的空氣大量排出[9-10]。這一階段，板坯被壓縮得越快預(yù)固化層越薄，產(chǎn)品質(zhì)量也越好；但又要避免因短時(shí)間大量排氣損壞板坯結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)缺陷[11-12]。經(jīng)過入口段后，板坯在厚度上已接近毛板厚度，隨后進(jìn)入壓機(jī)的保壓段和定厚段，最終被壓制成毛板。

由于當(dāng)前連續(xù)壓機(jī)主要用于生產(chǎn)具有較大壓縮比的纖維板和刨花板，其壓制板坯的厚度約為毛板的4～6倍，因而無論是厚板生產(chǎn)還是薄板的生產(chǎn)，連續(xù)壓機(jī)入口段都是壓機(jī)中板坯壓縮量和壓縮速度最大的部位，同時(shí)也是設(shè)計(jì)壓力最高、結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的部位。

綜上，連續(xù)壓機(jī)入口段的加壓工藝表現(xiàn)為壓力高、壓縮速度快、時(shí)間短、板坯壓縮量大等幾個(gè)特性。根據(jù)以上特性，連續(xù)壓機(jī)入口段在功能上應(yīng)滿足以下幾項(xiàng)要求：首先，入口段應(yīng)能夠提供較高的壓力，使得板坯能夠被快速壓實(shí)；其次，能夠控制壓縮過程中板坯的排氣速度，保持板坯鋪裝結(jié)構(gòu)的完整，保證板材質(zhì)量；最后，能夠保證生產(chǎn)過程的快速穩(wěn)定，并能適應(yīng)不同厚度的板材生產(chǎn)。

2 連續(xù)壓機(jī)入口段的結(jié)構(gòu)類型

為了滿足上述工藝要求，連續(xù)壓機(jī)的入口段通常被設(shè)計(jì)為開口寬大、再漸進(jìn)變窄的壓縮式結(jié)構(gòu)。而且為了適應(yīng)不同厚度板材的生產(chǎn)，壓機(jī)入口段的熱壓板開口大小及入口角度可以進(jìn)行柔性調(diào)節(jié)，這也是稱其為“柔性入口段”的原因。

從連續(xù)壓機(jī)出現(xiàn)至今，入口段的結(jié)構(gòu)經(jīng)過了固定式、有級(jí)調(diào)節(jié)和無級(jí)調(diào)節(jié)等3種形式的演變，其中前兩種因適應(yīng)性差已被淘汰[13]。目前，對(duì)連續(xù)壓機(jī)入口段熱壓板開口大小與入口角度的調(diào)節(jié)均采用無級(jí)調(diào)節(jié)方式，只是各生產(chǎn)廠家實(shí)現(xiàn)上述要求所采用的技術(shù)方法和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)有一定的差異。一般來說，無級(jí)調(diào)節(jié)均采用多組油缸推、拉入口段上熱壓板的不同部位，使其發(fā)生彎曲，形成不同的輪廓，進(jìn)而改變熱壓板的開口大小與入口角度；同時(shí)為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，下熱壓板的曲率通常設(shè)計(jì)為固定的[14]。

辛貝爾康普(Siempelkamp)公司第8代ContiRoll連續(xù)壓機(jī)入口段的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖[15-16]如圖2所示。該壓機(jī)入口段上、下熱壓板9和8的前端分別與上、下進(jìn)料頭3和5聯(lián)結(jié)，下進(jìn)料頭又與機(jī)架固定聯(lián)接，并使下熱壓板形成固定的向下彎曲。熱壓板開口大小H與入口角度α的調(diào)節(jié)通過調(diào)整上熱壓板實(shí)現(xiàn)；通過控制調(diào)整油缸6的伸縮，使上進(jìn)料頭向上或向下移動(dòng)，帶動(dòng)上熱壓板彎曲成不同的曲率，從而形成不同的開口大小與入口角度。熱壓板開度h1～h5的調(diào)整由調(diào)整油缸和多組加壓油缸11共同配合調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)；如生產(chǎn)產(chǎn)品為厚板要求增大熱壓板開度時(shí)，調(diào)整油缸與加壓油缸共同帶動(dòng)上熱壓板向上移動(dòng)到適當(dāng)?shù)奈恢?，使熱壓板開度增大；生產(chǎn)薄板時(shí)，則由上述油缸帶動(dòng)上熱壓板下移，減小熱壓板的開度。

1.下鋼帶；2.上鋼帶；3.上進(jìn)料頭；4.進(jìn)料頭壓輥；5.下進(jìn)料頭；6.調(diào)整油缸；7.上輥?zhàn)渔湆?dǎo)引輥筒；8.下熱壓板；9.上熱壓板；10.機(jī)架框板；11.加壓油缸；12.主壓區(qū)熱壓板。α.熱壓板入口角度；H.熱壓板開口大??；h1～h5.熱壓板開度；L1，L2.框架間距。圖2 辛貝爾康普ContiRoll連續(xù)壓機(jī)入口段結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖[16]Fig.2 Structural diagram of the infeed section of the Simbelkamp ContiRoll continuous press

連續(xù)壓機(jī)入口段的結(jié)構(gòu)與功能除了要適應(yīng)不同板厚的生產(chǎn)外，還需滿足板坯壓制過程中對(duì)排氣速度的要求；因此，該段形成了多種特殊的結(jié)構(gòu)特征，除之前所述的熱壓板開口大小、入口角度、熱壓板開度外，還對(duì)板坯的排氣長(zhǎng)度、壓機(jī)框架間距、橫向壓力分配以及壓機(jī)的柔性結(jié)構(gòu)提出了一定的要求。以下將對(duì)上述連續(xù)壓機(jī)入口段的結(jié)構(gòu)特征及其對(duì)人造板生產(chǎn)的影響予以一一說明。

2.1 開口大小與入口角度

開口大小是指連續(xù)壓機(jī)上、下鋼帶在入口處的距離(圖2中H)，其直接決定了板坯的初始?jí)嚎s速度，也就決定了板坯的排氣速度。熱壓板開口小時(shí)，板坯的壓縮速度高、排氣速度快、預(yù)固化層??；但開口過小又會(huì)使板坯被過度壓縮，橫向出現(xiàn)過度延展，對(duì)生產(chǎn)的板材質(zhì)量產(chǎn)生影響。

入口角度是指連續(xù)壓機(jī)入口處上、下鋼帶的夾角(圖2中α)[16]，其主要影響壓機(jī)的生產(chǎn)速度。較小的入口角度有利于板坯高速穩(wěn)定地進(jìn)入壓機(jī)，尤其是在生產(chǎn)薄板或超薄板時(shí)，合適的入口角度可以極大地提高連續(xù)壓機(jī)的生產(chǎn)速度。連續(xù)壓機(jī)中，入口角度主要通過調(diào)整進(jìn)料頭壓輥高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，有些生產(chǎn)超薄板的連續(xù)壓機(jī)還會(huì)調(diào)節(jié)鋼帶被動(dòng)輥的高度，以減輕鋼帶的過度彎曲[16]，從而獲得合適的入口角度，以利于進(jìn)一步提高生產(chǎn)速度。

2.2 熱壓板開度

熱壓板開度是指連續(xù)壓機(jī)入口段的每個(gè)框架處，與板坯直接接觸的鋼帶工作表面間的距離(圖2中h1～h5)，熱壓板開度大小直接影響板坯在排氣區(qū)的排氣性能[17-18]。一般來說，為了防止短時(shí)間大量排氣破壞板坯的鋪裝結(jié)構(gòu)，需要通過調(diào)節(jié)入口段進(jìn)料頭與加壓油缸的位移，控制熱壓板各處的開度使其形成合適的輪廓曲線，采用漸進(jìn)式壓縮使板坯得以快速、均勻地排氣。

此外，連續(xù)壓機(jī)工作中需要保證熱壓板在寬度方向上的開度大小一致，若同一機(jī)架框板兩側(cè)的熱壓板開度大小有較大差異，容易導(dǎo)致鋼帶出現(xiàn)“松緊邊”而跑偏。熱壓板在寬度方向上開度不一致很多情況下是由于板坯兩側(cè)的鋪裝厚度或密度不均引起的，因而對(duì)入口段熱壓板的變形影響最大。為防止出現(xiàn)這種情況，連續(xù)壓機(jī)入口段各機(jī)架兩側(cè)的加壓油缸通常采用液壓位移控制的方式，以此保證熱壓板開度的一致。

2.3 排氣長(zhǎng)度

連續(xù)壓機(jī)中，從板坯進(jìn)入壓機(jī)入口到壓力最高處(即圖1中入口段的最高壓力點(diǎn))的長(zhǎng)度稱為排氣長(zhǎng)度。在排氣長(zhǎng)度內(nèi)，板坯應(yīng)盡可能地快速壓縮，這樣產(chǎn)品的預(yù)固化層薄、質(zhì)量好。生產(chǎn)厚板(大于16 mm)時(shí)，壓機(jī)的運(yùn)行速度較低(通常小于750 mm/s)[19]，排氣時(shí)間充足，因此可以適當(dāng)將最高壓力位置提前，縮短排氣長(zhǎng)度。生產(chǎn)薄板時(shí)，壓機(jī)的運(yùn)行速度快，排氣時(shí)間短，且板坯的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度相對(duì)較低，因此要適當(dāng)調(diào)節(jié)板坯的夾持位置，將最高壓力位置后移。有些連續(xù)壓機(jī)還會(huì)在生產(chǎn)薄板或超薄板時(shí)，在入口段前端增設(shè)夾持段來延長(zhǎng)排氣時(shí)間[20]。

連續(xù)壓機(jī)的排氣長(zhǎng)度會(huì)直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。由于板坯短時(shí)間內(nèi)大量排氣，容易導(dǎo)致其鋪裝表面結(jié)構(gòu)損壞，出現(xiàn)塵斑等表面缺陷；并且快速壓實(shí)的板坯還可能產(chǎn)生與進(jìn)給方向相反的氣流，致使板坯密度不均勻，密度增大的位置會(huì)使鋼帶局部受損，使得后續(xù)生產(chǎn)的產(chǎn)品始終存在質(zhì)量瑕疵。

2.4 框架間距

框架間距是指連續(xù)壓機(jī)機(jī)架中各框板間的距離(圖2中L1與L2)。在連續(xù)壓機(jī)的入口段，框架間距對(duì)控制板坯的反彈、保證入口段能輸出較高的壓力具有很大的作用。連續(xù)壓機(jī)入口段框架間距分布有兩種形式，即等間距分布和不等間距分布。不等間距分布時(shí)，入口處高壓區(qū)的框架間距較小，隨后框架間距逐漸增大，但每個(gè)框架上油缸的輸出壓力基本一致；等間距分布時(shí)，入口段所有框架間距一致，但油缸的輸出壓力各不相同。

一般而言，連續(xù)壓機(jī)入口段的框架分布相比其他區(qū)域要密集，這與其處于壓力輸出最大的區(qū)域、需要具有較大的剛度和承載能力是分不開的[20]。

2.5 橫向壓力分配

橫向壓力分配是指連續(xù)壓機(jī)一組機(jī)架上橫向布置的多個(gè)加壓油缸的壓力設(shè)置狀態(tài)。由于入口段需要根據(jù)板坯厚度的不同，快速調(diào)節(jié)入口開度、熱壓板開度等參數(shù)，因此在一組機(jī)架內(nèi)橫向布置的液壓缸中，既有要提供下壓力的柱塞缸，也要有實(shí)現(xiàn)提升功能的活塞缸。通常情況下，4英尺(1 220 mm)幅寬的連續(xù)壓機(jī)，一組機(jī)架的橫向一般布置3個(gè)液壓缸，其中外側(cè)2個(gè)為活塞缸，中間1個(gè)為柱塞缸；8英尺(2 440 mm)幅寬的橫向一般布置5個(gè)液壓缸，外側(cè)2個(gè)為活塞缸，中間3個(gè)為柱塞缸[21]，且各個(gè)液壓缸輸出壓力的設(shè)置是不同的。這種設(shè)置方式與其橫向所受的載荷狀態(tài)是分不開的。

連續(xù)壓機(jī)壓制板坯時(shí)所受的載荷形式及加壓油缸的橫向壓力輸出狀態(tài)如圖3所示。由圖3a可知，壓制板坯時(shí)，加壓油缸除了要克服板坯變形所產(chǎn)生的彈性負(fù)載外，還要克服因蒸汽壓力產(chǎn)生的負(fù)載(板坯加熱時(shí)內(nèi)部水分轉(zhuǎn)化為蒸汽并聚集于板坯內(nèi)部，因板坯中部排氣不暢，故形成的蒸汽壓力負(fù)載為腰鼓形)[22]。為此，機(jī)架中橫向布置的加壓油缸由外向內(nèi)輸出壓力應(yīng)逐步增大(如圖3b所示)，糾正熱壓板在載荷作用下的變形、保證熱壓板面的平直，從而保證壓制的板材厚度均勻一致。

1.彈性負(fù)載；2.蒸汽壓力負(fù)載；3.加壓油缸的輸出壓力。圖3 壓制板坯時(shí)的載荷形式及加壓油缸的橫向壓力輸出Fig.3 Load form and lateral pressure output of pressure cylinder in pressing panel

2.6 柔性結(jié)構(gòu)要求

由于生產(chǎn)不同厚度的板材時(shí)，對(duì)板坯加壓的工藝參數(shù)有一定的差異，當(dāng)前連續(xù)壓機(jī)入口段均設(shè)計(jì)成柔性可調(diào)的，即壓機(jī)上熱壓板應(yīng)能形成多種形狀的輪廓曲線。目前比較常見的柔性結(jié)構(gòu)是采用彎曲成固定曲率的下熱壓板，以及曲率可調(diào)的弧形或楔形上熱壓板相互配合，構(gòu)成適合板材厚度要求的入口角度和熱壓板開度。

為使熱壓板能夠在柔性變形狀態(tài)下工作，連續(xù)壓機(jī)的油缸和框架連接處、油缸和熱壓板連接處等均要使用可活動(dòng)的柔性連接，以減小框架所受的側(cè)向力，使得其在不同的方向上都能良好地傳遞壓力。此外，連續(xù)壓機(jī)在工作時(shí)，熱壓板和框架均在一定的溫度下工作，會(huì)發(fā)生熱膨脹變形。由于熱壓板和框架的溫度不同、溫差很大(熱壓板加熱后的溫度可達(dá)200 ℃以上，而框架的溫度則主要取決于環(huán)境溫度，只是與熱壓板及隔熱板接觸的局部溫度會(huì)較高)，兩者變形量有較大差異[23]。受高溫影響、熱壓板的縱向總伸長(zhǎng)量很大，因此連續(xù)壓機(jī)的框架為適應(yīng)熱壓板的變形，在縱向必須能夠移動(dòng)。這就要求熱壓板與框架之間，框架與整機(jī)安裝橫梁之間的連接也必須是可活動(dòng)的柔性連接，以防止熱壓板的形變不能被完全釋放，造成框架的永久變形乃至被撕裂的事故發(fā)生[23-24]。

以上所述各項(xiàng)連續(xù)壓機(jī)入口段的結(jié)構(gòu)特征是服務(wù)于人造板生產(chǎn)工藝的，同時(shí)也影響連續(xù)壓機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與功能設(shè)計(jì)，使得連續(xù)壓機(jī)在這兩方面具有高度的復(fù)雜性和較大的難度。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外各個(gè)生產(chǎn)廠家在設(shè)計(jì)連續(xù)壓機(jī)的結(jié)構(gòu)時(shí)，為滿足上述要求采用了多種設(shè)計(jì)方案，由此也形成了各自的特色。以下將就國(guó)內(nèi)外各廠家生產(chǎn)的連續(xù)壓機(jī)入口段結(jié)構(gòu)加以簡(jiǎn)要介紹。

3 連續(xù)壓機(jī)入口段結(jié)構(gòu)介紹

3.1 辛貝爾康普ContiRoll連續(xù)壓機(jī)入口段結(jié)構(gòu)

辛貝爾康普公司是國(guó)際著名的人造板設(shè)備生產(chǎn)廠商之一，在過去的近30年間，其生產(chǎn)的ContiRoll系列連續(xù)平壓熱壓機(jī)在人造板行業(yè)內(nèi)具有很高的聲譽(yù)和市場(chǎng)占有率。2007年，辛貝爾康普公司并購(gòu)了原美卓(Metso)公司的連續(xù)壓機(jī)業(yè)務(wù)后，其技術(shù)力量又得到了加強(qiáng)，其第9代ContiRoll連續(xù)壓機(jī)也即將問世[25-26]。

第8代ContiRoll連續(xù)壓機(jī)入口段的結(jié)構(gòu)如圖2所示。該機(jī)整體采用下壓式結(jié)構(gòu)，即所有的加壓油缸11均安裝于機(jī)架框板10的上部；壓機(jī)運(yùn)行時(shí)，加壓油缸向下推動(dòng)上熱壓板9實(shí)現(xiàn)板坯的壓制。該機(jī)入口段的下熱壓板8向下彎曲成固定曲率，上熱壓板的曲率通過5組加壓油缸控制，可形成多種輪廓曲線；且為了便于熱壓板的彎曲，入口段上、下熱壓板的厚度均被減薄(可對(duì)比圖2中上下熱壓板與主壓區(qū)熱壓板12的厚度)。上進(jìn)料頭3的開合由調(diào)整油缸6控制，其前部設(shè)置了4個(gè)進(jìn)料頭壓輥4。生產(chǎn)薄板時(shí)，4個(gè)進(jìn)料頭壓輥下壓上鋼帶2，相當(dāng)于延長(zhǎng)了壓機(jī)的排氣長(zhǎng)度，從而保證了鋼帶的運(yùn)行速度和壓機(jī)的產(chǎn)量，提高了對(duì)板材厚度規(guī)格適應(yīng)性。其宣傳資料標(biāo)明第8代ContiRoll連續(xù)壓機(jī)可適應(yīng)1.5 mm超薄板至40 mm厚板的生產(chǎn)[27]。

此外，第8代ContiRoll連續(xù)壓機(jī)的每組機(jī)架橫向設(shè)置了6個(gè)加壓油缸，較前幾代增加了1個(gè)，并且采用了新型的壓力分配墊板改善板坯壓制時(shí)的受力不均，其結(jié)構(gòu)如圖4所示[27-28]。壓力分配墊板由框架墊板2、可調(diào)墊板3、支撐墊板5組成，框架墊板和可調(diào)墊板用于支撐下熱壓板6。其中，框架墊板位于加壓油缸1的正下方，可調(diào)墊板位于2個(gè)框架墊板的中間，二者間隔布置、安裝于下熱壓板與支撐墊板之間，支撐墊板兩端又與機(jī)架框板7搭接?？蚣軌|板和可調(diào)墊板中，框架墊板的厚度固定、可調(diào)墊板的厚度可調(diào)整；當(dāng)加壓油缸向下施力壓制板坯時(shí)，通過調(diào)整可調(diào)墊板的厚度，可使壓力沿?zé)釅喊宓陌迕娣稚㈤_來，避免了壓力在上熱壓板4油缸作用區(qū)域的局部集中。

1.加壓油缸；2.框架墊板；3.可調(diào)墊板；4.上熱壓板；5.支撐墊板；6.下熱壓板；7.機(jī)架框板。圖4 壓力分配墊板結(jié)構(gòu)[27]Fig.4 Structure of pressure distribution slab

通過以上的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，第8代ContiRoll連續(xù)壓機(jī)一方面降低了壓制板坯時(shí)熱壓板板面壓力的波動(dòng)，使得面壓分布更為均勻；另一方面避免了上下熱壓板之間的波浪形浮動(dòng)，使得上下熱壓板的間距趨于均勻一致，提高了板材的密度與厚度均勻性，在獲得更好的產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，又顯著節(jié)約了施膠量[27-29]。

此外，根據(jù)查閱的資料[29]，該機(jī)在進(jìn)板端設(shè)置了板坯密度檢測(cè)裝置，可根據(jù)進(jìn)料板坯的密度全自動(dòng)調(diào)整壓機(jī)入口段的工作狀態(tài)；在出板端設(shè)置了板材厚度檢測(cè)裝置，該裝置與壓機(jī)定厚段的加壓油缸聯(lián)動(dòng)，可對(duì)板材的厚度精度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)控，板厚精度可達(dá)±0.05 mm。

3.2 迪芬巴赫CPS連續(xù)壓機(jī)入口段結(jié)構(gòu)

迪芬巴赫(Dieffenbacher)公司是世界知名的機(jī)械設(shè)備制造商，連續(xù)壓機(jī)是其在人造板設(shè)備領(lǐng)域的主要產(chǎn)品之一。迪芬巴赫公司的CPS連續(xù)壓機(jī)具有鮮明的特色，由于該壓機(jī)采用了較為特殊的油缸布置方式及機(jī)架結(jié)構(gòu)形式(見圖5)，因而在同等幅寬和產(chǎn)量的情況下，CPS連續(xù)壓機(jī)的長(zhǎng)度是最短的[30-31]。

1.立梁；2.主油缸；3.上橫梁；4.上熱壓板；5.下熱壓板；6.支撐墊板；7.輔助油缸；8.下橫梁。圖5 迪芬巴赫CPS連續(xù)壓機(jī)主體結(jié)構(gòu)[31]Fig.5 Main structure of Dieffenbacher CPS continuous press

CPS連續(xù)壓機(jī)機(jī)架的單一框架由立梁1、上橫梁3和下橫梁8相互鉸接而成，兩個(gè)主油缸2安裝于框架左右立梁的上端，油缸活塞作用于上橫梁上端兩邊，上橫梁下端連接上熱壓板4，輔助油缸7位于下熱壓板5的底部，下熱壓板通過支撐墊板6安裝于下橫梁的上端。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，CPS壓機(jī)的立梁與上下橫梁均由兩塊鋼板組合而成(見圖5右側(cè)視圖)，具有較高的結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度。壓機(jī)壓制板坯時(shí)，主油缸施加的壓力通過上橫梁傳遞至上熱壓板及板坯，支撐墊板和輔助油缸共同支承下熱壓板，起到對(duì)板坯輔助加壓的作用。

另外，CPS連續(xù)壓機(jī)中并不是每組框架都安裝了輔助油缸，而是僅在壓機(jī)的入口段和定厚段等要求輸出較高壓力的區(qū)域設(shè)置了較密集的輔助油缸；保壓段因工藝上要求的壓力低，所以只在少數(shù)幾個(gè)框架上設(shè)置了輔助油缸。CPS連續(xù)壓機(jī)這一特殊的油缸布置方式在一定程度上簡(jiǎn)化了壓機(jī)的結(jié)構(gòu)，并縮短了壓機(jī)的長(zhǎng)度。

由于CPS連續(xù)壓機(jī)的結(jié)構(gòu)更為緊湊，入口段的長(zhǎng)度相對(duì)較短，這就要求其具有更為靈活的可調(diào)節(jié)性。CPS連續(xù)壓機(jī)入口段的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖6所示。與ContiRoll壓機(jī)不同，CPS連續(xù)壓機(jī)入口段采用的是楔形進(jìn)料裝置，其上熱壓板由兩塊鉸接板6、7構(gòu)成，二者通過鉸節(jié)首尾連接，形成Ⅰ、Ⅱ兩個(gè)壓力區(qū)，能夠?qū)Π迮鬟M(jìn)行兩級(jí)楔形加壓。其中，第Ⅰ壓力區(qū)僅是對(duì)板坯予以輕微的壓實(shí)；當(dāng)板坯進(jìn)入第Ⅱ壓力區(qū)以后，板坯才會(huì)以較大壓縮量進(jìn)行壓縮[32]。

1.板坯；2.鋼帶；3.進(jìn)料頭；4.輔助油缸；5.調(diào)整油缸；6，7.鉸接板；8.主油缸；9.下熱壓板。圖6 CPS連續(xù)壓機(jī)入口段結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖[32]Fig.6 Structure diagram of CPS continuous press infeed section

該機(jī)的楔形進(jìn)料裝置中，鉸接板6的前端與進(jìn)料頭3聯(lián)結(jié)，故控制調(diào)整油缸5調(diào)節(jié)進(jìn)料頭的位置以適應(yīng)不同厚度的板材加工時(shí)，兩塊鉸接板可隨同進(jìn)料頭開合，形成不同加壓輪廓(圖6所示為壓機(jī)壓制厚板時(shí)的狀態(tài))。下熱壓板9為單塊熱壓板，在其下方的第Ⅰ、Ⅱ兩個(gè)壓力區(qū)內(nèi)設(shè)置有輔助油缸4，其作用是控制下熱壓板沿橫向彎曲、輔助板坯排氣[33]。板坯排氣示意圖如圖7所示，當(dāng)下熱壓板中部向上彎曲時(shí)，聚集于板坯內(nèi)部的空氣可沿路徑最短的兩側(cè)排出，但是要控制排氣速度，以防毀壞板坯結(jié)構(gòu)，這也是在第Ⅰ壓力區(qū)僅對(duì)板坯輕微加壓的原因。

在專利文獻(xiàn)[34]中，迪芬巴赫公司還公開了一種在原有壓機(jī)進(jìn)料頭前端增設(shè)獨(dú)立的進(jìn)料壓輥，用于薄板生產(chǎn)時(shí)延長(zhǎng)排氣長(zhǎng)度的新型結(jié)構(gòu)壓機(jī)；但從現(xiàn)有的CPS壓機(jī)產(chǎn)品資料來看，這一結(jié)構(gòu)形式似乎未投入實(shí)用。

3.3 福馬集團(tuán)連續(xù)壓機(jī)入口段結(jié)構(gòu)

我國(guó)雖然對(duì)連續(xù)壓機(jī)的研究起步較晚，但經(jīng)過十幾年的不懈努力，目前已經(jīng)取得了一定的研究成果。自2009年中國(guó)福馬機(jī)械集團(tuán)有限公司牽頭主持了國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目“人造板連續(xù)平壓和精準(zhǔn)控制技術(shù)”課題研究以來，現(xiàn)已研發(fā)創(chuàng)新形成了多項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。中國(guó)福馬集團(tuán)研發(fā)的4，6，8，9英尺(1英尺約等于30.48 cm)連續(xù)平壓熱壓機(jī)系列產(chǎn)品，在入口段的結(jié)構(gòu)型式、輥桿與鏈條的聯(lián)接方式、消除熱壓板的熱膨脹以及框架板的特色結(jié)構(gòu)等方面均形成了相關(guān)專有技術(shù)，取得了驕人的成績(jī)[35-36]。

福馬集團(tuán)連續(xù)壓機(jī)的入口段結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖8所示(圖中省略了鋼帶輥筒、壓機(jī)機(jī)架等部件)。該機(jī)采用下壓式布局，進(jìn)料頭1帶有壓輥，入口段升壓區(qū)的加壓油缸設(shè)置了4組，分別安裝于4幅機(jī)架框板8上；下熱壓板9由單張鋼板加工而成，上熱壓板則由3張長(zhǎng)度不同的壓板疊合而成、呈階梯狀，其中下面的一塊為底板10，中間一塊為中板11，上面的一塊為面板12。這種上熱壓板結(jié)構(gòu)是福馬集團(tuán)在連續(xù)壓機(jī)中的一項(xiàng)專利設(shè)計(jì)。在有關(guān)專利[37]中，其闡明的設(shè)計(jì)目的是：若入口段使用一整塊同一厚度柔性上熱壓板，在板坯加壓時(shí)施加于上熱壓板的力大部分都用于改變熱壓板的輪廓形狀，只有少部分的壓力作用于板坯，這對(duì)油缸壓力是一種浪費(fèi)。同時(shí)，當(dāng)生產(chǎn)板材厚度較大時(shí)，上熱壓板前端的翹曲量往往會(huì)達(dá)到200 mm以上(上熱壓板的拉弧高度)，從而在熱壓板下表面產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力。由于入口段的高壓工作狀態(tài)，上熱壓板同時(shí)承受輥桿傳遞的上表面壓應(yīng)力和下表面的彎曲拉應(yīng)力，導(dǎo)致入口段上熱壓板很容易發(fā)生疲勞破壞，降低熱壓板的使用壽命。而這種階梯狀熱壓板不僅使得油缸的壓力主要作用于板坯，還緩解了單塊熱壓板的變形量，延長(zhǎng)了熱壓板的使用壽命。

福馬集團(tuán)連續(xù)壓機(jī)中，另一項(xiàng)專利結(jié)構(gòu)是對(duì)熱壓板開口大小的調(diào)節(jié)采用了以絲杠副5為主、微動(dòng)油缸7為輔的調(diào)整方式。如圖8所示，利用電機(jī)4驅(qū)動(dòng)絲杠副可以帶動(dòng)上進(jìn)料頭升降，從而調(diào)節(jié)熱壓板的開口大小，調(diào)節(jié)量可通過位移檢測(cè)裝置6測(cè)量。當(dāng)因板坯鋪裝密度不均等原因?qū)е聼釅喊彘_口出現(xiàn)細(xì)微誤差時(shí)，則利用微動(dòng)油缸的伸縮予以補(bǔ)償。這一設(shè)計(jì)的原理是：如果僅使用伺服油缸調(diào)節(jié)熱壓板的開口大小，根據(jù)液壓控制系統(tǒng)的工作原理，會(huì)使開口大小始終存在一定的動(dòng)態(tài)抖動(dòng)，造成不必要的誤差；而采用上述方式調(diào)節(jié)熱壓板的開口時(shí)，既能保證調(diào)節(jié)精度，又能避免抖動(dòng)[38]。

3.4 亞聯(lián)機(jī)械DBP連續(xù)壓機(jī)入口段結(jié)構(gòu)

亞聯(lián)機(jī)械制造有限公司是國(guó)內(nèi)專業(yè)化生產(chǎn)人造板設(shè)備的大型民營(yíng)企業(yè)，也是國(guó)內(nèi)唯一實(shí)現(xiàn)自行設(shè)計(jì)、制造連續(xù)壓機(jī)的民營(yíng)企業(yè)。連續(xù)壓機(jī)作為人造板機(jī)械中技術(shù)難度最高的設(shè)備，亞聯(lián)機(jī)械在這一領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了突破，表明該企業(yè)具備了強(qiáng)勁的技術(shù)能力、生產(chǎn)組織能力及創(chuàng)新能力[39]。

亞聯(lián)機(jī)械生產(chǎn)的DBP系列連續(xù)壓機(jī)的入口段結(jié)構(gòu)如圖9所示。該機(jī)同樣采用了下壓式布局，由于這種布局形式的連續(xù)壓機(jī)在結(jié)構(gòu)上均較為類似，在此不再對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明，讀者可根據(jù)之前介紹的壓機(jī)結(jié)構(gòu)自行分析[40]。

亞聯(lián)機(jī)械在連續(xù)壓機(jī)入口段的專利性結(jié)構(gòu)采用了一種厚度階梯性變化或者漸變的熱壓板，并延長(zhǎng)了熱壓板的長(zhǎng)度[40],如圖10所示。這種厚度階梯性或漸變的熱壓板可分為3個(gè)工作區(qū)域，每個(gè)工作區(qū)都由不同的油缸進(jìn)行控制。其中：A區(qū)是排氣區(qū)，范圍是從壓機(jī)的進(jìn)料頭下方到第一組加壓油缸之前，由調(diào)整油缸調(diào)節(jié)進(jìn)料頭的位移控制其變形量和輪廓；B區(qū)是過渡區(qū)，位于入口段升壓區(qū)的加壓油缸之下，由加壓油缸控制其變形量及輪廓；C區(qū)是主壓區(qū)，位于入口段降壓區(qū)的加壓油缸之下，該區(qū)通常是不需要變形的，僅用于向板坯傳遞油缸的壓力與加熱介質(zhì)的熱量(入口段的升壓區(qū)與降壓區(qū)參見圖1)。

圖10 厚度階梯性或漸變的上熱壓結(jié)構(gòu)[40]Fig.10 Step or gradual changing thickness upper hot pressing structure

對(duì)于連續(xù)壓機(jī)而言，其最高壓力的作用范圍一般介于圖10所示熱壓板的B、C兩區(qū)，這兩個(gè)區(qū)域的熱壓板易在彎曲應(yīng)力及壓應(yīng)力作用下?lián)p壞。但是，板坯進(jìn)入連續(xù)壓機(jī)的入口段后，A、B兩區(qū)的熱壓板需要做較大幅度的彎曲變形，形成合適的入口輪廓。因此，目前在設(shè)計(jì)入口段熱壓板時(shí)，通常是將A、B兩區(qū)設(shè)計(jì)為一塊，并減薄其厚度；C區(qū)單獨(dú)設(shè)計(jì)為一塊熱壓板，且其長(zhǎng)度還會(huì)延長(zhǎng)到壓機(jī)的保壓段。這種設(shè)計(jì)方法存在的缺點(diǎn)是：若B、C兩區(qū)的熱壓板發(fā)生損壞，需要將A、B區(qū)與C區(qū)兩塊熱壓板同時(shí)更換，耗時(shí)較長(zhǎng)且工作繁瑣。而亞聯(lián)機(jī)械設(shè)計(jì)的這種厚度階梯變化或漸變的熱壓板，其長(zhǎng)度覆蓋A、B、C三區(qū)，因而當(dāng)B、C兩區(qū)發(fā)生損壞需要更換時(shí)，僅需替換一塊熱壓板，工作更為簡(jiǎn)便，且其在功能上又可以滿足熱壓板的彎曲變形和對(duì)板坯加壓、加熱的需求。

3.5 對(duì)比分析

綜合上述連續(xù)壓機(jī)入口段結(jié)構(gòu)可見，4種壓機(jī)均采用了下壓式結(jié)構(gòu)，但每種壓機(jī)又都具有獨(dú)有的設(shè)計(jì)。

在入口段上熱壓板的結(jié)構(gòu)方面，福馬集團(tuán)和亞聯(lián)公司生產(chǎn)的連續(xù)壓機(jī)與辛貝爾康普公司的ContiRoll連續(xù)壓機(jī)具有一定的相似性，都是利用整塊上熱壓板的翹曲變形來形成入口段的開口輪廓；但福馬集團(tuán)和亞聯(lián)公司分別采用了階梯狀的和厚度漸變的熱壓板作為入口段的上熱壓板，以此降低熱壓板因變形產(chǎn)生的應(yīng)力，延長(zhǎng)上熱壓板的使用壽命。而迪芬巴赫公司生產(chǎn)的CPS連續(xù)壓機(jī)則采用了獨(dú)特的兩段式楔形進(jìn)料熱壓板，由于在壓制板坯時(shí)是依靠?jī)蓧K熱壓板的偏轉(zhuǎn)構(gòu)成楔形的開口輪廓，熱壓板不發(fā)生彎曲變形，因而降低了熱壓板受到的應(yīng)力，其入口段輪廓形狀的調(diào)節(jié)也較彎曲上熱壓板式的更靈活一些。

在加壓油缸的設(shè)置與布置方面，CPS壓機(jī)采用了主油缸與輔助油缸相結(jié)合的方式，輔助油缸在壓機(jī)下橫梁上沒有進(jìn)行均勻布置，而是依據(jù)板坯壓制的不同階段對(duì)壓力的不同需求分段設(shè)置的。因此減少了油缸的數(shù)量，縮短了壓機(jī)的長(zhǎng)度。而第8代ContiRoll壓機(jī)則是在每組機(jī)架上增加了一個(gè)油缸，使得板坯壓制時(shí)所受的面壓更趨均衡一致，以此提高板材的厚度和密度均勻性。

在壓機(jī)的機(jī)架結(jié)構(gòu)形式方面，ContiRoll連續(xù)壓機(jī)、福馬集團(tuán)和亞聯(lián)機(jī)械的DBP型連續(xù)壓機(jī)均是以單獨(dú)的框片或兩張框片組成的框片組，采用等間距或不等間距布置的方式構(gòu)成壓機(jī)的整體機(jī)架。而迪芬巴赫的CPS連續(xù)壓機(jī)的機(jī)架單元?jiǎng)t采用了一種鉸接式的活動(dòng)機(jī)架，該機(jī)架的立梁是可以側(cè)向翻開的，這為壓機(jī)零部件的更換和維修帶來了一定的方便。

此外，在熱壓板開口大小的調(diào)節(jié)方式方面，ContiRoll、CPS和DBP型連續(xù)壓機(jī)都是采用油缸直接控制入口段進(jìn)料頭的升降來調(diào)整熱壓板的開口大小，而福馬集團(tuán)則采用了絲杠調(diào)節(jié)為主，油缸調(diào)節(jié)為輔的新型結(jié)構(gòu)。

從上述4種連續(xù)壓機(jī)的結(jié)構(gòu)差異看，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)是為了滿足某些人造板生產(chǎn)的工藝需求或功能要求，但同時(shí)又體現(xiàn)出了制造企業(yè)對(duì)壓機(jī)功能和作用不同的認(rèn)識(shí)和理解，進(jìn)而對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了獨(dú)特的優(yōu)化和改進(jìn)。這些工藝需求和功能要求正是對(duì)壓機(jī)結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)的根源，要想找到人造板連續(xù)壓機(jī)的正確的發(fā)展方向，完成改進(jìn)與創(chuàng)新，就要做到以生產(chǎn)工藝為基準(zhǔn)，明確功能要求，使連續(xù)壓機(jī)的設(shè)計(jì)與改進(jìn)從工藝中來，為實(shí)際生產(chǎn)服務(wù)。

4 結(jié) 語(yǔ)

目前，連續(xù)壓機(jī)在功能上已經(jīng)能夠較好地適應(yīng)人造板生產(chǎn)的各種工藝要求，但也存在進(jìn)一步改進(jìn)的空間與方向。如由于生產(chǎn)工藝差別較大，當(dāng)前還很難做到使用一臺(tái)連續(xù)壓機(jī)既能生產(chǎn)中厚板，又能快速、高質(zhì)量地生產(chǎn)薄板；因而提升連續(xù)壓機(jī)對(duì)各種厚度規(guī)格板材生產(chǎn)的適應(yīng)性方面依然要深入研究。此外，幅面更寬、速度更快、產(chǎn)量更高的連續(xù)壓機(jī)今后一定會(huì)被越來越廣泛地投入生產(chǎn)應(yīng)用，這就要求國(guó)內(nèi)的連續(xù)壓機(jī)生產(chǎn)企業(yè)必須在當(dāng)前的基礎(chǔ)上盡快提升技術(shù)水平，做好技術(shù)儲(chǔ)備，以應(yīng)對(duì)未來的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。由于連續(xù)平壓技術(shù)與刨花板和纖維板的生產(chǎn)工藝契合，因此連續(xù)壓機(jī)生產(chǎn)線常用于提高刨花板與纖維板生產(chǎn)線的產(chǎn)量。然而人造板產(chǎn)品年產(chǎn)量占據(jù)榜首的始終是膠合板，每年膠合板產(chǎn)量約占我國(guó)人造板總產(chǎn)量的58%。如何將連續(xù)平壓技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，使其能夠更好地滿足膠合板，單板層積材的生產(chǎn)工藝要求，也是連續(xù)平壓技術(shù)的發(fā)展方向之一。迪芬巴赫公司推出的膠合板/單板層積材連續(xù)壓機(jī)生產(chǎn)線，在連續(xù)壓機(jī)熱壓步驟前，增添了一個(gè)微波預(yù)加熱段。在一定程度上解決了連續(xù)平壓技術(shù)在生產(chǎn)膠合板時(shí)，由于單板層積材傳熱速度不均勻而導(dǎo)致的板坯內(nèi)外表面溫差過大，進(jìn)而影響膠合板質(zhì)量的問題[41]?？偠灾S著連續(xù)平壓技術(shù)的發(fā)展，連續(xù)壓機(jī)生產(chǎn)線的成本也會(huì)隨之降低，因此連續(xù)壓機(jī)生產(chǎn)線必然會(huì)逐步取代多層壓機(jī)，單層壓機(jī)成為人造板生產(chǎn)的主流設(shè)備，連續(xù)壓機(jī)會(huì)朝著單機(jī)產(chǎn)品種類多，產(chǎn)品質(zhì)量好，生產(chǎn)效率高，能耗減少的方向逐漸發(fā)展。

筆者結(jié)合連續(xù)壓機(jī)入口段的功能要求與結(jié)構(gòu)特征，以及查詢的文獻(xiàn)資料和專利，對(duì)現(xiàn)有幾種連續(xù)壓機(jī)的入口段結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比及簡(jiǎn)略的分析。由于連續(xù)式熱壓機(jī)是一個(gè)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，以上分析內(nèi)容還遠(yuǎn)遠(yuǎn)做不到深入，只是希望行業(yè)內(nèi)的從業(yè)人員能夠從中汲取一些設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、激發(fā)設(shè)計(jì)靈感，從而為促進(jìn)我國(guó)連續(xù)壓機(jī)整體技術(shù)水平的進(jìn)步與提升提供助力。

致謝：感謝亞聯(lián)機(jī)械南明壽總工程師與郭西強(qiáng)總經(jīng)理對(duì)本文的悉心指導(dǎo)。