摘要：目前节能、降耗已成为整个社会的共识，也是近年来的各行业的一种发展趋势。本文通过对陶瓷压机机械结构在工作过程中由于形变而产生的能耗进行研究计算，从而为陶瓷压机后续的结节能降耗研究提供指导方向。
关健词：陶瓷压机；机械结构；刚性；能耗
陶瓷压机在国内三十多年的发展，其自动化、功能性、稳定性方面的技术已经相当成熟。但随着社会的进步，人们对节能、降耗的要求也日益重视。陶瓷压机作为瓷砖生产线上重要的关键设备，同时又是一个能耗大户，如何通过技术的改进降低设备运行能耗，已是陶瓷压机生产厂家不得不面对的实际问题。要想达到降低能耗的目的必然需要清楚设备的能耗组成、产生方式等。本文就是通过对其中的陶瓷压机的机械结构对设备运行能耗影响这一个组成部分进行详细研究计算。
1研究计算思路
陶瓷压机在工作过程中的能量消耗主要由以下三大部分组成:
(1)把陶瓷粉料压制成砖坯所需的有效能量；
(2)液压系统在工作过程中的能量损耗(如油液压缩、高速流动、管路损耗等等)；
(3)机械结构存在变形导致设备在工作过程中一部分能量转化成势能(如主机框架的变形、油缸膨胀变形等)。
在这三个组成部分中。砖坯的成型所需能量是可以很简便的在工作现场测试出来的(测试方法是:先测量出正常生产时的总功W总，然后用钢板代替粉料按正常生产的压制工艺进行连续压制并测量出此时设备所做的，那么两值之差即为砖坯成型所需的功W砖二W总-W0。而液压系统的能量损耗涉及系W0统液压原理、程序控制、各逻辑控制阀的布局及各阀的现场调整状态等各方面因素，较为复杂，本文不做详细计算。本文主要对压机机械结构的能量转换方面通过仿真模拟及测试验证等手段进行研究计算。
作为整个压机机械结构来说，施加在其上的外力就是液压油作用在主油缸内的力，并且整个结构的变形都是在材料的弹性形变范围内(即结构的力一变形关系是完全线性的关系)，所以在整个液压力转换成结构势能中包括两项：
(1)液压油在上下方向推动压机主体结构发生变形而消耗的功；
(2)液压油作用在主油缸内壁上使得缸体变形而消耗的功。
2梁柱框架的结构形式
陶瓷压机主要由框架、压制装置、顶出器、料车、泵站等几个部分组成。压机框架大多采用梁柱框架，此外还有板式框架及整体铸造式框架等。压机梁柱框架一般由上下梁和立柱构成，组成一个刚性的空间框架，承受压机的全部工作载荷。立柱是主要支撑件和受力件。框架的刚度在很大程度上取决于上下梁、立柱的刚度及其连接形式，根据其联结形式，一般可分为如下三种:
(1)简单梁柱结构:立柱与上下梁分别采用预紧力联结，立柱靠螺母用预紧力将梁锁紧。立柱两端装在梁中部分承受预紧力，而上下梁之间的部分则是自由状态。这种形式结构简单、容易制造。如图1所示。
(2)复合梁柱结构:立柱采用套筒拉杆结构，拉杆
图1 图2
将套筒与上下梁用预紧力锁紧。拉杆全长承受预紧力的作用。这种结构比较复杂、加工工艺比较麻烦。如图2所示。
（3）钢丝缠绕预应力框架:用特制的高碳钢钢丝通过预紧力把上下梁和立柱缠绕形成一个整体框架，这种结构具有更好的刚性和超强的疲劳抗力。但制造工艺复杂，加工周期长。对零件的精度要求高，缠绕预紧力的分布以及钢丝的焊接均有严格的要求。
4研究实例
本文以3800吨压机为例对此进行实例计算。本次实验以压机厂内试机工况进行测试和计算，具体的工况如下:按每循环三次压制(低压1100KN，对应缸内液压压强0.97MPa、中压6870KN，对应缸内液压压强6.08MPa、高压34900KN，对应缸内液压压强30.87MPa)，压制频率设定为五次/min。主油缸内孔半径r=600mm；液压油作用在主油缸内的高度1=200mm。从以上条件可知，压机在每个压制循环会产生三次形变能量转换，为了方便计算将其总和为一个数值后再代人公式(1)和(2)进行求解，那么相应的参数如下:
F=Fl+F2+F3=(1100+6870+34900)×103N
p=pl+p2+p3=0.97+6.08+30.87=37.92 MPa
按压机每分钟压制五次的工作频率，压机结构每分钟消耗的能量为:23966J)。而在试机过程中测得的空载运行(即只包含前述中第二和第三两部分能耗)功耗数据为57.6kW.h。则压机的一分钟的空载运行能耗为:
W空载=57.6×160 =0.96kw·h=3456000 J
5陶瓷压机机械结构刚性对能耗影响的研究意义
随着国民经济快速发展，人们生活水平越来越高。对生活的环境要求也随之提高，作为装修材料的陶瓷砖有很大的市场。陶瓷砖自动液压机(以下简称陶瓷压机或压机)作为瓷砖生产线的关键设备，得到广泛的使用。十几年前，这种设备全部依赖进口，现在，国产机型已经占据大部分的市场，产品质量上不比国外名牌逊色多少。不断提高产品质量，如可靠性、精度、节能等方面，可以进一步提高经济效益，有利于企业的生存与发展，同时，社会效益也很显著。
陶瓷砖的压制成型属于大批量生产的粉末制品压制工艺类型。要求压制成型速度快、精度高、砖坯密度均匀烧成后变形小。陶瓷压机的压制次数，比普通金属成型压机要大数倍，加上它是安装在24小时连续工作的生产线上，所以陶瓷压机工作一年，相当于普通压机工作10年，如果在每一次循环中节约一定的能量，其节能效果就很可观。长期以来，在主机设计、液压系统设计都在不断加以改善。在液压系统中采用多种节能措施，如采用蓄能器回收储存循环中多余的液压能，待循环中的某环节需要更多能量时，又将所蓄能量投放到液压系统中；在液压站中应用飞轮机械蓄能装置等等。其实，框架在压制过程中产生的弹性变形，造成的能量消耗也是很大的，如果能改善框架的刚度，减小其弹性变形，就可以节约能量，而且，不同框架的结构形式有着不同的刚度及节能效果。本文主要想通过探讨压机梁柱框架形式对压机节能的影响，希望对压机生产厂家和用户在生产和设备选型方面有所帮助。
结语
从上述的研究计算中可知，陶瓷压机机械结构刚性对能耗的影响较小，90%以上的空载能量消耗在了液压系统中。而把陶瓷粉料压制成砖坯所需的有效能量又是与陶瓷粉料的工艺、配方相关，与陶瓷压机设备无关；所以陶瓷压机的节能降耗研究重点方向应该放在液压系统的优化方面。
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论文作者:徐中央
论文发表刊物:《基层建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/8/5
标签：压机论文; 陶瓷论文; 结构论文; 梁柱论文; 框架论文; 能量论文; 液压油论文; 《基层建设》2019年第15期论文;