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中密度纤维板之热压机面压与卸压的探讨(精品)

发布时间:2019-07-29 20:37 点击数:
  

  18 中国人造板 2008/7从根本上说, 热压机的面压是由所压制产品的要求决定的, 而卸压则是由所压制的产品和压机本身共同决定的。 面压的概念已在 《中密度纤维板多层热压机的热压过程分析》 (见2008年第6期)一文中有过介绍,其含义是指作用在板坯单位面积上的压力。 而热压机的卸压往往需要经过若干次。 为了更好地说明问题, 本文将结合生产实例对热压机的面压与卸压进行探讨。1 合理确定热压机面压的重要性热压机的工作面压不但直接影响着热压机及其液压系统的制造成本, 而且对使用工厂的投资及生产成本也有影响。 如果热压机的设计面压过小, 则无法满足...

  18 中国人造板 2008/7从根本上说, 热压机的面压是由所压制产品的要求决定的, 而卸压则是由所压制的产品和压机本身共同决定的。 面压的概念已在 《中密度纤维板多层热压机的热压过程分析》 (见2008年第6期)一文中有过介绍,其含义是指作用在板坯单位面积上的压力。 而热压机的卸压往往需要经过若干次。 为了更好地说明问题, 本文将结合生产实例对热压机的面压与卸压进行探讨。1 合理确定热压机面压的重要性热压机的工作面压不但直接影响着热压机及其液压系统的制造成本, 而且对使用工厂的投资及生产成本也有影响。 如果热压机的设计面压过小, 则无法满足生产工艺要求,这是绝对不允许的;如果热压机的设计面压过大,虽然能够满足板坯的热压工艺要求, 但是过多的余量不但使设备供货商的设计制造成本增加、 设备庞大, 而且使中密度纤维板厂的生产运行成本也大大增加。 生产实践表明, 在通常情况下, 热压机的面压一般在2. 5~3. 5 M Pa时就能保证干法中密度纤维板的厚度和密度要求。《中密度纤维板多层热压机的热压过程分析》一文中提到的7层4 × 16 幅面的中密度纤维板热压机, 在生产不同厚度的中密度纤维板时的压力-时间数据、 板厚与密度如表1和表2所示 (热压曲线中可以看出,在压制最厚24 m m的板材时,热压机油缸的实际工作油压为18 M Pa, 对应的板坯面压约为2. 8 M Pa, 而热压机的设计面压在4. 3 M Pa左右。 不仅本案例中密度纤维板热压机的面压在4. 0 M Pa以上, 其他大部分中密度纤维板热压机的面压也多在4.0 M Pa以上。从 《中密度纤维板多层热压机的热压过程分析》 一文中的热压曲线和生产实例中可以看出, 压力的主要作用是克服板坯在热压过程中产生的摩擦力 (即板坯的反弹力) ,将板坯压缩到规格要求的厚度。当液压系统的加压压力克服了板坯的反弹力后, 热压板便开始接触厚度规。 在生产过程中如果控制方式采用压力优先原则, 那李绍昆,姜仁龙(上海人造板机器厂有限公司, 上海 201805)摘要:结合多层热压机生产中密度纤维板的实例探讨了应如何合理确定热压机的面压,说明了卸压的重要性及其卸压方法。关键词:热压机;面压;卸压表1 实际热压生产过程中的压力-时间数据板厚/mm压力/ M Pa43.53.53.53.54.55.5时间/s4888888T/sT 1-3+T 7-6581110.011.511.512.012.513.0211.012.512.513.013.514.033.03.03.03.04.05.0515.516.516.517.017.518.0615.016.016.016.517.017.575.05.55.56.07.08.082.02.02.02.53.04.091.01.01.01.11.52.热压机面压与卸压的探讨工程师手册中密度纤维板之11 2008/7 中国人造板 19么再增大压力只能使厚度规受力, 而板坯则不再承受超出其最大反弹力以外的压力。 实际生产中这种压力优先的控制方式是不可取的, 因为过大的压力不但会使热压板受损、 厚度规变形, 严重时还会影响板材的厚度和密度。同时,过高的压力还会影响板材断面的密度分布,因为压力越高, 板坯压缩越快, 结果造成从芯层到表层的密度差就越明显。 也就是说, 为了减少板材断面密度分布的不均匀性,不宜采用过高的热压压力。在实际生产过程中, 为了既能生产出合格的中密度纤维板, 又能较容易地实现自动控制, 同时做到有效地保护热压板和厚度规, 通常采用厚度优先原则, 即在整个热压过程中, 当板坯在压力的作用下达到厚度要求时, 液压系统就停止继续加压, 这就是所谓的位置控制。 从理论上讲, 柱塞缸的实际最大工作油压应以热压板开始接触厚度规为界限, 即热压机的设计面压应以克服板坯的反弹力为依据。 生产实践已经证明, 热压机的面压在2. 5~3. 0 M Pa时就足以生产出合格的中密度纤维板, 即使在极端情况下,热压机的面压也无需超过3. 5 M Pa, 因此也就更没有必要按4. 0 M Pa以上的面压来进行热压机的设计与制造了。对于上述实例, 假如油缸的设计工作油压P=28 M Pa保持不变, 而热压机的工作面压按P s=3. 0M Pa进行设计,那么柱塞的直径可按公式 (1) 进行计算: 式中:d 柱塞直径,mm;n 柱塞数量,个;P柱塞的实际工作油压, M Pa;Ps 设计面压,M Pa;A 板坯的受压面积,c m2。设计时可将柱塞的直径圆整为340 m m , 这样8个柱塞缸在28 M Pa的工作油压作用下产生的总压力为20 337 kN 。同样可将这个总压力为圆整为20 000 kN , 此时板坯的面压为3. 08 M Pa, 柱塞缸的工作压力约为27. 5 M Pa。 表3为不同面压所对应的柱塞直径、 柱塞工作油压及热压机的总(1)压 力 。表2 成品板厚度、 毛板厚度及板材密度表3 不同面压对应的柱塞直径、工作油压和热压机总压力也就是说, 不同的面压将直接影响着热压机及其液压系统的设计与制造。对于上述4 × 16 、 受压板坯面积为 1 310 m m ×4 950 m m 的中密度纤维板热压机, 其设计面压可确定在3. 0~3. 5 M Pa之间, 即可满足热压工艺要求, 并且留有合理的余量。 如果把板坯面压从4. 3 M Pa降到3. 0~3. 5 M Pa, 热压机的总压力可以降低约20% ~30% ,在保证机械强度及刚度的前提下, 直接的效果是可以使机架板的几何尺寸(厚度、 宽度及高度) 减小, 不但节省了钢材 (机架的质量至少可以降低20% ~30% ) , 而且减少了加工量, 降低了材料的采购成本及加工成本。由于面压P s降低则可采用较小直径的柱塞缸, 这样每个柱塞缸的质量可以大大降低, 其中实心柱塞的质量W1 可按公式(2 )计算: (2)式中: W 1 实心柱塞的质量,kg; d 柱塞直径,m m ; h对应工作行程为S 时的柱塞的实际长度,m ; 材料的密度,kg/ m3。通过计算可知柱塞的质量可以降低28% ~36% 。由于柱塞直径的减小, 所以柱塞缸缸体的质量也随之大大减少。现以缸筒部分为例,缸筒部分的质量W 2 可按公式(3)进行计算: (3)式中:W 2 缸筒部分的质量,k g; D1缸筒外径,m m ;D2 缸筒内径,mm;H 缸筒长度,m; 材料的密度,kg/ m3。通过计算可知缸筒的质量可以减小30% ~40% 。对于15层的4 × 16 幅面的中密度纤维板热压机, 如果面压从4. 3 M Pa降到3. 0~3. 5 M Pa, 那么机架板的质量可减小约 板厚 密度/(kg/m成品板 / m m毛板 / m m89.91011.91213.91921.12224.22427.33)780~820770~810760~800735~765720~760680~730板坯面压P s/ M Pa4.33.53.02.8柱塞直径d /m m0柱塞工作油压P / M Pa28.027.826.628.0压机的总压力/kN28 00022 00020 00018 000工程师手册 20 中国人造板 2008/713~20 t,油缸的质量可减小约20~26 t。 由此可见, 材料成本的降低幅度非常可观。由于面压的降低,液压系统的制造成本也随之降低。 根据中密度纤维板生产工艺的要求, 热压机的闭合速度应尽可能快。 前面已经阐述过, 具有同时闭合机构的多层热压机, 其闭合时间不超过10 s。 也就是说, 为了满足中密度纤维板生产工艺的要求, 热压机的闭合时间t基本保持不变。 为了保正热压机的快速闭合, 液压系统必须保证足够的供油量, 液压系统的供油量可按公式 (4) 计算 : 式中:S 柱塞工作行程,mm;V 液压系统的总供油量,L。液压系统的供油流量可按公式(5)计算: 式中:t 压机快速闭合时间,s ;Q供油流量,L/ m i n。通过计算,液 压 系 统 的 供 油 流 量 可 以 减 少28%~36% 。液压泵驱动电机功率可按公式(6)计算: (6)式中:Pmi 电机消耗的功率,k W;Pi 油泵的工作压力,M Pa;Q i 油泵的流量,L/m i n。由此可见, 由于面压的降低, 液压系统中不但蓄压器的容量可以减小, 而且充压泵组及加压泵组的流量及其驱动电机功率也可以大大降低。板坯在周期式多层热压机中进行加热时, 每层热压板之间都装有厚度规。 压力过小, 板坯会反弹, 不能达到要控制的板材厚度 ; 压力过大, 不但影响板坯厚度的控制精度, 而且会造成厚度规的磨损及热压板的变形。 所以热压过程中, 既要保证所要生产的板材厚度, 又要减小厚度规的承载负荷, 使热压机不受到损害。 总之, 中密度纤维板热压机按合理的面压进行设计与制造, 不但具有可观的经济效益, 而且还将体现出良好的社会效益;不但可以降低设备制造商和用户的成本, 而且还可以有效地降低钢材消耗与能源消耗, 设备制造商和用户可以收到双赢或多赢的效果。2 卸压的重要性及卸压方法2.1 卸压的重要性在中密度纤维板热压机的热压曲线)过程结束后就进入卸压过程, 此时必须注意卸压速度要慢。 整个热压过程都是在一定温度和压力的条件下进行的, 因为板坯下无垫网, 水蒸汽只能从板坯的周边逸出,阻力比较大, 故实际排出量很少, 大量水蒸汽需在卸压阶段排出。 在排气过程中, 要保证板坯受到的面压高于其内部水蒸汽或高温过热水的压力, 需要多次的逐渐卸压才能有效防止板材鼓泡乃至放炮现象的发生。 卸压曲线的工艺目的就是要在卸压时使板材内部的面压与水蒸汽压力的差值总是小于其内结合强度。 如果突然减压或卸压时间太短, 蒸汽会立刻剧烈膨胀, 板材轻则鼓泡, 重则破裂、 分层。 热压机的卸压时间主要取决于板材含水率高低、 板材幅面的大小、 板材的厚度及内结合强度等因素, 即使压制薄板, 其卸压时间也不能少于15 s, 生产的板材越厚, 所需的卸压时间也越长。不仅压制中密度纤维板需要卸压过程,而且在压制其他人造板时也离不开卸压过程。 一方面卸压是生产产品时热压工艺的要求, 另一方面也是设备本身的需要。 热压机在加压以后, 机架的弹性变形积蓄着变形能, 柱塞缸内因液压油的压缩积蓄着巨大的油液压缩能, 管道及液压缸缸体由于受压后膨胀也积蓄着大量的变形能。 保压结束后,如果卸压过快, 那么这些加压而积蓄的巨大能量必然会由于释放过快而产生剧烈的液压冲击。 液压冲击指的是在卸压的瞬时出现的剧烈振动和发出的巨大响声, 这种破坏力极大的液压冲击会使液压阀及管道等产生破裂, 严重影响热压机的正常运行, 不但降低了热压机的使用寿命, 而且也是极不安全的隐患。 下面以笔者实际工作中所设计的一个热压机为例来探讨一下液压油受压后所积蓄的压缩能。通常情况下,人们很重视一定温度下(一般以40℃为标准) 液压油的运动黏度, 却很少考虑一定温度和一定压力下液压油的压缩性和膨胀性, 然而实际情况是液压油的压缩性和膨胀性不容忽视。 在液压工程中,常用液压油的体积压缩系数 p和温度膨胀系数 t来表示液压油的压缩性和膨胀性。 液压油体积压缩系数可用公式表示为 (7)式中: p液压油的体积压缩系数, m有空气的矿物基液压油, p的范围为(5~7)× 10-10m△ V =V0- V;△ p =p -p 0; p 0 液压油初始压力, Pa ; V0液压油初始压力为p 0 时的体积,m P液压油的工作压力,Pa;2/N ,对于不混2/N ;3;工程师手册 2008/7 中国人造板 21V 液压油的工作压力为 p 时的体积,m3。由公式(7)得到V=V0 [L- p(p-p0)] (8)液压油的体积压缩系数又称为液压油的压缩率, 它形象地表明了液压油压缩性的大小 (可压缩的程度) 。 很显然, 液压油的体积压缩系数是很小的, 也就是说, 液压油是很难被压缩的, 液压油体积弹性模量只比钢的弹性模量小两个数量级(钢的弹性模量约为2. 1× 1011 Pa) 。在液压油的工作压力不超过1. 5 M Pa时, 液压油的可压缩性是可以忽略不计的。 但是, 当液压油的工作压力较高时, 特别是对于高压系统, 液压油压缩性的影响是必须加以考虑的。 人造板热压机柱塞缸中的液压油的压缩性对设备及工艺的影响就应当引起足够的重视。为了更好地说明液压油的压缩性, 液压工程中又引入了体积弹性模量的概念。 液压油的体积压缩系数的倒数称为液压油的体积弹性模量, 可用公式表示为E0 =1/ p,单位是 N /m× 109 Pa。 在实际应用中, 由于液压油内不可避免地会混入空气等, 所以E0会大大减小, 实际计算时常取E0=1. 67× 109 Pa。相应地, 实际计算时常取 p=6× 10-10 m液压油的热膨胀性指的是液压油的体积会随着温度的变化而变化, 液压油的热膨胀性用温度膨胀系数 t表2, 对于不混有空气的矿物基液压油, E0 =(1. 4~2)2/N 。示, 公式为 (9)公式中, V 是液压油的体积变化量, V 0是常温t 0下液压油的初始体积, t 是相对于常温的温度变化, 当液压油的温度为t 时, 液压油的体积为V 。 由此可知, △ V =V 0-V , △ t =t-t0 。矿物基液压油的热膨胀率 仅取决于液压油本身的属性, 它与压力及温度无关。 对于矿物基液压油而言, 约为(8.5~9.0)× 10-4/℃。液压油温度为t℃时的体积为 : V =V 0(1+ t△ t)。下面以具体实例来说明为什么要重视液压油压缩性及卸压的必要性。上面提到的7层-4 × 16 中密度纤维板多层热压机,柱塞缸的柱塞直径D=400 m m ,柱塞缸的数量为n=8,油缸的工作压力为p=28 M Pa, 压机的层间距为360 m m , 不考虑板材厚度时热压机的行程为S =2 520 m m 。 液压缸的工作介质为L-H M 46 矿物基抗磨液压油 (GB 11118. 11994) ,相当于旧国标GB 251281中的YB-N 46矿物基抗磨液压油(密度 =800~900 kg/m后油缸内油液的体积为 。3) 。 热压机闭合闭合后加压前由于油缸内的压力很低, 油液的压力可忽略不计,即将p0近似地当作p0=0。 当液压缸加压到p=28 M Pa时油液的体积则为 。此时液压缸内液压油被压缩的体积为 V =V 0-V=2. 53-2. 48=0. 05 m3。 加压及保压结束后, 如将柱塞缸的加压腔直接与油箱接通,那么柱塞缸内具有压力为p=28 M Pa的油液压力会迅速降低, 加压时被压缩的油液也将迅速膨胀。 假设从工作压力p=28 M Pa降到p 0所历经的时间为t p =0. 1 s, 那么因油液膨胀而导致的卸压流量为 。这样, 卸压时所释放的液压能为:油液压缩所产生的巨大液压能瞬时释放, 再加上机架的变性能等能量的释放, 必然会引起剧烈的振动及响声, 其中液压油因压缩所积蓄的液压能量在瞬时之内的快速释放是产生液压冲击的最主要原因。 从能量释放的公式中可以看出, 要减小液压冲击, 必须降低卸压流量Q , 而降低Q的方法不外乎是减小 V,延长t p 。而 V是确定的,所以唯一可行的办法是延长卸压时间t p , 因而热压机在加压及保压结束后, 必须通过液压系统和电控系统的联合控制, 使液压油的工作压力逐渐降低, 有效增加卸压时间t p , 万不可使其快速瞬时降压到接近零或极低的压力。2.2 卸压方法简介在人造板压机中,使压机卸压的方法有多种多样,图1中的3种原理图就是比较常用的卸压方法。在上面的3种卸压回路中, 使用的场合及方法不尽相同。 卸压方法原理A可用在中密度纤维板多层热压机中, 电磁阀Yv3/Yv4 在系统中作为安全阀使用, 两个插装阀则用于卸压回油, 而卸压后热压机的大量回油则依靠特殊的进回油充液阀使油液回到油箱中。 实际使用时, 可把两个插装阀调节成不同的回油流量, 由于电磁阀Yv1和Yv2可以有不同的工作组合方式, 于是卸压速度也就随之可以控制。 卸压方法原理B可用在油缸上置的单层压机中, 其中的插装阀仅起到卸压回油的作用, 而卸压后压机的大量回油, 则依靠充液阀的液控开启后使油液回到压机顶部的油箱中。 实际使用时, 可把两个插装阀调节成不同的回油流量, 由于电磁阀Yv5和 Yv6可以有不同的工作工程师手册 22 中国人造板 2008/7组合方式,于是卸压速度也就随之可以控制。卸压方法原理C可用在高压装饰层积板(H PL)压机中, 电磁阀图1 卸压方法原理图Yv9用于卸压,卸压结束后,在电磁阀 Yv7和Yv8的共同作用下插装阀可以分别开启或同时开启, 压机就可以快速或慢速张开。3 结束语热压机面压的主要作用是用来克服板坯的反弹力压实板坯, 设备制造商和使用厂均没有必要追求过大的面压, 因为设计面压过大而造成过多的能力储备是一种很大的浪费。 对设备制造商而言, 过大的设计面压导致机架及油缸等材料消耗增加, 不但造成设备体积庞大, 而且材料的采购成本与设备的制造成本增加 ; 对使用厂来说, 过大的设计面压不但导致投资成本增加, 而且生产运行成本也随之增加。 在某种意义上说, 过剩的功能和永不使用的过多储备都是浪费, 而我们应该做的是减少浪费,乃至避免浪费。另外,为了保证产品的工艺要求及质量要求,为了保证设备的正常运行及使用寿命,热压机必须具有良好的卸压功能。参考资料:[1]徐咏兰.中密度纤维板制造[M ]. 北京:中国林业出版社, 1995 .[2]许秀雯.中密度纤维板工程[M ]. 哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,1995.[3]王国超.纤维板生产技术[M ]. 北京:中国林业出版社, 2000.[4]机械设计手册(第四版)[M ].北京:化学工业出版社, 2002. (责任编辑 : 丁炳寅)(上接第 5 页)3.5 华南地区华南地区速生林木资源最为丰富, 为中密度纤维板生产提供了优越的原料供应条件。 该地区已成为我国中密度纤维板生产发展最快的地区。 但由于近年新建生产企业急剧增多, 原料供应压力不断增长。2008年该地区在建中密度纤维板生产线 西南地区西南地区虽然林木资源较为丰富,但由于经济欠发达以及一定时期的禁伐,中密度纤维板生产发展水平较低。该地区木材原料价格低廉,供应能力强,但运输条件较差。但随着基础设施的不断完善以及森林蓄积量的不断恢复,上述地区具备发展中密度纤维板生产线年该地区在建中密度纤维板生产线 西北地区西北地区林木资源稀缺,经济发展水平低,建设中密度纤维板生产线年该地区在建中密度纤维板生产线。总体来说,随着我国中密度纤维板行业的快速发展, 我国中密度纤维板生产能力发展的地区也在逐渐转变, 在目前生产能力还不密集而资源供应尚不紧张的地区, 随着当地建设条件的不断完善, 有望成为我国中密度纤维板生产能力发展的新增长的热点地区。参考文献:[1]国家林业局.中国林业统计年鉴.北京:中国林业出版社, 2007.[2] 2007年世界中密度纤维板生产能力调查. 中国人造板, 2008(增刊):22-36 (责任编辑 : 陈 怡)工程师手册




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