全自动石蜡成型机切粒系统模板与切刀磨损分析及控制系统设计方案

[一]、石蜡成型机切粒系统模板与切刀磨损分析
成型机通常有两种工作模式：一种是“间隙式”切粒，切刀与模板之间有固定的间隙，这种切粒方式操作简单，切刀与模板磨损小，使用寿命长，但切出的颗粒形状不规则、碎屑多、带尾严重；一种是“接触式”切粒，切刀始终与模板保持接触，这种切粒方式切出的颗粒外观整齐、碎屑少、不带尾，但切刀与模板磨损快，使用寿命短。不管哪种方式切粒，模板与切刀都会造成磨损，切粒刀实际是与成型模板成型带的出料孔组成一对剪刃，切粒刀是动刀，模板成型带出料孔与成型带表面形成的刃口是定刀，熔融在通过模板成型带出料孔时，遇50^-60℃的冷却水使物料表面瞬间固化，物料被动、定刀剪切成颗粒。切粒刀在工作中先是与所切物料接触，二是与冷却水和其遇热突然产生的水蒸气接触，三是磨刀时与模板成型带表面接触。切粒刀磨损的主要原因除刀刃与模板切粒带之间的摩擦外，集屑瘤反复粘贴脱落造成的磨损和汽蚀造成刃口的伤害也是关键因素。刀刃与模板切粒带之间的摩擦，一般发生在新刀与模板的磨合期，这只会使切刀刃口与模板切粒带接触理想，而不会对切刀和切粒带造成伤害。而另一种磨损是非正常磨损，在换新刀后不进行认真磨刀，至少刃带的85%没有磨出来就开车成型，工作不长时间就开始出现尾料增多的现象，此时刀具刃带已经被成型带内外圆未参与工作的位置架了起来，强行进刀，刃带前端翘起与模板成型带间隙增大，尾料反而增加。此时刀具和模板的磨损加剧，严重时造成缠刀无法开车的后果。可见因刀具磨合不好，造成刀刃磨损较为明显。
由于机组的长期工作，模板在升温和降温交替工况下，模口膨胀增大并变形，出现模口边缘不锋利或破损。另外，切粒刀受水室工作条件的限制，受力相对复杂，切刀在运行过程中始终存在一个向前的推力作用，以克服其他反向力，使切刀刀刃与模板接触，向前的推力有3个：即进刀压力，由液压缸油压(20一60bar)提供，可通过石蜡成型机控制系统或安装在就地操作面板上的电位计预先设定；成型机在热水中转动所产生的螺旋推力；切刀轴受热膨胀冷缩时产生的压力，该力与环境温度有关。反向力有4个，即弹簧的弹力，此力为一常数，出厂时设定后不作改变，用于停车退刀；热水对切刀向后的压力；摩擦产生的向后推力；树脂向后的压力，该力与生产负荷有关，负荷越大此值越大，成正比例关系，另外还包括由操作人员设定的成型机力、刀片在水中转动时切粒水对刀片的液体动力作用和刀片对模板表面产生的反作用力等。这些作用力都会造成模口处的剪切率和剪切应力提高，使得物料的切断不理想，切削产生的物料屑呈瘤状集中堆积在模口处并反复粘贴脱落，切削时切粒水在刃口处发生汽蚀，加剧了模板切粒带表面和切粒刀的磨损。
[二]、石蜡成型机电液比例控制系统设计方案
现有石蜡成型机多采用单作用力驱动，通过齿轮啮合传动，由固定挤压辊驱动移动挤压辊转动，配合普通电磁换向阀驱动液压缸控制挤压力和调节辊间隙的方式进行工作。采用齿轮传动技术瞬时传动比不准确，造成挤压辊转动时会出现轻微振动；采用普通电磁换向阀控制液压缸技术，挤压辊之间缝隙很难实现调节控制，且挤压力不稳定。上述这些问题严重影响了物料的成型质量和成型效率。
因此，基于电液比例控制技术对原有液压系统进行改进设计。
改进的电液比例控制系统采用集中式布局，这种形式的优点是装配和维修方便。集中式的布置结构是将整个液压系统中的液压油源、液压控制元件设置于石蜡成型机之外。搭建的电液比例控制系统如图4-1所示，主要包括位置同步闭环控制回路和速度同步调速控制回路。电液比例位置同步闭环控制回路主要由电磁换向阀、液压缸、位移传感器和比例放大器等元件组成，构成位置同步控制回路，通过位移传感器和比例放大器检测和放大位移信号，调节与控制固定挤压辊与移动挤压辊之间的间隙，实现位置闭环准确控制；速度同步调速控制回路比例调速阀和液压马达构成速度同步控制回路组成，用于调节和控制压马达的转速，使两挤压辊同步转动。为工作介质清洁度和系统工作，在电液比例压力控制泵出口处安装了过滤器，在油箱中装有液位计和热电偶传感器，用以监测油箱中的油液液位和油液温度。
电液比例控制系统的启动操作过程为：启动电液比例压力控制泵，向位置同步控制回路供油，分别使阀组件的两位两通电磁换向阀通电，各阀组件处于工作状态，然后分别向两个电磁换向阀发出指令控制信号，使其右位阀口逐渐打开，此时两路液压油控制液压缸活塞杆伸出，推动移动挤压辊向固定挤压辊方向滑动，当两挤压辊达到系统设定间隙时，通过位移传感器和比例放大器检测和放大位移信号，控制电磁换向阀阀口逐渐恢复中位。
电液比例压力控制泵同时向速度同步控制回路供油，阀组件处于工作状态，通过两个比例调速阀分别两个向液压马达供油，通过控制比例调速阀，使液压马达驱动移动挤压辊与固定挤压辊同步转动。