【挤出机液压系统分析】液压系统的分析

　 德国TROESTER 公司 双复合挤出机液压系统分析 栗晓华 (风神轮胎股份有限公司，河南

　 焦作

　 454003) 摘要：首先介绍了 TROES TER 双复合挤出机液压系统的结构及主要参数，然后对高低压供油系统、上机头安全插销控制系统、挤出机旁压辊开合控制系统、机头锁紧锤摆转控制系统、上下机头开合控制系统、口型盒上下夹持控制系统、机头锁紧锤伸缩控制系统的工作原理和过程作了详细的介绍。另外，还对口型盒上下夹持控制系统、机头锁紧锤伸缩控制系统所出现的故障进行了分析，并找出了原因。整个液压系统具有较好的稳定性、安全性和环保性。 关键词：液压系统；控制；电磁换向阀；柱塞泵；液压锁；单向节流阀；平衡阀 中图分类号：TQ330.44

　 文献标识码：B

　 文章编号：1009-797X(2005)01-0041-07

　我公司于 2003 年从德国 TROESTER 公司引进的双复合挤出生产线投产后运行情况良好，但液压系统出现了一些故障。在维修保养的过程中我们仔细分析了该生产线的液压系统，发现该系统虽然存在一些问题，但还是有其独到之处，具有结构明朗、布局清晰、操作简单、维修方便等特点，在安全和环保方面尤为突出。现就分析情况介绍如下，以供同类设备使用厂家借鉴。 1 系统的基本介绍 1.1 基本结构 系统由动力系统（低、高压供油系统）、执行系统（各种液压缸）、控制系统（控制阀及阀组）组成，工作介质液压油。低压供油系统使用恒功率轴向柱塞变量泵，高压供油系统采用径向柱塞定量泵。高、低压供油系统及其它系统主控元件都安装在油箱上面，实现了与执行系统的分离，既便于故障原因分析，又利于挤

　作者简介：栗晓华（1968-），男，工程师，1991年毕业于郑州大学机械工程专业，现从事轮胎机械工装管理工作。 收稿日期：2004-10-25 收到修改稿日期：2004-11-25 出机的检修。 1.2 主要参数 （1 ）低压供油系统主要参数 额定流量

　 36 L/min（Qmax =8 MPa）电机转速

　 1 500 r/min 电机功率

　 5.5 kW 电源电压

　 380~415 V

　50 Hz （2 ）高压供油系统主要参数额定流量

　2.0 L/min 电机转速

　 1 500 r/min 电机功率

　 3.0 kW 电源电压

　380~415 V

　50 Hz 2 动力系统分析 2.1 低压供油系统 低压供油系统见图 1 。低压供油系统使用的恒功率轴向柱塞变量泵采用配油盘配油、内外弹簧和压力油的共同作用来控制泵的流量和压力特性（低压力高流量、高压力低流量特性），实现恒功率变化。具有结构紧凑、体积小、重量轻、效率高、流量调节方便、自吸能力强等特点，并且径向尺寸小，可获得较高的转速和较小的调节惯性。但该泵结构较复杂，工艺要求高。低压供油系统为机头所有动作部位供油。 1 — 柱塞变量泵； 2 — 配油盘； 3 — 内弹簧； 4 — 外弹簧； 5 — 三位四通换向阀； 6 、 7 — 可调减压阀； 8 — 单向阀； 9 — 卸荷式压力开关； 10 — 压力表 图1　低压供油系统简图

　根据设计要求，低压供油系统提供 12 MPa 和 23 MPa 2 种额定压力。当三位四通换向阀的 Y2 动作，溢流阀 6（额定压力 12 MPa）起作用，检测油路 ZX 反馈低压信号，变量泵切换为低压高流量供油状态，系统输出 12 MPa（P2）压力油。当换向阀的 Y1 动作，换向阀关闭，溢流阀 6 失去作用，此时主油路中的溢流阀 7 （额定压力 23 MPa）起作用，检测油路 ZX 反馈高压信号，变量泵切换为高压低流量供油状态，系统输出 23 MPa（P1）压力油。因油压设定需要，系统中安装有压力设定检测装置，通过压力开关和压力表进行压力设定检测，同时也可用于液 压泵工作状态监控。 2.2 高压供油系统 高压供油系统见图 2 。高压供油系统使用的恒功率径向柱塞定量泵没有变量机构，液压油输出合并为同一出口，具有耐振动、耐冲击、有一定的自吸能力等特点。高压供油系统提供额定压力为 63 MPa 的压力油，用于挤出机上下机头锁紧。低压供油系统工作原理前面已经讲过，这里不作叙述。 1 — 柱塞定量泵； 2 — 液控溢流阀； 3 — 二位二通截止阀； 4、5 — 二位二通单向阀图2　高压供油系统简图 高压供油系统有 HD1 和 HD2 2 个油路输出，分别供上下机头锁紧。当上机头锁紧动作时，高压泵开始运行 1 s 后，系统中截止阀的 Y3 和单向阀 4 的 Y4 得电提供高压油，此时截止阀关闭，单向阀 4 打开，压力油直接通过单向阀 4 经 H D 1 油路输出。上机头锁紧动作完成后，下机头开始锁紧，此时系统中截止阀的 Y 3 继续得电，单向阀 4 失电，而单向阀 5 的 Y5 得电，压力油直接通过单向阀 5 经 H D2 油路输出。机头锁紧时与高压供油系统同步启动的低压系统经 P2 油路输出压力油，原理见低压供油系统分析。 3 控制系统分析 3.1 上机头安全插销 上机头安全销液压系统见图 3 。当上机头打开到位后，检测反馈信号启动安全销液压系统。系统中换向阀的 Y44 得电，200 ms 后低压泵启动运行，压力油（10 MPa）经换向阀的 A 油口直接进入安全销油缸无杆腔完成插销动作。当合上机头时，安全销液压系统首先要完成拔销动作，此时系统中换向阀的 Y45 得电，200 ms 后低压泵启动运行，压力油（10 MPa）经换向阀的 B 油口直接进入安全销油缸有杆腔完成拔销动作后就可以合下机头了。系统中换向阀的作用是在安全销插拔动作完成后，阀芯处于中位，油缸高压侧溢流出的油液直接回油箱，使得油缸 2 腔内的油压处于平衡状态，活塞静止，安全销固定，不会因缸内压力不平衡造成安全销动作发生事故，有极好的安全作用。 1 — 三位四通换向阀；2 — 节流阀；3 — 液压缸图3　上机头安全销液压系统简图 当检测到安全销插入或拔出动作完成后，缸内压力达到 10 Mpa（F4）并延时 100 ms 后，控制中心才确定安全销插拔动作完成，供油系 统停止供油。 3.2 挤出机旁压辊开合 上挤出机旁压辊液压系统见图 4 （上下挤出机旁压辊开合液压系统原理相同）。关闭旁压辊时，系统中换向阀的 Y 5 7 得电，压力油（2 3 M P a ）经换向阀的 A 油口、液压锁的左侧单向阀、单向节流阀的左侧阀、双控平衡阀进入油缸有杆腔，从而完成关闭动作。打开旁压辊时，系统中换向阀的 Y56 得电，压力油（23 MPa）经换向阀的 B 油口、液压锁的右侧单向阀、单向节流阀的右侧阀进入油缸无杆腔，从而完成打开动作。 系统中液压锁是采用 2 个液控单向阀组合成的联锁回路，可以实现油缸活塞在任意位置上的锁紧。当 Y 型换向阀的阀芯处于中位且其 A 和 B 2 油口同时直通油箱时，液压锁的 2 个单向阀才能立即同时关闭即刻锁紧，达到使油缸活塞在任意位置锁紧，旁压辊在任意位置停留的目的。只有在电磁换向阀通电切换时，压力 1 — 三位四通换向阀； 2 — 液压锁； 3 — 单向节流阀；

　图4　挤(4)出机旁压辊液(—双控平衡阀；5)压系统(—油缸)简图 油向油缸供给，液控单向阀被反向打开，液压缸活塞才能运行。调节单向节流阀和双控平衡阀共同确保压力油缓慢平稳流动，液压缸平稳卸压，使旁压辊开合平稳操作，避免打开或关闭旁压辊动作过大，损坏设备零部件。 3.3 机头锁紧锤摆转 机头锁紧锤摆转液压系统见图 5 。机头锁紧锤有 4 只，上下各 2 只，左右对称安装、对称摆转。动作原理是换向阀的 Y 3 0 得电，压力油（10 MPa）经换向阀的 B 油口、液压锁的右侧单向阀、单向节流阀的右侧阀进入旋转油缸，锁紧锤摆出。换向阀的 Y31 得电，压力油（10 MPa）经换向阀的 A 油口、液压锁的左侧单向阀、单向节流阀的左侧阀进入旋转油缸，锁紧锤摆入。系统中 Y 型换向阀、液压锁及单向节流阀的作用与在旁压辊液压系统中的作用相同。 锁紧锤摆出动作开始时，有 1 个轻微的摆入动作，然后再有摆出动作；锁紧锤摆入动作开始时，也有 1 个轻微的摆出动作，然后再有摆入动作。不管出之前先入还是入之前先出，油路内压力必须达到 10 MPa（F4）。由于摆入或摆出动作完成后，液压锁处于锁紧状态，液压锁与换向阀之间油路里基本没有液压油，当一侧进入液压油打开单向阀的瞬间，另一侧的压力油反向推动旋转油缸，因此出现出之前先入、入之前先出的微小动作。 1 — 三位四通换向阀； 2 — 液压锁； 3 — 液控溢流阀； 4 — 单向节流阀； 5 — 旋转油缸 图5　机头锁锤摆转油缸液压简图

　3.4 上下机头开合 机头开合液压系统见图 6 。机头开合上下单独动作，液压原理完全相同。分析如下：系统中换向阀的 Y46 得电，压力达到 10 MPa（F4）时，6 s 后系统转供 23 MPa 压力油，压力油经换向阀的 B 油口、液压锁的右侧单向阀、单向节流阀的右侧阀进入油缸无杆腔，完成机头关闭动作。当机头到位经接近开关检测，油路内压力达到 23 MPa（F3）后，才确定机头关闭到位。 系统中换向阀的 Y 4 7 得电，压力油达到 10 MPa（F4）时，6 s 后系统转供为 23 MPa（F3）压力油，压力油经换向阀的 A 油口、液压锁的左侧单向阀、单向节流阀的左侧阀、双控平衡阀进入油缸有杆腔，完成机头打开动作。当机头到位经接近开关检测，油路内压力达到 23 MPa（F3）后，才确定机头打开到位。 单向节流阀和双控平衡阀共同确保压力油缓慢平稳流动，液压缸平稳卸压，使机头开合动作平稳，避免打开或关闭机头时速度过快而发生意外。液压锁和 Y 型换向阀能够共同确保在系统突然失电时，换向阀的阀芯处于中位且其 A 和 B 2 油口同时直通油箱卸油，液压锁的 2 个单向阀立即同时关闭，油缸活塞即刻停止动作，使机头在任意位置停留，不至于发生安 1 — 三位四通换向阀； 2 — 液压锁； 3 — 单向节流阀； 4 — 液控溢流阀； 5 — 双控平衡阀； 6 — 油缸 图6　机头开合液压系统简图

　全事故。 3.5 口型盒上下夹持 3.5.1 系统工作原理分析 口型盒液压系统见图 7 。口型盒夹持油缸分上下 2 组，每组 6 只油缸，油缸采用并联方式连接。上下 2 组油缸分别由独立的液压系统进行控制，2 者不同之处在于下组油缸的液压系统没有平衡阀。系统在得到夹持或松开口型盒信号后上下液压系统同时启动，油缸同步动作，完成口型盒夹持或松开要求。系统中换向阀的 Y40 得电，压力油（10 MPa）经换向阀的 B 油口、液控单向阀进入油缸的无杆腔，活塞杆伸出完成夹持动作。由于此系统中油缸较多，为了减少动作时间，油缸排出的压力油经单向阀进入供油管路 P 1 补给油源，减少压力油循环造成浪费。系统中的平衡阀确保回油管路压力，使上组油缸活塞杆缓慢伸出，避免冲顶口型盒；而下组油缸活塞杆是自下而上伸出，自身阻力可以确保活塞杆伸出平稳，因此下组油缸液压系统中没有平衡阀。活塞杆缩回时，系统中换向阀的 Y41 动作，压力油（10 MPa）经换向阀的 A 油口、单向阀、平衡阀进入油缸小腔，此时回油经进油打开的液控单向阀直接回流油箱，完成松开动作。 1 — 三位四通换向阀； 2 — 单向阀； 3 — 液控单向阀； 4 — 液控溢流阀； 5 — 平衡阀（下锁紧缸无此阀）； 6 — 油缸 图7　口型开合液压系统简图

　上下口型夹持动作只有当油路内压力达到 10 MPa（F5/F6）并且口型的上下 2 组油缸全部夹持到位，才确定口型夹持动作完成。夹持动作完成后，若油路压力低于 10 MPa（F5/F6）时，低压泵启动开始补压，当油路压力能够达到 10 MPa（F5/F6）时，低压泵延时 100 ms 停止补压，当补压 5 s 后油路压力仍达不到 10 MPa（F5/ F6 ），说明油路系统出了问题，应采取相应措施 进行解决。 3.5.2 夹持油缸故障 在此系统中，在锁紧油缸组与安装底板（油液分配器）之间出现泄漏，虽说对设备运行影响不大，但泄漏的油液滴落到生产部件上面时会对产品质量产生影响。经分析故障原因主要有以下 3 方面：①油缸或安装底板平面度超差；②油缸与底板之间的密封圈在安装时错位； ③油缸安装预紧力不够，造成密封面偏小。 3.6 机头锁紧锤伸缩 3.6.1 系统工作原理分析 机头锁紧液压系统见图 8 。机头锁紧起初由低压（10 MPa）和高压（63 MPa）动力系统同时供油。当锁紧动作到位时，低压泵延时 2 s 停止运行并切换为 23 MPa 供油状态而高压泵继续运行，当锁紧缸内压力达到 63 MPa 时，高压 1 — 三位四通换向阀； 2 — 二位四通换向阀； 3 — 节流阀； 4 — 二位三通电磁球阀； 5 — 溢流阀； 6 — 单向阀； 7 — 压力断电器； 8 — 油缸

　图8　机头锁紧油缸液压系统简图 泵延时 2 s 停止运行，整个锁紧过程结束。 开始锁紧时，系统中换向阀 1 中的 Y 1 1 得电，Y10、Y18、Y22 失电，此时，油缸由低压泵和高压泵同时供油。低压泵通过 Y 1 1 得电，液压油经换向阀 1 的 A 油口、单向阀进入油缸小腔。高压泵通过 Y22 失电，液压油由 HD 1 经电磁球阀的 A 油口直接进入油缸小腔。此时，如果高压油超过额定压力，压力油将通过溢流阀直接排到油箱。当锁紧到位后，换向阀 1 中的 Y11 失电，Y10、Y18、Y22 保持失电状态，此时，油缸由高压泵通过 Y 2 2 失电提供高压油，低压泵延时 2 s 停止工作。当缸内压力达到 63 MPa （F7）时，高压泵延时 2 s 停止工作，完成锁紧动作。此时，换向阀线圈 Y10、Y11、Y18、Y22 均处于失电状态。 锁紧打开时，系统中电磁球阀中的 Y 2 2 得电，Y10、Y11、Y18 处于失电状态，油缸回油通过 Y 2 2 得电，压力油经电磁球阀的卸油口直接回流油箱。当油缸回油压力低于 10 MPa（F8）时，Y10、Y18 得电，Y22 失电，Y11 保持失电状态，油缸回油通过 Y 1 8 得电，此时，低压油经换向阀 2 的 B 油口打开单向阀，回油经换向阀 1 的 A 油口直接回流油箱。当松开到位后，Y10、 Y18 失电，Y22 得电，Y11 保持失电状态，低压泵延时 2 s 停止工作，从而完成打开动作。上下机头打开时，高压供油系统停止工作，全部由低压系统负责提供压力油。 在机头锁紧状态下，若油缸中压力低于 63 MPa（F7）时，压力开关 F7 提供高压泵启动信号，通过 Y2 2 失电，高压油由 HD 1 经电磁球阀的 A 油口进入锁紧油缸小腔，直到缸内压力达到 63 Mpa（F7）为止。 在现场设备上，锁紧油缸端盖上均接有回油管直通油箱（端盖内有卸油槽），防止端盖密封圈损坏泄漏的油液污染设备和环境。此油路在厂家提供的原理图中没有显示。在设备运行中，如果机头锁紧补压比较频繁，可以通过此油管的漏油情况来判断压盖密封是否损坏及损坏程度，此管无油说明油缸活塞密封圈损坏的可能性较大，需更换密封圈。另外在拆装机头锁紧油缸时一定注意压盖和活塞密封圈的安装 方向和顺序。 3.6.2 压力继电器故障 在此系统中，安装有用于高低压控制和检测的压力继电器（见图 8 ）。由于压力继电器用于锁紧时压力的控制和检测，长期处于高压状态，生产中不断出现压力继电器与阀体结合处的密封圈崩出造成油液泄漏，系统无法正常工作。其主要原因是密封圈的断面直径偏小，压合后密封面偏小，应更换为断面直径稍大一点的密封圈，增大压合后的密封面（直径可以不 变）。 3.6.3 锁紧油缸故障 使用 1 年来，每条生产线的机头锁紧油缸密封圈基本更换 1 遍，原因主要是以下 3 方面： ①油缸内腔粗糙度达不到使用要求，造成密封圈磨损快，缩短使用寿命；②密封圈的耐磨性不好；③密封圈不耐高温，在高温工作环境下易老化，降低耐磨性。基于上述原因，需要提 前准备密封圈，以备后用。 3.7 压力控制系统 压力控制系统见图 9 。系统参与各液压系统中压力检测，确保动作是否到位。除机头锁紧高压系统外，其他系统的压力控制均由这里完成。压力 F3（23 MPa）负责上下机头打开/关闭动作，当上下机头到位接近开关信号检测以后，油路内压力达到 23 MPa，才确定上下机头打开/关闭动作完成。压力 F4（10 MPa）负责上机头安全销插入/拔出、锁紧锤摆转、挤出机旁压辊打开/关闭等动作，当各装置到位后接近开关信号检测以后，油路内压力达到 1 0 M P a 后，才确定各部位动作完成。压力 F5/F6 负责上下口型夹持/松开动作，工作原理见上下口型夹持部分。

　图9　压力控制示意图 图中 B5 连接于口型夹持上组油缸进油管路中，检测进油压力（见图 7）；B6 连接于口型夹持下组油缸进油管路中，检测进油压力。 3.8 液压系统工作程序 在生产过程中，免不了要更换预口型，更换时需要打开机头。打开机头涉及一系列液压动作，顺序如下：口型盒（上下同步）打开→ 上锁紧锤伸出→上锁紧锤摆出→上机头打开→ 上安全销插入→开关转换→下锁紧锤伸出→下锁紧锤摆出→下机头打开→更换预口型→下机头关闭→下锁紧锤摆入→下锁紧锤锁紧→开关转换→上安全销拔出→上机头关闭→上锁紧锤摆入→上锁紧锤锁紧→口型盒（上下同步）夹持→完成更换任务。 如果仅更换口型板，将口型盒打开即刻更换。动作顺序为：口型盒（上下同步）打开→ 更换口型板→口型盒（上下同步）夹持→完成更换任务。 4 系统特点 TROESTER 公司设计的双复合挤出机液压系统具有良好的稳定性、安全性和环保性。 在供油系统中选用的恒功率轴向变量泵和径向定量泵本身具有液压静力平衡结构，效率高、自吸能力强、稳定性好。另外，在部分液压系统中选用了液压锁与 Y 型电磁换向阀同步使用确保了系统在突然失电情况下的安全性。 而在系统中大量使用的单向节流阀、单/双控平衡阀、溢流阀等元件使系统运行稳定，部件动作平衡，避免出现冲击或碰撞。在锁紧油缸端盖上均接有回油管直通油箱（端盖内有卸油和环境。 5 结束语 通过分析德国 TROESTER 公司双复合挤出机液压系统，使我们对液压系统中常用的柱塞泵、液压锁、单向节流阀、平衡阀以及 Y 型电磁换向阀等元件的作用和功效有了更深一步的了解，在生产过程中出现故障能迅速查明原因予以排除，满足生产需要。 槽），防止端盖密封圈损坏泄漏的油液污染设备

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　用塑料光学开关传输信息 德国西门子公司研制成 1 种可用于传输光信息的塑料光学开关。该开关以电脉冲的节拍切断 1 种不断发射的半导体激光。其节拍发生器由 1 小块塑料片制成，在这块小片上有 2 个光信道，激光被导入这 2 个信道。2 个信道中的 1 个有 1 种光学制动器，由电脉冲操纵。在小片的末端，2 个信道合在一起。在光学制动器断开时，射出的光流就加强；合上时，光流就会按干涉原则消失。其传输速度极快，每秒钟可传输 1 万 Mbi t 的信息。 本刊摘编自《塑料科技》，2004，（5） (XS-05) 印度成为德大陆公司最大的内胎供应商 德国大陆公司准备让印度的梅托轮胎公司取代斯洛文尼亚克拉尼的萨瓦公司，成为大陆公司汽车胎内胎的最大供应商。同时，梅托公司正在印度新德里郊外建设 1 家投资 600 万欧元的内胎厂。 这笔交易意味着大陆公司正在废止目前与萨瓦公司的协议，把生产从斯洛文尼亚的克拉尼转移到印度的工厂来。萨瓦公司拥有固特异控制的萨瓦轮胎合资公司 4 0 % 的股份。 大陆公司的发言人称，该公司会继续购买一部分来自韩国供应产的内胎，但印度的梅托公司将成为大陆公司全球市场最大的内胎供应商，而且是唯一的各种规格齐全的轮胎内胎供应商。大陆公司的汽车轮胎内胎商务机构负责人称，“梅托公司的内胎将打上大陆公司的商标牌子，成为乘用车、载重车、拖车和轻型载重车胎内胎的来源。”同时，梅托公司在新德里郊外新建的内胎厂每年产能约 3 000 t，大陆公司希望吸纳其大约 1/2 的产品，而梅托公司将用剩余的生产能力为印度国内市场制造内胎。 谢立供稿 (XS-05) 创新的挤管模头 德国克劳斯· 玛菲（Krauss- Maffei/K- M）公司最近研制出 1 种新的挤出机模头技术，使塑料管材生产厂可完全不停车在线调节管材直径和壁厚。这种名叫 QuickSwitch 的模头系统用 1 个可以沿轴向移动的锥型芯模调节模头间距，并配有 1 个专用定径套组合装置，充分发挥该系统作用的关键是专门为此开发的自动控制技术。 目前有 3 种型号 QuickSwitch 系统可供应，管材直径范围分别为：32~63 mm、75~160 mm 和 160~250 mm。该系统可用于新的管材挤出生产线也可用于现有设备。 本刊摘编自《国外塑料》，2004，22（10） (XS-05)