吨压机改造技术总结.doc
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复合材2400吨多头压机研制
鉴定材料
复合材2400吨多头压机研制
负责单位钢城集团有限公司综合工业分公司
二○一一年十月
目录
1.概述 2
2.改造方案的研究 2
2.1技术现状 2
2.2技术方案 4
2.2.1压头悬挂方式及液压缸运动方向 4
2.2.2压头数量 5
2.2.3模具车脱模方式 7
2.2.4模具车行走方式 7
2.2.5改造后的工艺描述 7
3、方案实施 8
3.1压机主体框架翻身及液压系统改造 8
3.2热压头制作 8
3.3模具车制作 9
3.4铺料平台及模具车轨道 10
3.5压机油路系统 10
3.6改造前后的生产能力的比较 13
4.设备试运行 13
4.1工艺参数 13
4.2压板试验过程与结果分析 14
5.经济分析 14
5.1生产能耗 14
5.2产能 15
6.结论 15
1.概述
综合工业分公司复合材厂现有500t和1250t热油加热压机各一台，2400吨高频单压头热压机一台。
高频单压头热压机用于生产冷轧板卷铁路运输加固用三角木用复合材产品，高频压机的加热方式是将待加热物料置于其高频电场中，物料在调频电场的作用下，内部水分子高频振动发热，温度升高，达到加热的目的，这种加热方式速度快、温升均匀、热穿透能力强，适用于加热厚度较大的物料。
2009年以来，由于攀钢集团公司调整了冷轧板卷的铁路运输加固装载方式，逐步由马鞍形草垫取代了三角木的使用，复合材厂停止了200mm～300mm厚的复三角木用复合材板压制，2400t压机便用以生产60～100mm厚的复合材板。
2010年来，60～100mm复合材料年需求量在5000m3以上，而500t和1250t压机的产能不到3000m3，其余产品只能用2400t压机压制。
因60mm～100mm料密度（900kg/m3）大于三角木密度（600kg/m3），胶固化时间要求较长，压制一块60mm～100mm料所需时间为50分钟，高频压机耗电70kwh,日产量却仅为7.5m3，与生产三角木时相比，生产效率明显下降。
由于压制的复合材厚度大大降低，高频加热穿透能力强、加热速度快的优势已不明显，同时还造成了单位产品电耗的增加，生产成本升高的问题，形成了“大马拉小车”的现象。
为改变现状，降低生产成本，提高产量和设备生产效率，综合工业分公司成立课题组，研究将目前2400t高频压机设计改造为多压头油加热压机，达到能够同时压制几块复合板材，降低能耗，提高产能和生产效率的目的。
2.改造方案的研究
2.1技术现状
改造前2400t高频压机技术参数如表2-1.
表2-1现有2400t压机技术参数
项目
参数
备注
压力
24000kN
压力方向
下压式
加热方式
高频电场
2MHz
框架板高度
5m
框架板数量
6组
每组带两个液压缸
内开张高度
3300mm
模具车内高度
模具车数量
2台
一用一备
液压缸数量
12个
液压缸行程
950mm
物料
木材边角料骨料
拌用胶
脲醛树脂胶
普通复合材板压缩比
3.4
用于生产普通复合材
三角木用复合材板压缩比
2.8
用于生产三角木
普通复合材板压制厚度
60-100mm
三角木用复合材板压制厚度
220mm
改造前2400t高频压机的外观图见图2-1。
模具车轨道
上顶缸
地平面
模具车
高频压头
液压缸
图2-1改造前2400t高频压机外观图
如图2-1所示，高频压机改造前的生产过程如下：
生产时，一台模具车铺好料后，通过卷扬牵引到压机主体中，上顶缸回收使模具车与下底板下降到框架板的下位。
液压缸下压，使压头进入模具车提供压力。
高频电路开始工作，物料在模具车底板与上压头电极之间形成的电容器中加热（物料同时充当电介质的作用），加热完成后，模具车在卷扬机的牵引下行走出压机，进入脱模工序，模具车四周挡板可开闭，方便人工取出产品。
同时另一台模具车进入压机开始下一次热压。
加热的同时，另一台模具车进行脱模、铺料、待用。
2.2技术方案
2.2.1压头悬挂方式及液压缸运动方向
多个压头的压机，在只有一套液压缸的前提下，既要满足能同时将多个压头压入对应的模具车中，又要满足液压缸回位后模具车能够正常进出压机，就需要压头回复到一定位置后固定下来，不再继续随着液压缸继续收回，以留出模具车进出的空间。
这就需要在液压系统回位后将压头悬挂起来。
目前悬挂压头的方式有两种。
第一种方式是悬挂装置安装在框架板的预定位置，将压头悬挂其在上面，如图2-2。
工作时，液压缸从下往上将模具车、压头一起向上顶，压头离开悬挂装置，压完后，液压系统回复，模具车、压头因重力作用下落，压头由于悬挂装置的阻挡停止下落，而模具车可自由下落到行走轨道上。
这种方式悬挂装置简单，易于维护。
目前2400t压机是采用从上向下压的方式，如果采用这种方式，需要将液压缸改到压机底部，翻转过来使液压缸从下向上顶。
物料
压制前，压头挂在悬挂装置上
压制后，压头和模具车在液压装置的上顶作用下离开悬挂装置。
悬挂装置
液压缸
压头
图2-2上顶式多层压机工作示意图
另一种是用弹簧式悬挂，这种方式将压头的四个角用弹簧装置挂起来，在液压缸向上收回时，在液压系统回位上提的作用力、压头自身重力与弹簧的拉力共同作用下，压头与压头之间可以张开出一个位置，以让出模具车进出的空间。
这种方式需要通过精确计算各种力，选择适当的弹簧型号，技术难度大，不易成功。
综合考虑，悬挂装置及液压缸运行方向选择固定悬挂，液压缸从下向上顶的方式。
压机由下压式改为上顶式后，整体重心下移，稳定性更好。
在未加压状态下，模具车可以很方便地在轨道上自由行走、调整位置，对准压头后再从下往上施压，模具车向上运动，轨道不会阻挡在模具车上下运行的路线上，从而解决了模具车的悬挂、对准问题。
2.2.2压头数量
确定压头的数量，就是确定压机每次压制复合材的块数、模具车的数量，它决定了改造后压机工作效率、运行成本，是此次改造的关键参数。
首先，我们根据产品规格和产品的压缩比确定模具车的高度。
目前，主要生产60-100mm厚的复合材板，物料压缩比为3.4。
因此，当压制100mm板材时，铺料厚度为340mm，为防止物料溢出，模具车边板需要预留10mm的高度，同时经过计算，模具车底板需要20mm厚钢板制作，才能保证在2400吨压力下不变形。
所以，模具车高度＝340+10+20=370mm。
由于需要双面加热，压头应包括上下两块热压板，热压板厚度为80mm，生产时压头需要伸进模具车中，只留上热压板在外，当压制的板材最薄时，压头进入距离越大，为模具车边板高度减去最薄的板材厚度。
所以，压头高度＝80mm+350mm-60mm=370mm。
计算出模具车及压头高度，以及为模具车顺利进出而在压头与模具车之间保留的20mm间隙后，压头及模具车数量取决于框架板内开张尺寸、物料压缩比、产品厚度、液压缸行程、模具车高度、压头高度、热压板厚等参数，它们之间的关系如下：
压机框架板内开张尺寸＞（总模具车高度+总压头高度+模具车与压头间隙总长度）
压缩量＝产品厚度×压缩比－产品厚度+模具车与压头间隙总长度
油缸行程=模具车数量×（模具车内高度－产品厚度+模具车与压头间隙）
由此计算出一次性压制三块或两块60-100mm厚复合材板时所需内开张尺寸和油缸行程，具体数据见表2-2.
表2-2压机改为多层后所需内开张及油缸行程
一次压制三块60-100厚
一次压制两块60-100厚
模具车总高度
3×370＝1110
2×370＝740
压头总高度
3×370＝1110
2×370＝740
总间隙
3×20=60
2×20=40
最小内开张尺寸
1110+1110+60=2280
740+740+40=1520
油缸行程
3×（350-60+20）=930
2×（350-60+20）=620
结合表2-1与表2-2可以看出，无论是改为三层还是两层，所需内开张尺寸与油缸行程都在原有设备的能力范围之内。
但是原有设备油缸最大行程为950mm，如果改为三层压机，油缸行程为930mm，操作稍有不慎就可能导致超过最大行程，油缸活塞脱出形成严重设备安全事故；而如果改为压制两层60-100mm厚板，油缸行程为620mm，远未达到最大行程，大大浪费了油缸的能力。
因此，上述两种选其一均不是最佳改造方案。
为了保证最大限度地利用油缸行程，课题组重新设计出一套方案。
将原有压机改为双层，上层压制60-100mm复合材板，下层可以选择压制60-100mm复合材板或是220mm三角木，则下层模具车和压头高度计算如下：
模具车高度=底板厚度+三角木厚度×三角木压缩比+保留高度=20+220×2.8+4=640mm（内高度620mm）
压头高度=热压板厚度+模具车内高度-最小产品厚度=80+620-60=640mm
由此计算出此方案所需内开张尺寸和最大油缸行程（下层压制60mm板时），具体数据见表2-3.
表2-3压机改为不同厚度的两层后所需内开张及油缸行程
项目
上层压制60mm-100mm厚板，下层压制220mm三角木或60-100厚板
模具车总高度（mm）
370+640＝1010
压头总高度（mm）
370+640＝1010
总间隙（mm）
2×20=40
最小内开张尺寸（mm）
1010+1010+60=2080
油缸行程（mm）
（350-60+20）+（620-60+20）=890
此方案所需内开张尺寸与油缸行程也都在原有设备的能力范围之内。
而且既保证了油缸行程与设备最大行程有一定的安全距离，又保留了三角木的生产能力，能根据市场需求灵活地选择产品类型，因此课题组确定这个方案为最终改造方案。
2.2.3模具车脱模方式
复合材压制好后需要从模具车中取出，称为脱模。
行业中一般使用脱模机脱模，这种方式是模具车行走到脱模机上部停下，脱模机脱模杆从模具车底部（底部留有孔洞）向上顶，将板料顶出。
但是，如采用脱模机脱模，需要增加设备，增加改造费用。
同时，改为双层轨道后，上层模具车的脱模机没有摆放位置，下层模具车的脱模机需要重新挖坑放置到地平面以下，增加了基础建设费用。
为节约改造费用，降低改造难度，课题组沿用了原来的人工脱模的方式，模具车三块边板设计成自由开闭方式，边板开闭的动作由液压缸完成，液压站采用原有模具车上的液压站改造。
脱模时，先将模具车四周边板打开，然后由人工控制电葫芦将复合材板吊运出来。
2.2.4模具车行走方式
模具车进料、出料在轨道上行走需要动力，改造前模具靠卷扬牵引模具车的行走。
但是改造成双层压机后，如上层模具车仍用卷扬，则卷扬钢绳不好放置，上卷扬的钢绳与下层模具运行车会有冲突，对现场操作影响较大。
所以，课题组决定使用电机作为模具车行走动力，通过减速机和齿轮，将电机动力传输到模具车的车轮上，通过改变电机的正反转来控制模具车的进出，每台模具车单独运行，互不影响。
2.2.5改造后的工艺描述
生产时，一组模具车铺好料，使行走使模具车沿轨道进入压机主体，定好位后，压机下部的液压缸开始上顶，两层模具车及下层压头脱离轨道上升，顶到上压头位置，直到两层模具车中物料达到规定厚度时，压机开始保压。
压头上下两个压板内部钻通成油路，循环导热油在里面流动，提供热量使原料最终成型。
产品压制完成后，液压缸复位收回，模具车及压头回到悬挂位置，控制行走电机反转，模具车退出压机，从轨道上运行到脱模（装料）位置，打开边板进行人工脱模。
一组模具车压制产品的同时，另一组模具车进行人工脱模——铺料——热备待压的工序。
3、方案实施
3.1压机主体框架翻身及液压系统改造
如图1所示，2400吨高频压机液压油箱位于框架顶部，翻身时先将液压油箱和框架内的油缸拆卸下来放置到一边。
压机的主体框架由六片相同的结构件连接组成，翻身时分六次将框架吊起、翻转，然后重新固定。
将液压站及油箱放置到压机正下方的地坑内，翻身后液压缸由原来的下压方式改为上顶方式，同时取消回程缸和侧顶缸。
根据新的液压系统重新制作控制台。
3.2热压头制作
将压机由单压头改为两个油温压头，配合模具车，可同时压制两块60mm～100mm复合材板或下部模具车单独压制一块220mm复合材板。
降低能耗，提高产能和生产效率，生产能力可提高到原来的两倍以上。
每个油温压头包括两块热压板及中间连接两块热压板的筋板。
热压板是在一张厚钢板上钻出油路做成，热压头的示意图见图3-1、图3-2。
图3-1单层热压板示意图
图3-2热压头示意图
热压头具体规格尺寸见表3-1。
表3-1热压头的规格尺寸
热压板
采用80mm厚度的钢板制作
油路孔径
28mm
油路
双进双出
筋板厚
四周：
20mm，中间：
16mm
筋板根数
宽度方向4根，长度方向：
16根
压头高度
上压头：
290mm；下压头：
640mm
附带900mm×75mm×12mm钢条30根，900mm×150mm×12mm钢条20根用于压槽带制作。
3.3模具车制作
制作两台上模具车和两台下模具车，一台上模具车和一台下模具车为一组进行轮换，一组进入压机生产，一组做热备待压。
模具车四周边板能够自由开闭，边板开闭的动作由液压缸完成，液压站采用原有模具车上的液压站进行改造，压机左右各置一台，与模具车采用活动接头连接。
模具车具体参数及液压缸的设置分别见表3-2和图3-3。
表3-2模具车的规格尺寸
数量
4台
上模具车
2台，高350mm
下模具车
2台，高620mm
底板厚
20mm
侧边板厚
40mm
筋板厚
40mm
开闭功能
液压缸8只，使用现有模具车上液压站配相应管道、阀门。
行走装置
电机
图3-3模具车边板液压缸示意图
3.4铺料平台及模具车轨道
依照1250t压机模式，在压机左右侧分别制作两个工作平台，高度与上层模具车轨道齐平，方便原料铺装、压板脱模和吊运。
压机两侧分别制作两层模具车轨道，方便模具车的水平滑动，每台模具车的行走动力由一个电机提供，通过减速机和齿轮，将动力传输到模具车的车轮上，改变电机的正反转，则可以控制模具车的进出。
行走电机的设置见图3-4。
图3-4行走电机示意图
3.5压机油路系统
加热方式由高频加热改为循环热油加热，油温为200~250℃。
加热油管从厂房进门处接引，进出管道采用ø65mm，管道覆盖保温层。
油管与目前1250t和500t加热油管路并联，便于维护管理。
加热速度与目前1250t压机相当，压制80mm厚复合材只需55分钟，下层压制220mm厚复合材只需60分钟，能耗得到有效降低。
综上所述，压机改造后的运行示意图如图3-5。
15
第一层轨道（地平面）
第二层轨道及铺料平台
液压缸
下层模具车
上层模具车
图3-5改造后压机的运行示意图
3.6改造前后的生产能力的比较
压机改造后有两种生产方式，一是上下两层同时生产60mm～100mm厚的复合材板；一是上层模具车空置不用，单独使用下层模具车生产220mm厚的复合材板，相当于保留了原来的高频压机生产200~300mm厚复合材板的能力。
表3-3对压机改造前后的技术参数做出了比较。
表3-32400t压机改造前后的效果对照表
对比项目
改造前
改造后
产品规格（mm）
4800×800×（60～100）
4750×900×（60～100）
压制一次的产品块数
1块
2块
压制一次的产品体积
0.2304m3～0.384m3
（0.2565m3～0.4275m3）×2=
0.513m3～0.855m3
压制一次加热时间
50分钟
55分钟
每天生产块数
24块
44块
日产量
按80mm计算
7.37m3
15.048m3
理论产量
5.53m3～9.216m3
11.286m3～18.81m3
年产量
（按300天计）
按80mm计算
2211m3
4514.4m3
理论产量
1659m3～2764.8m3
3385.8m3～5643m3
从表3-3可以看出，2400t压机改造成双压头油加热方式后：
1）压机每次能够同时压制两块60mm～100mm的复合材板，压制时间为55分钟，压机年日产量达到15.048m3，年产能达到4514.4m3，产能提高到原来的2倍。
2）重新按产品规格要求设计模具车的尺寸，减少了冲断时的切割损失，提高了成材率。
3）改造完成后，保留了原有压机压制200~300mm厚复合材板的能力，使生产方式更加灵活。
4.设备试运行
4.1工艺参数
压机改造完成后，复合材厂利用新压机进行了压板试验，通过与正常产品的对比，来检测新压机的使用效果。
压板的工艺参数参照我司复合材厂正常生产，具体工艺参数见表4-1。
表4-1复合垫木半成品工艺参数
半成品规格（mm）
使用液压机（t）
系统压力（MPa）
压制温度（℃）
压制时间（min）
4750×900×80
2400
5.6
200
55
4.2压板试验过程与结果分析
按照表4所示工艺参数，采用现有单位复合材耗胶量160kg/m3，在改造后的压机上进行两个月的试生产，对半成品冲样后进行随机抽样，进行抗弯强度和抗压强度的测试，测试结果如表4-2、表4-3所示。
表4-2产品抗弯强度
样品序号
计量单位
抗弯强度
判定
1#
MPa
28.79
合格
2#
MPa
36.38
合格
3#
MPa
35.46
合格
4#
MPa
30.13
合格
表4-3产品抗压强度
样品序号
计量单位
抗压强度
判定
5#
MPa
60.06
合格
6#
MPa
70.09
合格
7#
MPa
64.19
合格
8#
MPa
73.09
合格
9#
MPa
78.89
合格
复合材厂复合垫木的产品标准为抗压强度≥44Mpa，抗弯强度≥26Mpa。
从表4-2和表4-3可以看出，1-4#样品的抗弯强度均符合产品标准，5-9#样品的抗压强度均符合产品标准。
且抗弯强度和抗压强度最高分别达到了36Mpa和79Mpa，远大于质量标准要求。
经过测算，改造后的产品成材率为96%，与原来的83%相比提高了1.15倍。
5.经济分析
5.1设备利旧
在压机改造之前我公司曾经以改造方案研究中确定的工艺参数，向青岛国森机械、昆明人造板机器厂等多家单位进行新设备询价，几家单位回复的结果是采购与改造后压机参数完全相同的新设备，价格大概在150万元~200万元。
我公司利用原有高频压机进行改造，项目总共花费为75万元，与采购新设备相比，至少节约了75万元。
5.2生产能耗
南山工业园区电价为1.56元/KWh，煤价为624元/吨（不含税），以生产80mm厚复合材板为例，计算2400吨压机的生产能耗。
如果采用高频压机生产，则每块板的体积为0.3072m3，耗电70KWh，单位复合材生产能耗为1.56×70/0.3072=355.47元/m3，年总能耗为355.47×2211=785944.17元。
如果采用改造后的压机进行生产，每立方米复合材需要消耗煤0.063吨，再考虑10%的热量损失，单位复合材生产能耗为0.063×624×1.1=43.24元/m3，年总能耗为43.24×4514.4=195202.66元。
2400吨高频压机改为油温压机后，复合材单位生产能耗降低355.47-43.24=312.23元/m3，下降比例为87.84%；年总能耗降低了785944.17-195202.66=590741.51元，下降比例为75.16%。
5.3产能
以生产80mm复合材板计算，高频压机每年的产能为2211m3，改造后压机每年的产能为4514.4m3，产能提高到原来的2.04倍。
6.结论
1）在油缸行程和框架板内开张尺寸允许的前提下，将单层高频加热压机改为多层热油加热是可行的。
2）将热压机由下压式改为上顶式，只要解决好压头悬挂问题，是可行的。
3）压机改造时重新设计了模具的尺寸，使半成品冲料时产生的边角废料的量减少，成材率提高了1.15倍。
4）2400t压机改造项目，对旧设备进行改造，与采购相同参数的新设备相比，费用至少节约了75万元。
5）压机进行改造后，产品生产能耗得到大幅度的下降，同时产量提高到原来的2倍以上，降低了生产成本，具有较好的经济效益。
6）压机改造后，除了生产60~100mm复合材板外，还保留了生产200~300mm的复合材板的能力，生产方式更加灵活。
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