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      迪芬巴赫公司新一代連續壓機CPS 設計理念及其技術特征

      媒體:中國人造板  作者:人造板雜志 2021/9/25 17:59:07

      迪芬巴赫公司新一代連續壓機CPS 設計理念及其技術特征迪芬巴赫公司始創于1873年,總部位于德國艾平根,是一家活躍于全球的頂級人造板熱壓機系統和成套生產系統制造商,產品廣泛應用于人造板生產、汽車、航天和循環利用等行業。作為一家獨立的家族企業,迪芬巴赫公司在過去的140多年里一直秉承著傳承、傳統和可信賴的理念服務于全球用戶。其核心設備連續平壓熱壓機CPS(Continuous Panel System)自問世以來得到全球市場的認可并不斷創新發展[1]。2015年,迪芬巴赫公司在德國漢諾威國際木工機械展上成功推出了新一代連續壓機CPS 。迄今為止,全球已售出CPS 新一代連續壓機 30 多臺套。
      迪芬巴赫公司在全球的第一條CPS 連續壓機訂單來自于其長期的戰略合作伙伴克諾斯邦集團,雙方在2015年簽署了一條用于生產優質刨花板的CPS 連續壓機生產線供貨合同,該生產線位于東歐的克羅地亞別洛瓦爾縣,于2016年10月1日正式投產。在中國的第一臺CPS 連續壓機訂單來自萬華板業集團,該生產線位于安徽銅陵,主要用于生產無醛添加秸稈刨花板,于2019年6月13日首板成功下線。下面介紹迪芬巴赫公司新一代連續壓機CPS 的設計理念和技術特征。

      1 壓機入口進行了優化設計

      CPS 連續壓機的入口段進行了全新優化設計,尤其是為了滿足高速度生產運行和薄型高密度纖維板(THDF)生產的需要,設計了新的壓機入口防粉塵反噴和疊料監測裝置,對保護鋼帶起了非常大的作用。壓機入口延續了雙關節柔性熱壓板的經典設計,并加長了柔性入口段的熱壓板長度,整個柔性入口段總長度延長到2 600 mm(見圖1),這樣設計的好處是無論板材厚度如何變化,也無論生產哪種類型的板材,都能確保在板坯接觸到鋼帶之前壓板已經將熱量傳輸到鏈毯和鋼帶。板坯接觸到鋼帶就開始受熱受壓,直接加熱板坯使其在入口段就快速建立壓力,從而在減少了砂光余量的同時使板材表面質量更好。與此同時在壓機入口段布置了底部橫向多點油缸控制系統,可以根據生產工藝需要進行獨立調整,尤其是在薄型高密度纖維板的生產過程中,讓板坯中的空氣快速從兩側排出,便于薄板的高速生產(見圖2)。

      2 壓機入口的保護設計

      CPS 連續壓機全新的PIP(Press Infeed Protection)系統,對壓機以及鋼帶保護起著非常關鍵的作用(見圖3)。安裝在壓機入口處的PIP系統可以實時監測入口處板坯的變化,如板坯平整度、外來異物、板坯打折、粉塵反噴的濃度等情況。當監測到入口板坯上有外來異物時,PIP系統直接對該部位進行標記,并立即將信號反饋給壓機。首先壓機入口的油缸自動把壓機打開,然后該標記過的板坯通過連續壓機時所對應的油缸也自動將壓機打開,最后再反饋給對角鋸,并將該部位鋸切后排出到廢板堆垛,實現連續壓機不停產無害化通過,而正常通過的板坯其對應的制品質量則不受任何影響。尤其是當連續壓機生產速度超過2 500 mm/s時,PIP系統可以保證壓機在遇到異常時可以不停機無害化通過,從而避免了壓機高速運行時緊急停機造成鋼帶和設備的損壞,較高水平的安全設計保證了壓機機械部件以及鋼帶有較長的使用壽命。

      3 壓機熱壓板 耐磨板設計

      CPS 連續壓機的熱壓板是雙層結構(見圖4),厚度高達140 mm,在熱壓板與鏈毯直接接觸的一面設計了一層12 mm厚的耐磨板,整個耐磨板通體是由一種特殊的材料加工而成,其硬度非常高,且遠大于熱壓板材料的硬度。因為耐磨板通體為耐磨材料制作,所以耐磨板可以雙面使用,當壓機運行多年后,耐磨板的一面變形或磨損則可以換到另一面繼續使用[1]。

      4 壓機底部設計滑動底座

      CPS 連續壓機考慮了生產中工藝溫度調節的靈活性,設計了活動底座以適應工藝溫度大幅度快速變化所帶來的伸縮,連續壓機的框架連同油缸可以在底部的固定滑軌上自由移動,新一代的CPS 連續壓機將原來的弧形搖擺座改為現在的滑動底座(見圖5)。這種設計允許連續壓機在生產過程中進行快速或大幅度的溫度調整,以便于不同厚度規格產品快速切換,確保了連續壓機在生產過程中工藝調整不會受溫度快速上升或下降的限制。

      5 壓機機身模塊化設計,可以快速拓展

      CPS 連續壓機延續了上一代CPS連續壓機的模塊化設計,并根據工業4.0控制要求對油缸布置進行了優化。這樣設計的優點是:1)方便壓機的安裝,壓機安裝時可以自下而上進行安裝,甚至部分框架組件在出廠時進行了預組裝,既便于運輸又簡化了安裝程序,節約了大量的現場安裝時間(見圖6);2)壓機的兩側面是敞開的,便于進行局部快速維護,如熱壓板的維護,耐磨板的更換等,僅僅需要打開區域即可,而不需要將整個熱壓板或耐磨板取出(見圖7),作業空間變大,方便操作工進行日常巡檢、清潔和保養;3)便于連續壓機未來的進一步擴展(見圖8),以提升生產線產能。

      6 理想的壓力分布和控制

      CPS 連續壓機的油缸布置進行了新設計,主油缸壓力直接作用于壓機的熱壓板上(見圖9)。橫向壓力調節將更加靈活,同時堅固的熱壓板設計以及壓機平行間隙設計限制了框架之間的變形,尤其是素板的定厚區已經進行優化設計,素板的橫向厚度公差可以控制在很小的波動范圍,板面和板邊的質量進一步改善。

      7 壓機熱壓板間隙平行控制系統

      CPS 連續壓機保持了迪芬巴赫公司傳統的重型壓機設計,其獨特的機身雙拼框架系統,使得壓機非常牢固并保證其有較長的使用壽命。優化設計的壓板間隙平行控制系統,針對熱壓板厚度、布置的油缸數量、上下框架板的距離等參數,對壓機框架板進行了均衡設計,使得壓機框架板之間的距離保持在合理區間。因此壓機上下熱壓板之間的間隙,在油缸承壓和不承壓狀態下幾乎保持一致,在壓機框架系統之間保持了恒定的壓力,油缸與熱壓板相互的作用力在壓機運行前進方向上完美地體現在受壓的板坯上(見圖10),避免了板坯通過壓機受油缸壓制時板坯料收縮,離開油缸壓制時板坯料又反彈,如此反復既不利于板坯芯層膠料的固化,又不利于成品板厚度控制(見圖11)。該設計使生產的制品厚度公差較小,產品表面質量更好,同時也節約了物料。

      8 優化了壓機鋼帶調偏系統,可快速調偏

      新一代CPS 連續壓機除了原有的三維立體鋼帶調偏機構外,還增加了壓機入口的快速調偏系統。通過一個特殊設計的調偏系統,直接作用于壓機入口的鏈毯回轉系統上,再通過壓機入口處的鏈毯回轉系統對鋼帶運行軌跡進行干預,從而使連續壓機的鋼帶能快速回正到理想的運行位置。該設計使得連續壓機的單線長度和總產能以及生產線的運行速度都得以大幅度提高,尤其是在薄型高密度纖維板產品生產過程中,快速調偏系統能夠保障CPS 連續壓機在速度超過2 500 mm/s時長時間穩定運行,廣西樂林集團于2019年投產的薄型高密度纖維板生產線已經實現了高速度連續化生產運行,其最薄產品可以做到1 mm甚至更薄。

      9 對鋼帶運行軌跡進行優化設計

      CPS 連續壓機對壓機鋼帶的運行軌跡進行了優化設計。壓機出口主驅動輥直徑從2 070 mm增加到2 400 mm,同時調整了鋼帶支撐輥和調偏輥的結構和距離,使連續壓機鋼帶在運行時僅在一個方向上受力,鋼帶整體上的運行軌跡更加平滑,同時也延長了鋼帶的使用壽命(見圖12,圖13)。

      10 壓機分區設計,供給側與維修側分開

      CPS 連續壓機分區分段進行設計,導熱油二次循環管道、液壓管路和電氣控制布置在壓機的一側,維護和檢修通道則在壓機的另一側,這樣主要是為方便壓機快速打開維修通道,快速展開檢修維護作業。壓機的液壓閥塊和液壓控制系統安裝在壓機地坑相對應的左右兩邊(見圖14),其目的是讓液壓閥塊避開工作通道,避免被往來叉車等流動車輛碰到,同時也遠離壓機的高溫區,避免受壓機熱輻射的影響,保證液壓控制系統處于一個干凈不受外界干擾的環境里,從而保障了壓機連續穩定運行。

      11 連續壓機冷卻段設計

      CPS 連續壓機創新設計了冷卻段。根據單線大產能生產線的市場需求,如廣西樂林集團年產60萬m3無醛纖維板項目,全球單線最大的連續壓機(熱壓板有效長度80 m)就設計使用冷卻段。另外,結合現階段中國MDI無醛產品日益增長的市場需求,在連續壓機設計中增加了冷卻段技術,在原來的壓機加熱區中選取最后的幾個加熱區作為冷卻段。該設計比較靈活,既可以根據工藝要求對冷卻段的各區域溫度進行靈活地調整,又可以對冷卻段的長度進行調整,在生產過程中可以實現加熱冷卻適時調整。試驗證明,帶有冷卻段的連續壓機可以顯著改善產品質量并提高壓機的產能:1)在連續壓機內冷卻段可以快速降低板表面溫度,減少了表層膠水預固化,減少砂光余量;2)有冷卻段的連續壓機允許提高板坯的含水率,從而加速了芯層膠料固化,提高了生產線速度并增加產能;3)使用連續壓機冷卻段后,素板溫度降低使板內水蒸氣冷凝,有效減緩板內蒸汽壓力,降低素板鼓泡的幾率。

      12 高度的自動化控制,Industrial 4.0集成控制

      新一代CPS 連續壓機最顯著的升級就是集成了德國工業4.0(Industrial 4.0)的應用(見圖15)。利用數字技術和生產線大數據將整個生產線從前端生產準備、原料制備、生產工藝和過程控制Pro-guid、設備運行、在線檢測和診斷、生產報表生成、設備維護保養等全部進行互聯整合,最終由迪芬巴赫公司開發的PRODACON系統與生產企業自身的ERP系統進行數據共享,把原材料、半成品、成品和整個物流環節全部打通。從生產訂單錄入到最終產品出庫、訂單完成交付等環節全部實現數字化控制,根據產品類型實行菜單化管理,前后工序的設備與設備、設備與服務器之間所有數據互聯互通,易于操作管理,使整個生產線更加智能化,柔性化和扁平化(見圖16),打破了數據的信息孤島,整個生產系統都可以追蹤、溯源、監控。可以根據客戶需要深度定制數據包,生產數據和報表直接發送到客戶的遠程客戶端,支持手機、平板電腦等移動便攜設備查詢和實時監控。也可以與迪芬巴赫云端共享,查詢備件信息,遠程在線技術支持服務等,完全實現數字化工廠管理。通過使用智能生產控制,減少人工操作,降低勞動力成本,提升作業效率。與此同時減少了生產過程中的質量波動,降低了不良品率,節約了原材料消耗。另外,該系統還能有效對設備維護和保養進行定期診斷和報告,進行預防式設備維護,減少設備故障,提升開機率,提高生產線產能。

      13 結語

      截止到目前,德國迪芬巴赫公司已在中國累計銷售了連續壓機生產線70余臺套,其中新一代CPS 連續壓機14臺套,已有7條生產線順利投產運行。作為迪芬巴赫公司潛心多年研發的新一代CPS 連續壓機,自推出以來就備受注目,除了傳承迪芬巴赫公司安全可靠和高效外,還結合了新時期工業4.0、大數據、人工智能和自動化集成控制的需要,已成為高效連續壓機系統的典范。

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