靴式压榨试制中遇到难题的解决办法

李长国 王法同 姜丰伟 孙卯生

总结了河南江河纸业股份有限公司和河南大指造纸装备集成工程有限公司研发的靴式宽压区压榨辊的结构、研发过程和研发经验。

攻克难题

在靴压研制过程中课题组遇到了许多前所未有的难题。

我们遇到的第一个难题是“靴板的结构、形状参数”。靴板是靴辊的心脏，它的结构直接决定了压榨压区的类型和脱水效果。靴板上凹形弧面和背辊形成压区，压区宽度约240mm，是普通压榨宽度的10多倍，这样就大大提高了脱水效率。靴式宽压区压榨是否能够在高达1000kN/m的线压下不会将纸压溃，还能高效地脱水，靴板的形状起着决定性的作用，靴板的设计成败决定了该课题研究的成功与否。我们借鉴国外的经验，经过大量的数据分析，设计出一种特别的结构和形状参数，然后经过多次模拟试验，多次改进设计参数，最终确定下了适合我们车速、纸种和使用位置的靴板结构参数。靴板总长6418mm，总宽度380mm，压区宽度240mm，工作面宽度330mm，压区工作面分布着41个楔形油池，以利于对靴套的润滑和加压。油池的一端有进油小孔，高压油经过主管道输送到靴板侧面的进油管中，再经过节流孔分布到每个油池中。

第二个攻克的难题是靴板的制作。靴板的工作面是一个三维立体曲面，为了能够按照设计参数和精度完成靴板工作面的加工，我们专门购进了一台高精度的数控龙门镗铣床。试验用的靴板小样多次在该设备上很完美地加工成功，可在靴板结构参数确定后实际加工样机时才发现，由于靴板长度很长，加工面积较大，在加工过程中虽然通过数控设备可以自动补偿刀具磨损，但由于加工面结构复杂，设备很难准确地补偿磨损量。另外，精加工时为了提高加工精度，刀具进给量需要设定的很小，这样加工时间就需要很长，初步估算7米长的靴板工作面每加工一遍每天24小时不间断需要七八天，在这七八天中一旦出现因停电或其它意外停机，再次开机时在交接处就会出现缺陷。为了保证靴板的加工质量，研发人员尝试了10多种加工工艺方案，经过3个月的研究试验，终于设计出了一种特殊结构的金刚石铣刀和适合这种铣刀的加工工艺，并经过试验绘制了刀具磨损曲线，为加工过程中刀具补偿提供了技术参数，最终按照设计精度非常完美地完成了靴板的加工。

还有一个较大的难题就是靴板的液压控制系统。典型的靴辊内部主要部件有靴板、加载油缸、靴梁、靴套以及一些液压油管等组成。而靴板是靴型压榨的核心部分,它的一端连接着特制的液压油缸,它们一起固定在靴辊内部的梁上,在油缸的作用下靴板向背压辊施加压力。靴板的外部被一层可转动的靴套包裹。液压油通过靴板上特制的油孔被注入到位于靴板与靴套之间的凹陷槽内。由于这些凹陷槽的设计非常独特,使靴板和靴套之间产生一层高压油膜,并在高压油膜静力学和流体动力学的作用下,支撑、润滑和冷却靴板和靴套的作用。传统的压榨液压系统都是共用一个液压站，控制相对简单，而靴式压榨的液压控制相当复杂，首先靴辊的液压控制独占了一个单独的液压中心，从而保证靴辊的液压系统的驱动和润滑不受其它压榨部分的影响，另外还配备了一个专门的送风系统,以及相应的电气控制系统等。经过研发人员近2年的努力，克服现有靴式压榨辊靴板液压控制回路的缺点，提供一种新的全自动简便的控制靴板加压和提升的液压控制方法。靴板动作液压控制系统，包括液压缸、恒压变量泵、安全溢流阀、减压阀、电磁换向阀、比例减压阀等。由于使用了多个液压缸的特殊构造，其中一些是单向执行动作油缸,负责给靴板加压;另外一些是双向执行油缸,由于双向执行油缸内部的独特设计,通过它们不仅能实现靴板向下加压,同时还可以实现将靴板向上提升，实现靴板状态的相互转换。由于又使用了恒压变量泵，我们可以利用泵本身的压力调节阀来设定泵的工作压力，使油压稳定，噪音低。而我们又在泵的出口增加一个安全溢流阀，更加保证了泵的出口压力不会过大；并且我们通过比例减压阀，可以更加精确的控制油缸压力的变化。

另外在开发过程中还遇到了很多难题，比如：加载液压缸密封的结构和材料、承载梁的结构、靴套的选择、夹紧靴套的橡胶件的结构和材料、靴套张紧装置的结构、靴辊刮刀支撑装置的结构等，在研发人员的努力下都一一进行了攻克。

研发结果

试制的靴辊样机,安装到江河纸业6号机上进行调试，试机车速900m/min，靴压试机线压600kN/m，一次试机成功。经过一个多月的调试运行，纸机车速可以稳定在1450m/min，靴辊线压850kN/m。靴式宽压区压榨的研发成功，打破了该项技术完全依靠进口的局面，标志着我国造纸装备水平已进入到了一个新的阶段。