礦棉板水切割系統

朱積攀，蔣少鋒，蔣勗欣

（中國新型建筑材料工業杭州設計研究院，杭州310003）

礦棉裝飾吸音板（即礦棉板）是一種多功能的新型裝飾裝修材料，它具有不燃、不霉、不蛀、不變形、吸水率小、導熱系數低、吸音、輕質美觀等優點。它是以礦渣棉為主要原料，加適量的添加劑，經配料、成型、干燥、切割、壓花、飾面等工序加工而成。該板材可廣泛應用于賓館、商廈、機場、車站、劇院、禮堂、隧道、地鐵、高級住宅的吊頂裝飾和保溫，可改善建筑物使用時的聲學性能，既是理想的吸音材料，又是高效的節能裝飾材料。

礦棉板水切割系統是礦棉裝飾生產線上必不可少的關鍵設備，可根據礦棉板的具體尺寸調整縱切刀位置和橫切水刀的切割速度和下刀時間，保證生產礦棉板的寬度和長度，為以后分切做好準備。由于生產時有大量水蒸汽和礦棉灰在水切割區，設備長時間在惡劣潮濕和灰塵環境中工作，并且調整機構不是經常調整的，而是長時間不動，極易生銹而且灰也會越積越厚，導致絲桿和螺母要調整時無法工作，設備使用壽命較短，以至于影響礦棉板線的正常生產。

礦棉板水切割系統是結合礦棉板生產線項目進行的全新設計，很好解決了老設備存在的生銹、積灰、設備笨重及設計外觀等問題。下面就礦棉板水切割系統的原理及性能及控制進行論述：

1 礦棉板水切割系統的工作原理

設備是由水泵站、縱切水刀、橫切水刀和控制系統的主要部分組成。

1.1 水泵站

系統裝備了2臺高壓水泵（一用一備），水壓可以通過調壓閥進行調整，選擇合適的工作水壓。當壓力水量過大和水壓過高時調壓閥自動將壓力水通過回水管將多余部分送回水箱。先人工打開球閥讓水箱進水，水箱外面裝有液位開關指示，等到水箱中的水位達到要求時，人工打開出水球閥，行程開關發訊，控制中心可以啟動高壓水泵；高壓水泵啟動后產生的高壓水送往縱切水刀和橫切水刀，用于切割礦棉板。

1.2 縱切水刀

設備承接從成型工段來的礦棉板，并將連續的長板根據設定要求切邊。這些礦棉板分別進入設備與布置的輸送輥道上，切邊完成后由輥道將礦棉板送入橫切機進行切斷。當高壓水泵站工作時，縱切水刀噴頭就有高壓水噴出，也可以根據需要情況手動關閉噴嘴前球閥。設備在生產線每側配有兩個噴嘴，一用一備。設備邊部位置可以人工操作兩側的絲桿機構調節手輪；可以調整噴嘴位置，保證切邊尺寸。工作狀態：連續。即水泵站開，縱切噴頭電磁閥就可以釋放。功能：切割板邊。

1.3 橫切水刀

主要功能是將礦棉板根據設定長度橫向切斷。當高壓水泵站工作時，設備可以進行直線切割和曲線切割。承接從成型工段來的礦棉板，并將連續的長板根據設定要求切斷。這些礦棉板分別進入設備與布置的輸送輥道上，然后邊往前進行板間拉開，切斷完成后由輥道將礦棉板送入下一設備工段。設備直線切割速度89m／min，當進行曲線切割時可根據用戶提出曲線要求進行變速切割，切割速度范圍為0～158m／min。

2 礦棉板水切割系統組成

2.1 水泵站

2.1.1 設備結構（如圖1所示）

該系統由高壓水泵、水箱、液位開關、不銹鋼水箱、各種高壓管閥管路元件等組成，該設備主要由電機驅動裝置、高壓水泵、調壓閥、發訊開關、液位儀、水箱、過濾器和各種高壓管閥管路元件組成。設備主要功能是給礦棉板生產線設備橫切和縱切提供高壓水。所有管路采用不銹鋼制造。設備產生水壓100bar，可根據用戶要求進行適當調整。

2.1.2 主要參數

1）電機功率：N＝7.5kW；2）水泵型號：WS104；3）輸出壓力：100bar。

2.1.3 功能和作用

1）系統由高壓水泵、液位開關，不銹鋼水箱、各種高壓管閥管路元件等組成。

2）系統裝備了2臺高壓水泵，其輸出壓力為100bar。水壓可以通過調壓閥進行調整，選擇合適的工作水壓。當壓力水量過大和水壓過高時，調壓閥自動將壓力水通過回水管將多余部分送回水箱。

3）設備開啟前，先人工先打開球閥讓水箱進水，水箱外面裝有液位指示，等到水箱中的水位達到要求時，才可以人工打開出水球閥，只要一打開球閥，行程開關發訊，這時在控制中心才可以啟動高壓水泵。

4）水箱中的水位由浮球閥自動控制，要求定期檢查，一般情況下要求浮球閥前球閥處于常開狀態，可根據情況將球閥手柄拆除，確保工作正常。

5）水泵停止工作后，才能關閉出水球閥，切斷控制回路。

6）每次啟動水泵前，必須人工檢查水箱的水位和管的溢流情況；只有確保水箱有水和浮球閥工作正常的情況下才能打開球閥，接通電器控制回路。

7）系統為縱切水刀與橫切水刀同時提供滿足工作壓力的高壓水。

2.2 縱切水刀

2.2.1 設備結構

新型縱切水刀，包括支架和設置在支架上的矩形鋼管，矩形鋼管的底部設有開口，開口上方設有安裝在矩形鋼管內的支座，支座上設有調整機構，開口下方設有連接調整機構的刀架，刀架上設有水刀。開口上設有固定在刀架上的密封板。調整機構包括固定在支座上的下滑軌和上滑軌，下滑軌和上滑軌之間設有移動架，移動架上設有調節絲桿，調節絲桿端部連接有置于矩形鋼管外的手輪。與現有技術相比，通過將調整機構安裝在矩形鋼管內，并通過密封板進行密封，使得調整機構完全密封，不會有水汽和灰塵進入，保證了調節絲桿和螺母的工作環境，防止調整機構生銹和積灰，保證了使用壽命和礦棉板線的正常生產。圖2為縱切水刀結構示意圖，圖3為圖2中的A向結構示意圖。

該設備通過旋轉手輪，調節絲桿轉動，使得移動架在上滑軌和下滑軌上移動，從而帶動連接移動架的刀架和密封板移動，達到調整的目的。將調整機構安裝在矩形鋼管內，并通過密封板進行密封，使得調整機構完全密封，不會有水汽和灰塵進入，保證了調節絲桿和螺母的工作環境，防止調整機構生銹和積灰，保證了使用壽命和礦棉板線的正常生產。該設備還具有使用方便和實施結構簡單的特點，已獲得實用新型專利授權。

2.3 橫切水刀

2.3.1 設備結構（如圖4所示）

該設備由伺服驅動裝置、直線運動單元、刀架、電磁噴頭、接近傳感器、橫梁、立柱和各種高壓管閥管路元件組成。

主要功能是將礦棉板根據設定長度橫向切斷，設備可以進行直線切割和曲線切割。設備直線切割速度89m／min，當進行曲線切割時可根據用戶提出曲線要求進行變速切割，切割速度范圍為0～158m／min。

2.3.2 主要參數

1）橫切速度：V＝0～190m／min；直線運動單元傳動伺服電機：P＝9.3kW；n＝2 000r／min。

2）外形尺寸（長×寬×高）：大約為4.3m×1.08m×0.8m。

3 礦棉板水切割系統電控要求

3.1 水泵電控要求

水泵現場及遠程操作臺需配置：啟停按鈕（啟動－停止），功能：正常生產啟停；點動按鈕（啟動－停止），功能：調試維修啟停；緊停按鈕（停止），功能：事故緊停。

1）液位開關輸入：24V，輸出：24V。功能：確保水泵有水。控制行程開關發訊。

保安行程開關輸入：24V，輸出：24V。功能：確保水泵有水。控制中心才可以啟動高壓水泵（015－MCC01或015－MCC02）；

2）水泵作用：產生高壓水

手動模式：（操作臺，啟動／停止）啟動條件：確認水箱有水。運行條件：a.急停釋放，b.隔離開關閉合。

自動模式：（水切割系統運行）啟動條件：液位開關（015－PS01）確認水箱有水。運行條件：a.急停釋放，b.隔離開關閉合，c.行程開關接觸球閥手柄，并發訊。

3.2 縱切電控要求

縱切遠程操作臺需配置：

啟停按鈕（啟動－停止）功能：正常生產啟停；

點動按鈕（啟動－停止）功能：調試維修啟停；

急停按鈕（停止）功能：事故急停；

噴頭電磁閥（010－SV01／03或010－SV02／04）；

水刀電磁閥（005－SV01或005－SV02）作用：用于縱向切割礦棉板。輸入：24V，輸出：24V。

3.3 橫切水刀電控要求

1）控制柜設有伺服控制器、PLC、電源開關、24V電源等。

2）操作臺上設有：系統啟動／系統復位／故障／緊停按鈕、觸摸屏、電源開關等。

3）操作臺有狀態指示，觸摸屏可修改參數。

伺服機旁按鈕盒需配置：

啟停按鈕一個周期（啟動（帶燈按鈕）－停止（按鈕））功能：一個周期啟停；

點動旋鈕（切板－停止－返回）功能：調試維修啟停；

故障復位按鈕功能：伺服故障復位；

零位復位按鈕功能：伺服故障復位。

3.3.1 各電器元件說明

1）行程開關

功能：設備保安，當運動刀架接觸行程開關時，伺服電機必須緊急制動，要求切斷主回路和控制回路，電機抱閘停止。

2）起始位的接近開關

作用：用于刀架找零及停止。

3）停車返回接近開關

作用：用于控制刀架減速停，并且經過延時后刀架慢速返回切割初始位。

4）伺服電機

功能：驅動直線運動單元，帶動刀架進行切割動作。電機配有光電變碼器，可根據切割要求進行加、減速。輸入：電機380V，輸出：3 000r／min轉矩：

手動模式：（操作臺，啟動／停止）啟動條件：無。運行條件：1.急停釋放，2.隔離開關閉合。

自動模式：（水切割系統運行）切割啟動條件：（1）刀架處于零位開關處。（2）開關選擇切割直線或開關選擇切割曲線。

返回啟動條件：（1）刀架處于返回開關處。

切割運行條件：1.急停釋放，2.隔離開關閉合，3.水泵站設備運行，4.左右極限行程開關都不接觸，5.減速接近開關正常。

返回運行條件：1.急停釋放，2.隔離開關閉合，3.水泵站設備運行，4.左右極限行程開關都不接觸，5.0位接近開關未發訊。

5）水刀電磁閥

功能：用于切割礦棉板。水刀電磁閥由伺服電機開停控制。

輸入：24V，輸出：24V 。

手動模式：（操作臺，啟動／停止）啟動條件：無。運行條件：無。

自動模式：（水切割系統運行）啟動條件：無。運行條件：1.急停釋放，2.隔離開關閉合，3.水泵電機運行，4.伺服電機切割方向運行。

3.3.2 伺服電機工作動作描述

動作1：切直線時，生產線速度20m／min時，刀架從0位啟動約0.2s加速到速度89m／min，保持速度到板完全切斷，0.2s進行減速停。以速度50m／min返回到0位。準備下一周期切割。

動作2：切割曲線時刀架從0位啟動約0.2s加速到115m／min，行走約0.8s后減速到40m／min，時間約0.15s，然后開始加速到115m／min，維持時間約0.8s后再次減速到40m／min，然后再次加速到115m／min，將板切開后減速停，時間約0.2s。刀架停頓約1s后，以50m／min速度返回0位停止等待信號進行再次切割。具體切割曲線可根據用戶提供參數進行調整。

以板長為5 090mm，生產線速度Vmax＝20m／min為例。切一塊板間隔時間為T＝15.27s，最大板寬2 490，水刀切割速度：89m／min，切割時間T1＝1.68s，啟動時間：T2＝0.2s，停車時間：T3＝0.2s，返回時間：T4＝5s。T1＋T2＋T3＋T4＝7.08s，水刀切割周期為：T＝15.27s＞7.08s。水刀在0位等待時間約8s。

3.3.3 聯動動作描述

1）成型驅動電機所帶的編碼器提供切割信號。2）刀架驅動電機工作，同時給加速電機提供啟動信號。3）噴頭電磁閥動作，水刀開始切割。4）刀架運行到達計數值時（或檢測到接近開關信號），伺服電機減速后停，電磁閥關閉。5）伺服電機反轉，刀架低速返回至零位停止，一個切割周期完成。

4 結 語

通過礦棉板水切割系統與舊系統比較，可以得知新系統有以下優勢：1）水泵站進水增加一級過濾，大幅減少電磁噴嘴被堵的可能。2）水箱增加下水位電控浮球，有效解決水箱沒水自動停止水泵工作，保護水泵。3）縱切水刀結構進行調整，外觀美觀，結構簡潔。4）縱切水刀采用矩形鋼管密封結構，有效保護調節絲桿和滑動件在潮濕環境下不銹蝕。5）橫切水刀水管及導線采用拖鏈結構，解決老式懸掛結構設備外觀不夠美觀問題。6）橫切水刀增加一組發訊開關，增加設備動作可靠性及安全性。

［1］ 一種礦棉板水切割設備，CN202194030U［S］.