一种激振式环保砖压制机结构及应用

随着我国建筑行业的快速发展，建筑材料也正日新月异地技术进步，而作为建筑材料基础的制砖行业也面临技术革新。我国曾在引进国外的免烧砖生产线设备，随着工业技术的提升，国产的全自动成型机设备研制也取得了长足的发展，在近年来的环保政策下，国内开始出现利用粉煤灰、建筑垃圾等废料的免烧砖生产线，但真正能生产出高强度、高标准的生态建材的设备少之又少，因此设计出一款合格且优秀的自动化制砖生产设备也就成了建筑行业和机械行业从业人员追求与探索的问题。

建筑制砖业和人们的生活息息相关，而制砖业的核心就是制砖机，制砖机的发展关系着这个行业的一切。

有些自动制砖机仍然是针对传统粘土砖设计制造的，不具备环保节能的特点。由于快速而大量的城乡建设，传统的粘土砖会破坏土地资源和造成污染环境，已不能适应新时代的发展需要。绿色的环保砖即保护了土地资源，也实现了资源的重复利用，是新时代建筑材料的新发展。利用粉煤灰等废料做成的环保砖是一种新型墙体材料，环保砖是一种取代粘土砖的极有发展前景的换代产品。

目前制砖机结构上主要分两大类型：四柱液压式和偏心激振式。传统的普通自动制砖机常用四柱液压机，采用三梁四柱框式结构，利用液压系统进行控制，虽然提高了效率，但是由于液压系统元件和密封件在制砖车间粉尘环境下容易老化失效，机器的故障率较高。同时由于设备是直接施加压力，模腔中的坯料颗粒间摩擦力较大，流动性较差，较容易出现上下模接触面密实不均，甚至出现边角的缺陷现象，影响产品质量。

激振式制砖机在结构上相比其他类型主要有2点区别：第一是利用结构简单的机械连杆来实现模组的安装、压紧、脱模、开合等动作；第二是采用简单的偏心轴结构来实现模组的激振、成型等工作，这2个机构造价较低、结构简单。偏心轴采用简单的机械连杆机构来实现压紧和脱模动作；同时激振和成型也是采用简单的偏心轴机械结构。这两种结构简单，同时也降低了坯料颗粒间的磨擦力，增加了流动性，使压制出的砖坯产品各面疏密一致，提高了产品的质量，也降低了能耗，利用偏心轴实现激振，使结构简单、维修方便、性价比高。同时操作简单，操作工人不需要太多的文化知识，只需要掌握不同用途的砖类选择合适的原料配合比，通过更换相应的模具即可生产各种类型的砖料，且模具更换方便，设备体积不庞大，适用于各种道路及偏远地区和小型场地进行运输安装。

1  结构简介

通常自动制砖机的外部结构主要由机体结构、送料机构、压砖机构、模具等机械组成（图1）。主要完成自动送料、压砖、出砖等连续工作。该制砖机主体结构主要包括有机架部件、电动机总成、传动三角皮带、外罩壳体总成、振动部件、起模部件、砖型模具、回转总成和上模操纵总成。起模机构设在机架上，模具包括上模和下模，设在起模机构正上方，上模操纵总成固连在模具上方，回转总成一端与机架固连，另一端与上模操纵总成连接，振动部件设在起模机构下方，且与起模机构相接，电动机总成设在机架一侧，电动机总成通过三角皮带与振动部件连接。

图1?一种自动制砖机外形模型

该制砖机的外形结构紧凑，主机尺寸为2?800?mm×1?160?mm×2?690?mm,额定压力为16?MPa，主振形式为台振，振动频率为3?800~4?200次/min，栈板尺寸为680?mm×535?mm，成型周期为15~20?s，总功率为17?kW。液压系统简化，操作简单，维护方便，稳定可靠，经济实用，适合于加工墙砖系列，包括有花坛砖、墙体砖、实心砖；地砖系列，包括仿古砖、连锁路面砖、植草砖、花坛砖、广场砖；路缘石系列；水利水工护坡砖系列。

不同的砖型是通过不同形状的模具加工而成，更换不同的砖型模具可以生产工字形、长方形、正方形、骨头形等各种异形铺路砖，且不需要烧结，通过短时间的自然晾晒和天然养护即可，容易达到规定的强度，广泛应用于各种建筑。

2  工作原理

该制砖机的主要工作原理为：采用电动机作为动力，经轴轮和皮带传输动力带动振动部件产生激振，砖坯粒料在激振力的作用下，产生反复运动，从而将砖坯粒料填充并密实在模腔中，产生的强烈激振决定了砖坯具有较高的强度，可以不需要复杂的液压系统。

通过设置PLC控制器和变频器等电机转速控制装备，实现激振机构的频率控制。利用控制电动机的输出转速变化，从而控制转动轴的速度，经过电动机皮带轮和皮带传动到模组控制激振的强度和时间。制砖过程的主要使用方法包括以下步骤。

（1）操纵拉伸手柄将模组的上模部件与下模部件完全脱离。

（2）待下模和机架之间露出足够的距离时，将专用的托板塞入其中。

（3） 经料斗将制砖材料往下模中投入，待投料满后，操作上模架归位，经过压紧手柄，将上下模组对准压合，其中的物料可以为粉煤粉、建筑废渣等废料与水泥加水，能充分利用废料，以降低成本。

（4）启动电动机，经轴轮和皮带带动振动部件产生激振动作，从而振实模腔中的砖料。

（5）操作起模手柄，使下模组压紧砖坯往上移动，当上移到一定行程后砖坯脱出模腔。

（6）利用托板将制出的砖坯移到中转仓位，等待成形砖成品阴干。

（7）然后再将空的托板重新推入进行下一轮制砖工作。

3  主要冲压结构

该型激振式环保型砖压制机，由于采用了与非传统式液压型制砖机不同的冲压系统结构，相比而言最大的区别在于其是利用偏心轴的转动实现上下激振冲压成型的原理。

动力源电动机上带有罩壳保护，主要包括罩板、控制器操作机构、支架等。因为电动机排风散热气装置在电动机侧部，当电动机运行时，其排风扇等会发热，工人较容易接触烫伤，罩壳能起到安全保护作用并固连激振操作机构。

振动源通常采用电动机和柴油机作为动力源，本文研究对象选用一款总功率为17?kW的电机作为动力源，振动频率可达3?800~4?200?次/min。

激振式制砖机的振动总成通常由振动源和振动组件构成（图2）。主要的振动部件包括轴承座、偏心轴、皮带轮、垫片和螺栓，偏心轴的一端安装在轴承座并固定在机架上，偏心轴的另一端通过轴承座连接皮带轮，通过垫片和螺栓与皮带轮固定。偏心轴通过两端的轴承座进行安装，皮带轮通过垫片和螺栓安装在偏心轴的端部外侧，电动机上方加装防护罩板。

图2?振动总成结构示意

本激振制砖机主要是依靠振动力将砖坯压制成形，而非传统的液压直接加压，激振力对机器的性能发挥有着直接的影响。通过振动偏心轴，并通过带轮带动模组产生垂直的振动，这种振动的功率越大，产生的激振力也越大，振动的加速度也越大，所以该种激振制砖机的效率较高，成品密度较高。为获得更高的振动成型效率，提高成品的密度，需加大振动功率，提高振动加速度。

制砖机在运行中需要保证稳定和控制噪声，在设计振动参数时，也不能一味地追求更高的振动功率，需要保证振动的稳定性，为了能生产不同材料的砖坯，也需要产生不同的振动参数，可以对振动频率进行适当的调整，根据国内外的经验，使振动频率设置在50~90?Hz，振幅的调整在0.3~1.2?mm，加速度的调整值在15~20?g，参振质量为1?000?kg；参数匹配关系保证加速度和频率的关系满足a/f≈2，且最好运用复合振动和阶梯振动的组合操控形式。

当制砖机要运行在较高的振动频率及较大的加速度情况下，振幅是影响产品质量的一个重要因素，所以振幅的提高也直接影响到制砖机振动系统的性能，因此在设计振动参数时应综合各个因素考虑，从而实现合适的振动参数指标。

激振式制砖机为可换式模组结构，分为上下2组可更换的冲压模块（图3），固定支架不需更换，当需要更换模组时，只需取下固定支架与上下模腔的连接螺栓, 再安装不同的模具进入限位卡槽，操作简单快捷。

（a）        （b） 

图3?冲压上下模结构示意

（a）示意1；（b）示意2

通过更换不同的砖型模具，即可实现生产工字形、长方形、正方形、骨头形等各种建筑用砖产品。精心制作的模具能完美契合自动化制砖机械设备，生产出各种高质量混凝土制品，如混凝土砌块、路面砖、空心砖、实心砖、植草砖、路缘石、窑井盖及其他异型砖等。

目前国内的机械模具行业设计制造较为先进，可根据客户产品的个性需求，进行压砖模具设计和制造。通常模具车间拥有配套齐全的机加工、热处理设备和自行研制的用于模具和装配的专用工艺设备，并使用了WC表面注渗技术，可保证模具的加工精度、装配精度、压头板和模框表面的硬度和耐磨性，以及模框与压头板之间的配合精度，从而生产出表面光洁，尺寸符合要求的混凝土制品。

在整体结构设计时先要对零件结构进行三维画图，需要利用Pro/ENGINEER或Solidworks、Unigraphics NX等三维设计软件进行零件建模，得出各个机械组成结构的三维模型文件，然后将模型文件导入ANSYS等有限元分析软件进行强度分析，将载荷施加完毕进行求解，可以得到相应零件和结构的等效应力云图和等效变形云图，根据软件得出的数据进行分析，判断零件结构的设计是否存在问题，以达到机器的整体设计要求。

4  小结

绿色制造和绿色建筑的崛起和发展是一种趋势，这种激振式制砖机就是一种合乎绿色理念的机械设备。可实现高频振动压实，利用工业矿渣、粉煤灰、建筑垃圾等有效制砖，降低了运行成本并可实现创收，高效循环利用资源。这将大幅提高我国环保材料的利用率，可综合利用资源，经济效益和社会效益显著。

环保砖压制机是一种利用粉煤灰、建筑废渣等原料，加入配合比适当的水泥和水，利用振动原理将砖坯压制成型的机械设备。配用不同形状的模具可生产适用于制作建筑工程上大多数的砖型。其机械构造简单，模具更换快捷，维护成本较低。生产出的砖坯，不需经过高温烧结，不产生废气，通过自然晾晒即成。

该制砖机生产的某款绿色环保水泥砖广泛应用于道路两侧的人行道及花园道路的铺设。设备成本投资少，操作容易，见效快。与传统的粘土砖相比，既节约了土地资源，又二次利用废旧资源，是一项满足绿色制造及环保政策的专用设备，具有较大的实用价值。