擠壓機(jī)擠壓速度控制與節(jié)能對策分析

白一波　杜鴻運(yùn)　付玉梅

摘 要：本文首先簡要分析了傳統(tǒng)擠壓機(jī)擠壓速度的控制方式，分析了其速度控制特性及功率特性，介紹了節(jié)能VFD系統(tǒng)，對其節(jié)能特點(diǎn)作一闡述。望能經(jīng)此論述為此領(lǐng)域研究有所借鑒。

關(guān)鍵詞：擠壓機(jī)；液壓系統(tǒng)；速度控制；節(jié)能

擠壓速度的精度及控制方式乃是對擠壓機(jī)性能水平進(jìn)行衡量的重要指標(biāo)，同時(shí)還是達(dá)成等溫?cái)D壓的基礎(chǔ)保障與前提所在。針對其它方面的擠壓而言，盡管還減少設(shè)計(jì)等溫?cái)D壓方面的問題，但合理控制擠壓速度十分必要。對于那些高性能、高品質(zhì)的擠壓機(jī)來講，擁有良好的速度控制能力乃是其基本要求，只有此方面達(dá)標(biāo)，才能擠壓出質(zhì)量合格且令人滿意的制品。

1.傳統(tǒng)擠壓控制方式分析

1.1并聯(lián)節(jié)流擠壓速度控制

針對并聯(lián)節(jié)流調(diào)速而言，其乃是一種比較簡單且常用的控制擠壓速度的方式。其在回路形式上同樣有多種，本文就其中比較比較多見的控制回路作一分析，即并聯(lián)調(diào)速閥擠壓速度控制。針對此方式而言，其在業(yè)界又被稱之為旁路節(jié)流調(diào)速，采用定量油泵為其突出特點(diǎn)，而此油泵能夠驅(qū)動電機(jī)，使其維持恒定轉(zhuǎn)速，且油泵還具有恒定的輸出流量，依據(jù)調(diào)速閥的可變分流，使工作缸的介質(zhì)流量發(fā)生變化，以此來大大對擠壓速度（Vc）予以改變的目的。公式為：Qc=Qp-Q3 （1）

在此公式當(dāng)中，Qp表示為油泵的額定流量；Q3表示旁路調(diào)速閥的分流量。由此公式得知，擠壓速度Vc伴隨Q3的改變而發(fā)生變化，最終便可達(dá)到調(diào)節(jié)擠壓速度的目的。如果將其功率特性考慮在內(nèi)，從中可發(fā)現(xiàn)，定量泵的額定輸出功率Np公式為Np=PpQp；工作缸的效率η為η=Nc/Np=Qc/Qp，工作缸的輸入功率Nc=PpQc。在公式當(dāng)中，Pp表示的是油泵泵頭壓力。

將公式（1）代入，便可得到η=Avc/Qp（0≤ ≤1） （2）

由此可知，工作效率η伴隨擠壓速度Vc的減小而隨之減小。運(yùn)用此種調(diào)節(jié)速度的方式，有著比較差的功率特性，且容易損失能量，系統(tǒng)也會出現(xiàn)嚴(yán)重發(fā)熱，特別是在有著比較低的擠壓速度時(shí)，在急短時(shí)間內(nèi)會降低其工作效率η。另外，也無論在動態(tài)速度特性上，還是在系統(tǒng)剛度上，均存在不足，難以實(shí)現(xiàn)輕金屬擠壓所需要的穩(wěn)定的低速特性。

1.2積/串聯(lián)節(jié)流聯(lián)合擠壓速度控制

在設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)，如果其對擠壓速度相應(yīng)穩(wěn)定性有著比較高的要求，用節(jié)流閥聯(lián)合變量泵的方案，能顯著減少發(fā)熱，提高系統(tǒng)效率，是擠壓速度相應(yīng)穩(wěn)定性得到顯著增強(qiáng)?？蓪⒏哳l響比例閥當(dāng)作動態(tài)、可調(diào)的節(jié)流元件，能夠?qū)D壓速度進(jìn)行比較準(zhǔn)確的閉環(huán)控制，因而能夠?yàn)楦瞄_展等溫?cái)D壓，提供條件與技術(shù)支持。需要指出的是，針對此種系統(tǒng)而言，由于選用的是比例變量油泵，當(dāng)其處于低速狀態(tài)時(shí)，已經(jīng)調(diào)小了輸出流量，而通過比例閥實(shí)施動態(tài)節(jié)流后，經(jīng)溢流閥分流，往往會有比較小的流量，所以，會有很小的功率損失。對于此系統(tǒng)來講，其有著比較好的速度特性，另外，在功率特性方面也比較突出。

2.壓機(jī)VFD速度控制的基本原理

所謂VDF，從根本上來講，即為變頻驅(qū)動。近年來，伴隨電力電子技術(shù)的不斷更新與完善，大功率、高性能、高效化的變頻器得到越來越多的應(yīng)用，而且在具體的控制技術(shù)上也已經(jīng)趨向成熟，因而能顧明顯節(jié)能。此些均為VDF在擠壓速度方面的合理控制，提供了充足條件與良好基礎(chǔ)。針對VDF技術(shù)而言，即為在交流變頻器控制的相應(yīng)交流電機(jī)驅(qū)動下，定量油泵持續(xù)向外輸出有變化特點(diǎn)的傳動介質(zhì)，因而可以達(dá)到容積式控制擠壓速度的目的。針對系統(tǒng)的電氣控制來講，其由多部分構(gòu)成，如速度檢測與反饋、變頻電機(jī)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、定量泵等。通常來講，在上位計(jì)算機(jī)上，或者是觸摸屏上，通過非擠壓時(shí)間的其它速度或者是擠壓速度的數(shù)值的設(shè)定，變頻器可依據(jù)PLC或上位計(jì)算機(jī)，持續(xù)向外輸出指定頻率的交流電，以此來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動交流電機(jī)的目的，這樣一來，便能帶動定量油泵，依據(jù)事先設(shè)定好的轉(zhuǎn)速來旋轉(zhuǎn)，持續(xù)輸出具有變化特質(zhì)的流量，最終大大開環(huán)控制擠壓機(jī)速度的目的。

3.擠壓機(jī)VDF系統(tǒng)的技能特點(diǎn)

3.1節(jié)約能源

如果擠壓機(jī)運(yùn)用VDF系統(tǒng)，其能源節(jié)約量可達(dá)45%。在整個VDF系統(tǒng)架構(gòu)中，變頻器擁有矢量變換控制功能，能夠依據(jù)電機(jī)符合大小，以及所需要的頻率水平，對輸出電壓進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，還能調(diào)整電流與電壓之間的相位差，使電機(jī)處在最小的功率消耗狀態(tài)，最大程度減少電機(jī)的發(fā)熱與無用功率，實(shí)現(xiàn)功率消耗的降低，此乃VDF節(jié)能的重要構(gòu)成。針對液壓系統(tǒng)而言，VFD為其帶來的節(jié)能主要體現(xiàn)在：當(dāng)定量泵系統(tǒng)處于固定轉(zhuǎn)速時(shí)，如果擠壓機(jī)油泵處在非壓力流量輸出狀態(tài)，或者是待機(jī)狀態(tài)，則泵頭的循環(huán)壓力通常會維持在3～6bar；針對此時(shí)的定量泵而言，其通常處于全流量輸出狀態(tài)，盡管此時(shí)泵頭并沒有太大的壓力，看上去也沒有過大的消耗，但實(shí)際上，其在整個壓機(jī)運(yùn)行中，占據(jù)著較大部分。在一些情況下，甚至還要大于泵頭的上壓時(shí)間，因此，其所消耗的能量不能忽視。

3.2延長油泵壽命，提升系統(tǒng)可靠性

VFD系統(tǒng)能夠使油泵壽命得到延長，并能提升整個系統(tǒng)的可靠性，突出表現(xiàn)為如下方面：其一，在整個變量柱塞泵當(dāng)中，變量機(jī)構(gòu)為其中最精密、最復(fù)雜同時(shí)也是最薄弱的部位，其苛刻的使用條件，使得對油液的粘度、清潔度及控制油的壓力等，均有比較高的要求。另外，在整個VFD系統(tǒng)當(dāng)中，由于運(yùn)用的是定量柱塞泵，舍去了比例變量機(jī)構(gòu)，因而一定程度消除了不利于油泵可靠性的一些因素；其二，在整個VFD系統(tǒng)架構(gòu)當(dāng)中，因油泵在諸多情況下，均在較低的速度下運(yùn)轉(zhuǎn)，相比于傳統(tǒng)速度控制方式的油泵持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)于固定高度狀態(tài)下不同，VFD系統(tǒng)能夠顯著降低各種摩擦速度，改善受力情況，減小沖擊震動，使缸體與柱塞可以比較均勻的磨損。此些對柱塞泵相應(yīng)工作條件，均有較好的改善效果，因而可以達(dá)到延長油泵壽命，以及提高系統(tǒng)整體可靠性的目的。

4.結(jié)語

綜上，擠壓機(jī)VFD系統(tǒng)有著有著較好的速度控制性能，特別是突出的節(jié)能效果，使其呈現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。在實(shí)際應(yīng)用中，通常將選用有VFD技術(shù)的擠壓機(jī)稱之為節(jié)能擠壓機(jī)；隨著節(jié)能擠壓機(jī)的誕生與更新，有效降低了企業(yè)運(yùn)營成本，節(jié)約了大量能源，有助于可持續(xù)發(fā)展的實(shí)現(xiàn)。

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