摘要 本文根據(jù)陶瓷液壓擠管機(jī)的工藝特性，從節(jié)能角度論述了變頻器在陶瓷行業(yè)高壓柱塞泵上的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 陶瓷行業(yè)，液壓柱塞泵，變頻器

1前言

目前，我國(guó)陶瓷行業(yè)使用的陶瓷液壓柱塞泵能耗偏高，除了與液壓工業(yè)產(chǎn)品性能和質(zhì)量有關(guān)外，主要是設(shè)計(jì)者在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)液壓柱塞泵的合理使用還有欠缺之處。本文根據(jù)陶瓷液壓擠管機(jī)的工藝特性，從節(jié)能角度論述了合理使用液壓柱塞泵的方法，對(duì)陶瓷液壓柱塞泵或類似設(shè)備的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其技術(shù)改造具有重要的參考價(jià)值。

2系統(tǒng)分析

液壓柱塞泵見(jiàn)圖1，液壓柱塞泵是液壓控制系統(tǒng)的“心臟”。因此，在生產(chǎn)過(guò)程中，不僅要選擇最適合于某種場(chǎng)合的通用型泵，而且必須考慮該種泵多種變型的不同結(jié)構(gòu)特性。陶瓷液壓柱塞泵，主油路液壓系統(tǒng)皆采用手動(dòng)變量高壓柱塞泵，其額定壓強(qiáng)為31.5MPa，主擠壓缸額定工作壓強(qiáng)為20MPa；驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率一般達(dá)11kW。由于設(shè)計(jì)者在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，忽視了主機(jī)的工藝特性，導(dǎo)致所選擇的液壓泵的類型及特性不適合主機(jī)工況，這是造成功耗偏高的重要原因。因此，設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)主機(jī)的工況特性，分析比較在特定的速度和壓力條件下各類液壓泵的特性及功能，從而選擇適合于主機(jī)工況下的液壓泵類型。由此可見(jiàn)，詳細(xì)地研究泵及其系統(tǒng)的適應(yīng)性是非常必要的。陶瓷液壓柱塞泵的功耗應(yīng)取決于擠管機(jī)的工作特性，盡可能使泵的輸出流量和壓力與負(fù)載所需要的流量(速度)和壓力相匹配。陶瓷液壓柱塞泵系統(tǒng)的作用是通過(guò)工作油缸活塞桿上的擠壓頭對(duì)被擠泥料(陶瓷泥)產(chǎn)生足夠的擠壓力。理想的液壓系統(tǒng)壓力(P)在擠壓過(guò)程中隨時(shí)間(t)而變化，在t

下面舉例說(shuō)明C325O-Ⅱ型陶瓷擠管機(jī)主油路液壓系統(tǒng)的油泵所選用的25SCYI4-1B型手動(dòng)變量柱塞泵。擠制一定規(guī)格產(chǎn)品時(shí)，在整個(gè)擠壓過(guò)程中，泵的排油量是固定的，此時(shí)，油泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率應(yīng)按下式計(jì)算：

N=Pl×Q ／K

式中：

P1——液壓系統(tǒng)的額定工作壓強(qiáng)(MPa)

Q——油泵的額定流量(cm3／s)

K——油泵的總效率

經(jīng)計(jì)算，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的計(jì)算功率應(yīng)為N＝10.2kW 。

實(shí)際上擠管機(jī)在擠壓過(guò)程中，系統(tǒng)壓力增大時(shí)，所需流量應(yīng)大大下降，即應(yīng)為變流量系統(tǒng)，以保證工作油缸活塞桿具有所要求的擠壓速度。而手動(dòng)變量柱塞泵無(wú)自動(dòng)變量性能，當(dāng)負(fù)載所需流量減少時(shí)，泵的流量將大于負(fù)載所需的流量，多余的油液從溢流閥流回油箱，能量損失較大。同時(shí)，也容易使液壓系統(tǒng)升溫過(guò)快、過(guò)高和產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象，影響系統(tǒng)的正常工作。雖然手動(dòng)變量柱塞泵可通過(guò)手動(dòng)變量機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)流量，但一般是根據(jù)擠制不同規(guī)格制件時(shí)所要求的擠壓速度而定，由人工預(yù)先進(jìn)行調(diào)節(jié)。操作者不可能根據(jù)負(fù)載所要求的速度精確調(diào)整所需的流量。因此在擠壓過(guò)程中，流量還是固定的(因手動(dòng)變量機(jī)構(gòu)只有在泵空載時(shí)進(jìn)行變量)，這樣消耗在溢流閥溢流上的功率仍然不可避免。

根據(jù)擠管機(jī)擠壓頭接觸到泥料后的運(yùn)動(dòng)速度要求，可知進(jìn)入工作油缸的液壓油流量與壓力均發(fā)生變化，即當(dāng)系統(tǒng)壓力上升時(shí)，流量必須隨之逐漸減少，而壓力補(bǔ)償自動(dòng)變量柱塞泵基本上能符合這一要求。因此，選用變頻器對(duì)高壓柱塞泵進(jìn)行自動(dòng)變量調(diào)節(jié)，使擠管機(jī)的液壓系統(tǒng)為變流量系統(tǒng)，才能滿足擠管機(jī)的工況特性，并能達(dá)到降低能耗的目的。

卸荷溢流閥的作用：卸荷溢流閥主要用于裝有蓄能器的液壓回路中，當(dāng)蓄能器充液壓力達(dá)到閥的設(shè)定壓力時(shí)自動(dòng)地使液壓泵卸荷。閥內(nèi)裝單向閥，防止蓄能器中的有壓油液倒流。此時(shí)由蓄能器維持對(duì)系統(tǒng)供油使泵卸荷從而收到節(jié)能效果。當(dāng)蓄能器中油液壓力降至閥設(shè)定壓力的85%左右時(shí)，閥又復(fù)載，液壓泵恢復(fù)向蓄能器充液。

3節(jié)能原理

油泵是柱塞泵系統(tǒng)工作的動(dòng)力來(lái)源，利用變頻器對(duì)油泵進(jìn)行控制，主要通過(guò)對(duì)其流量的控制來(lái)產(chǎn)生有效的節(jié)能，這是變頻器最廣泛的一種應(yīng)用。油泵是一種平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q、壓力P及泵的軸功率E的關(guān)系如下式所示：

Q1／Q2 ＝n1 /n2；

P1／P2 ＝ (n1/n2)2

E1／E2 ＝(n1/n2)3

由上式可看出，泵的流量與其轉(zhuǎn)速成正比，泵的壓力與其轉(zhuǎn)速的平方成正比，泵的軸功率與其轉(zhuǎn)速的立方成正比。由此可見(jiàn)，當(dāng)壓力下降時(shí)，油泵功率呈平方關(guān)系下降。此時(shí)可考慮首先將液壓系統(tǒng)的溢流閥關(guān)閉，采用變頻器進(jìn)行變量泵的速度控制。

4改造方法

以歐瑞變頻器F1000－G系列為例說(shuō)明。該變頻器安裝簡(jiǎn)單，方便，只須將三相輸入線(電源至變頻器連接線)接在變頻器端子R、S、T上。三相輸出線(變頻器至電機(jī)連接線)接U、V、W。接地線接PE端子，接地線截面積不小于功率線的2／3，接地電阻不能大于10歐姆。改造前后的主回路接線示意圖見(jiàn)圖2、圖3所示。

5結(jié) 論

綜上所述，經(jīng)過(guò)變頻器的改造后可以達(dá)到以下效果：

(1) 采用變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，關(guān)閉溢流閥調(diào)節(jié)，降低了設(shè)備的故障率，節(jié)電效果顯著。

(2) 采用變頻器控制電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動(dòng)，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，避免了對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

(3) 電機(jī)將在低于額定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下運(yùn)行，減少了噪聲對(duì)環(huán)境的影響。

(4) 具有過(guò)載、過(guò)壓、過(guò)流、欠壓、電源缺相等自動(dòng)保護(hù)功能及聲光報(bào)警功能。

(5) 安裝時(shí)可不破壞原有的配電設(shè)施及環(huán)境，不影響生產(chǎn)，保證生產(chǎn)的同時(shí)也提高了系統(tǒng)的可靠性。

根據(jù)上述的原理，利用變頻器進(jìn)行節(jié)能改造后，節(jié)電率可以達(dá)到15%～40%，節(jié)電效果相當(dāng)可觀。