难变形合金挤压机最大挤压速度控制分析.pdf
白一波 杜鸿运 付玉梅
摘 要：本文首先简要分析了传统挤压机挤压速度的控制方式，分析了其速度控制特性及功率特性，介绍了节能VFD系统，对其节能特点作一阐述。望能经此论述为此领域研究有所借鉴。
关键词：挤压机；液压系统；速度控制；节能
挤压速度的精度及控制方式乃是对挤压机性能水平进行衡量的重要指标，同时还是达成等温挤压的基础保障与前提所在。针对其它方面的挤压而言，尽管还减少设计等温挤压方面的问题，但合理控制挤压速度十分必要。对于那些高性能、高品质的挤压机来讲，拥有良好的速度控制能力乃是其基本要求，只有此方面达标，才能挤压出质量合格且令人满意的制品。
1.传统挤压控制方式分析
1.1并联节流挤压速度控制
针对并联节流调速而言，其乃是一种比较简单且常用的控制挤压速度的方式。其在回路形式上同样有多种，本文就其中比较比较多见的控制回路作一分析，即并联调速阀挤压速度控制。针对此方式而言，其在业界又被称之为旁路节流调速，采用定量油泵为其突出特点，而此油泵能够驱动电机，使其维持恒定转速，且油泵还具有恒定的输出流量，依据调速阀的可变分流，使工作缸的介质流量发生变化，以此来大大对挤压速度（Vc）予以改变的目的。公式为：Qc=Qp-Q3 （1）
在此公式当中，Qp表示为油泵的额定流量；Q3表示旁路调速阀的分流量。由此公式得知，挤压速度Vc伴随Q3的改变而发生变化，最终便可达到调节挤压速度的目的。如果将其功率特性考虑在内，从中可发现，定量泵的额定输出功率Np公式为Np=PpQp；工作缸的效率η为η=Nc/Np=Qc/Qp，工作缸的输入功率Nc=PpQc。在公式当中，Pp表示的是油泵泵头压力。
将公式（1）代入，便可得到η=Avc/Qp（0≤ ≤1） （2）
由此可知，工作效率η伴随挤压速度Vc的减小而随之减小。运用此种调节速度的方式，有着比较差的功率特性，且容易损失能量，系统也会出现严重发热，特别是在有着比较低的挤压速度时，在急短时间内会降低其工作效率η。另外，也无论在动态速度特性上，还是在系统刚度上，均存在不足，难以实现轻金属挤压所需要的稳定的低速特性。
1.2积/串联节流联合挤压速度控制
在设计液压系统时，如果其对挤压速度相应稳定性有着比较高的要求，用节流阀联合变量泵的方案，能显著减少发热，提高系统效率，是挤压速度相应稳定性得到显著增强。可将高频响比例阀当作动态、可调的节流元件，能够对挤压速度进行比较准确的闭环控制，因而能够为更好开展等温挤压，提供条件与技术支持。需要指出的是，针对此种系统而言，由于选用的是比例变量油泵，当其处于低速状态时，已经调小了输出流量，而通过比例阀实施动态节流后，经溢流阀分流，往往会有比较小的流量，所以，会有很小的功率损失。对于此系统来讲，其有着比较好的速度特性，另外，在功率特性方面也比较突出。
2.压机VFD速度控制的基本原理
所谓VDF，从根本上来讲，即为变频驱动。近年来，伴随电力电子技术的不断更新与完善，大功率、高性能、高效化的变频器得到越来越多的应用，而且在具体的控制技术上也已经趋向成熟，因而能顾明显节能。此些均为VDF在挤压速度方面的合理控制，提供了充足条件与良好基础。针对VDF技术而言，即为在交流变频器控制的相应交流电机驱动下，定量油泵持续向外输出有变化特点的传动介质，因而可以达到容积式控制挤压速度的目的。针对系统的电气控制来讲，其由多部分构成，如速度检测与反馈、变频电机、工业控制计算机、定量泵等。通常来讲，在上位计算机上，或者是触摸屏上，通过非挤压时间的其它速度或者是挤压速度的数值的设定，变频器可依据PLC或上位计算机，持续向外输出指定频率的交流电，以此来实现驱动交流电机的目的，这样一来，便能带动定量油泵，依据事先设定好的转速来旋转，持续输出具有变化特质的流量，最终大大开环控制挤压机速度的目的。
3.挤压机VDF系统的技能特点
3.1节约能源
如果挤压机运用VDF系统，其能源节约量可达45%。在整个VDF系统架构中，变频器拥有矢量变换控制功能，能够依据电机符合大小，以及所需要的频率水平，对输出电压进行适当调整，还能调整电流与电压之间的相位差，使电机处在最小的功率消耗状态，最大程度减少电机的发热与无用功率，实现功率消耗的降低，此乃VDF节能的重要构成。针对液压系统而言，VFD为其带来的节能主要体现在：当定量泵系统处于固定转速时，如果挤压机油泵处在非压力流量输出状态，或者是待机状态，则泵头的循环压力通常会维持在3～6bar；针对此时的定量泵而言，其通常处于全流量輸出状态，尽管此时泵头并没有太大的压力，看上去也没有过大的消耗，但实际上，其在整个压机运行中，占据着较大部分。在一些情况下，甚至还要大于泵头的上压时间，因此，其所消耗的能量不能忽视。
3.2延长油泵寿命，提升系统可靠性
VFD系统能够使油泵寿命得到延长，并能提升整个系统的可靠性，突出表现为如下方面：其一，在整个变量柱塞泵当中，变量机构为其中最精密、最复杂同时也是最薄弱的部位，其苛刻的使用条件，使得对油液的粘度、清洁度及控制油的压力等，均有比较高的要求。另外，在整个VFD系统当中，由于运用的是定量柱塞泵，舍去了比例变量机构，因而一定程度消除了不利于油泵可靠性的一些因素；其二，在整个VFD系统架构当中，因油泵在诸多情况下，均在较低的速度下运转，相比于传统速度控制方式的油泵持续运转于固定高度状态下不同，VFD系统能够显著降低各种摩擦速度，改善受力情况，减小冲击震动，使缸体与柱塞可以比较均匀的磨损。此些对柱塞泵相应工作条件，均有较好的改善效果，因而可以达到延长油泵寿命，以及提高系统整体可靠性的目的。
4.结语
综上，挤压机VFD系统有着有着较好的速度控制性能，特别是突出的节能效果，使其呈现出广阔的发展前景。在实际应用中，通常将选用有VFD技术的挤压机称之为节能挤压机；随着节能挤压机的诞生与更新，有效降低了企业运营成本，节约了大量能源，有助于可持续发展的实现。
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