高效節能的大型壓鑄機關鍵技術研究

何建+廖玉騰

摘要：隨著科學技術的不斷進步，我國汽車行業以及電器行業得到了快速發展，壓鑄技術也相應的得到了更為廣泛的運用與發展。本文對高效節能的大型壓鑄機的關鍵技術進行了重點研究和探討。

關鍵詞：大型壓鑄機；高效節能；關鍵技術

1.影響壓鑄工藝能耗的主要因素

壓鑄機進行壓力鑄造是一個周期性流程，在此流程中，會消耗大量的能耗，而影響這些能耗的主要因素有以下幾點：

（1）流溢損耗。由于產品不同，所需要的液壓油的壓力和流量也就不同，壓鑄工藝自然也就有很大差異[1]。就油泵流量而言，是以最大流量為選擇標準的，若進行壓力鑄造時流量低于最大流量值，則液壓油就會倒流，這樣就會浪費大量的能量。

（2）節流損耗。所謂的節流損耗是由液壓閥節流口降壓而造成的。壓鑄機的最高承受壓力為160bar，這會導致液壓油在運動過程中遭受巨大的沖擊力，從而產生巨大的摩擦，使溫度急劇升高[2]。

（3）設計余量損耗。由于在設計過程中會考慮到后期的開發和運用，因此經常會加大油泵電機設計容量，這樣就會很容易造成設計余量的損耗，從而浪費大量的電能。

2.實現高效節能技術的措施及原理分析

2.1節能改造原理

壓鑄機控制系統可以描述為：由行程開關和控制按鈕發出的開關信號表述當前壓鑄機所做的動作，接著從模擬輸入模塊獲取油壓、合型力、速度等模擬量，繼而從這些模擬量來判別壓鑄機的工作狀態，然后經過PLC邏輯運算，輸出相應的開關量，同時從模擬量輸出模塊來對流量、壓力比例閥進行有效的控制[3]。具體是從下面的研究來達到節能效果：以高性能的變頻器為基礎，將壓鑄機動力系統—電動機轉速予以重新組合和控制。理論依據如下：

N=60f1 （1-S）/P

式中N、f1、S、P分別表示電動機的轉速、定子頻率、轉差率和磁級數。S、P的狀態隨著電動機的制造完成也就基本確定了，因此只有改變定子頻率f1來實現調速。

泵類負載特性屬于二次方律，依據這種負載特性，可以確定下列結論：

流量公式

QL=Q0+KQ nL流量Q∝n

轉矩（壓力）公式

TL=T0+KT nL2 壓力T∝n2

3）功率公式

PL=P0+KP nL3 功率P∝n3

由上式可知：油泵的流量Q、轉矩（壓力） T及軸功率P分別正比于其轉速n、n的平方和n的立方 [4]。因此在對流量的大小進行設定時要依據油泵的間斷性工作以及壓鑄過程的壓力和流量的變化特點，從而實現最佳節能的目的，圖1是其工作原理圖。

2.2變頻器節能試驗分析

圖1和圖2分別是變頻器頻率轉化原理圖以及其用于壓鑄機時的線路。圖3所示的是節能器電氣原理與接線圖。

在變頻節能壓鑄機中，電流表、變頻器和工頻旁路接觸器等共同組成了變頻節能控制電氣柜的主電路，同時啟動、復位開關、指示燈、工頻/變頻運行指示燈等組成了控制電路。試驗表明，變頻器被使用后，不僅減少了一些繁瑣的人工操作，使一些不安全的隱患因素降至最低，而且系統會一直在節能的狀態下運行。

變頻節能的控制原理是利用油泵馬達的轉速來對油量進行有效的調節，和通過DSP高速數字處理器來對比例流量和比例壓力實現跟蹤處理，然后控制壓鑄機自身比例流量閥和比例壓力閥的電流信號，繼而能夠使節能器對壓鑄機的工作狀態、工作壓力和流量實現自動跟蹤，其次，利用油泵轉速的調節，來對各個動作環節的正常需要進行補給，而且油泵只需對油路中消耗的部分實施補給，以此來保證節能的效果，圖4是試驗節能效果曲線圖，此外，用電也會節省30%左右，對于較大的機型，用電量至少會節省一半[5]。

參考文獻：

[1]張華偉. 高效節能的大型壓鑄機關鍵技術研究[D].華南理工大學，2014.

[2]張琦，張帥，萬水平，高強，陳余秋，趙升噸. 大型臥式壓鑄機中板的結構輕量化研究[J]. 機床與液壓，2013，05：9-14.

[3]李曉棠，潘貞周，李丹陽，李波，萬旭. 大型壓鑄機合模機構的多目標模糊優化設計[J]. 機械設計與制造，2007，05：6-8.

[4]陳海平，曾攀，方剛，雷麗萍. 大型鎂合金壓鑄機哥林柱斷裂原因分析及其結構改進[J]. 機械設計與制造，2009，02：13-15.

[5]張華偉，夏偉，吳智恒，陳敏，景友燕，張新華. 基于數值模擬的大型壓鑄機合模機構的優化設計[J]. 華南理工大學學報（自然科學版），2013，09：113-119.