陶瓷压机伺服节能改造

一，概述

自动液压压砖机是机、电、液、气一体化、高技术、高精度的现代化全自动设备。专门用于陶瓷墙地砖生产过程中的粉料压制成型。它由主机部分、液压部分、电气控制部分、布料装置、翻坯输送装置等组成，采用液压传动，可编程控制器实现控制功能。

二，工作原理

液压压砖机是根据静态下液体压力等值传递的巴斯卡原理制成的，它是一种利用液体压力传递能量的机器。

压砖机在自动循环中，粉料由压砖机后上方的料箱经软管送到压砖机的布料装置中的料斗内，布料小车向前运动，把前一次压好的砖坯推出，顶模缸一次下落，使模腔内填满粉料，布料小车退回后位，顶模缸二次下降，实现墩料，下模芯落在工作台上，为压制作准备；上模(动梁〉慢速启动，上模快速下降至接触粉料前开始制动转为慢速下降，接触粉料后又转为快速下降直到.压紧粉料〈即惯性压制〉，然后依次进行低压压制、排气、中压压制(排气、中压压制〉、高压压制、卸荷、上模慢升、快升和慢升，在上模上升的同时顶模缸上升把压制好的砖坯顶出模腔，上.模升到高位时，布料小车向前运动，开始下一个循环。

压砖机在每个动作循环中要完成如下十八个动作：

推坯布料（模具一次下降）——模具二次下降——横梁快下——横梁慢下——惯性加压——低压加压——排气——二次加压——排气——泵压——增压加压——保压——卸压——开模（模具上升）——横梁快上——横梁慢上

要求每个动作都在很短的时间内完成，比如增压加压动作一般在0.1~0.3秒，而且要求每次增压加压的压力比较稳定，即要求很高的重复精度，这样有利于砖坯质量。因而液压系统的设计要满足动作响应快，工作稳定，重复精度高的要求。电器控制系统也要适应液压系统，要求控制灵敏，反应速度快。

三，现代陶瓷压机液压系统构成和缺点：

现在大部分厂家生产的陶瓷压机液压系统大多采用普通三相异步电机加定量泵构成，陶瓷压机开启后，三相异步电机以额定频率50HZ一直运转，带动油泵，从而供给系统所需的压力。

通过对瓷砖的压制过程我们可以看到到压机压制（做功）过程只占一个周期的50%，其它的时间用在推砖布料环节，并且模具二次下降，横梁快下，横梁慢下，惯性加压，低压加压，排气等环节，系统不需要很大的压力，压机在这些环节时大量的高压液压油通过溢流阀回流到油箱，不仅浪费了能源，还造成压机油温居高不下恶化了压机工况。针对这些问题，新型压机进行了一些优化，收到了一定的效果，但是未从根本上解决节能减排的难题。

四，常用的压机节能改造方案及缺点

1， 保留原液压系统的大部分配置，将之前的定量泵改为变量泵，

     在液压系统中，泵的输出功率为W=PXQ，式中，P为泵输出压力，Q为泵输出流量，从该表达式中可以看出，改变泵的输出压力或输出流量，均可改变泵的输出功率。我们知道，压机各个动作所需的功率不一样，而且变化较大，若能使泵的输出功率与负载功率相匹配，则可达到节省能源的效果。不难看出，在负载一定的情况下，在定量泵液压系统中，由于泵输出的流量是一定值，但负载有速度要求，所以一部分流量需从主溢流阀流回油箱，这就是我们常说的溢流损耗。另外，由于用比例节流阀做调速回路，所以又存在节流损耗。在开环变量泵液压系统中，由于有斜盘改变泵出口的大小，从而改变了泵输出流量的大小，所以没有溢流损耗，但是，开环变量泵在流量控制状态下也存在着节流损耗，所以，开环变量泵的调速回路是容积——节流调速回路，由此可见，将原有定量泵改为变量泵以后，存在一定的节能空间，大概可节能15%-20%之间。

当异步电机配变量泵后，虽然达到一定的节电效果，但因变量泵自身结构原因，整机生产中动作响应慢，对产品的生产精度控制不够高，且变量泵结构复杂，对液压油要求高，后期维护成本大，节电量并不明显（仅比普通定量泵节能20%左右），所以是被未来市场放弃的产品。

2， 保留原液压系统的配置，加变频器驱动三相异步电机

国内有少数节能公司加装变频器驱动三相异步电机，取活动横梁信号用于变频器控制高低速，在压机压制时变频器输出高速，在压制结束后变频器输出低速，尽可能减少高压液压油的溢流，通过现场运行情况来看，收到一定的效果，节电率达到18%左右

但是三相异步电机本身的性能，动态响应很慢，会减慢压机工作频率，同时变频器本生设定的加减速时间限制，加减时间太长影响工艺，加减速时间太短，变频器会报过载和过流故障，虽然将变频器容量增大很多，能够解决一些问题，但是无形中也增加了硬件成本，所以用变频器进行改造也不是一种理想的方法。

 五，比较成熟的双闭环伺服节能改造

     我公司通过对压机机械的运行情况认真分析，采用永磁同步电机加伺服驱动器，再配上之前的柱塞泵构成的双闭环节能液压伺服控制系统，收到了理想的效果。

     近年来，随着永磁材料性能的不断提高和完善，特别是钕铁硼永磁的热稳定性和耐腐蚀性的改善和价格的逐步降低以及电力电子器件的进一步发展，加上永磁电机研究开发经验的逐步成熟，经大力推广和应用已有研究成果，使永磁电机在国防、工农业生产和日常生活等方面获得越来越广泛的应用

      永磁同步电动机的结构特点：永磁式同步电动机结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高，和直流电机相比，它没有直流电机的换向器和电刷等缺点。和异步电动机相比，它由于不需要无功励磁电流，因而效率高，功率因数高，力矩惯量比大，定子电流和定子电阻损耗减小，且转子参数可测、控制性能好

我公司相关人员通过市场走访，针对陶瓷压机的工作流程，专门订做了一款陶瓷压机专用伺服驱动器，该驱动器具有以下特点：

1， 高性能专用伺服控制：矢量控制+弱磁控制+专用PID

2， 启转转距：0HZ   180%  ，稳速精度：+/-0.02%，调速范围1：1000

3， 强过载能力：150%额定电流60S，180%额定电流5S

4， 采用32位高性能DSP，性能卓越，处理速度快

5， 压力速度双闭环控制，根据系统所需要的压力和速度，实现精准，快速控制，实现了按需供油，根本了解决了溢流引起的油温过高和能量的损失。

6， 内置CAN通讯功能，可轻松实现多泵合流

7， 内置直流电抗器，可靠性高，故障率低

8， 具有缺相，短路，过流检测等多种保护方式