摘要：在壓鑄機生產過程中，由於不同工序所需的流量和壓力不同，而電機和油泵的功率又不可調節，因此多餘的壓力和流量只能通過比例閥（伺服閥）調整後供壓鑄機使用，而多餘的壓力、流量通過溢流閥泄荷。第三代壓鑄節能採用異步伺服控制系統，即在原壓鑄機異步電機的基礎上，增加異步伺服控制系統，通過對系統壓力和流量的雙重檢測，經過PID控制方法，實行閉環控制，壓力、流量控制迅速、精準，生產效率提高。

一、壓鑄機工作原理及使用現狀

壓鑄（壓力鑄造）是將熔融金屬（或其它介質），以高速充填模具型腔，並在高壓的作用下，使熔融金屬（或其它介質）凝固，而形成鑄件的一種方法。目前絕大多數壓鑄機都採用液壓傳動型，液壓傳動系統中的動力（壓力和流量）由電動機帶動油泵提供，在各種各樣電磁閥及油缸的共同作用下，完成壓鑄機合模→注湯→壓射→增壓→保壓→冷卻→開模→頂出→取件→噴淋→頂退等一系列的動作，完成產品的鑄造過程。而在每個產品的鑄造過程中，各個工序所需要的壓力和流量都不同。也就是說，壓鑄機在產品鑄造過程中，其負荷一直處於變化狀態。除了高壓鎖模、蓄能器儲能需要較大壓力和流量外，其它工序都處於較小壓力和流量。而標準型壓鑄機電機及液壓泵的配備都是按最大負荷來選擇的。並且電機始終以工頻頻率運行，而配套的油泵也採用定量泵，其輸出的壓力和流量也是不可調節的。爲了適應壓鑄機各個工序下不同的壓力、流量需求，只能靠比例閥（伺服閥）的開度來控制流量和壓力，雖然達到了壓鑄機控制要求，但閥門開度調節使系統的阻力增加，而且多餘的壓力和流量只能通過溢流閥泄荷。這樣勢必造成油路磨損大，油溫升高，電機噪音大，機械壽命縮短等現象，而更爲嚴重的是造成大量電能的浪費。

圖１是壓鑄機在一個生產週期內各工序動作過程，從圖中可以看出在一個生產週期內，只有高壓合模及蓄能器充能過程負荷較大，其餘都處於泄荷狀態。國外科研機構利用智能監測平臺，對壓鑄機生產在泄荷狀態和非泄荷狀態下，各工序壓力、流量、進行檢測、調整，並保證實際檢測值與壓鑄機給出值一致，檢測兩種狀態電耗並繪製壓鑄機節電效果圖，從圖２中可以看出其節電率可在20-70%，

圖2

因此，做好壓鑄機節能改造，對於減少能源浪費，提高企業競爭力具有十分重要的意義。

二、壓鑄機節能的依據及發展歷程

在壓鑄機生產過程中，由於不同工序所需的流量和壓力不同，而電機和油泵的功率又不可調節，因此多餘的壓力和流量只能通過比例閥（伺服閥）調整後供壓鑄機使用，而多餘的壓力、流量通過溢流閥泄荷。而這部分泄荷的能量，正是壓鑄機節約的能量所在，正是壓鑄機節能改造的基本依據。

由《流體力學》、《泵與風機工作原理》可知：泵的流量與轉速的一次方成正比（Q=K1n），泵的壓力與轉速的二次方成正比（P=K2n2），泵消耗的功率與轉速的三次方成正比（N=K3n3）。因此通過降低電機的轉速即可改變泵的流量、壓力、功耗，這樣就可以把比例閥（伺服閥）開度調節後，泄流閥的泄流降爲零，在保證正常生產工藝的情況下，達到最大的節能。

由電動機工作原理可知：電機的轉速與電源頻率關係爲n=60f/p。其中f爲電源的頻率，p爲電機磁極對數，在電機磁極對數一定的情況下，P爲定值。因此，只要改變電源頻率，就可改變電機的轉速，達到節流、降壓的目的。

隨着電子技術發展和大功率模塊（IGBT）的使用，電子變頻技術日趨成熟，使用更加廣泛，但第一代變頻技術用於壓鑄機節能時，由於採用開環恆壓比（V/F）的控制方式，低頻起動轉矩小、響應速度慢、無反饋、性能不穩定、生產效率低下等缺點，因此，在壓鑄機節能上被淘汰。第二代壓鑄機節能採用同步伺服節能技術，即用同步電機代替原使用異步電動機+齒輪泵+同步伺服控制系統，實現閉環控制。其控制速度、系統的穩定性、節電率等指標大爲提高。但一次投資太大，同時由於同步電機、齒輪泵對使用環境要求比較高，較難適應壓鑄行業高溫、高溼、金屬粉塵大的環境，故障率高。而且一旦發生故障，維修困難，價格較高，易造成停產損失。無法大面積推廣使用而夭折。第三代壓鑄節能採用異步伺服控制系統，即在原壓鑄機異步電機的基礎上，增加異步伺服控制系統，通過對系統壓力和流量的雙重檢測，經過PID控制方法，實行閉環控制，壓力、流量控制迅速、精準，生產效率提高。不用更換電機和油泵，不改變油路結構的情況下，就能達到良好的節電效果。

三、異步伺服控制器的使用及節能效果

深圳XXXX技術股份有限公司節能事業部壓鑄機節能作爲技術目標，生產了專用於壓鑄機、注塑機、及其它液壓機械的異步伺服控制器（VY-JY-4T），並且不斷探索和改進。深圳XXXX伺服節能控制器，它不僅保留原壓鑄機液壓系統的高度穩定性、通用性的特點，而且在不改變電機、油泵、油路系統的情況下，實現最大節能。同時具備以下優點：

１.能夠保證壓鑄機原有的生產效率和系統壓力的穩定性。

２.具備“伺服節能與工頻旁路備用”的切換功能，在異步伺服節能發生故障時，切換至工頻運行，不影響正常生產，安全性高。

３.採用獨特的冷卻風道設計，所有電子元器件與散熱部件完全獨立隔開，寬電壓範圍和嚴格的防塵設計，對惡劣電網、高溫高溼和粉塵有較強的適應能力，極大提高產品可靠性。

４.投資少、性價比高。異步電機、油泵維修容易，不需要外掛編碼器。故障率低。

５.採用了軟起動技術，使電機起動電流在額定電流範圍內，平穩起動，減少電機對電網的衝擊。

同時在軟件控制技術上實現了三個方面突破：１.閉環反饋。２.低速大轉矩。３.響應速度從１s提高到０.1s。因此在壓鑄機節能中可以做到精度高、動態響應快、液壓系統穩定、能夠保證生產效率。

設備安裝簡單，只要按圖３的方法把伺服控制器接入壓鑄機主線路中，

圖３

把壓鑄機P—Q控制閥中壓力、流量調整閥手動調至最大值，再把壓鑄主機控制系統輸出的壓力、流量信號，作爲異步伺服控制器的給定信號，同時在壓鑄機P—Q控制閥後，增設一隻壓力傳感。並將壓力傳感器檢測信號作爲反饋信號，輸入到異步伺服控制器中。

使用效果：揚州瑞立勝賽思精密壓鑄有限公司於2018年10月在壓鑄機安裝使用三臺異步伺服控制器，分別爲7#力勁400T、14#力勁500T及19#日本東洋900T壓鑄機。

力勁DCC400T 東洋TOYO　BD900V4-T

經過一段時間的使用，在性能穩定的前提下,對壓鑄機的相關技術、經濟指標進行檢測，其結果如下：

從檢測結果來看：伺服控制器使用前後生產節拍正常、系統建壓迅速穩定，流量達標，滿足生產工藝要求。液壓油溫度普遍下降３－５度。三臺壓鑄機的節電率分別達到74.7%、67%、33.3%,節電效果十分顯著。以力勁500T壓鑄機爲例，VY-YJ-4T45G伺服控制器全年使用按6000小時計算，全年節省電費6000小時×(12-4.1)KWH×0.78元/kwh=36972元，經濟效益十分顯著。

四、伺服控制器使用注意事項及努力方向

1.在節電器安裝使用前，對壓鑄機及其它液壓設備進行系統檢查（潤滑系統是否正常，大槓銅套、動模銅腳板是否磨損，動、定模板平行度是否達標，油泵及傳動電機聲音是否正常，有無異常震動，各種油缸動作是否靈活），確保伺服控制器在投入使用前，設備處於完好狀態，避免因設備本身問題，造成伺服控制器報警保護及意外損壞。

2.異步伺服控制器採用IGBT大功率電子元件製做，各種保護功能齊全。一旦壓鑄機由於機械部分或液壓傳動部分問題，由於原電機採用熱繼電過載保護，而熱繼電器過載保護具有延遲性，只有當過載持續一定時間後才能動作保護，而異步伺服控制器，動作十分靈敏，一旦發生過載就進入保護，機牀無動作，操作工就認爲伺服放大器故障，其實不然。此時只要關閉伺服控制器電源，重新啓動一下即可。

3.從伺服控制器使用情況來看：在國產壓鑄機使用異步伺服控制器，其節電率遠大於進口機。從設備配製上來看，國產壓鑄機主要部件如油泵、系統壓力、流量調節閥、邏輯控制閥一般都採用進口部件，但節電率相差很大。希國內壓鑄生產企業能深入研究其中原因。

本文作者：鄒明高

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