压铸机的节能改造——普传PI9000系列变频器应用

    对于压铸制品行业来说，电耗是其生产成本构成的主要部分，而压铸机是制品厂的主要能耗设备之一，人称电老虎。因而降低压铸机的能耗成为压铸行业降低成本，提高产品竞争力的有效途径。     一、压铸行业简述     目前绝大多数的压铸机都属于液压传动压铸机，液压传动系统中的动力由电机带动油泵提供。在压铸周期过程中的变化，压铸机在不同工序下需要的流量和压力不同，必须依靠流量阀和压力阀来调节不同工序所需的不同流量和压力。并且当负荷变化比较大时，由于定量泵不可调节输出功率，因此多余的能量只能消耗在挡板、油路泄漏、油温的升高中，也加剧了各种阀的磨损、又造成油温过高、电机噪音过大、以及机械寿命缩短等现象。并且通常在设计电机的容量时比实际需要高出很多，存在“大马拉小车”的现象，造成电能的大量浪费。因此推广变频器在压铸机上的应用，对于减少能源浪费具有重要意义。     二、压铸机液压系统原理概述

    1、压铸机工作原理概述     全液压式压铸机是一种典型的周期性工作制设备，在一个完整的工作周期(工序过程)大致可分为锁模，给汤，押射，抽芯，开模，顶针，冷却，蓄压等几个阶段，各个阶段都是通过油泵马达泵出液压油到各个油缸推动传动机构完成一系列动作，各个阶段需要不同的压力和流量。对于液压系统来说，每个阶段对压力、流量的要求各不一样，而油泵马达的功率是根据其运行过程中最大负载配置的，而压铸机一个工作周期中只有高压锁模和押射工作阶段负载较大，其他工作阶段一般较小，在冷却过程的负载几乎为零。对于油泵马达而言，压铸机过程是出于变化的负载状态，在定量泵的液压系统中，油泵马达以恒定的转速提供恒定的流量，而工作所需压力和流量大小是靠压力比例阀和流量比例阀来调节的，通过调整压力或流量比例阀的开度来控制压力或流量大小。多余的液压油通过溢流阀回流，此过程称为高压截流，由它造成的能量损失一般在50%左右。     2、压铸机节能改造原理概述     由压铸机工作原理得知，高压截流是油泵马达耗能的浪费之处。我公司生产的压铸机专用电流矢量变频器利用这一特点，根据压铸机生产工艺的需求，采用变频器调节油泵马达的转速，根据压铸机工作时所需的压力或流量参数及压铸机的动作反馈信号同步控制压铸机的比例流量阀、比例压力阀实现压力和流量的自动调节，其效果相当于将定量泵改造成变量泵，使通过溢流阀的回流流量降到最低，油泵输出与整机运行所需压力和流量相匹配，而且无高压溢流能量损失。变频器通过反馈信号跟踪各个工作阶段的压力和流量变化，并自动调节油泵电机的转速。这样，油泵电机的电耗将跟随输出负载的变化而变化，从而可最大限度的节电，即经济又实用。很多工厂通过改造，已取得了显著的经济效益。     3、压铸机的电能消耗     压铸机的电能消耗主要表现在以下几个部分：     1）液压系统油泵的电能消耗     2）加热器的电能消耗     3）循环冷却水泵的电能消耗     在压铸车间内，一般多台压铸机共用一台冷却水泵，其中液压油泵电机的用电量占整个压铸机用电量的80%以上，所以降低其耗电量是压铸机节能的关键。     三、压铸工艺说明     压铸机合模和脱模，开模系统所需油压较低，且时间较短；而注射，保压，冷却系统所需油压较高，且时间较长，一般为一个工作周期的40%~60%。每个阶段时间的长短与加工工件有关；间歇期长短也与加工工件的情况有关，有时可以不要间歇期。如果注射的螺杆用 液油马达驱动，注射时的系统油压会高一些。压铸机加工工件的重量，从数十克到数万克不等。因此，压铸机就有中小型和大型之分，加工数十克的小工件和加工数千克的大工件一个周期的时间也是不相同的，就是对同一台压铸机，加工工件的原料不同，各段工艺流程 中所需的压力和时间也是需要改变的。     四、节能效益预估     1、评估依据：     电机使用效率预估70%，电机节电率预估35%-45%，改造总功率22KW�5台=110KW；电费单价0.7元/度，每天工作24小时，每月工 作30天，每年工作12 个月，开机率85%。理想节电率={1-(30/50)3}*100%=(1-0.216)*100%=78.4%据我们估计保守节电率应该在45%左右。     2、效益评估：     每天节约电量=电机功率�电机使用效率�节电率�24 小时�开机率=110KW�70%�40%�24H�85%=628.3度     每月节约电费=628.3�30�0.7=13194.7元     每年节约电费=13194.7�12=158336.4元     3、投资总成本：     投资总成本=电机功率�1.2 倍�单价=110KW�1.2�1000 元/KW=132000元     4、投资回收期：     投资回收期=投资成本�月节省电费=132000元�13194.7元=10月     五、设备选型及日常维护     选用普传PI9000系列高性能电流矢量变频器，根据压铸机主油泵电机的功率匹配同功率的即可。     变频器内部核心器件均采用进口元件，保证变频器的质量及在正常使用情况下的使用寿命。     1、变频器散热风扇及柜体的散热风扇平均寿命为2 年，请注意日常清洁、防止积尘堵塞。     2、变频器滤波电解电容正常使用情况下寿命为3—5 年，请注意到期联系更换。     3、安装地点要尽量远离潮湿、粉尘，严禁有金属粉尘。     六、改造后效果     高节电率：改造后，使定量泵变为节能型变量泵，压铸机液压系统与整机运行所需功率基本匹配，无高压节流、溢流能量损失，节电率可达20%～60%。     高效率：改造前功率因数一般为0.5～0.8，改造后可达0.96 以上，故能显着提高电网功率因数，降低无功电流，从而降低线路损耗。对供电设备而言，则起到了增容的作用。     高可靠性：保留压铸机原有控制方式及油路不变做备用，出现故障及时报警，具有过压、过流、过载、过热、欠压及对地短路等多种保护，还可有效地保护油泵电机。采用市电/节能运行控制方式，一旦故障时不影响生产。     延长机械寿命、改善环境：软起动减轻开机锁模震动，延长设备和模具的使用寿命、减轻噪音。改善工作环境，系统发热明显减少， 油温稳定，冷却用水量可节省30%以上。延长密封组件的使用寿命，降低停机维修机会，节省大量维护费用。     七、结论     节电就是创造效益，整个用电系统节电改造后达到一次投资，长期受益。这项节电改造在减少电费的同时，也为压铸机提供优良的安     全保护作用，将有利于保护电机、电子元件、开关元件等设备的使用寿命，还可起到电机软启动的作用，减少设备投资成本、维护成 本，提高企业生产效率，增创企业效益。提升企业产品市场竞争力。