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华东地区某汽车集团股份公司液压机伺服节能改造项目

华东地区某汽车集团股份公司液压机伺服节能改造项目

文字:[大][中][小] 2019-3-28

液压机伺服节能改造项目

 

伺服控制系统的优势

伺服节能改造是当今的一种节能改造趋势,它与以往的变频节能改造相比,节能效果更明显。随着科技进步,伺服技术的成熟,伺服产品质量稳定,价格也逐渐便宜,同时因国家和厂家对节能降耗都有要求,因此伺服节能改造已成为液压机行业及其它行业的首选。越来越多的厂家提出此类需求。伺服改造后的设备相比以往普通设备存在以下几个方面的优势:

高节能

1普通液压机的电机转速恒定,设备处于待机、快下、保压状态的时间一般占整个生产周期的一半左右,而在上述三种工艺动作时,电机都处于高速空载供油状态,能量浪费严重,有较大的节能空间。此时电机消耗的有功功率主要包括磁损、铜损及磨损等,可达额定功率的10%20%。如果采用伺服驱动,在待机、快下和保压状态时,电机转速为零或设定很低的待机转速,则能耗也很低或接近零。根据不同工艺,节能效果一般能达到30%60%,从而有效降低电费支出。

2)采用伺服控制,伺服电机转速比普通46极电机转速快,因此泵的排量可选小些,减小安装空间,节省能量。

3)更换模具和一些需要待机的情况下,原定速电机同样存在电能浪费问题。

高响应高动态,系统柔性高,过载能力强  

原系统中电机定速,对冲击场合适应性差。而伺服系统由于压力、流量、转速可控可调,从而柔性高,适用产品范围更广。另一方面它可减少动作变换过程中的液压冲击,设备运行更加平稳,且过载能力强。伺服控制响应速度快,建立系统最高压力的响应时间可小于20ms,起停切换方便,可频繁起停,不受限制,电机起动对电气系统也无大电流冲击,这是普通电机不能达到的。

高精度高效率

伺服控制系统选用高精度压力检测元件及速度检测器件作为反馈元件。伺服系统对压力指令及反馈的检测分辨率可达12bit低速运行下压力波动小于±0.5bar,系统控制周期达到0.1ms。同时高速永磁同步电机快速增加油泵输出量,提高整机运行速度,并保证低泄漏,高效率。

降低噪音和震动

伺服驱动系统相比原轴向柱塞泵和普通电机,它的噪音更小些,至少低5-10dB。在待机、快下和保压阶段,由于电机几乎停转,噪声更低。若设备带冲裁功能时,可在材料即将切断时,减少压力,避免压力突然释放造成震动和噪声。

降低系统发热量,减少液压系统故障率

原系统中能量存在大量无效损耗,使得油温上升,加速油液氧化变质,缩短油液的更换周期。同时析出物还易致液压系统卡顿。伺服液压系统,可控制系统流量及压力,实现按需供能,避免产生节流和高压溢流,从而减少由此带来的能量浪费和油温升高等问题。由于油温的降低,相对冷却水减少,液压油的使用寿命加长,且析出物减少从而降低故障率,也是增加了经济效益。

  速度、压力无级可调

伺服控制可对系统流量、压力进行闭环控制,减少了阀控和泵控,同时系统空载响应速度快,还可防止压力超调现象,提高制品的合格率。

与普通油泵电机组相比,伺服控制即有经济效益同时也有社会效益,它能改善工作环境,且节能环保。

  液压机伺服节能改造测试报告

    YJ96-200 内饰件液压机伺服节能改造项目改造前后节能测试对比报告如下:

一、项目设备配置

1.  改造前:液压机配置

 

YJ96-200型普通内饰件液压

名称

型号

数量

品牌

备注

三相异步电机

Y200L-4/30kW

1

力源

额定电流56.8A,COS=0.87

Y132M-4/7.5kW

1

力源

额定电流14.4S=0.87

108cc

1

 

 

25cc

1

 

 

HMI

MP277(10)

1

西门子

 

PLC

S7-200

1

西门子

 

2.  改造后:液压机伺服节能改造配置

 

                     液压机伺服节能改造配置

名称

型号

数量

品牌

备注

伺服电机

EMB-75DRA22

1

ESTUN

额定功率7。5kW18A,扭矩47.8Nm

伺服驱动

PRONET-75DMB

1

 

额定输出功率 7.5kW

伺服电机

EMB-2FDRA

1

 

额定功率26.9Kw,60A,扭矩142.5Nm

伺服驱动器

ProNet-3ZDIB

1

 

额定输出功率30kW

 

 

 

 

 

二、 测试项目及指标

 测试项目分:改造前工况测试 改造后工况测试和连续运行节电测试三项目。

1.  改造前工况测试

1.1 改造前-待机功率计算:

根据电机铭牌得出:

改造前 2 个电机总的额定功率为30*1+7.5*1kW=37.5kW

总的额定电流为:Ie=56.8*1+14.4*1A=71。2A

根据空载电流计算公式:

额定功率因数 Cosφe=0.87

计算系数K 由下表查得:

得待机时电流 I0=25.1A

取待机时功率因数为Cosφ=0.2

待机时功率:P0=1.732UICosφ=1.732*380*25.1*0.2=3.3kW

2.  改造后工况测试

2。1 7.5kW 伺服电机待机功率测试

 

通过监控待机扭矩为额定扭矩 0。1 倍,转速为10rpm 待机时功率:

P= N*T/9550=10*(0.1*47.8)/9550=0.005(kW)

其中P 为功率(kW),N 为旋转速度(r/m),T 为扭矩(Nm)。

2.2 30kW 伺服电机待机功率测试

通过监控待机扭矩为额定扭矩 0.1 倍,转速为10rpm 待机时功率:

P= N*T/9550=10*(0.1*142.5)/9550=0.0149(kW)

其中P 为功率(kW),N 为旋转速度(r/m),T 为扭矩(Nm)。

小结:通过上述比较,待机时普通电机待机功率为3.3kW,远大于改造后两台伺服电机的待机功率(0。005+0。01490.0199kW。因此在整个工作周期中,待机时间越长,节电效果越明显。

2.3  伺服节能改造后-运行时工况测试

小结:通过实际监测滑块加压时压力为16MPa,回程压力5MPa。从运行时的压力、电流及转速曲线看出,压力及电流峰值出现在加压及开始回程时,瞬间最高为0.8 倍过载,在伺服电机2 倍过载允许范围之内。整个工作过程中,转速平稳,无较大波动。

2.4  节能改造前、后节能计算

根据改造前电机待机功率相关计算,以及对运行时原普通电机消耗电流进行估算即可得出节能计算表:

说明:表中改造前的总消耗电流(参考,以实测为准),及各个工序所用时间填写后,总的消耗电能自动计算生成。由上表可知理论计算节电率约为65.3%

3。 连续运行节电测试

3.1  改造前连续运行测试

改造前,客户通过连续 4 个小时压制引擎盖隔热垫产品用电量为50度,平均1 小时用电量12.5 度。

3.2  改造后连续运行测试

改造后,07.21 日通过连续工作测试情况如下:

测试时间

电表读数(kWh

1小时用电量(kWh

13:00

5479.6

 

14:00

5484.0

4.4

15:00

5488.1

4。1

小结:从上表得知2 个小时共用电量8.5kWh,平均1 小时用电量4.25kWh 由以上得知通过改造前后,加工产品实际测得:

节电率=12.5-4.25/12.5*100%=66%

三、测试结论:

1. 通过理论计算计算得出改造后的油压机具备 65.3%的节电率。基本与实际测试加工产品测试的节电率接近,节电效果显著。

2. 监控改造后的油压机,伺服电机速度运行平稳,电流输出较同功率普通电机有较大跌幅,长时间工作时过载倍数均在额定扭矩以内。

3. 待机和保压时电机转速大大降低,液压泵磨损减少,延长其使用寿命。同时减小管路压力损失,液压油温升得到降低(客户可在实际批量生产中记录该数据)。

4. 在待机和保压工况时,电机转速降低,噪音大大减小,工作舒适性提高。