EV100磚機(jī)專用變頻器的應(yīng)用
關(guān)鍵詞：砌塊成型機(jī)、振動(dòng)技術(shù)、EV100磚機(jī)專用變頻器
在建筑行業(yè)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)常用的墻體材料可分為兩大類，即實(shí)心粘土磚與新型墻材，以粘土為主要材料經(jīng)燒結(jié)工藝制成的實(shí)心粘土磚（俗稱紅磚），因其工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，使用歷史悠久，長(zhǎng)期以來(lái)都是我國(guó)主要的墻材；以水泥、砂石及粉煤灰、煤矸石、爐渣等工業(yè)廢料或建筑垃圾為主要材料經(jīng)攪拌、振動(dòng)、壓制等工藝制成的非粘土磚、建筑砌塊等新型墻材，類似的新型墻材近幾十年在國(guó)內(nèi)得到逐步的推廣與普及，其中，以混凝土砌塊最為常用。 “禁實(shí)”就是禁止使用、銷售、生產(chǎn)實(shí)心粘土磚的簡(jiǎn)稱。與新型墻材相比，實(shí)心粘土磚在制作過(guò)程中存在挖土毀田、浪費(fèi)能源、污染環(huán)境等不利因素，因此國(guó)家已出臺(tái)眾多硬性指標(biāo)及政策鼓勵(lì)使用新型墻材，逐步禁用實(shí)心粘土磚。根據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)定，2010年后國(guó)內(nèi)所有城市（城鎮(zhèn)）將全部禁用粘土磚，這將為新型墻材提供巨大的市場(chǎng)空間。
1、磚機(jī)設(shè)備分類（新型墻材）
依據(jù)成型工藝不同，可將磚機(jī)設(shè)備分為壓磚機(jī)和砌塊成型機(jī)兩大類。通過(guò)高壓擠壓將磚體（砌塊）定型的磚機(jī)統(tǒng)稱為壓磚機(jī)；通過(guò)振動(dòng)擠壓將磚體（砌塊）定型的磚機(jī)統(tǒng)稱為砌塊成型機(jī)。其中，砌塊成型機(jī)自動(dòng)化程度高、可生產(chǎn)的砌塊（磚）種類多、產(chǎn)量大，在磚機(jī)設(shè)備中處于主導(dǎo)地位，應(yīng)用最為廣泛。注意，下文只針對(duì)砌塊成型機(jī)進(jìn)行討論，以下論述中凡使用“磚機(jī)”一詞皆指砌塊成型機(jī)，在此提請(qǐng)讀者留意！
2、砌塊成型機(jī)的振動(dòng)技術(shù)
一臺(tái)全自動(dòng)砌塊成型機(jī)主要由皮帶輸送機(jī)、振動(dòng)成型機(jī)（主機(jī)）、送板機(jī)、出磚機(jī)、碼垛機(jī)、控制柜、液壓泵站等組成，其中振動(dòng)成型裝置是砌塊成型機(jī)的核心部分，其性能直接決定著機(jī)器本身及成型砌塊的優(yōu)劣。在建筑行業(yè)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)常用的墻體材料可分為兩大類，即實(shí)心粘土磚與新型墻材，以粘土為主要材料經(jīng)燒結(jié)工藝制成的實(shí)心粘土磚（俗稱紅磚），因其工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，使用歷史悠久，長(zhǎng)期以來(lái)都是我國(guó)主要的墻材；以水泥、砂石及粉煤灰、煤矸石、爐渣等工業(yè)廢料或建筑垃圾為主要材料經(jīng)攪拌、振動(dòng)、壓制等工藝制成的非粘土磚、建筑砌塊等新型墻材，類似的新型墻材近幾十年在國(guó)內(nèi)得到逐步的推廣與普及，其中，以混凝土砌塊最為常用。 “禁實(shí)”就是禁止使用、銷售、生產(chǎn)實(shí)心粘土磚的簡(jiǎn)稱。與新型墻材相比，實(shí)心粘土磚在制作過(guò)程中存在挖土毀田、浪費(fèi)能源、污染環(huán)境等不利因素，因此國(guó)家已出臺(tái)眾多硬性指標(biāo)及政策鼓勵(lì)使用新型墻材，逐步禁用實(shí)心粘土磚。根據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)定，2010年后國(guó)內(nèi)所有城市（城鎮(zhèn)）將全部禁用粘土磚，這將為新型墻材提供巨大的市場(chǎng)空間。
3、振動(dòng)成型工藝?yán)碚?/font>
砌塊成型機(jī)依靠振動(dòng)與壓力使模箱中的混凝土拌料成型及密實(shí)，因此振動(dòng)參數(shù)的選擇對(duì)砌塊性能至關(guān)重要。振動(dòng)參數(shù)包括振動(dòng)頻率、振幅及振動(dòng)加速度等。從混凝土振動(dòng)工藝學(xué)看,對(duì)于不同的被振物料,其最佳的振動(dòng)頻率及振幅都是不同的。振動(dòng)頻率應(yīng)盡可能接近物料中骨料的固有頻率，使其產(chǎn)生共振，此時(shí)衰減最小，振幅最大。砌塊混凝土拌合物的集料粒徑為3~10mm，理想振動(dòng)頻率為100~125Hz，但對(duì)于砌塊成型機(jī)來(lái)說(shuō)都達(dá)不到這么高的振動(dòng)頻率，這主要是考慮到振動(dòng)系統(tǒng)尤其是軸承的使用壽命。國(guó)內(nèi)砌塊成型機(jī)一般采用的振動(dòng)參數(shù)如下：振動(dòng)頻率范圍45~55Hz；振幅1~2.2mm；振動(dòng)加速度10~18g。
4、振動(dòng)技術(shù)分類
按振動(dòng)源作用的位置不同，砌塊成型機(jī)可分為臺(tái)振機(jī)及模振機(jī)。振動(dòng)源直接作用于振動(dòng)臺(tái)的機(jī)型稱為臺(tái)振機(jī)，型號(hào)以“QT”開頭。振動(dòng)源安裝在模箱上的機(jī)型稱為模振機(jī)，型號(hào)以“QM”開頭。因臺(tái)振機(jī)具有產(chǎn)量大、砌塊平均損耗振動(dòng)功率小等優(yōu)點(diǎn)，已成為國(guó)內(nèi)磚機(jī)廠家的主流機(jī)型。圖一、圖二分別為臺(tái)振及模振機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。以臺(tái)振機(jī)為例，一般振動(dòng)器是由電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)來(lái)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)振動(dòng)器中的兩根帶有偏心塊的軸產(chǎn)生相向的高速轉(zhuǎn)動(dòng)，水平方向的離心力互相抵消、垂直方向的離心力互相疊加，從而產(chǎn)生垂直定向振動(dòng)。成型砌塊較少時(shí)，模箱下可設(shè)一個(gè)振動(dòng)源；成型砌塊較多時(shí)，可設(shè)兩個(gè)或多個(gè)振動(dòng)源。
圖一 臺(tái)振機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 圖二 模振機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
5、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)與液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)
目前振動(dòng)器無(wú)論是由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)還是由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，都存在明顯的缺點(diǎn)：
1） 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的缺點(diǎn)
l 電機(jī)頻繁直接啟動(dòng)（每分鐘3~4次），啟動(dòng)電流大（5~7倍額定電流），電機(jī)溫升高（70攝氏度以上），軸承潤(rùn)滑脂容易融化并導(dǎo)致電機(jī)損壞；
l 接觸器頻繁動(dòng)作，通過(guò)電流大，觸點(diǎn)容易老化；
l 電網(wǎng)電壓低時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶載很難啟動(dòng)；
l 電機(jī)每次啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)間為2~4s，平均功率因數(shù)低，線損損耗嚴(yán)重；
l 電機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)機(jī)械沖擊大，對(duì)各機(jī)械配件要求較高；
2） 液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的缺點(diǎn)
l 電網(wǎng)電能經(jīng)過(guò)電動(dòng)機(jī)—油泵—液壓閥管—液壓馬達(dá)傳遞后，最終轉(zhuǎn)化為機(jī)械能驅(qū)動(dòng)振動(dòng)器工作，能量轉(zhuǎn)換傳遞環(huán)節(jié)過(guò)程過(guò)多，效率不高；
l 液壓系統(tǒng)成本高，維護(hù)工作量大，易損件較多；
l 相比電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，液壓系統(tǒng)起壓較慢，振動(dòng)加速度不高；
l 在振動(dòng)器不動(dòng)作時(shí)，電動(dòng)機(jī)及油泵一直空轉(zhuǎn)，浪費(fèi)電能；
6、變頻器調(diào)頻振動(dòng)技術(shù)
如何激振及如何調(diào)節(jié)振動(dòng)頻率一直是磚機(jī)制造商關(guān)注的問(wèn)題。自電機(jī)變頻技術(shù)廣泛應(yīng)用以來(lái)，以變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)調(diào)速?gòu)亩?qū)動(dòng)振動(dòng)器的振動(dòng)成型方式就被眾多的磚機(jī)制造商所注重。
7、變頻器在砌塊成型機(jī)上的應(yīng)用現(xiàn)狀
在上世紀(jì)90年代，以美國(guó)貝賽爾及德國(guó)歐馬克為代表的建材設(shè)備制造商就將電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用在砌塊成型機(jī)上。以貝賽爾V3-12型砌塊成型機(jī)為例，該機(jī)可選的兩套振動(dòng)系統(tǒng)Smartpac及Posapac均采用了變頻器調(diào)速，可依據(jù)產(chǎn)品預(yù)設(shè)不同振動(dòng)頻率及振動(dòng)加速度，啟動(dòng)、加速、減速及停機(jī)控制靈活，大大加強(qiáng)了產(chǎn)品的成型質(zhì)量及性能。下表為振動(dòng)成型系統(tǒng)對(duì)變頻器的技術(shù)要求：
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啟動(dòng)時(shí)間 |
0.5S ~ 1S |
減速時(shí)間 |
1.2S ~ 2S |
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啟動(dòng)電流 |
小于1.5倍電機(jī)額定電流 |
電機(jī)溫升 |
小于70攝氏度 |
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控制方式 |
端子啟停控制 |
調(diào)頻方式 |
多段速調(diào)頻 |
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通訊功能 |
可與上位機(jī)通訊 |
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對(duì)變頻器應(yīng)用而言，上述技術(shù)要求的難點(diǎn)主要在于加、減速時(shí)間的控制。加速時(shí)間過(guò)短，啟動(dòng)電流將激增，影響電機(jī)溫升；減速時(shí)間過(guò)短，電機(jī)常處于發(fā)電狀態(tài)，電能反饋會(huì)使變頻器出現(xiàn)過(guò)壓報(bào)警。相反，增大加減速時(shí)間必會(huì)降低砌塊成型機(jī)的生產(chǎn)效益。
8、EV100系列磚機(jī)專用變頻器的應(yīng)用
我公司研發(fā)及技術(shù)人員經(jīng)多次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，根據(jù)振動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特性，在公司原有EV500系列矢量變頻器的基礎(chǔ)上作了相應(yīng)的軟件及硬件改進(jìn)，從而開發(fā)出了EV100系列磚機(jī)專用變頻器。該系列變頻器最大的特點(diǎn)就是能夠在滿足振動(dòng)技術(shù)要求的前提下，省去制動(dòng)單元及制動(dòng)電阻。目前該系列磚機(jī)專用變頻器已成功應(yīng)用于泉州某工程機(jī)械有限公司，以下是該公司生產(chǎn)的砌塊成型機(jī)，在使用了EV100系列專用變頻器進(jìn)行前后的生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比：
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砌塊成型機(jī)型號(hào)：QT6 |
混凝土砌塊型號(hào)：240*115*90 |
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變頻器型號(hào)：EV100-022-T4 |
電機(jī)型號(hào)：2臺(tái)7.5KW電機(jī) |
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改造前數(shù)據(jù) |
改造后數(shù)據(jù) |
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平均每班產(chǎn)量 |
1200模 |
1450模 |
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電機(jī)平均啟動(dòng)電流 |
155A |
45A |
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電機(jī)表面溫升 |
75攝氏度 |
50攝氏度 |
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振動(dòng)頻率 |
50Hz |
58Hz |
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砌塊表面粗糙度 |
粗糙 |
平整 |
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9、變頻器調(diào)頻振動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)
由以上數(shù)據(jù)可明顯看出，與電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)相比，在振動(dòng)系統(tǒng)中采用變頻器技術(shù)具有前兩者無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)：
l 可輕松實(shí)現(xiàn)振動(dòng)系統(tǒng)調(diào)頻需要，滿足生產(chǎn)工藝要求；
l 加減速迅速，節(jié)省成型時(shí)間，增加產(chǎn)能；
l 啟動(dòng)電流小，對(duì)電網(wǎng)沖擊少；
l 電機(jī)平滑啟動(dòng)，機(jī)械沖擊小；
l 電動(dòng)機(jī)溫升低，有利于電機(jī)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行；
l 能量傳遞效率高，節(jié)省電能；
l 砌體成型密實(shí)度好，表面平整美觀；
l 變頻器獨(dú)有AVR功能，即使在電網(wǎng)電壓較低的情況下，仍能輸出足夠的電壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作做。
10、變頻器在砌塊成型機(jī)上的應(yīng)用前景
可以說(shuō)，國(guó)內(nèi)大部分磚機(jī)制造商對(duì)變頻器調(diào)頻振動(dòng)技術(shù)都不陌生，但出于成本及技術(shù)可靠性兩方面的考慮，多數(shù)廠家都沒(méi)有使這種技術(shù)量產(chǎn)化。但隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈以及工藝要求的不斷提高，尋求技術(shù)革新、改進(jìn)產(chǎn)品性能已成為各磚機(jī)企業(yè)的重要議題。事實(shí)證明，變頻器調(diào)頻振動(dòng)技術(shù)比其它振動(dòng)技術(shù)更具有優(yōu)勢(shì)，且市場(chǎng)應(yīng)用條件已趨于成熟，當(dāng)前正是大力推廣應(yīng)用的有利時(shí)機(jī)。
