文／王文兵，庹漢明·重慶溢希恩真節(jié)能電力設備有限公司

液壓機智能節(jié)能成套控制系統(tǒng)

文／王文兵，庹漢明·重慶溢希恩真節(jié)能電力設備有限公司

王文兵，技術(shù)中心總監(jiān)，全面負責技術(shù)中心工作，2014年參加重慶節(jié)能行業(yè)地方標準立標工作，并成功立標。

近年來，我國經(jīng)濟快速增長，各項建設取得巨大成就，但也付出了巨大的資源和環(huán)境代價，經(jīng)濟發(fā)展與資源環(huán)境的矛盾日趨尖銳，群眾對環(huán)境污染問題反應強烈。這種狀況與經(jīng)濟結(jié)構(gòu)不合理、增長方式粗放直接相關。不加快調(diào)整經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)變增長方式，資源將支撐不住，環(huán)境將容納不下，社會將承受不起，經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展也難以維持。只有堅持節(jié)約發(fā)展、清潔發(fā)展、安全發(fā)展，才能實現(xiàn)經(jīng)濟又好又快發(fā)展。同時，溫室氣體排放引起全球氣候變暖，備受國際社會廣泛關注。進一步加強節(jié)能減排工作，也是應對全球氣候變化的迫切需要。為此，國家制定了一系列政策和措施，如《2014-2015年節(jié)能減排低碳發(fā)展行動方案的通知》。通知中指出：加快發(fā)展低能耗低排放產(chǎn)業(yè)。加強對服務業(yè)和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關政策措施落實情況的督促檢查，力爭到2015年服務業(yè)和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)增加值占GDP的比重分別達到47%和8%左右。加快落實《國務院關于加快發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的意見》，組織實施一批節(jié)能環(huán)保和資源循環(huán)利用重大技術(shù)裝備產(chǎn)業(yè)化工程，完善節(jié)能服務公司扶持政策準入條件，實行節(jié)能服務產(chǎn)業(yè)負面清單管理，積極培育“節(jié)能醫(yī)生”、節(jié)能量審核、節(jié)能低碳認證、碳排放核查等第三方機構(gòu)，在污染減排重點領域加快推行環(huán)境污染第三方治理。到2015年，節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值達到4.5萬億元。

重慶溢希恩真節(jié)能電力設備有限公司成立于2006年，一直以來從事液壓機、壓鑄機的節(jié)能節(jié)電改造，是重慶地區(qū)液壓機、壓鑄機智能節(jié)能系統(tǒng)的《地方行業(yè)標準》制定單位，地方標準DB50于2015年正式頒布實施。公司研制的“液壓機、壓鑄機智能節(jié)能成套控制系統(tǒng)”獲得一項發(fā)明專利、多項實用專利，并且榮獲重慶市“高新技術(shù)產(chǎn)品”稱號。

液壓機概述及工作原理

液壓壓力機又稱液壓成形壓力機，利用帕斯卡定律制成的液體壓強傳動的機械，是用來使各種金屬與非金屬材料成形加工的設備。其用途廣泛，適用于彎曲、翻邊、拉深、成形和冷擠壓等沖壓工藝，壓力機是一種用靜壓來加工產(chǎn)品的設備。適用于金屬粉末制品的壓制成形工藝和非金屬材料，如塑料、玻璃鋼、絕緣材料和磨料制品的壓制成形工藝，也可適用于校正和壓裝等工藝。自19世紀問世以來發(fā)展很快，液壓機在工作中的廣泛適應性，使其在國民經(jīng)濟各部門獲得了廣泛的應用。

液壓壓力機主要由機架、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、加壓油缸、上模及下模等組成，加壓油缸裝在機架上端，并與上模連接，冷卻系統(tǒng)與上模、下模連接。其特征在于機架下端裝有移動工作臺及與移動工作臺連接的移動油缸，下模安放在移動工作臺的上面。

液壓系統(tǒng)作為整個機械的重要組成部分,直接影響著整個壓力機的性能,其主要由以下部分組成：

⑴能源裝置——液壓泵。它將動力部分（電動機或其他原動機）所輸出的機械能轉(zhuǎn)換成液壓能，給系統(tǒng)提供壓力油液。

⑵執(zhí)行裝置——液壓缸、液壓馬達。通過它將液壓能轉(zhuǎn)換成機械能，推動負載做功。

⑶控制裝置——液壓閥。通過它們的控制和調(diào)節(jié)，使液流的壓力、流速和方向得以改變，從而改變執(zhí)行元件的力（或力矩）、速度和方向，根據(jù)控制功能的不同，液壓閥可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥又分為溢流閥（安全閥）、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)整閥、分流集流閥等；方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、梭閥、換向閥等。根據(jù)控制方式不同，液壓閥可分為開關式控制閥、定值控制閥和比例控制閥。

⑷輔助裝置——油箱、管路、蓄能器、濾油器、管接頭、壓力表開關等，通過這些元件把系統(tǒng)連接起來，以實現(xiàn)各種工作循環(huán)。

⑸工作介質(zhì)——液壓油。絕大多數(shù)液壓油采用礦物油，系統(tǒng)用它來傳遞能量。

液壓機節(jié)能空間分析

⑴設備選型產(chǎn)生的富余量。

液壓機的額定允許工作能力一般大于模具的實際需求能力10%～20%，這就導致設備的不滿負荷運行，從而產(chǎn)生節(jié)能富余量。

⑵油泵配置產(chǎn)生的富余量。

設計液壓機時，在油泵選型的過程中，油泵的工作流量及壓力會大于液壓機最大負荷的10%～15%，產(chǎn)生了富余量。泵出口壓力一般是根據(jù)最遠環(huán)路，最大需求壓力，然后結(jié)合需求設計的流量，再乘以一定的安全系數(shù)后確定的，再查找與其一致的泵銘牌參數(shù)來確定泵型號，而不是根據(jù)實際的運行特性曲線確定泵型號。因此，泵在實際運行中，一般都工作在特性曲線的右下側(cè)，故實際流量要比系統(tǒng)實際需求流量大20%～50%，多余的油通過溢流閥直接流回油箱。

⑶設備運行富余量。

液壓機工作時，有卸壓、加壓、保壓等過程，系統(tǒng)只有在加壓及回程短時間處于大負荷狀態(tài)，別的時間均處于不滿負荷及空載狀態(tài)，多余的液壓油均通過溢流閥回油箱，產(chǎn)生大量的能源浪費。一般情況下，滿載狀態(tài)時間約占整個工作時間的30%，設備絕大部分時間均處于不滿負荷及空載狀態(tài)，產(chǎn)生了大量富余量。

液壓機變頻節(jié)能原理

液壓油泵的用電量占整個液壓機用電量的97%以上，所以降低其耗電量是液壓機節(jié)能的關鍵。液壓機在快速下行、慢速下行、保壓、卸壓回程、活塞頂出、活塞退回、緩沖缸頂出等階段所需壓力和流量都是變化的，當液壓機的油量需求發(fā)生變化時，由設在油泵出口的溢流閥來調(diào)節(jié)負載壓力和流量，而電機的輸出功率不變，因而造成能量浪費。

變頻調(diào)速裝置由整流電路、濾波電路、逆變電路和控制電路組成，其功能是通過整流環(huán)節(jié)將交流電經(jīng)過整流、濾波變?yōu)橹绷麟?，又通過逆變環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)變成不同頻率的交流電輸出給電機。這可讓液壓油泵電機在不同的轉(zhuǎn)速下工作。另外，根據(jù)油泵的理論，油泵的輸出流量為Q。在液壓系統(tǒng)中，流量Q，壓力H、轉(zhuǎn)速n和電動機功率P四者之間的關系如下：電動機功率P與流量Q的立方成正比關系（圖1），通過調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速n，即可改變流量Q，達到改變電動機功率P的目的。泵轉(zhuǎn)速降低16%，流量降為原有流量的84%，系統(tǒng)則節(jié)電40%，系統(tǒng)仍然運行在設計流量的范圍內(nèi)，不會影響正常的工藝要求。液壓閥控制和智能變頻節(jié)能控制能耗對比，如圖2所示。采用液壓閥控制時：⑴管道阻力h與流量Q的平方成正比；⑵電機在恒速運行時，流量為100%情況下（工作點為A），水泵軸功率與點Q1、A、H1、坐標原點O所包容的面積成正比；⑶電機在恒速運行時，流量70%情況下（工作點為B），水泵功率與點Q2、B、H2、坐標原點O所包容的面積之間變化不大，所以水泵軸功率變化不大，輸入功率減小很少。采用智能變頻調(diào)速控制時，由于管道特性沒有改變，水泵特性發(fā)生變化（工作點為C），水泵軸功率與點Q2、C、H3、坐標原點O所包容的面積成正比，故其節(jié)能量與C、B、H2、H3所包容的面積成正比，輸入功率大大減小。

圖1 電機功率、流量、壓力、轉(zhuǎn)速關系

圖2 液壓閥控制和智能變頻節(jié)能控制能耗對比

液壓機變頻智能節(jié)能成套控制系統(tǒng)

“液壓機智能節(jié)電成套控制系統(tǒng)”綜合應用了智能數(shù)據(jù)采集技術(shù)、智能數(shù)據(jù)處理技術(shù)、PLC控制技術(shù)、電機參數(shù)自測技術(shù)、伺服變頻技術(shù)，對設備的運行數(shù)據(jù)“壓力、流量、溫度、轉(zhuǎn)速、電流、工況”等進行采集分析，通過智能控制程序及HMI操作，建立能耗最佳運行模式，在保證設備工藝要求的情況下使運行功率最大限度接近實際負荷需求功率。

改造后的效果：⑴高節(jié)電率。電費成本降低15%～80%；⑵提高功率因數(shù)。由原系統(tǒng)的0.2～0.8提高到0.9以上，運行更加穩(wěn)定；⑶維修率降低。設備由硬啟動變?yōu)檐泦?維修率降低30%～65%；⑷優(yōu)化電網(wǎng)。抑制電網(wǎng)的瞬變和浪涌，減少線損；⑸提高運行效率。增加了變壓器的負荷能力，降低了系統(tǒng)的增容成本；⑹雙系統(tǒng)設備。節(jié)能設備采用雙系統(tǒng)，可在工頻和節(jié)能上隨時切換，使設備可靠運行得到保障；⑺改造周期短。根據(jù)現(xiàn)場實際生產(chǎn)情況制定改造方案，不影響生產(chǎn)。

案例介紹

項目背景

沈陽世紀華通汽車部件有限公司是浙江世紀華通車業(yè)股份有限公司的全資子公司，主要產(chǎn)品有汽車內(nèi)飾件和汽車沖壓件。2014年溢希恩真對沈陽世紀華通公司液壓機進行改造，改造前的問題主要表現(xiàn)為：⑴功率因數(shù)低，全廠只能同時啟動60%的液壓機進行生產(chǎn)；⑵通過溢流閥控制，多余的油從溢流閥回流，造成能量的浪費；⑶啟動電流大，影響電網(wǎng)穩(wěn)定；⑷設備運行噪聲大；⑸機械磨損嚴重。

改造范圍及節(jié)能效果

根據(jù)沈陽世紀華通的實際情況，對該廠的沖壓車間24臺液壓機設備前后共進行3次節(jié)能改造，共計改造4514kW，88個回路。部分改造完成的液壓機工程竣工驗收記錄，如圖3所示。

結(jié)束語

經(jīng)過多年的發(fā)展，溢希恩真已為上海通用、一汽豐田、長安汽車、東風小康、吉利汽車、江淮汽車、宗申集團、力帆集團等知名企業(yè)提供了專業(yè)的節(jié)能分析和解決方案，幫助這些企業(yè)成功實現(xiàn)了節(jié)能減排的目標，得到了廣大客戶的一致好評。展望未來，溢希恩真將以《國家節(jié)能行業(yè)標準》制定單位為目標，以節(jié)能減排為己任，用心、用技術(shù)、用專業(yè)為客戶提供優(yōu)質(zhì)服務。

圖3 工程竣工驗收記錄