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                龍門刨床的電氣改造方案及節(jié)電經(jīng)濟(jì)效益分析
                發(fā)布者:正涵電氣 發(fā)布時(shí)間:2024-03-21 16:48:27 點(diǎn)擊次數(shù): 關(guān)閉
                本文介紹了早期的由發(fā)電機(jī)組拖動(dòng)的龍門刨床或單臂刨床現(xiàn)存的問題,并簡述了針對(duì)該種類型的刨床改造方式:采用全數(shù)字直流調(diào)速裝置組合先進(jìn)的PLC控制方式,著重強(qiáng)調(diào)了改造后的節(jié)能降耗所帶來的經(jīng)濟(jì)效益以及改造后的其它特點(diǎn)。

                 

                一、龍門刨床電氣改造的必要性

                隨著社會(huì)的進(jìn)步,科技的發(fā)展,產(chǎn)于上個(gè)世紀(jì)七、八十年代的龍門刨床的電器控制線路已經(jīng)十分落后,而且老化嚴(yán)重,故障頻繁,維修非常困難,費(fèi)時(shí)費(fèi)力,效率低,能耗大,同時(shí)噪音也很大,污染嚴(yán)重。經(jīng)過多年的時(shí)間經(jīng)驗(yàn),我們對(duì)老式龍門刨床的電氣控制線路進(jìn)行了徹底的技術(shù)改造,將發(fā)電機(jī)組、交磁擴(kuò)大機(jī)控制的龍門刨床改造成為全數(shù)字智能化的電氣控制系統(tǒng)。

                上個(gè)世紀(jì)七、八十年代的龍門刨床工作臺(tái)一般是由一臺(tái)60KW直流電機(jī)拖動(dòng)。該直流電機(jī)參數(shù)為:60KW,220V,305A,1000RPM,勵(lì)磁為220V,4.11A。該直流電機(jī)電源采用電動(dòng)機(jī)-直流發(fā)電機(jī)組和交磁擴(kuò)大機(jī)提供(簡稱K-F-D系統(tǒng)),采用調(diào)直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流方式來改變直流電動(dòng)機(jī)的電樞電壓,從而達(dá)到調(diào)速的目的。原來整個(gè)電氣控制系統(tǒng)比較復(fù)雜,使用電器元件也比較多,加之使用時(shí)間長,故障頻繁。我公司綜合以往改造經(jīng)驗(yàn),B2010A、B2012A、B2012Q、 B2151、B2152、B2016A、BJ2020、B20125Q等10余種型號(hào)的龍門刨床及單臂刨床都很適合全數(shù)字智能化控制的電氣系統(tǒng)改造。



                二、早期龍門刨床的特點(diǎn):

                1、刨床的工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)是由交流電動(dòng)機(jī)、直流發(fā)電機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)及交磁擴(kuò)大機(jī)組成。K-F-D控制系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是:起動(dòng)電流大,對(duì)電網(wǎng)容量要求高,機(jī)械傳動(dòng)能耗大,傳輸效率低。

                各電機(jī)基本參數(shù)見下表:

                2、改造前的龍門刨床電控系統(tǒng)存在的問題及缺點(diǎn):

                ⑴ 設(shè)備使用時(shí)間長達(dá)數(shù)十年,電器元件嚴(yán)重老化,故障率頻繁,維修費(fèi)用高,已不能滿足目前生產(chǎn)加工的需要;

                ⑵ 由于采用的是交直流電動(dòng)機(jī)組,其效率只有0.5~0.68,并且能耗高;

                ⑶主傳動(dòng)及控制部分中間環(huán)節(jié)較多,不但增加了維護(hù)工作量,也使整個(gè)系統(tǒng)可靠性大大降低。

                ⑷工作臺(tái)換向及減速靠機(jī)械式限位開關(guān)實(shí)現(xiàn),減速及換向時(shí)撞擊聲音大,且整個(gè)電控系統(tǒng)附帶有各種電阻、繼電器多,故障點(diǎn)多,低速時(shí)速度不穩(wěn),換向不穩(wěn)定,常會(huì)出現(xiàn)爬行、越位等故障;

                ⑹ 工作臺(tái)調(diào)速范圍小,精度(D≤30),加工工件的表面質(zhì)量差;

                ⑺占地面積大,噪音高。

                三、龍門刨床改造方式及改造后的特點(diǎn):

                1 .龍門刨工作臺(tái)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的改造:

                改造后的龍門刨床工作臺(tái)直流電機(jī)采用英國歐陸公司生產(chǎn)的590+/380A直流調(diào)速裝置驅(qū)動(dòng),完全取代直流發(fā)電機(jī)組和交磁擴(kuò)大機(jī),實(shí)現(xiàn)了工作臺(tái)的無級(jí)調(diào)速、自動(dòng)減速、換向以及撞到極限限位后停車等動(dòng)作。歐陸590+是具有較高水平的全微機(jī)化工業(yè)直流電機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)器,輸出電流范圍在15A~2400A,該產(chǎn)品還具有控制、監(jiān)控、保護(hù)和串行通訊的功能。

                590+直流調(diào)速裝置還有一系列可供用戶隨意設(shè)定的參數(shù),這些參數(shù)有些來自外部,如速度給定、轉(zhuǎn)矩給定、速度反饋以及電機(jī)的各種特性參數(shù)等,同時(shí)配備I/O接口,以及P3串行通訊接口,可以方便的與上位機(jī)聯(lián)接通訊,以滿足各種參數(shù)設(shè)置以及與其他裝置通訊的需要。

                2.用PLC實(shí)現(xiàn)龍門刨床的其他電器動(dòng)作的自動(dòng)控制:完成龍門刨床自動(dòng)進(jìn)刀、抬刀、落刀、橫梁升降、橫梁夾緊放松、各刀架快速移動(dòng)以及工作臺(tái)的加速、減速、換向等各種動(dòng)作的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

                3. 工作臺(tái)行程限位開關(guān)更換為電磁感應(yīng)的接近開關(guān):性能更穩(wěn)定,響應(yīng)時(shí)間快,而且使用壽命更比原來的行程開關(guān)更長久。

                4.在直流電機(jī)尾端加裝測速發(fā)電機(jī)后:實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制,提高控制及定位精度。

                5、使用效率:

                由歐陸 590+和PLC相互配合進(jìn)行改造后的龍門刨床控制系統(tǒng)最低速度可達(dá)5rpm,最高為1500rpm,從起步到全速只需8秒時(shí)間,甚至更短時(shí)間。從全速到減速換向,可在12秒時(shí)間內(nèi)完成,且換向平穩(wěn)無沖擊,不會(huì)發(fā)生振蕩、爬行、越位等現(xiàn)象,同時(shí)可以恒轉(zhuǎn)矩切削,因而大大提高加工精度及效率。通過懸掛按鈕箱能完成系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止、自動(dòng)等功能。加工長度范圍由懸掛按鈕站和工作臺(tái)上的可以滑動(dòng)的擋鐵完成行程設(shè)置,并可以通過PLC的記憶功能來保存,電氣柜上有各種報(bào)警指示,幾乎可以實(shí)現(xiàn)無故障、免維護(hù)運(yùn)行。

                四、龍門刨床電氣改造后經(jīng)濟(jì)效益分析

                使用歐陸 590+直流調(diào)速裝置和 PLC結(jié)合控制后,節(jié)能效果十分明顯,改造周期短。因此,將先進(jìn)的直流調(diào)速裝置應(yīng)用到龍門刨床的工作臺(tái)調(diào)速中,無疑是一種很大的技術(shù)革新,可以帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益。

                以下是我公司對(duì)某廠B220型龍門刨床改造前后的測試實(shí)例:

                其主傳動(dòng)部分(工作臺(tái))采用直流發(fā)電機(jī)組拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī),功率60KW,是主要能耗。其余功耗如橫梁升降和刀架的進(jìn)給等較小可忽略不計(jì)。經(jīng)改造后,電費(fèi)成本、工藝性能、工作環(huán)境及電網(wǎng)干擾等均得到顯著改善。

                1、 測試參數(shù):

                有功功率、三相電流、三相電壓、功率因素、噪音強(qiáng)度、工作臺(tái)的進(jìn)給速度等

                2、 改造前后測試相關(guān)參數(shù): 

                3、 結(jié)論分析:

                ⑴技術(shù)數(shù)據(jù) 

                ⑵老式控制系統(tǒng)與新式控制系統(tǒng)的效果對(duì)比見下表: 

                ⑶所產(chǎn)生效益

                ①直接經(jīng)濟(jì)效益

                原發(fā)電機(jī)組在多年生產(chǎn)、制造及用戶使用中測定,其起動(dòng)電流大,對(duì)電網(wǎng)容量要求高,且空載電流達(dá)80-100安,在工作間隔時(shí)間(調(diào)整、裝卸工件時(shí)間),這些電能被白白浪費(fèi)。改用新型數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)后,這個(gè)空載電流完全可以節(jié)省下來,且工作間隔時(shí)間越長節(jié)電效果越明顯。按計(jì)算,節(jié)約功率為△P:

                U2=380V;△I取其空載電流中間值

                90A;COSΦ取0.40

                則△P=1.732×380×90×0.4=24kW

                每小時(shí)節(jié)電24度,按每天工作間隔時(shí)間三小時(shí)、全年按310天計(jì)算:

                年節(jié)電:W=24×3×310=22320kWh

                拆除交磁發(fā)電機(jī)后,每小時(shí)可節(jié)約電能約3kW,按每天兩班制計(jì)算:

                年節(jié)電:W=3×16×310=14880 kWh

                另外,采用新型數(shù)字調(diào)速系統(tǒng),可以省去了由多臺(tái)電機(jī)之間電能傳遞而造成的效率損失,其數(shù)值為所需加工零件電能的6-10%,按一般性加工時(shí),每天省去的傳動(dòng)效率損耗為80度,全年節(jié)電即為24800度。

                以上三項(xiàng)合計(jì),全年節(jié)電可達(dá)6萬多度,若每度按0.6元計(jì)算,全年節(jié)電約為4萬余元。

                ②提高了機(jī)床的電氣自動(dòng)化程度,大大降低了機(jī)床的故障率和維修費(fèi)用,年節(jié)約成本約1萬余元.

                ③占地面積小,無噪聲。除此外,拆除后的發(fā)電機(jī)組還可以再利用,創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

                4.改造后的龍門刨控制系統(tǒng)的特點(diǎn):

                ⑴ 該數(shù)字直流傳動(dòng)裝置能耗低,效率高。工作間隔無損耗,大大節(jié)約電能,其效率可達(dá)到0.95以上,而直流發(fā)電機(jī)組只有0.7左右;

                ⑵起動(dòng)電流小(起動(dòng)電流I≤1.5Ie),對(duì)電網(wǎng)的沖擊小;

                ⑶調(diào)速性能高。590+是一種高精度傳動(dòng)裝置,以其自身的優(yōu)點(diǎn)使整個(gè)主傳動(dòng)控制系統(tǒng)的精度、調(diào)速范圍、快速性能有了很大的改善,提高了加工能力及其加工質(zhì)量;

                ⑷ 結(jié)構(gòu)簡單,可靠性高。與交磁擴(kuò)大機(jī)組相比,全數(shù)字可逆直流調(diào)速裝置可減少70KW直流發(fā)電機(jī)一臺(tái),55 KW交流電動(dòng)機(jī)一臺(tái),交磁放大機(jī)一套,同時(shí)大大減少了占地面積,使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、體積縮小;

                ⑸ 其它動(dòng)作均由PLC實(shí)現(xiàn),電器元件少,簡單直觀。用可編程控制器取代繁雜的交直流繼電器控制,大大提高了系統(tǒng)的可靠性,同時(shí)維護(hù)也十分方便,減少運(yùn)行成本;

                ⑹ 裝機(jī)水平高,具有完善的保護(hù)功能。系統(tǒng)具有良好的保護(hù)和監(jiān)控功能,PLC有自身的輸入/輸出監(jiān)控指示燈,而全數(shù)字直流調(diào)速裝置則更有良好的保護(hù)監(jiān)控功能,具有故障存儲(chǔ)記憶,自適應(yīng)參數(shù)優(yōu)化等多種功能;

                ⑻ 改造后,由于取掉了交流機(jī)組,因而可無噪音運(yùn)行。

                結(jié)論:早期由發(fā)電機(jī)組拖動(dòng)的龍門刨床和單臂刨床都很適合上述電氣改造方式。改造后,不僅能耗大大降低,使用效率也得到很大提高。用戶僅需要投資幾萬元,經(jīng)過一兩年的時(shí)間就可以收回成本。
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