EV100磚機專用變頻器的應用
關鍵詞：砌塊成型機、振動技術、EV100磚機專用變頻器
在建筑行業領域，國內常用的墻體材料可分為兩大類，即實心粘土磚與新型墻材，以粘土為主要材料經燒結工藝制成的實心粘土磚（俗稱紅磚），因其工藝設備簡單，使用歷史悠久，長期以來都是我國主要的墻材；以水泥、砂石及粉煤灰、煤矸石、爐渣等工業廢料或建筑垃圾為主要材料經攪拌、振動、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內得到逐步的推廣與普及，其中，以混凝土砌塊較為常用。 “禁實”就是禁止使用、銷售、生產實心粘土磚的簡稱。與新型墻材相比，實心粘土磚在制作過程中存在挖土毀田、浪費能源、污染環境等不利因素，因此國家已出臺眾多硬性指標及政策鼓勵使用新型墻材，逐步禁用實心粘土磚。根據國家相關規定，2010年后國內所有城市（城鎮）將全部禁用粘土磚，這將為新型墻材提供巨大的市場空間。
1、磚機設備分類（新型墻材）
依據成型工藝不同，可將磚機設備分為壓磚機和砌塊成型機兩大類。通過高壓擠壓將磚體（砌塊）定型的磚機統稱為壓磚機；通過振動擠壓將磚體（砌塊）定型的磚機統稱為砌塊成型機。其中，砌塊成型機自動化程度高、可生產的砌塊（磚）種類多、產量大，在磚機設備中處于主導地位，應用較為廣泛。注意，下文只針對砌塊成型機進行討論，以下論述中凡使用“磚機”一詞皆指砌塊成型機，在此提請讀者留意！
2、砌塊成型機的振動技術
一臺全自動砌塊成型機主要由皮帶輸送機、振動成型機（主機）、送板機、出磚機、碼垛機、控制柜、液壓泵站等組成，其中振動成型裝置是砌塊成型機的核心部分，其性能直接決定著機器本身及成型砌塊的優劣。
3、振動成型工藝理論
砌塊成型機依靠振動與壓力使模箱中的混凝土拌料成型及密實，因此振動參數的選擇對砌塊性能至關重要。振動參數包括振動頻率、振幅及振動加速度等。從混凝土振動工藝學看,對于不同的被振物料,其較好的振動頻率及振幅都是不同的。振動頻率應盡可能接近物料中骨料的固有頻率，使其產生共振，此時衰減較小，振幅較大。砌塊混凝土拌合物的集料粒徑為3~10mm，理想振動頻率為100~125Hz，但對于砌塊成型機來說都達不到這么高的振動頻率，這主要是考慮到振動系統尤其是軸承的使用壽命。國內砌塊成型機一般采用的振動參數如下：振動頻率范圍45~55Hz；振幅1~2.2mm；振動加速度10~18g。
4、振動技術分類
按振動源作用的位置不同，砌塊成型機可分為臺振機及模振機。振動源直接作用于振動臺的機型稱為臺振機，型號以“QT”開頭。振動源安裝在模箱上的機型稱為模振機，型號以“QM”開頭。因臺振機具有產量大、砌塊平均損耗振動功率小等優點，已成為國內磚機廠家的主流機型。圖一、圖二分別為臺振及模振機構簡圖。以臺振機為例，一般振動器是由電動機或液壓馬達來驅動，通過振動器中的兩根帶有偏心塊的軸產生相向的高速轉動，水平方向的離心力互相抵消、垂直方向的離心力互相疊加，從而產生垂直定向振動。成型砌塊較少時，模箱下可設一個振動源；成型砌塊較多時，可設兩個或多個振動源。
圖一 臺振機構簡圖 圖二 模振機構簡圖
5、電動機驅動與液壓馬達驅動
目前振動器無論是由電動機驅動還是由液壓馬達驅動，都存在明顯的缺點：
1） 電動機驅動的缺點
l 電機頻繁直接啟動（每分鐘3~4次），啟動電流大（5~7倍額定電流），電機溫升高（70攝氏度以上），軸承潤滑脂容易融化并導致電機損壞；
l 接觸器頻繁動作，通過電流大，觸點容易老化；
l 電網電壓低時，電動機帶載很難啟動；
l 電機每次啟動運行時間為2~4s，平均功率因數低，線損損耗嚴重；
l 電機直接啟動時機械沖擊大，對各機械配件要求較高；
2） 液壓馬達驅動的缺點
l 電網電能經過電動機—油泵—液壓閥管—液壓馬達傳遞后，至始轉化為機械能驅動振動器工作，能量轉換傳遞環節過程過多，效率不高；
l 液壓系統成本高，維護工作量大，易損件較多；
l 相比電動機驅動，液壓系統起壓較慢，振動加速度不高；
l 在振動器不動作時，電動機及油泵一直空轉，浪費電能；
6、變頻器調頻振動技術
如何激振及如何調節振動頻率一直是磚機制造商關注的問題。自電機變頻技術廣泛應用以來，以變頻器調節電機調速從而驅動振動器的振動成型方式就被眾多的磚機制造商所注重。
7、變頻器在砌塊成型機上的應用現狀
在上世紀90年代，以美國貝賽爾及德國歐馬克為代表的建材設備制造商就將電機變頻調速技術應用在砌塊成型機上。以貝賽爾V3-12型砌塊成型機為例，該機可選的兩套振動系統Smartpac及Posapac均采用了變頻器調速，可依據產品預設不同振動頻率及振動加速度，啟動、加速、減速及停機控制靈活，大大加強了產品的成型質量及性能。下表為振動成型系統對變頻器的技術要求：
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啟動時間 |
0.5S ~ 1S |
減速時間 |
1.2S ~ 2S |
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啟動電流 |
小于1.5倍電機額定電流 |
電機溫升 |
小于70攝氏度 |
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控制方式 |
端子啟?？刂?/span> |
調頻方式 |
多段速調頻 |
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通訊功能 |
可與上位機通訊 |
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對變頻器應用而言，上述技術要求的難點主要在于加、減速時間的控制。加速時間過短，啟動電流將激增，影響電機溫升；減速時間過短，電機常處于發電狀態，電能反饋會使變頻器出現過壓報警。相反，增大加減速時間必會降低砌塊成型機的生產效益。
8、EV100系列磚機專用變頻器的應用
我公司研發及技術人員經多次現場調試，根據振動系統的運動特性，在公司原有EV500系列矢量變頻器的基礎上作了相應的軟件及硬件改進，從而開發出了EV100系列磚機專用變頻器。該系列變頻器較大的特點就是能夠在滿足振動技術要求的前提下，省去制動單元及制動電阻。目前該系列磚機專用變頻器已成功應用于泉州某工程機械有限公司，以下是該公司生產的砌塊成型機，在使用了EV100系列專用變頻器進行前后的生產數據對比：
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砌塊成型機型號：QT6 |
混凝土砌塊型號：240*115*90 |
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變頻器型號：EV100-022-T4 |
電機型號：2臺7.5KW電機 |
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改造前數據 |
改造后數據 |
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平均每班產量 |
1200模 |
1450模 |
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電機平均啟動電流 |
155A |
45A |
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電機表面溫升 |
75攝氏度 |
50攝氏度 |
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振動頻率 |
50Hz |
58Hz |
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砌塊表面粗糙度 |
粗糙 |
平整 |
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9、變頻器調頻振動的優點
由以上數據可明顯看出，與電動機或液壓馬達直接驅動相比，在振動系統中采用變頻器技術具有前兩者無可比擬的優點：
l 可輕松實現振動系統調頻需要，滿足生產工藝要求；
l 加減速迅速，節省成型時間，增加產能；
l 啟動電流小，對電網沖擊少；
l 電機平滑啟動，機械沖擊小；
l 電動機溫升低，有利于電機長期穩定運行；
l 能量傳遞效率高，節省電能；
l 砌體成型密實度好，表面平整美觀；
l 變頻器獨有AVR功能，即使在電網電壓較低的情況下，仍能輸出足夠的電壓驅動電機工作做。
10、變頻器在砌塊成型機上的應用前景
可以說，國內大部分磚機制造商對變頻器調頻振動技術都不陌生，但出于成本及技術可靠性兩方面的考慮，多數廠家都沒有使這種技術量產化。但隨著市場競爭的日益激烈以及工藝要求的不斷提高，尋求技術革新、改進產品性能已成為各磚機企業的重要議題。事實證明，變頻器調頻振動技術比其它振動技術更具有優勢，且市場應用條件已趨于成熟，當前正是大力推廣應用的有利時機。
