鑄鐵管的生產(chǎn)過程
目前，城市自來水大口徑的供水管主要使用鑄鐵管﹑水泥管和玻璃纖維管。在保證一定強度的前提下，用離心法澆鑄比用模具法澆鑄的鑄鐵管的管壁厚度已經(jīng)大大地下降了，整體重量減輕了很多，而且質(zhì)量也不錯。在現(xiàn)行普遍使用的幾種供水管中，鑄鐵管價位處于中等，強度高﹑經(jīng)久耐用，重量輕﹑安裝施工簡單快捷，很受各自來水公司的青睞。
四川崇州鑄管廠生產(chǎn)城市自來水供水使用的400mm~800mm口徑的鑄鐵管，為保證鑄鐵管管壁厚度的均勻性，又要保證鑄鐵管的質(zhì)量，采用離心澆注法。其工藝過程是將熔化了的高溫鐵水注入模具中，再將模具從零速逐漸加速到高速旋轉(zhuǎn)，由于離心力的作用，鐵水很快在模具中成型，并在模具中通冷卻水，維持?jǐn)?shù)分鐘后，鐵管溫度下降到大約400~500時逐漸降速到零，開模取管。臥式鑄管機的模具放在前后1﹑2﹑3﹑4四只傳動輪上，其中2﹑4由兩臺電機經(jīng)皮帶輪帶動的主動輪，其余1﹑3兩只是被動輪，如圖1所示。原來的傳動方式是兩臺37KW的電機由電磁調(diào)速器驅(qū)動。這種生產(chǎn)工藝要求兩臺電機同步運轉(zhuǎn)。盡管對電磁調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)采取了控制同步運轉(zhuǎn)措施，由于電磁調(diào)速器的控制部分都是模擬PI調(diào)節(jié)器，精度和穩(wěn)定性都較差，在實際工作中，操作工人憑經(jīng)驗進(jìn)行速度微調(diào)，很難調(diào)到兩電機同步運轉(zhuǎn)。這樣兩電機的負(fù)荷分配不均勻，嚴(yán)重時引起跳閘，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。
圖1 鑄管機傳動示意圖
二. 鑄管機的負(fù)載機械特性
鑄管機負(fù)載特性為恒轉(zhuǎn)矩大慣性負(fù)載，并且，起動前先將一定量的鐵水先注入模具，然后再開始起動運轉(zhuǎn)，因此又是重載起動。電磁調(diào)速器低速轉(zhuǎn)矩較差，要保證鑄管機起動正常起動，電動機的容量一般選得較大。鑄管機傳動由兩臺37KW的4極異步鼠籠電機承擔(dān)，兩臺電機之間存在負(fù)荷分配問題。
鑄管機的離心成型法對電氣傳動設(shè)備要求較高，首先要求滿載起動，起動力矩應(yīng)在電機100%額定力矩以上；其次低速運轉(zhuǎn)的時間長，要求低速力矩大；最后由于鑄管機調(diào)速范圍大，為保證鑄鐵管的質(zhì)量，要求在整個工作速度范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速應(yīng)基本穩(wěn)定。
三. 鑄管機的變頻調(diào)速
根據(jù)以上的情況，選用具有恒轉(zhuǎn)矩特性且起動力矩大的森蘭SB40S系列變頻器。如果用兩臺37KW變頻器，就需要考慮兩臺電機的同步控制問題，這樣做同步效果好，但電機上需安裝速度變送器（脈沖編碼器或測速發(fā)電機），其結(jié)果是比較麻煩而且投資會增加。如果將兩臺37kw電動機并聯(lián)后用一臺75KW變頻器控制，兩臺電機可做到同頻運轉(zhuǎn)，但兩臺電動機的特性有一定的差異，其速度也會有速度差，對于電機的參數(shù)差別不大，同步要求不高的系統(tǒng)還是可以滿足使用要求。
鑄管機對兩臺電機的同步要求不高，為簡單計采用電機并聯(lián)，選用一臺SB40S75KW變頻器拖動兩臺37KW電機運行，為保護(hù)電機，每臺電機需裝熱繼電器，如圖2中的RJ1，RJ2。設(shè)定F01=3，調(diào)速用X4，X5端子按鈕控制，按X4升速；按X5降速。停車時間設(shè)為120S，降速到變頻器的輸出頻率5Hz時，啟用直流制動�，F(xiàn)場調(diào)試時測試，有一臺電機的線電流為57A，另一臺電機的線電流為38A，最大的57A也未超過37kw電機電流的額定值，對生產(chǎn)應(yīng)用無影響。當(dāng)然也可選用森蘭SB80系列矢量控制高性能變頻器，這種變頻器有一種“特性軟化”功能，選擇特性軟化功能，可改變變頻器的特性曲線，使兩電機的線電流之差盡量縮小，負(fù)荷分配基本均勻。變頻調(diào)速控制原理與如圖2所示。
變頻器的機械特性為恒轉(zhuǎn)矩，電機在低頻5Hz便可運行，高速42Hz時可達(dá)1200r/min，調(diào)速比1：8以上，極大的滿足了鑄管機的工藝要求。將電磁調(diào)速改造為變頻調(diào)速，簡單方法用變頻器驅(qū)動電磁調(diào)速電機，將電磁調(diào)速器的轉(zhuǎn)差離合器的勵磁調(diào)到最大，其效率僅為85%。為達(dá)到最高的節(jié)能效率，需將電磁調(diào)速電機換為普通Y系列三相鼠籠電機，或者用機械的方式將電機和轉(zhuǎn)差離合器的輸出直接相連。變頻調(diào)速后，考慮到電機運行在低速的時間比較長，電機的散熱受到一些影響，溫度會升高。在改造過程中，將電磁調(diào)速電機換為Y系列交流異步電動機時，如果是等容量的代換，由于原來電機的容量就選得比較大，改造后電機的溫升不會超過額定值，不必加恒速風(fēng)扇降溫；如果是非等容量代換，代換電機的容量比電磁調(diào)速電機小時，那就需在電機尾罩上加恒速風(fēng)機，以利于電機的散熱。
圖2 鑄管機變頻控制原理圖
四.﹑節(jié)能分析
鑄管機經(jīng)變頻改造后，用按鈕調(diào)速非常方便，改變了電磁調(diào)速器在運行中調(diào)同步很不容易實現(xiàn)同步的方法，使兩臺電機負(fù)荷分配大體均勻，做到了無級調(diào)速，運行平穩(wěn)。變頻器取代了電磁調(diào)速器后，有較好的節(jié)能效果，現(xiàn)分析如下：
電磁調(diào)速的轉(zhuǎn)差離合器的損耗是由主動部分的風(fēng)阻﹑磨擦損耗及從動部分的機械磨擦所產(chǎn)生。如果考慮這些損耗與轉(zhuǎn)差離合器的激磁功率相平衡且忽略不計的活，則轉(zhuǎn)差離合器的輸入﹑輸出功率可用下式表示：
電動機的輸出功率
P1=M1n1(kw)
式中：M1--電動機的輸出轉(zhuǎn)矩(kgf.m)
n1—電動機的輸出軸轉(zhuǎn)速(r/min)
轉(zhuǎn)差離合器的輸出功率：
P2=M2n2(kw)
式中：M2—轉(zhuǎn)差離合器的輸出轉(zhuǎn)矩(kgf.m)
n2—轉(zhuǎn)差離合器的輸出軸轉(zhuǎn)速(r/min)
電動機的輸出功率等于轉(zhuǎn)差離合器的輸入功率。對于離心鑄管機這類恒轉(zhuǎn)矩機械特性的負(fù)載，其轉(zhuǎn)矩：M= M1= M2=常數(shù)，所以，轉(zhuǎn)差離合器的效率：
滑差可由下式定義
則
可見，在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下，轉(zhuǎn)差離合器的效率正比于輸出轉(zhuǎn)速。因此用電磁調(diào)速器調(diào)速使輸出轉(zhuǎn)速下降時，輸出功率成正比下降，而輸入功率保持不變，實際上，滑差也就是節(jié)電率。此時，損耗功率Ph與滑差損耗成正比，即
(kw)
離心鑄管機電機額定轉(zhuǎn)速1440r/min，工作時從零速逐漸加速到最高1200r/min，再維持6分鐘。由于電磁調(diào)速電機低速力矩較差，在300r/min時才開始起動，這個過程中，滑差在79%~17%范圍內(nèi)變化，但在17%的時間較長，加權(quán)平均計算為30%左右。采用變頻調(diào)速后，變頻器的效率基本上不隨輸出的頻率變化，除去變頻器的損耗后，節(jié)電率在24%上下，實際用電度表計量，節(jié)能在22%上下，投資回收期不到一年，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。
