氣門電熱鐓溫度全閉環(huán)控制

■ 周小偉

1. 氣門電熱鐓簡介及存在問題

如圖1、圖2所示，砧子與夾緊塊（兩夾緊塊電氣上并聯(lián)）之間施加工頻低電壓。工件在頂桿推動(dòng)下向砧子前進(jìn)，砧子根據(jù)需要可向后退。工件砧子與夾緊塊之間部分被通電加熱軟化，同時(shí)受到頂桿推力作用而被鐓粗成所需形狀。鐓鍛時(shí)砧子和夾緊塊用循環(huán)水冷卻。

各工件鐓鍛過程中加熱鐓粗部分溫度應(yīng)可控一致。由于加熱溫度受到電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性、調(diào)節(jié)器性能穩(wěn)定性、液壓參數(shù)穩(wěn)定性、工件與砧子和夾緊塊接觸一致性及冷卻一致性等因素影響，開環(huán)溫度難以控制、難以一致，造成鐓出產(chǎn)品產(chǎn)生各種缺陷，如形狀尺寸缺陷、鍛壓成形尺寸形狀缺陷和開裂（溫度低可能產(chǎn)生熱脆、冷裂等）、內(nèi)部金相組織缺陷（如溫度過高易使晶粒粗大）等。

圖1 電鐓局部照片

圖2 電鐓原理示意

2. 過往加熱溫度控制情況

早期，電熱鐓機(jī)的加熱功率控制是通過人工改變加熱變壓器一次側(cè)檔位實(shí)現(xiàn)的。這種方式存在明顯不足：一是加熱電壓調(diào)節(jié)太粗不能連續(xù)調(diào)節(jié)；二是電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定引起加熱電壓不穩(wěn)定；三是加熱過程中不能調(diào)節(jié)加熱電壓。

后來，在變壓器一次側(cè)增加了晶閘管電壓調(diào)節(jié)器。這種調(diào)節(jié)器有開環(huán)控制，也有閉環(huán)控制。對于開環(huán)控制的，為提高電壓穩(wěn)定性，常在電鐓機(jī)前加穩(wěn)壓器。這樣基本可保證加熱電壓穩(wěn)定。但采取這些措施后，由于還存在冷卻水流、水溫，液壓壓力、工件與砧子和夾緊塊接觸情況等一系列不可控因素的存在，還是不能保證工件加熱溫度的一致性和穩(wěn)定性，常產(chǎn)生溫度過低和超溫現(xiàn)象。溫度變化一般30℃左右，變化大時(shí)可達(dá)50℃。因此有必要采取進(jìn)一步改進(jìn)措施。

3. 改進(jìn)方案

改進(jìn)方案就是對溫度進(jìn)行全閉環(huán)控制，如圖3所示。在溫控儀中設(shè)定電熱鐓過程中允許的最高溫度值，當(dāng)比色紅外線測溫儀測得電熱鐓工件溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，電壓調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)只取決于PLC或其他電壓給定裝置給定，電熱鐓過程中加熱不受溫控儀影響，當(dāng)比色紅外線測溫儀測得電熱鐓工件溫度超過溫控儀設(shè)定值或電熱鐓工件溫度上升過快時(shí)，溫控儀就按設(shè)定冷卻控制方式和設(shè)定PID參數(shù)進(jìn)行控制和運(yùn)算后輸出一個(gè)電流信號(hào)疊加到電壓調(diào)節(jié)器給定輸入信號(hào)上，這個(gè)信號(hào)的相位與PLC或其他電壓給定裝置給定信號(hào)的相位是相反的，其抵消一部分由PLC或其他電壓給定裝置施加在調(diào)節(jié)器上的輸入給定信號(hào)，即進(jìn)行冷卻降低加熱電壓，從而降低電熱鐓溫度或減慢電熱鐓溫度上升速度，以此達(dá)到閉環(huán)控溫限制最高溫度的目的。

適當(dāng)設(shè)定電壓調(diào)節(jié)器和溫控儀各相關(guān)參數(shù)，可使工件溫度始終處于閉環(huán)控制。詳細(xì)方案和控制過程參見（全閉環(huán)控制電熱鐓溫度的方法及裝置，專利號(hào)：ZL2012100875964）。要真正實(shí)現(xiàn)鐓鍛部分實(shí)際溫度穩(wěn)定一致這一設(shè)想，測溫儀的選擇至關(guān)重要。我們知道，電熱鐓時(shí)工件溫度測量只能選擇非接觸型測溫儀器，也就只能選擇紅外線測溫儀。紅外測溫儀可分為兩大類：一類為單色測溫儀，另一類為比色測溫儀。環(huán)境透明度、背景亮度、被測物體表面形狀大小和粗糙度及測溫角度等都對測溫結(jié)果有影響。而這些影響對單色測溫儀和比色測溫儀是不一樣的?？傮w說來，對單色測溫儀的影響大，而對比色測溫儀的影響小。采用單色測溫儀，測得的溫度與實(shí)際溫度往往相差很大，達(dá)不到要求。所以，應(yīng)選用比色測溫儀。

圖3 溫度全閉環(huán)控制示意

4.改進(jìn)效果

經(jīng)改進(jìn)后，從溫控儀和測溫儀上的溫度顯示看，溫度變化在1℃以內(nèi)，完全達(dá)到工藝要求，產(chǎn)品質(zhì)量十分穩(wěn)定，改進(jìn)成功（本文主體已獲發(fā)明和實(shí)用新型專利：全閉環(huán)控制電熱鐓溫度的方法及裝置，專利號(hào)：ZL2012100875964，ZL2012201251484）。參考文獻(xiàn)：

[1] 周小偉. 排氣門電鐓缺陷成因及防治措施[J].內(nèi)燃機(jī)配件，2004（3）：11-13.

[2] 周小偉. 氣門頸部斷裂原因及防止措施[J]. 內(nèi)燃機(jī)配件，2007（3）：19.

[3] 周小偉. 電鐓機(jī)無級(jí)調(diào)壓（流）改造[J].內(nèi)燃機(jī)配件，2006（1）：46.