伺服液壓系統(tǒng)在郴州復(fù)烤廠打包工藝段的應(yīng)用研究

劉國(guó)盛，賀澤軍，謝博文，歐陽(yáng)明，李葉春

（湖南煙葉復(fù)烤有限公司郴州復(fù)烤廠，湖南 郴州 423000）

在當(dāng)前煙葉復(fù)烤加工過(guò)程中，如何提高煙葉打包后裝箱的密度均勻性和裝箱工作效率是各復(fù)烤企業(yè)一直急需解決的問(wèn)題，目前郴州復(fù)烤廠單條生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為12000kg/h，而在加工低等次煙時(shí)，實(shí)際只能達(dá)到7000 ～8000kg/h 的流量。因?yàn)樵诩庸さ偷却螣煏r(shí)，同等重量的葉片堆積體積較大易造成堵料，且葉片初烤后水份和溫度散失很快致使所需要的預(yù)壓打包壓力變大，葉片反彈快使壓實(shí)過(guò)程中所需的保壓時(shí)間更長(zhǎng)。傳統(tǒng)的液壓預(yù)壓打包系統(tǒng)很難應(yīng)對(duì)這些情況，造成返料率增加，從而產(chǎn)生大量造碎影響葉片質(zhì)量。同時(shí)加工低等次煙葉時(shí)，預(yù)壓打包出箱后的煙葉反彈很快，導(dǎo)致復(fù)壓壓制不到位，從而發(fā)生漲包現(xiàn)象，影響成品質(zhì)量。此外，由于傳統(tǒng)的液壓站油泵電機(jī)需要較大功率且需要保持連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致設(shè)備能耗大、油液溫度過(guò)高、降溫要求高、噪聲大、工作環(huán)境差等諸多問(wèn)題。且存在控制精度不高、系統(tǒng)工作不夠穩(wěn)定、生產(chǎn)效率低的問(wèn)題。同時(shí)為降低油溫、提高系統(tǒng)性能，還需要額外增加循環(huán)水冷卻系統(tǒng)或風(fēng)扇油冷卻系統(tǒng)，從而造成了更大的系統(tǒng)能耗。

1 伺服技術(shù)原理

采用調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵是液壓系統(tǒng)節(jié)能降噪的重要方向，該技術(shù)相比于傳統(tǒng)的容積調(diào)速系統(tǒng)省去了復(fù)雜的變排量機(jī)構(gòu)。而且，隨著永磁同步電機(jī)及伺服控制技術(shù)日益成熟，由伺服電機(jī)和定量泵構(gòu)成的高效高動(dòng)態(tài)液壓動(dòng)力源近年來(lái)得到了大量關(guān)注，被應(yīng)用于如注塑機(jī)等工業(yè)領(lǐng)域，伺服泵技術(shù)作為預(yù)壓機(jī)、復(fù)壓機(jī)主油缸液壓系統(tǒng)動(dòng)力源代替原有設(shè)備傳統(tǒng)配置的三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)定量葉片泵系統(tǒng)。采用伺服電機(jī)來(lái)控制螺桿泵，對(duì)液壓缸提供動(dòng)力輸入，構(gòu)成伺服泵系統(tǒng)。

電氣伺服液壓系統(tǒng)控制原理如圖1。

電氣伺服液壓控制系統(tǒng)采用交流伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)高響應(yīng)永磁同步伺服電機(jī)，配合螺桿泵作為液壓系統(tǒng)動(dòng)力，通過(guò)控制系統(tǒng)來(lái)控制同步伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)螺桿泵輸出需要的流量、壓力及自動(dòng)切換的控制策略，配合液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)液壓缸的各個(gè)動(dòng)作。

圖1

當(dāng)加工低等次煙葉時(shí)，為保證壓實(shí)效果需要提高預(yù)壓壓力時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)調(diào)節(jié)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速提高螺桿泵輸出壓力，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤和供給需求壓力的目的（圖2）。

圖2

伺服控制系統(tǒng)與單純動(dòng)力泵的區(qū)別在于原動(dòng)力泵輸出模式單一且恒定、需要不間斷持續(xù)運(yùn)行以維持其恒定的功率輸出；伺服控制系統(tǒng)則是在油泵與伺服電機(jī)之間通過(guò)壓力傳感器與伺服控制器間的數(shù)學(xué)模型關(guān)系進(jìn)行可控的閉環(huán)回路控制，在主油缸不動(dòng)作時(shí)不消耗能量，在主油缸動(dòng)作時(shí)減少能量消耗，實(shí)現(xiàn)流量和壓力間的自動(dòng)切換控制策略，從而達(dá)到明顯的節(jié)能效果。

2 伺服液壓技術(shù)應(yīng)用效果分析

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)工作壓力及參數(shù)的分析、調(diào)整，對(duì)低等次煙葉加工的流量進(jìn)行合理、規(guī)范的控制，在加工低等次煙時(shí)，最大生產(chǎn)能力由原來(lái)的40 箱/h 提高到50 箱/h，最大生產(chǎn)能力的出箱率提高25%以上。同時(shí)消除了因液壓系統(tǒng)壓力不足而導(dǎo)致的返料、漲包現(xiàn)象,提高了煙葉加工質(zhì)量。

效果意義如下。

（1）提高工作效率。低等次煙葉預(yù)壓打包效率提高：項(xiàng)目實(shí)施后，2017 年10 月份連續(xù)跟蹤了3 個(gè)批次煙的打包生產(chǎn)情況，并同時(shí)對(duì)這3 個(gè)批次返料情況統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)如表1。

表1 返料情況統(tǒng)計(jì)

由表1 可以看出，項(xiàng)目實(shí)施后，加工煙葉時(shí)平均返料次數(shù)為1.67 次，完全達(dá)到了預(yù)期設(shè)定的目標(biāo)。

（2）提高打包工作效率。通過(guò)電液伺服技術(shù)的應(yīng)用使預(yù)壓打包機(jī)的工作效率得到大幅提升，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中得到最好的驗(yàn)證。2017 年在旺季生產(chǎn)過(guò)程中10～12 月份分別出產(chǎn)40545、37681、37014 箱，同比增長(zhǎng)8.22%、4.32% 和8.18%。伺服系統(tǒng)應(yīng)用到預(yù)壓打包中，為測(cè)試其最大生產(chǎn)能力，在單班試驗(yàn)中成品出箱達(dá)到707 箱，這證明了該系統(tǒng)的應(yīng)用完全可以滿足預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。

由于打包質(zhì)量和工作效率提高，極大地減少了因?yàn)榉倒ざ斐傻臒熑~損耗和人力、物力的浪費(fèi),其經(jīng)濟(jì)效益估計(jì)每年每條生產(chǎn)線在15 萬(wàn)元以上。

3 結(jié)語(yǔ)

電液伺服技術(shù)在打葉復(fù)烤企業(yè)打包工序的使用中，能夠有效地提高設(shè)備運(yùn)行效率，節(jié)能降耗，提高控制精度。同時(shí)具有成本較低，經(jīng)濟(jì)效益顯著的特點(diǎn)。但在實(shí)際應(yīng)用中我們也發(fā)現(xiàn)存在以下兩點(diǎn)問(wèn)題。

（1）電氣伺服液壓控制系統(tǒng)由于其自身控制的特殊性，液壓油在運(yùn)行時(shí)的流動(dòng)性小，在冬天使用時(shí)，可能會(huì)由于油溫太低增加液壓油的粘度從而影響到液壓系統(tǒng)的性能。

（2）由于伺服泵的使用加大了系統(tǒng)供油壓力，在一定程度上增加了油管和密封件的負(fù)擔(dān)。但由于油溫的降低相應(yīng)的也會(huì)延長(zhǎng)密封件的壽命，因此，這一方面的問(wèn)題有待于在今后的使用過(guò)程中進(jìn)一步觀察。