CN105563620B - 动力直驱式智能挤出机组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种烧结砖用挤出机，特别涉及一种动力直驱式智能挤出机组，属于烧结砖用挤出机技术领域，包括上级机组、下级机组，上级机组包括上级直驱机构、搅拌挤出单元，上级直驱机构包括第一转子、第一定子，搅拌轴穿过第一定子，第一转子固定在搅拌轴上并与第一定子配合，下级机组包括下级直驱机构，挤出成型单元，搅拌挤出单元与挤出成型单元之间通过真空室相连，下级直驱机构包括第二转子、第二定子，主轴穿过第二定子，第二转子固定在主轴上并与第二定子配合，上级直驱机构、下级直驱机构通过智能控制系统控制。本发明减少多个机械传动环节，实现节能运行，降低机械故障率，提高工作效率，达到免维护。

Description

动力直驱式智能挤出机组

技术领域

本发明涉及一种烧结砖用挤出机，特别涉及一种动力直驱式智能挤出机组，属于烧结砖用挤出机技术领域。

背景技术

双级真空挤出机适用于页岩、煤矸石、粉煤灰、粘土、及其他固体废弃物等原料生产各种烧结砖。

双级真空挤出机的常见结构形式，包括上级搅拌挤出机组及下级挤出成型机组，中间通过真空室相连。

上级搅拌挤出机组包括搅拌挤出单元和动力系统，动力系统包括上级驱动电机、上级皮带传动组件、上级气动离合器、上级减速机及上级联轴器，下级挤出成型机组包括挤出成型单元和动力系统，动力系统包括下级驱动电机、下级皮带传动组件、下级气动离合器、下级减速机及下级联轴器。上级驱动电机和下级驱动电机均为普通异步电机或调频电机。

现有双级真空挤出机的不足在于：

1、多环节机械系统造成机械效率低、运行维护成本高，耗能低效。

2、通过离合器的启动，对减速机和工作轴造成冲击，易造成齿轮、轴承、平键、轴等疲劳损坏和断裂故障。

3、因制砖主工作轴的起停始终都是带载的，为保证足够2倍的启动扭矩，选择电机加大，通过皮带轮空转保持转动惯量，通过离合器与工作轴传递动能。电机空运转时有空耗；带载时因电机负荷仅占60％，功率因数低于80％，无功功率大。以上造成能源的浪费。

4、运行工况的监控与调整靠人工观测和调控，反应慢，调控不准确，严重影响产量与质量，而且阻断了自动化生产的实施。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种动力直驱式智能挤出机组，减少多个机械传动环节，实现节能运行，降低机械故障率，提高工作效率，达到免维护。

本发明主要独特点：一是动力直驱，二是智能集成控制。

本发明所述的动力直驱式智能挤出机组，包括上级机组、下级机组，上级机组包括上级直驱机构、搅拌挤出单元，上级直驱机构包括第一转子、第一定子，搅拌轴穿过第一定子，第一转子固定在搅拌轴上并与第一定子配合，搅拌轴靠近外端部设有第一轴承，搅拌挤出单元上设有第二轴承，搅拌轴安装在第一轴承及第二轴承上；下级机组包括下级直驱机构，挤出成型单元，搅拌挤出单元与挤出成型单元之间通过真空室相连，下级直驱机构包括第二转子、第二定子，主轴穿过第二定子，第二转子固定在主轴上并与第二定子配合，主轴靠近外端部设有第三轴承，挤出成型单元上设有第四轴承，主轴安装在第三轴承及第四轴承上，上级直驱机构、下级直驱机构通过智能控制系统控制。

上级机组，通过上级直驱机构与搅拌挤出单元相连，通过第一转子、第一定子直接驱动搅拌挤出单元的搅拌轴，省去了上级皮带传动组件、上级气动离合器及上级减速机，下级机组，通过下级驱动机构挤出成型单元相连，省去了下级皮带传动组件、下级气动离合器、下级减速机，从而减少多个机械传动环节，大大降低了机械故障率，实现节能运行，搅拌轴、主轴的轴承均设置在外侧，维修及更换非常方便。通过智能控制系统，实现柔性启动。

所述的智能控制系统包括运行参数采集模块、数据输入模块、核心运算处理模块、输出执行模块，运行参数采集模块、数据输入模块、输出执行模块分别连接核心运算处理模块。

所述的运行参数采集模块通过旋转编码器、皮带秤量仪获取产量参数；通过电流变送器获取工作电流参数及功率参数；通过直驱器内部参数获取主轴转速；通过近红外水分测定仪测定物料的含水率参数；通过激光料位传感器获取物料位置参数；通过压力传感器获取挤出压力参数；输出执行模块通过比例加水阀调整含水率，通过转速驱动器调整主轴转速。

所述的数据输入模块通过人工输入和设置分析用参数，包括最大产量、主轴额定转速、主轴最小转速、主轴最大转速、最高挤出压力、最低挤出压力、不同时段电价、干燥费用系数、产量变动费用系数K、产量变动费用指数e、关联变动费用F、产品单价。

所述的核心运算处理模块通过运算处理器采用以下公式计算单时效益值：

单时效益值＝产品单价×产量－电价×功率－干燥费用系数×含水率×产量－多项求和Σ{K×产量^e+F}

其中，K，e，F为常数，按照以下步骤计算：步骤1、设定最优主轴转速n₀，使含水率从13％～17％分若干档进行调整，获取各档对应的上述公式中的各参数值，输出各档的单时效益值，对比得出最佳单时效益值，将对应的最优含水率W₀存储到系统存储器中；步骤2、以步骤1中的最优含水率W₀做为设定值，调整主轴转速，使转速从1-5％n⁰到1+5％n₀分成若干档调整，获取各档对应的上述公式中的各参数值，输出各档的单时效益值，对比得出最佳单时效益值，将对应的最优主轴转速n₀存储到系统存储器中；步骤3、将步骤1、2循环3～5次，确定最终的最优含水率W₀、最优主轴转速n₀。

所述的含水率的优化向提高方向发展时，设定其临界含水率WMax-0.5％为最优含水率W₀；当含水率的优化向下降方向发展时，设定其临界含水率Wmin+0.5％为最优含水率W₀；当主轴转速的优化向提高方向发展时，设定其临界转速nMax-1％为最优转速n₀；当转速的优化向下降方向发展时，设定其临界产量即转速nMax+1％为最优转速n₀。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

动力直驱，减少多个机械传动环节，实现节能运行，降低机械故障率，提高工作效率，达到免维护；智能集成控制，可智能柔性启动，实现动态无级变速和优化运行参数，保证以最大产能、最小能耗驱动、协调本机及前后工序均衡生产。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是智能控制系统原理图。

图中：1、第一轴承；2、搅拌轴；3、第一转子；4、第一定子；5、第二轴承；6、搅拌挤出单元；7、真空室；8、第三轴承；9、第二转子；10、第二定子；11、主轴；12、第四轴承；13、挤出成型单元；14、成型模具。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步说明。

如图1所示，本动力直驱式智能挤出机组包括上级机组、下级机组，上级机组包括上级直驱机构、搅拌挤出单元6，上级直驱机构包括第一转子3、第一定子4，搅拌轴2穿过第一定子4，第一转子3通过连接键与搅拌轴2固定连接，第一转子3与第一定子4配合，搅拌轴2靠近外端部设有第一轴承1，搅拌挤出单元6上设有第二轴承5，搅拌轴2安装在第一轴承1及第二轴承5上。通过一根搅拌轴2将搅拌挤出单元6与驱动机构连接起来，将原有的电机驱动模式改为通过第一转子3、第一定子4直接驱动搅拌轴2转动，省去了多个机械传动环节。第一轴承1放置在外部，使驱动部分仅承担驱动功能，大大延长了使用寿命。

下级机组包括下级直驱机构，挤出成型单元13，搅拌挤出单元6与挤出成型单元13之间通过真空室7相连，挤出成型单元13上设有成型模具14。下级直驱机构包括第二转子9、第二定子10，主轴11穿过第二定子10，第二转子9固定在主轴11上并与第二定子10配合，主轴11靠近外端部设有第三轴承8，挤出成型单元13上设有第四轴承12，主轴11安装在第三轴承8及第四轴承12上。通过主轴11将挤出成型单元13与驱动机构连接起来，将原有的电机驱动模式改为通过第二转子9、第二定子10直接驱动主轴11转动，省去了多个机械传动环节。第三轴承8放置在外部，使驱动部分仅承担驱动功能，大大延长了使用寿命。

上级直驱机构、下级直驱机构通过智能控制系统控制，搅拌轴2的转速与主轴11的转速相适应。

如图2所示，智能控制系统除具有目前常用的伺服驱动电机功能外，还集成了烧结砖用挤出机特有的智能控制系统，包括运行参数采集模块、数据输入模块、核心运算处理模块、输出执行模块，核心运算处理模块与其他模块单向或双向传递信息。

智能控制的中心思想是在保证产品质量的前提下，以效率和效益最大化为前提的动态综合分析，下面介绍其发明特点及原理

单位时间小时产出最大效益＝单位时间产值-单位时间变动费用

单位时间产值＝单位价格(元/吨)*单位时间产量，与产量线性相关。

单位时间变动费用，是与工艺参数、运行参数相关的，非线性的，这需要控制系统动态分析，以取得的最佳工艺参数下的最佳效益。

模块一、运行参数采集模块，采集：1、产量；2、功率；3、主轴转速；4、含水率；5、挤出压力；6、温度；7、物料位置；8、产品质量，通过旋转编码器、皮带秤量仪获取产量参数；通过电流变送器获取工作电流参数及功率参数；通过直驱器内部参数获取主轴转速；通过近红外水分测定仪测定物料的含水率参数；通过激光料位传感器获取物料位置参数；通过压力传感器获取挤出压力参数；通过温度传感器获取温度参数；通过断面图象识别系统识别产品质量。

模块二、数据输入模块通过人工输入和设置分析用参数，包括最大产量、主轴额定转速、主轴最小转速、主轴最大转速、最高挤出压力、最低挤出压力、不同时段电价、干燥费用系数、产量变动费用系数K、产量变动费用指数e、关联变动费用F、产品单价。

模块三、核心运算处理模块，集成硬件、软件系统，包括运算处理器、系统存储器，按人工智能规则，在规定的小范围，驱动输出执行模块执行运行参数，对模块一、二传递的参数和数据，进行运算和对比分析，找出最佳经济效益的参数，保证整个全线均衡生产。

模块四、输出执行模块，驱动：1、主轴转速-通过转速驱动器调整，2原料动态比例加水-通过比例加水阀调整；3、前后工序物料协调。

以上四个智能模块，实际的人工智能规则控制规则如下：

核心运算处理模块通过运算处理器采用以下公式计算单时效益值：

单时效益值＝(产品单价×产量)－(电价×功率)－(干燥费用系数×含水率×产量)－多项求和Σ{K×(产量)^e+F}

其中，K，e，F为常数，按照以下步骤计算：

步骤1)、设定最优主轴转速n₀，该最优主轴转速n0的初始值可设定为85％主轴额定转速，后面可根据计算结果重新设定，将含水率从13％～17％分若干档进行调整，如可分为十档，采用递增调整，通过运行参数采集模块获取各档对应的上述公式中的功率、产量、压力等各参数值，输出十档的单时效益值，对比得出最佳单时效益值，将对应的最优含水率W₀存储到系统存储器中；

步骤2)、以步骤1中的最优含水率W₀做为设定值，调整主轴转速，使转速从(1-5％)n⁰到(1+5％)n₀分成若干档调整，比如可分为十档，通过运行参数采集模块，获取各档对应的上述公式中的功率、产量、压力等各参数值，输出各档的单时效益值，对比得出最佳单时效益值，将对应的最优主轴转速n0存储到系统存储器中；

步骤3)、以新的最优含水率、最优主轴转速为基点，将步骤1、2循环3～5次，确定最终的最优含水率W₀、最优主轴转速n₀。

含水率的优化向提高方向发展时，会引起造成产品硬度低影响码垛，设定其临界含水率WMax-0.5％为最优含水率W0；当含水率的优化向下降方向发展时，会引起造成挤出压力超压报警，设定其临界含水率Wmin+0.5％为最优含水率W0；

当主轴转速的优化向提高方向发展时，会因产量提高造成前后工序处理能力不足故障或满负荷，设定其临界转速nMax-1％为最优转速n0；当转速的优化向下降方向发展时，会因产量降低造成固定费用的摊薄，设定其临界产量即转速nMax+1％为最优转速n0。

当更换原料或更改品种时，或市场、费用、工艺设备等要素发生改变时，要人工干预做初始优化。稳定运行中，将W0、n0作为目标值，以PID方式智能调节含水率、转速、产量，达到始终让设备在最优参数下运行的目的。

另外，系统中有图像识别系统，将烧结砖切断面做成质量识别，当出现开裂、断肋、掉角时，不需人工盯看，系统自动图像识别，发出报警或停机，人工进行模具改进或工艺参数调整。

本发明减少多个机械传动环节，实现节能运行，机械效率接近99％，降低机械故障率，提高工作效率，达到免维护，通过智能控系统，实现柔性启动，实现动态分析达到智能优化运行参数，以求最佳效益下稳定运行。

Claims (4)

1.一种动力直驱式智能挤出机组，包括上级机组、下级机组，其特征在于：上级机组包括上级直驱机构、搅拌挤出单元(6)，上级直驱机构包括第一转子(3)、第一定子(4)，搅拌轴(2)穿过第一定子(4)，第一转子(3)固定在搅拌轴(2)上并与第一定子(4)配合，搅拌轴(2)靠近外端部设有第一轴承(1)，搅拌挤出单元(6)上设有第二轴承(5)，搅拌轴(2)安装在第一轴承(1)及第二轴承(5)上；

下级机组包括下级直驱机构，挤出成型单元(13)，搅拌挤出单元(6)与挤出成型单元(13)之间通过真空室(7)相连，下级直驱机构包括第二转子(9)、第二定子(10)，主轴(11)穿过第二定子(10)，第二转子(9)固定在主轴(11)上并与第二定子(10)配合，主轴(11)靠近外端部设有第三轴承(8)，挤出成型单元(13)上设有第四轴承(12)，主轴(11)安装在第三轴承(8)及第四轴承(12)上，上级直驱机构、下级直驱机构通过智能控制系统控制；

所述的智能控制系统包括运行参数采集模块、数据输入模块、核心运算处理模块、输出执行模块，运行参数采集模块、数据输入模块、输出执行模块分别连接核心运算处理模块；

所述的运行参数采集模块通过旋转编码器、皮带秤量仪获取产量参数；通过电流变送器获取工作电流参数及功率参数；通过直驱器内部参数获取主轴转速；通过近红外水分测定仪测定物料的含水率参数；通过激光料位传感器获取物料位置参数；通过压力传感器获取挤出压力参数；

输出执行模块通过比例加水阀调整含水率，通过转速驱动器调整主轴转速。

2.根据权利要求1所述的动力直驱式智能挤出机组，其特征在于：所述的数据输入模块通过人工输入和设置分析用参数，包括最大产量、主轴额定转速、主轴最小转速、主轴最大转速、最高挤出压力、最低挤出压力、不同时段电价、干燥费用系数、产量变动费用系数K、产量变动费用指数e、关联变动费用F、产品单价。

3.根据权利要求2所述的动力直驱式智能挤出机组，其特征在于：所述的核心运算处理模块通过运算处理器采用以下公式计算单时效益值：

单时效益值＝(产品单价×产量)－(电价×功率)－(干燥费用系数×含水率×产量)－多项求和Σ{K×(产量)^e+F}

其中，K，e，F为常数，按照以下步骤计算：

步骤1)、设定最优主轴转速n₀，使含水率从13％～17％分若干档进行调整，获取各档对应的上述公式中的各参数值，输出各档的单时效益值，对比得出最佳单时效益值，将对应的最优含水率W₀存储到系统存储器中；

步骤2)、以步骤1中的最优含水率W₀做为设定值，调整主轴转速，使转速从(1-5％)n⁰到(1+5％)n₀分成若干档调整，获取各档对应的上述公式中的各参数值，输出各档的单时效益值，对比得出最佳单时效益值，将对应的最优主轴转速n₀存储到系统存储器中；

步骤3)、将步骤1、2循环3～5次，确定最终的最优含水率W₀、最优主轴转速n₀。

4.根据权利要求3所述的动力直驱式智能挤出机组，其特征在于：所述的含水率的优化向提高方向发展时，设定其临界含水率WMax-0.5％为最优含水率W₀；当含水率的优化向下降方向发展时，设定其临界含水率Wmin+0.5％为最优含水率W₀；

当主轴转速的优化向提高方向发展时，设定其临界转速nMax-1％为最优转速n₀；当转速的优化向下降方向发展时，设定其临界产量即转速nMax+1％为最优转速n₀。