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水泥管桩是众多的水泥制成品之一,它的生产工艺有多种,为保证水泥管管壁厚薄的均匀性、致密性,其中使用最普遍的生产加工工艺是离心成型法。离心成型是将完成配料好的混凝土注入模腔中,首先进行低速搅拌,搅拌均匀后电机升速到中速,在离心力的作用下基本成形,且混凝土逐渐密实,再经过高速成型脱水,整个工艺过程结束。水泥电杆的生产也是用类似的离心浇注法,其生产工艺与此大体相同。
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离心成型法对电气传动设备要求较高,首先要求满载启动,启动力矩应在电机100%额定力矩以上;其次低速运转的时间长,要求低速力矩大;最后由于制管机调速范围大,为保证水泥管桩的质量,要求在整个工作速度范围内,转速基本稳定。早期的调速方式有机械式分级调速、整流子电机调速、直流调速、电磁调速等。由于电磁调速结构简单,使用简便价格相对较低,因此,近年来在水泥制管设备中,电磁调速用得较多。但电磁调速效率低,最高转速时效率为85%,速度越低效率也越低。水泥管离心成形工艺低速的时间占50%左右,电磁调速速度低速时耗能相当大。
水泥制管机负载机械特性为大惯性负载,起动前模腔内需加足一根水泥管桩定量的混凝土,启动后低速运行,显然是重载起动。电磁调速器低速运行时机械特性软,低速转矩较差,要保证生产的正常进行,电动机的容量选得较大,这又使耗能进一步增加。一般制管机的电气传动由1台75kW(55kW)的电磁调速电机驱动。电磁调速电机的调速的范围有限,而低速力矩又较差,但混凝土进行低速搅拌要求力矩大,不能满足时转速会出现不稳定现象,甚至可能无法启动。转速的不稳定性对产品质量有一定的影响。另外,4极交流异步电动机的额定转速为1440r/min,但电磁调速器最高只能调到1200r/min。速度高,对水泥管的质量的提高有益。从以上制管机对电气传动的要求上看,用电磁调速器是一种无奈的选择。现在变频器的价格已经下降到合理的水平,以变频器的优异性能完全可满足制管工艺要求,用变频调速代替电磁调速是最佳的选项。
三. 水泥制管的变频调速
根据以上的情况,变频器的机械特性近似为恒转矩,电机在5Hz便可运行,高速50Hz时可达1440r/min,调速比1:10,极大地满足了水泥制管的工艺要求。东莞市大岭山鸿基管桩厂有4台离心浇注机,电机的型号和功率分别为Y260M-4-75KW 2台,
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