摘要：众所周知，近年来，随着中国工业化的进程，铝型材在国计民生的各个领域发挥着越来越重要的作用。小到铝合金门框等，大至工业型材，建筑型材乃至呈飞跃式发展的中国高铁项目，均离不开铝型材。这就对生产铝型材的挤压机性能提出了越来越高的要求，恒速挤压、等温挤压等与型材成品率，型材质量有关的性能、工艺显得尤为重要。本文就国内挤压机的现状，从挤压机速度的开环与闭环着手，分析挤压速度闭环控制的各种参变量，从而给出挤压速度闭环的完整过程。
1.国内挤压机速度控制
据资料显示，国内挤压机的挤压速度控制方式80%-90%均采用的开环控制方式。众所周知，挤压速度的大小决定于泵所提供的流量大小，而速度开环控制方式均采用泵的粗放式投入，根据压机大小、系统工作压力等计算达到相应挤压速度所需的流量，从而开启相应的泵，达到与挤压速度相匹配的流量供应。挤压机的流量大小由定量泵或变量泵给出，压力控制由泵头溢流阀及机构溢流阀等控制。取决于溢流阀的特性（例如Rexroth（力士乐）直动式溢流阀DBD型），挤压时系统压力接近但未达至预调压力时，根据泵流量大小，会内泄部分流量。同理，拿Rexroth（力士乐）A4VSO系列轴向柱塞泵的特性来说，系统压力接近但未达致泵工作压力时，流量的输出同样会与设定值有少许偏差，对于系统压力偏低的情况，由于泵的死区，同样流量输出会与设定值有偏差。而影响系统压力的因素，有铝合金材质的软硬、铝锭加热的温度、挤压筒加热温度、挤压速度、挤压比、挤压位置等等，不胜枚举。这就导致了由挤压速度开环控制方式来达到恒速挤压，是不可能实现的。
2.影响挤压速度的因素简析
2.1挤压速度设定
挤压速度设定值为预期达到的目标值，泵流量的给定必须要以挤压速度设定值通过计算来给定。
2.2系统实时压力
由第一部分的分析可知，系统的实时压力决定系统内泄量的大小。挤压过程中由各种因素导致的压力变化，均会导致挤压速度不同程度的变化，达不到恒速效果。
2.3挤压机产生压力的液压缸尺寸
挤压速度=泵流量/液压缸面积，泵流量一定的情况下，液压缸面积越大，该流量所能提供的挤压速度越小。
2.4所投入泵的数量
相同流量给定，参与的泵越多，提供的挤压速度越快。
2.5与挤压速度有关的其他系统参数
液压系统所选用的泵流量的动作时间，控制阀、插装阀、溢流阀的动作时间、内泄量及管道的通径、上压时形变量等均会不同程度影响对挤压速度产生影响。
3.挤压速度闭环的提出
影响挤压速度的原因众多，而对于一台固定吨位的挤压机来说，在泵流量给定恒定的情况下，对于挤压速度产生影响的最大因素无外乎系统压力的变化，但对于其他因素也应做相应的考虑。虽然挤压速度的影响因素各种各样，各个因素点所能影响的加权位具体比例难以精确给定，但依据研究者对于速度与压力、流量的关系的研究，及二阶、三阶系统的公式化，再加上对于挤压机速度开环控制方式的实际经验，挤压速度闭环控制方式已可实现，可行性已得到了实际验证。
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4.速度闭环公式
假设一台挤压机挤压速度的提供全部由变量泵提供，由速度闭环所得出的流量量给定为每台变量泵以一定的周期（比如1S）所应给定的流量，公式中所用到的参数按如下所示定义：
Qmax：最大流量
Qmin：最小流量
QL： 与流量有关的常量
Pmax：最大系统压力
Pmin：最小系统压力
P： 实际系统压力（工程上一般叫压力，实际含义为压强）
ΔP： 压力影响因素过程值
PI： 圆周率=3.1415926…
D： 挤压机主柱塞直径（以一个主缸的挤压机为例）
d： 挤压机侧缸活塞腔直径（以两个侧缸的挤压机为例）
n： 投入泵的数量
V： 挤压速度设定值
ΔV1：挤压实时速度影响因素过程值1
ΔV2：挤压实时速度影响因素过程值2
Δv： 挤压实时速度与挤压速度设定值偏差
G（v）：每台变量泵所应实时给定的流量值（以1S为周期给定）
G’（v）：每台变量泵所应实时给定的流量值（上1S时流量给定值）
压力影响值因素ΔP按如下给定：
ΔP= Qmax-[（Pmax-P）*（Qmax- Qmin）/（Pmax- Pmin）+ Qmin]
挤压实时速度影响因素过程值1ΔV1按如下给定：
ΔV1=｛[3* PI*（D2+2*d2）]/（2*104*n*Qmax）｝* V+（1000/ Qmax）*ΔP
挤压实时速度影响因素过程值1ΔV2按如下给定：
ΔV2=（1000/ΔV1）*（QL/ Qmax）
那么最终每台变量泵所应实时给定的流量值G（v）按如下给定：
G（v）=ΔV2+Δv/n+ G’（v）
公式中各个参数的设定需根据挤压机本身的参数来设定，不再举例。
在某公司55MN双动短行程铝挤压机上实测，挤压速度设定在0.2-8mm/s的范围内时，在速度开环控制方式下，设定挤压速度在0.2-3mm/s范围内时，实际挤压速 度还可保证0.1-0.3mm/s的偏差，但在设定速度3mm/s以上时，实际挤压速度偏差能 达到0.4mm/s，甚至更多。而采用速度闭环控制方式，在整个速度设定范围内， 实 际速度的偏差可控制在0.1-0.2mm/s的范围内。
5.结束语
近十多年来，由于国计民生的需求，国内挤压机数量呈爆发式增长的趋势，但真正能做到恒速挤压、恒温挤压的并不多见，虽然挤压机数量优势已成世界之最，但涉及到高精尖铝型材的制造与国际顶尖水平还是有较大的差距。加上国内制造业的萧条，国内挤压机的发展还任重而道远，还有巨大的提升空间。挤压机的速度闭环控制讲起来简单，但实现却很复杂，要做到真正的挤压机恒速挤压，中国的挤压机行业还有很长一段路要走。
参考文献
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【2】张根福;西德SMS公司铝型材挤压机生产线的性能特点[J];江西冶 金;1985 年02期
【3】T. A. Zangle, A. Mani, J. G. Santiago, Chem. Soc. Rev. 2010,39, 1014–1035
论文作者:韩兴伟
论文发表刊物:《电力设备》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/17
标签：速度论文; 流量论文; 闭环论文; 压力论文; 挤压机论文; 因素论文; 开环论文; 《电力设备》2017年第8期论文;