動力直驅式智能擠出機組的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種燒結磚用擠出機，特別涉及一種動力直驅式智能擠出機組，屬于燒結磚用擠出機技術領域，包括上級機組、下級機組，上級機組包括上級直驅機構、攪拌擠出單元，上級直驅機構包括第一轉子、第一定子，攪拌軸穿過第一定子，第一轉子固定在攪拌軸上并與第一定子配合，下級機組包括下級直驅機構，擠出成型單元，攪拌擠出單元與擠出成型單元之間通過真空室相連，下級直驅機構包括第二轉子、第二定子，主軸穿過第二定子，第二轉子固定在主軸上并與第二定子配合，上級直驅機構、下級直驅機構通過智能控制系統控制。本實用新型減少多個機械傳動環節，實現節能運行，降低機械故障率，提高工作效率，達到免維護。
【專利說明】
動力直驅式智能擠出機組
技術領域
[0001]本發明涉及一種燒結磚用擠出機，特別涉及一種動力直驅式智能擠出機組，屬于燒結磚用擠出機技術領域。
【背景技術】
[0002]雙級真空擠出機適用于頁巖、煤矸石、粉煤灰、粘土、及其他固體廢棄物等原料生產各種燒結磚。
[0003]雙級真空擠出機的常見結構形式，包括上級攪拌擠出機組及下級擠出成型機組，中間通過真空室相連。
[0004]上級攪拌擠出機組包括攪拌擠出單元和動力系統，動力系統包括上級驅動電機、上級皮帶傳動組件、上級氣動離合器、上級減速機及上級聯軸器，下級擠出成型機組包括擠出成型單元和動力系統，動力系統包括下級驅動電機、下級皮帶傳動組件、下級氣動離合器、下級減速機及下級聯軸器。上級驅動電機和下級驅動電機均為普通異步電機或調頻電機。
[0005]現有雙級真空擠出機的不足在于:
[0006]1、多環節機械系統造成機械效率低、運行維護成本高，耗能低效。
[0007]2、通過離合器的啟動，對減速機和工作軸造成沖擊，易造成齒輪、軸承、平鍵、軸等疲勞損壞和斷裂故障。
[0008]3、因制磚主工作軸的起停始終都是帶載的，為保證足夠2倍的啟動扭矩，選擇電機加大，通過皮帶輪空轉保持轉動慣量，通過離合器與工作軸傳遞動能。電機空運轉時有空耗;帶載時因電機負荷僅占60%，功率因數低于80%，無功功率大。以上造成能源的浪費。
[0009]4、運行工況的監控與調整靠人工觀測和調控，反應慢，調控不準確，嚴重影響產量與質量，而且阻斷了自動化生產的實施。
【發明內容】
[0010]根據以上現有技術的不足，本發明所要解決的技術問題是:提供一種動力直驅式智能擠出機組，減少多個機械傳動環節，實現節能運行，降低機械故障率，提高工作效率，達到免維護。
[0011]本發明主要獨特點:一是動力直驅，二是智能集成控制。
[0012]本發明所述的動力直驅式智能擠出機組，包括上級機組、下級機組，上級機組包括上級直驅機構、攪拌擠出單元，上級直驅機構包括第一轉子、第一定子，攪拌軸穿過第一定子，第一轉子固定在攪拌軸上并與第一定子配合，攪拌軸靠近外端部設有第一軸承，攪拌擠出單元上設有第二軸承，攪拌軸安裝在第一軸承及第二軸承上；下級機組包括下級直驅機構，擠出成型單元，攪拌擠出單元與擠出成型單元之間通過真空室相連，下級直驅機構包括第二轉子、第二定子，主軸穿過第二定子，第二轉子固定在主軸上并與第二定子配合，主軸靠近外端部設有第三軸承，擠出成型單元上設有第四軸承，主軸安裝在第三軸承及第四軸承上，上級直驅機構、下級直驅機構通過智能控制系統控制。
[0013]上級機組，通過上級直驅機構與攪拌擠出單元相連，通過第一轉子、第一定子直接驅動攪拌擠出單元的攪拌軸，省去了上級皮帶傳動組件、上級氣動離合器及上級減速機，下級機組，通過下級驅動機構擠出成型單元相連，省去了下級皮帶傳動組件、下級氣動離合器、下級減速機，從而減少多個機械傳動環節，大大降低了機械故障率，實現節能運行，攪拌軸、主軸的軸承均設置在外側，維修及更換非常方便。通過智能控制系統，實現柔性啟動。
[0014]所述的智能控制系統包括運行參數采集模塊、數據輸入模塊、核心運算處理模塊、輸出執行模塊，運行參數采集模塊、數據輸入模塊、輸出執行模塊分別連接核心運算處理模塊。
[0015]所述的運行參數采集模塊通過旋轉編碼器、皮帶秤量儀獲取產量參數;通過電流變送器獲取工作電流參數及功率參數;通過直驅器內部參數獲取主軸轉速;通過近紅外水分測定儀測定物料的含水率參數;通過激光料位傳感器獲取物料位置參數;通過壓力傳感器獲取擠出壓力參數;輸出執行模塊通過比例加水閥調整含水率，通過轉速驅動器調整主軸轉速。
[0016]所述的數據輸入模塊通過人工輸入和設置分析用參數，包括最大產量、主軸額定轉速、主軸最小轉速、主軸最大轉速、最高擠出壓力、最低擠出壓力、不同時段電價、干燥費用系數、產量變動費用系數K、產量變動費用指數e、關聯變動費用F、產品單價。
[0017]所述的核心運算處理模塊通過運算處理器采用以下公式計算單時效益值:
[0018]單時效益值=產品單價X產量一電價X功率一干燥費用系數X含水率X產量一多項求和Σ {KX產量e+F}
[0019]其中，K，e，F為常數，按照以下步驟計算:步驟1、設定最優主軸轉速no，使含水率從13 %?17 %分若干檔進行調整，獲取各檔對應的上述公式中的各參數值，輸出各檔的單時效益值，對比得出最佳單時效益值，將對應的最優含水率Wo存儲到系統存儲器中；步驟2、以步驟I中的最優含水率Wo做為設定值，調整主軸轉速，使轉速從1-5 到1+5 %no分成若干檔調整，獲取各檔對應的上述公式中的各參數值，輸出各檔的單時效益值，對比得出最佳單時效益值，將對應的最優主軸轉速no存儲到系統存儲器中；步驟3、將步驟1、2循環3?5次，確定最終的最優含水率Wo、最優主軸轉速no。
[0020]所述的含水率的優化向提高方向發展時，設定其臨界含水率WMax-0.5%為最優含水率Wo;當含水率的優化向下降方向發展時，設定其臨界含水率Wmin+0.5%為最優含水率Wo;當主軸轉速的優化向提高方向發展時，設定其臨界轉速nMax-1%為最優轉速no;當轉速的優化向下降方向發展時，設定其臨界產量即轉速nMax+1%為最優轉速no。
[0021 ]與現有技術相比，本發明具有的有益效果是:
[0022]動力直驅，減少多個機械傳動環節，實現節能運行，降低機械故障率，提高工作效率，達到免維護；智能集成控制，可智能柔性啟動，實現動態無級變速和優化運行參數，保證以最大產能、最小能耗驅動、協調本機及前后工序均衡生產。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明結構示意圖；
[0024]圖2是智能控制系統原理圖。
[0025]圖中:1、第一軸承;2、攪拌軸;3、第一轉子;4、第一定子;5、第二軸承;6、攪拌擠出單元;7、真空室;8、第三軸承;9、第二轉子;10、第二定子;11、主軸；12、第四軸承；13、擠出成型單元;14、成型模具。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖對本發明的實施例做進一步說明。
[0027]如圖1所示，本動力直驅式智能擠出機組包括上級機組、下級機組，上級機組包括上級直驅機構、攪拌擠出單元6，上級直驅機構包括第一轉子3、第一定子4，攪拌軸2穿過第一定子4，第一轉子3通過連接鍵與攪拌軸2固定連接，第一轉子3與第一定子4配合，攪拌軸2靠近外端部設有第一軸承1，攪拌擠出單元6上設有第二軸承5，攪拌軸2安裝在第一軸承I及第二軸承5上。通過一根攪拌軸2將攪拌擠出單元6與驅動機構連接起來，將原有的電機驅動模式改為通過第一轉子3、第一定子4直接驅動攪拌軸2轉動，省去了多個機械傳動環節。第一軸承I放置在外部，使驅動部分僅承擔驅動功能，大大延長了使用壽命。
[0028]下級機組包括下級直驅機構，擠出成型單元13，攪拌擠出單元6與擠出成型單元13之間通過真空室7相連，擠出成型單元13上設有成型模具14。下級直驅機構包括第二轉子9、第二定子10，主軸11穿過第二定子10，第二轉子9固定在主軸11上并與第二定子10配合，主軸11靠近外端部設有第三軸承8，擠出成型單元13上設有第四軸承12，主軸11安裝在第三軸承8及第四軸承12上。通過主軸11將擠出成型單元13與驅動機構連接起來，將原有的電機驅動模式改為通過第二轉子9、第二定子10直接驅動主軸11轉動，省去了多個機械傳動環節。第三軸承8放置在外部，使驅動部分僅承擔驅動功能，大大延長了使用壽命。
[0029]上級直驅機構、下級直驅機構通過智能控制系統控制，攪拌軸2的轉速與主軸11的轉速相適應。
[0030]如圖2所示，智能控制系統除具有目前常用的伺服驅動電機功能外，還集成了燒結磚用擠出機特有的智能控制系統，包括運行參數采集模塊、數據輸入模塊、核心運算處理模塊、輸出執行模塊，核心運算處理模塊與其他模塊單向或雙向傳遞信息。
[0031]智能控制的中心思想是在保證產品質量的前提下，以效率和效益最大化為前提的動態綜合分析，下面介紹其發明特點及原理
[0032]單位時間小時產出最大效益=單位時間產值-單位時間變動費用
[0033]單位時間產值=單位價格(元/噸)*單位時間產量，與產量線性相關。
[0034]單位時間變動費用，是與工藝參數、運行參數相關的，非線性的，這需要控制系統動態分析，以取得的最佳工藝參數下的最佳效益。
[0035]模塊一、運行參數采集模塊，采集:1、產量;2、功率;3、主軸轉速;4、含水率;5、擠出壓力;6、溫度;7、物料位置;8、產品質量，通過旋轉編碼器、皮帶秤量儀獲取產量參數;通過電流變送器獲取工作電流參數及功率參數;通過直驅器內部參數獲取主軸轉速;通過近紅外水分測定儀測定物料的含水率參數;通過激光料位傳感器獲取物料位置參數;通過壓力傳感器獲取擠出壓力參數;通過溫度傳感器獲取溫度參數;通過斷面圖像識別系統識別產品質量。
[0036]模塊二、數據輸入模塊通過人工輸入和設置分析用參數，包括最大產量、主軸額定轉速、主軸最小轉速、主軸最大轉速、最高擠出壓力、最低擠出壓力、不同時段電價、干燥費用系數、產量變動費用系數K、產量變動費用指數e、關聯變動費用F、產品單價。
[0037]模塊三、核心運算處理模塊，集成硬件、軟件系統，包括運算處理器、系統存儲器，按人工智能規則，在規定的小范圍，驅動輸出執行模塊執行運行參數，對模塊一、二傳遞的參數和數據，進行運算和對比分析，找出最佳經濟效益的參數，保證整個全線均衡生產。
[0038]模塊四、輸出執行模塊，驅動:1、主軸轉速-通過轉速驅動器調整，2原料動態比例加水-通過比例加水閥調整;3、前后工序物料協調。
[0039]以上四個智能模塊，實際的人工智能規則控制規則如下:
[0040]核心運算處理模塊通過運算處理器采用以下公式計算單時效益值:
[0041]單時效益值=(產品單價X產量)一(電價X功率)一(干燥費用系數X含水率X產量)一多項求和Σ{ΚΧ (產量)e+F}
[0042]其中，K，e，F為常數，按照以下步驟計算:
[0043]步驟I)、設定最優主軸轉速no，該最優主軸轉速n0的初始值可設定為85%主軸額定轉速，后面可根據計算結果重新設定，將含水率從13%?17%分若干檔進行調整，如可分為十檔，采用遞增調整，通過運行參數采集模塊獲取各檔對應的上述公式中的功率、產量、壓力等各參數值，輸出十檔的單時效益值，對比得出最佳單時效益值，將對應的最優含水率Wo存儲到系統存儲器中；
[0044]步驟2)、以步驟I中的最優含水率Wo做為設定值，調整主軸轉速，使轉速從(1-5%)J到(1+5% )no分成若干檔調整，比如可分為十檔，通過運行參數采集模塊，獲取各檔對應的上述公式中的功率、產量、壓力等各參數值，輸出各檔的單時效益值，對比得出最佳單時效益值，將對應的最優主軸轉速nO存儲到系統存儲器中；
[0045]步驟3)、以新的最優含水率、最優主軸轉速為基點，將步驟1、2循環3?5次，確定最終的最優含水率Wq、最優主軸轉速no。
[0046]含水率的優化向提高方向發展時，會引起造成產品硬度低影響碼垛，設定其臨界含水率WMax-0.5 %為最優含水率WO;當含水率的優化向下降方向發展時，會引起造成擠出壓力超壓報警，設定其臨界含水率Wmin+0.5 %為最優含水率WO;
[0047]當主軸轉速的優化向提高方向發展時，會因產量提高造成前后工序處理能力不足故障或滿負荷，設定其臨界轉速nMax-1 %為最優轉速nO;當轉速的優化向下降方向發展時，會因產量降低造成固定費用的攤薄，設定其臨界產量即轉速nMax+1%為最優轉速nO。
[0048]當更換原料或更改品種時，或市場、費用、工藝設備等要素發生改變時，要人工干預做初始優化。穩定運行中，將W0、n0作為目標值，以PID方式智能調節含水率、轉速、產量，達到始終讓設備在最優參數下運行的目的。
[0049]另外，系統中有圖像識別系統，將燒結磚切斷面做成質量識別，當出現開裂、斷肋、掉角時，不需人工盯看，系統自動圖像識別，發出報警或停機，人工進行模具改進或工藝參數調整。
[0050]本發明減少多個機械傳動環節，實現節能運行，機械效率接近99%，降低機械故障率，提高工作效率，達到免維護，通過智能控系統，實現柔性啟動，實現動態分析達到智能優化運行參數，以求最佳效益下穩定運行。
【主權項】
1.一種動力直驅式智能擠出機組，包括上級機組、下級機組，其特征在于:上級機組包括上級直驅機構、攪拌擠出單元(6)，上級直驅機構包括第一轉子(3)、第一定子(4)，攪拌軸(2)穿過第一定子(4)，第一轉子(3)固定在攪拌軸(2)上并與第一定子(4)配合，攪拌軸(2)靠近外端部設有第一軸承(I)，攪拌擠出單元(6)上設有第二軸承(5)，攪拌軸(2)安裝在第一軸承(I)及第二軸承(5)上； 下級機組包括下級直驅機構，擠出成型單元(13)，攪拌擠出單元(6)與擠出成型單元(13)之間通過真空室(7)相連，下級直驅機構包括第二轉子(9)、第二定子(10)，主軸(11)穿過第二定子(10)，第二轉子(9)固定在主軸(11)上并與第二定子(10)配合，主軸(11)靠近外端部設有第三軸承(8)，擠出成型單元(13)上設有第四軸承(12)，主軸(11)安裝在第三軸承(8)及第四軸承(12)上，上級直驅機構、下級直驅機構通過智能控制系統控制。2.根據權利要求1所述的動力直驅式智能擠出機組，其特征在于:所述的智能控制系統包括運行參數采集模塊、數據輸入模塊、核心運算處理模塊、輸出執行模塊，運行參數采集模塊、數據輸入模塊、輸出執行模塊分別連接核心運算處理模塊。3.根據權利要求2所述的動力直驅式智能擠出機組，其特征在于:所述的運行參數采集模塊通過旋轉編碼器、皮帶秤量儀獲取產量參數;通過電流變送器獲取工作電流參數及功率參數;通過直驅器內部參數獲取主軸轉速;通過近紅外水分測定儀測定物料的含水率參數;通過激光料位傳感器獲取物料位置參數;通過壓力傳感器獲取擠出壓力參數； 輸出執行模塊通過比例加水閥調整含水率，通過轉速驅動器調整主軸轉速。4.根據權利要求3所述的動力直驅式智能擠出機組，其特征在于:所述的數據輸入模塊通過人工輸入和設置分析用參數，包括最大產量、主軸額定轉速、主軸最小轉速、主軸最大轉速、最高擠出壓力、最低擠出壓力、不同時段電價、干燥費用系數、產量變動費用系數K、產量變動費用指數e、關聯變動費用F、產品單價。
【文檔編號】B28B3/20GK205552810SQ201620113647
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年2月4日
【發明人】高玲
【申請人】功力機器有限公司