变频技术在高速有砟轨枕生产中的应用

杨红亮

摘    要：主要介绍了变频器的特性，着重介绍变频器优良的调速性能、节能效果在轨枕生产中的应用。随着我国高铁技术的发展，新型混凝土轨枕得到了全面的应用。新型混凝土轨枕的生产工艺得到了很大的提高，对各个工艺环节的控制要求更加严格，本文指出在混凝土轨枕生产过程中的混凝土轨枕养护、脱模、模具吊运中变频器的应用。通过变频器优良的控制效果使得各个关键工序完全能满足混凝土轨枕生产工艺的要求，同时又得到了良好的经济效益。

关键词：变频技术;精确控制;节能;混凝土轨枕;应用

1  引言

随着我国高铁技术的飞速发展，对铁路用混凝土轨枕的要求也越来越高。新型混凝土轨道板技术及高速有砟轨枕也取代了原有轨枕，高速混凝土轨枕生产工艺也发生了很大的变化。尤其对高速混凝土轨枕养护温湿度控制精度有了更高的要求，而与之对应的高速轨道板（枕）的生产工艺对精确控制的要求也越来越高。使用原有模拟温控仪表进行控制已经达不到要求，而且还造成了大量的能源浪费。而变频器的控制准确度高、易操作、免维护、能实现智能控制的特性恰好弥补了传统控制方式的缺点和不足。

变频器的工作原理根据电机转速与输入频率成正比的关系，通过降低工频电压频率的方法达到降低电机转速的目的。变频器就是通过交流经整流后变为直流，又通改变晶闸管导通角的方式转换成可调节的交流电。利用电力电子技术来改变最终输出频率的电子设备。

2  变频技术在混凝土生产中的应用。

2.1  变频技术在混凝土轨枕养护中的应用

混凝土轨枕的养护过程是关键工序，新的养护工序要求升温速度与降温速度不得大于10℃/h。恒温温度变化为49±2℃，原有的控制方式在降温段的控制已经不能满足控制要求，利用工业计算机与变频器相配合控制达到了良好的效果。

（1）精确控制。现在国内的混凝土轨枕生产养护系统主要是利用气水混和的冷却方式。在养护的冷却过程中利用水保湿，主要利用空气冷却的方式降温。通过改变通风量来实现温度的调节。原始的方法是直接驱动异步电动机带动风机通过改变风门的开关来达到降温的效果，随着轨枕生产工艺的提高原有的控制方式很难达到要求，而风机属平方转矩负载，其转矩即流量与转速成正比。通过工业控制计算机和变频器相配合，改变电源的频率方式改变风机的转速与改变风门的开关相配合的方法，最终降温方式达到了良好的降温效果。

（2）降温过程中风机的能耗得到很大降低。根据轨枕养护系统的降温坑数的不同，风机的载荷有很大不同。

此图中共有八个养护池。风机的最大设计为同时为四个养护坑降温，以一台Y160M-4型电动机，额定功率为11kW为例。计算根据实际运行情况每天风机运行时间为12h，其中一个池降温时间为4h负荷率为30%;两个池同时降温为4h负荷率50%，三个池同时降温时间为4h80%。按月运行20天计算则每月节电量为：

W=15×4（0.7+0.5+0.2）×24=2016kW·h

2.2  变频器在脱模过程中的应用

（1）能实现匀速、低速运转。轨枕脱模机（机械）是利用机械将轨枕模具倒置，利用轻微撞击及轨枕的自重实现脱模，原有轨枕脱模机是利用绕线式电动机的转子串电阻调速方法来实现低速调节，其特点和性能为：①调速原理为多级调速，调速不平滑级差较大;②低速时能耗大，效率低，经济性差;③调速范围小，最多能降低为15HZ～20HZ。

变频调速的特点和性能为：①变频器具有低速运行稳定性好，调速范围可自行设定，最低可达5HZ，输出平滑性好等特点;并能实现无级调速;②使用变频调，转差率较小，由转差功率引起的损小，能耗低效率较高;③变频调速时，工频下调速为恒转矩调速方式;工频调速时为恒功率调速方式。

通过以上比较转子回路串电阻方法调整的电动机运转速度不可调整且不稳定，尤其在低速运转时的速度很不稳定，这就造成在脱模过程中可能因为撞击力过大造成模具损伤，采用变频器调速时可以将电动机的运转速度根据使用要求设定，最低时可达几赫兹（根据变频器厂家不同而不同）这样调整后可以大大降低模具的损伤。

（2）能耗降低。原有的通过控制器切换转子回路串电阻的调速方法是通过改变转子电流，使电机转差率增大方式调速，由于绕线式异步电动机转子串入电阻，电动机在低速运转将多余的电能以热能的方式消耗在了串入转子的电阻中，并没有降低电能的消耗。而变频调速在调速过程中转差率小没有附加损耗，使得能耗得到很大的降低。

（3）电路结构简单、维护费用低。由于转子回路串电阻方法是利用凸轮控制器来改变电动机的转速及转向，凸轮控制器的触点及接触器触点消耗较大，且定转子为两个独立的系统，电器元件较多所以维护想来相对不便。而变频器控制是通过主令控制器以极小的电流控制变频器的输出，在此过程中并没有直接开合大电流。所以维护费用较低。

2.3  变频器模具吊运过程中的应用

轨枕生产模具的吊运主要通过桥式起重机来实现，经过改进后的桥式起重机的大车走行采用变频器控制。其特点如下：

（1）调速范围宽，可实现精确控定位要求。也可根据实际使用要求来设置变频器的输出频率，从而实现电动机超低速运转以达到吊运模具的精确对位。

（2）变频器的平滑起动、停止性能大大降低了机械传动冲击功，降低吊车钢结构所承受的冲击，对吊车的结构赶快到了良好的保护作用，同时又提高了模具在吊运过程中的稳定性，从而大大的提高了人身及设备安全性能。

（3）变频器通过大量的集成模块及数字控制的应用，大大 降低了配纸的复杂程度，且自身且有良好的保护及故障显示功能 ，很大程度降低了维护工作量。

（4）采用变频调速系统后，可完全杜决吊车司机员违章操作（打反檔）。

3  结束语

变频技术的应用越来越成熟，变频器优宜的控制性能、较好的节能效果，是企业进行技术改造和设备改造的妇展方向。随着混凝土轨枕生产对工艺过程的要求越来越严格，及变频技术优异的节能效果。变频技术在未来轨枕生产过程中会得到越来越多的应用。

参考文献：

[1] 王兆义.变频器应用与实训指导[M].北京：高等教育出版社，2005.

[2] 石秋洁.变频器应用基础[M].北京：工业出版社，2002.

[3] 张晓娟.工厂电气控制设备[M].北京：电子工业出版社，2007.