帶壓開(kāi)孔設(shè)備中液壓調(diào)速與電機(jī)調(diào)速功率變化

在管道工程機(jī)械或管道帶壓開(kāi)孔工程施工中，大多數(shù)都是以液壓動(dòng)力為主的大型機(jī)械設(shè)備。主要是因?yàn)橐簤涸O(shè)備的驅(qū)動(dòng)單元體積較小、重量較輕、拆卸方便及動(dòng)力直接和強(qiáng)勁等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。

1.液壓驅(qū)動(dòng)在管道帶壓開(kāi)孔設(shè)備中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

1.1單位功率的重量輕，即在輸出同等功率的條件下，體積小、重量輕、慣性小、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)態(tài)性能好。

舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子：帶壓開(kāi)孔機(jī)液壓馬達(dá)的力和重量比，比所述直流電動(dòng)機(jī)約大100倍;DN300-DN800帶壓開(kāi)孔機(jī)中的中等功率液壓馬達(dá)和DC馬達(dá)進(jìn)行比較，比功率和重量大的電機(jī)轉(zhuǎn)矩和慣性比為：10～20倍，8～10倍。

以上數(shù)據(jù)可以通過(guò)液壓馬達(dá)與電機(jī)的銘牌就能計(jì)算出來(lái)，這里不再舉詳細(xì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算了。在后期的維修或報(bào)廢更換來(lái)說(shuō)，液壓馬達(dá)的成本會(huì)更低一些。

2.液壓能方便的實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，并且調(diào)速范圍大。

液壓馬達(dá)主要是靠輸入流量或改變馬達(dá)排量的方式均可達(dá)到調(diào)速的目的，可以實(shí)現(xiàn)線性調(diào)速、無(wú)極調(diào)速等，而功率和能量損失很小。

2.1調(diào)速回路主要有：

a.節(jié)流調(diào)速回路:由定量泵供油，用流量閥調(diào)節(jié)進(jìn)入或流出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的流量來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速；

b.容積調(diào)速回路：用調(diào)節(jié)變量泵或變量馬達(dá)的排量來(lái)調(diào)速；

c.容積流調(diào)速回路：用限壓變量泵供油，由流量閥調(diào)節(jié)進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)的流量，并使變量泵的流量與調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)流量相適應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。

2.2液壓調(diào)速的系統(tǒng)

可分為閥控式調(diào)速系統(tǒng)以及泵控式調(diào)速系統(tǒng)。

a.閥控式調(diào)速系統(tǒng)

帶壓開(kāi)孔機(jī)的閥控式調(diào)速系統(tǒng)主要由帶壓開(kāi)孔機(jī)上的定量泵、定量馬達(dá)、溢流閥和節(jié)流閥組成，通過(guò)節(jié)流閥改變液壓馬達(dá)的進(jìn)口流量進(jìn)行調(diào)速，所以也稱為節(jié)流調(diào)速。

這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。液壓泵的輸出流量必須大于液壓馬達(dá)所需的最大流量，多于的流量通過(guò)溢流閥流回油箱，以使油泵壓力保持穩(wěn)定。由于液壓泵是定壓的，所以馬達(dá)轉(zhuǎn)速載荷變化的影響較大。同時(shí)由于通過(guò)液壓馬達(dá)的液體流量和工作壓力均小于泵的供油流量和壓力，故這種系統(tǒng)在低速時(shí)的相對(duì)于泵控式調(diào)速系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，傳動(dòng)效率較低一些。一般效率=0.2~0.65，變速比R=5~100。

b.泵控式液壓調(diào)速系統(tǒng)

主要由變量泵定量馬達(dá)和溢流閥組成。假設(shè)采用的是斜盤式變量泵，調(diào)節(jié)斜盤傾角就可以調(diào)節(jié)泵的排量和流量，進(jìn)而改變液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。所以也稱為溶積調(diào)速。

帶壓開(kāi)孔設(shè)備中，系統(tǒng)管道中的壓力P隨液壓馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩T的增大而增大，當(dāng)其增大到溢流閥的設(shè)定壓力時(shí)，溢流閥被打開(kāi)使壓力油流回油箱，液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速便迅速下降到零，而輸出轉(zhuǎn)矩T則限制在一定范圍，起到過(guò)載保護(hù)作用。

如果以帶有壓力反饋的恒功率變量泵取代外控式變量泵后，就會(huì)使流量隨壓力變化而自動(dòng)變化（保持近擬雙曲線的規(guī)律變化），使泵輸出功率近似不變，這樣的系統(tǒng)可按外載荷變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速，可使系統(tǒng)經(jīng)常處于最佳工況運(yùn)轉(zhuǎn)，充分利用汽油機(jī)/柴油機(jī)等動(dòng)力機(jī)的功率。

泵控式液壓調(diào)速系統(tǒng)只在泵、馬達(dá)和管道中存在少量功率損失，沒(méi)有節(jié)流損失，因此傳動(dòng)效率可高達(dá)0.8~0.9，變速比R=4~100。

3.交流異步電機(jī)調(diào)速

3.1從異步電動(dòng)的轉(zhuǎn)速關(guān)系式n=n1(1-s)=60(f1/P)(1-s)中可見(jiàn)，要改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從三個(gè)方面入手：

a.改變異步電機(jī)定子繞組的極對(duì)數(shù)P，以改變定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n1，即所謂變極調(diào)速（只能跟電源開(kāi)關(guān)一樣一級(jí)級(jí)調(diào)速，不能均勻調(diào)速）。

b.改變電動(dòng)機(jī)所接電源的頻率以改變n1，即所謂變頻調(diào)速；

c.改變電機(jī)的轉(zhuǎn)差率S。

電動(dòng)機(jī)功率：

a.三相電動(dòng)機(jī)的額定電流的計(jì)算公式：P＝1.732×U×I×cosφ；

b.單相電動(dòng)機(jī)額定電流的計(jì)算公式：P＝U×I×cosφ；

c.通用計(jì)算公式：P＝1.732×IU×功率因數(shù)×效率（三相的）

而電機(jī)轉(zhuǎn)矩是磁通與電樞電流、轉(zhuǎn)矩系數(shù)的乘積，而磁通是與線圈匝數(shù)成正比的。因此，電動(dòng)機(jī)調(diào)速存著極大的功率損失和電能浪費(fèi)。

電動(dòng)機(jī)的變頻及轉(zhuǎn)速將在以后的文章中還要有更加詳細(xì)的分析和闡述，關(guān)注先鋒管道百家號(hào)便于探討和交流。