变频器及控制系统在炼钢厂200吨铸造吊车上的应用

第一篇：变频器及控制系统在炼钢厂200吨铸造吊车上的应用

变频器及控制系统在炼钢厂200吨铸造吊车上的应用

作者：罗克韦尔自动化

摘 要：本文介绍了罗克韦尔自动化PowerFlex700S及控制系统在某炼钢厂200吨铸造吊车上的应用，通过实际运行检验，系统运行良好，稳定可靠，完全满足客户的生产需求。

关键词：罗克韦尔自动化 变频器 炼钢厂 铸造吊车

引言

铸造起重机用于冶金行业，其工作任务是为冶炼炉运送钢水。一般有5大机构：主起升，副起升、大车、主小车、副小车机构。由于起重机的位能负荷特性有更为苛刻的安全要求，各机构的大转动惯量、短时工作、频繁的起制动运行，对调速方案更加苛刻，近十年来随着直接力矩控制理论的成熟及大功率矢量变频器的成功制造，使得变频调速技术在起重机上得以成功应用。但是，当采用变频器传动的起升机构拖动位能性负载下放或平移机构急减速、顺风运行时，异步电动机将处于再生发电状态，以往大部分都通过在中间直流回路设置电阻器，让连续再生能量通过电阻器以发热的形式消耗掉，这种方式称为动力制动。本文介绍了采访罗克韦尔自动化PowerFlex 700S变频器及控制系统在炼钢厂200吨铸造吊车上的应用，同时由于采用罗克韦尔自动化的集成架构控制系统及软件，设计和调试都变得更简单，为用户节省了时间和人力。冶金起重机系统简介

本起重机为“冶金铸造起重机”，代号为“YZ200/65t-19m A7”。主钩负荷200吨，副钩负荷65吨，跨度为19m，为四梁结构，分上下小车。

主起升部分包括两台250kW电机，三台减速机；每一台电机有两个制动器，制动器形式为液压推杆式；此主起升机构的减速机为冶金铸造用棘轮棘爪减速机，两台电机输出到棘轮棘爪减速机，再通过棘轮棘爪减速机输出到两台普通减速机，通过两台普通减速机控制两台钢丝绳卷筒，每个卷筒上安装两根钢丝绳，总计四根，通过四根钢丝绳带动下面的吊具（吊钢包的板钩）。副起升为一台160kW电机驱动，利用两台液压推杆减速机进行制动。

主小车部分为两台22kW电机分别驱动两边的减速机以带动车轮旋转，通过每台电机一个液压推杆制动器进行制动。副小车运行电机为一台15kW电机带动一台减速机进行驱动两边的车轮进行工作，通过一个制动器进行制动。大车部分为四角四台45kW电机分别驱动四台减速机，带动各部分的车轮进行工作，每个电机上面一台制动器。罗克韦尔自动化PowerFlex 700S变频器

PowerFlex700S是罗克韦尔自动化公司推出的高性能系统型变频器，它采用书本式结构设计，零间距安装（Zero Stacking™)，大大减少了变频器安装空间，从而节省大量的盘柜安装空间，节约成套成本和安装成本。内置了输入EMC滤波器，直流母线电抗器和输出共模滤波器，同时160kW以下变频器内置了制动单元，大大方便了用户的选型。因现场故障而需更换变频器时，PowerFlex700S的可插拔控制端子排可以帮助客户轻而易举地恢复控制线路。虚拟背板概念使得程序具有可移植其他Logix平台的能力，实现NetLinx™体系结构的无缝集成和直接通讯驱动。

PowerFlex 700S采用是自有专利的、FORCETM磁通矢量控制技术，加上速度闭环控制，确保负载始终处于受控状态。PowerFlex 700S具有TorqProveTM力矩校验功能，TorqProveTM确保停车后机械报闸可靠的控制负载，和当收到运行命令，机械抱闸打开时变频器能控制负载；TorqProveTM and Force TechnologyTM帮助消除人们对V/F标量型、传统矢量型变频器在抱闸时控制的不定因素的担忧，并可以解决起重应用中的关键问题：

（1）溜钩保护

当负载移动停止，机械抱闸闭合，变频器将斜坡降低输出转矩，同时监测编码器反馈，确认负载被控制。如果监测到编码器反馈有变化(溜钩)，变频器会马上增加输出转矩，重新控制负载，按照预先设定的速度下放负载。变频器会重复以上的周期，直到抱闸能控制负载或负载安全下放到地面。

（2）速度偏离保护（失速保护）

变频器会连续的监测速度命令和速度反馈，比较其偏差，如果偏差超出所允许的范围，那么变频器将变为故障状态，同时，抱闸投入工作。

（3）输出缺相保护

三相输出接线端被监测，确保输出每有缺相。一旦TorqProve 使能，这项功能不能被屏闭。

（4）编码器丢失

变频器会连续的监测编码器反馈，确保编码器工作正常。只要出现编码器丢失变频器马上变为故障状态，同时，抱闸投入工作。一旦TorqProve使能，这项功能必需使能.（5）基于负载大小的速度限制

允许高于基速运行（轻载时更快运行）；在基速时测量负载大小，若低于额定负载，则可超速。

PowerFlex 700S变频器的力矩校验时序图如图1所示。

以上所有的时间设置的分辩率为0.1秒

图1 力矩校验时序图 冶金起重机系统控制方案

本系统全部采用罗克韦尔自动化公司生产的PowerFlex 700S变频器，它采用ForceTM磁通矢量控制方式。这种控制方式采用实时计算的电动机转矩和转速构成转矩转速双闭环系统，其动、静态精度高（速度控制精度高达±0.001%，转矩控制精度高达±2%）；在转矩响应方面，比非ForceTM控制方式变频器快许多（转矩响应响应时间≤5ms），并克服了传统调速系统和转矩开环变频器低速段输出转矩不足的问题，其零速转矩可达200%。这些特点充分保证了位能性负载的要求。

系统具体配置如下：大车行走机构采用两台变频器，分别驱动一台电动机。其中一台为主机，另一台为从机。利用主从应用软件，保证两台电动机的速度同步和负荷平衡，防止大梁扭动和啃轨。小车机构变频器采用一台变频器。主起升机构和副起升机构，分别采用一台变频器，并分别采用一台光电编码器，做速度反馈和控制检测用。系统采用能耗制动的方式将连续再生能量消耗点实现制动。所有变频器配有各类标准的现场总线接口。大车和小车的控制系统图如图2所示，主钩和副钩的控制系统图如图3所示。

图2 大车和小车的控制系统图

图3 主钩和副钩的控制系统图

两台主起升变频器采用主从方式，通过光纤通讯方式传递力矩信号，采用力矩跟随的方法保证两台电机出力均匀。采用力矩跟随方式作负荷分配具有力矩分配精度高、动态响应快、调速范围宽等优点。力矩跟随方式示意图如图4所示。

图4 力矩跟随方式示意图

本系统采用Compact Logix作为核心控制器，采用工业控制现场总线，将PLC、远程I/O、各机构变频器、触摸屏联结起来，减少电缆投资，减少接线和维护工作量，减少故障点。远程I/O和触摸屏安装于司机室。接受操作人员的指令，显示系统各种工况信息，以利于操作人员监视、操作和方便维护人员故障诊断与维修。PLC安装于控制柜内。接收现场检测器件的状态信息、变频器等状态信息，控制系统运行。PLC控制柜、变频控制柜，以及电阻制动柜安放在大梁上。

5结束语

本系统采用采用罗克韦尔自动化公司的Compact Logix作为核心控制器，与PowerFlex 700S高性能系统型变频器一起组成一个高可靠性的系统，该冶金铸造起重机经一次调试成功，整机设备运行良好，完全能够满足客户的生产需求。目前，此系统在实际工作环境中运行良好，十分稳定。(end)

第二篇：1336系列变频器在阳极焙烧多功能天车控制系统中应用

1336系列变频器在阳极焙烧多功能天车控制系统中应用

多功能天车

变频器

PLC

1引言

中铝青海公司炭素厂四焙烧车间多功能天车是2005年从国外购进的阳极焙烧生产专用作业设备（如图1所示），其电气系统是采用SLC-5000系列可编程序控制器（Logix5550）进行网络控制，大车、小车行走、碳块夹具提升、卸料管及吸料管提升均采用1336系列变频器调速控制，使整车实现了快速阳极运送和超低速在焙烧炉面作业（装炉、清料和加料）的需要，又实现了准确对位、安全作业和高效率作业的要求，大幅提升了多功能天车综合性能。通过多年实际应用结果，证明采用Logix5550和1336系列变频器实现的整车控制系统，很好的解决了焙烧多功能天车运行中存在的多故障、电器件使用寿命短、易老化等实际问题（由于焙烧车间碳粉尘、沥青烟浓度高，环境温度高达58℃以上，对天车电气控制器件工作稳定性及使用寿命影响很大）。6年来该车所采用的电器件均工作良好，主要电气控制器件均未出现过烧坏、工作性能变差等异常现象。特别是变频器的耐热性、PLC的抗噪性及其它电器件的稳定性，充分证明其质量的优越和性价比显著高的特点。

2控制系统原理及配置

我厂四期阳极焙烧多功能天车是采用Logix5550控制器实现整车控制，大、小车、卸料、吸料管提升采用1336 PLUS II变频器调速，1#、2#碳块夹具提升采用1336 Impact变频器调速，其主机与变频器通过网络实现控制和通讯，其整车系统配置如图2所示。2.1 大车拖动控制系统

焙烧多功能天车大车设计为双电机（22kW）拖动方式，为更好地满足天车快速进行阳极运送要求，又能满足准确定位和微动作业安全的需要，使大车的两轮同步运行的目的。大车拖动2台电机采用变频器“一拖二”控制，变频器选用1336 PLAS II变频器，其变频器控制及接线原理如图3所示。

图1 阳极焙烧多功能天车

图2 多功能天车控制系统配置

图3 大车变频器接线原理图

2.2 小车拖动控制系统

小车也设计为双电机（11kW）拖动方式，其控制功能、方式和作业要求均与大车相同，其变频器控制及接线原理如图4所示。

图4 小车变频器接线原理图

2.3 卸料管、吸料管提升控制系统

多功能天车卸料管和吸料管设计为单电机（5.2kW）拖动方式，由于其工作一般是在阳极焙烧炉上进行吸料或卸料作业，因此其料管升降要求十分缓慢，过快就会出现撞坏或挂坏焙烧炉壁等问题，造成较大破坏和损失。卸料管和吸料管提升拖动电机采用变频器“一拖一”控制，变频器为1336 PLAS II变频器，其变频器控制及接线原理如图5所示。

图5 卸料管/吸料管提升变频器接线原理图

2.4 碳块夹具提升控制系统

多功能天车碳块夹具分为1#、2#两套，其夹具提升设计为单电机（45kW）拖动，其每套夹具一次运送6块碳块（860kg/块），且作业面主要是进行阳极焙烧炉装炉或出炉作业（焙烧炉装阳极块或出块），其夹具升降必须微动作业，过快就会发生撞坏或挂坏炉壁等事故。夹具提升电机采用变频器“一拖一”控制，变频器为1336 Impact变频器，其变频器控制及接线原理如图6所示。

图6 夹具提升变频器接线原理图 变频器配置及参数设定

3.1 大车驱动变频器型号、配置及主要参数设定

（1）变频器：1336F-B060-AE-EN（1336-plus II 380，460V）；（2）通讯界面：1202-C10；（3）制动单元：1336-WB110；（4）参数设定，如表1所示。

3.2 小车驱动变频器型号、配置及主要参数设定

（1）变频器：1336F-B030-AE-EN（1336-plus II 380/460V）;（2）通讯界面：1202-C10；（3）制动单元：1336-WB035；（4）参数设定，如表2所示。

3.3 吸料/卸料管提升变频器型号、配置及主要参数设定（1）变频器：1336F-BRF100-AE（1336-plus II，380V/460V）;（2）通讯界面：1202-C10；（3）制动单元：1336-WB009；（4）参数设定，如表3所示。

3.4 碳块夹具(1#、2#)提升变频器型号、配置及主要参数设定（1）变频器：1336E-B060（1336-Impact 380,460v）;（2）通讯界面：1202-C10；（3）制动单元：1336-WB110；（4）参数设定，如表4所示。效果

此系统安装投用以来，多功能天车一直运行良好，控制系统稳定，设备故障非常低，从未发生过大的电气器件烧坏或工作不稳定等异常。6年多的实践结果，充分证明基于1336系列变频器实现的天车整车控制、大、小车拖动、卸料管提升、吸料管提升及夹具装置提升等调速系统，工作十分可靠、稳定，使天车的各项功能真正达到了微动和超低速的控制，大、小车定位更准确，卸料管、吸料管及夹具装置提升平稳，驾驶人员操作方便，天车作业效率显著提高（据统计，每班次工作量是国产同类设备的2~2.5倍以上）。其次，变频器的平稳、低电流的启动或停车功能，有效地实现了天车柔性工作性能，从而大幅降低了天车机械损坏和冲击力。尤其是其电气方面，其效益和效果最为明显和突出，主要具体如下：

（1）采用Logix5555控制器实现整车电气控制系统，使硬件结构接线简单；通过编程实现控制功能、操作台档位逻辑互锁和整车保护措施，使天车操作、作业更加可靠、准确、安全；整车控制电源采用24VDC，使天车的安全性得到充分保障。

（2）大、小车的行走采用变频调速技术，使得启、停过程平滑、定位准确，有利于焙烧阳极编组、碳块装炉、焙烧炉吸料和填充料添加等作业需要（微动操作和定位准确要求）。

（3）整车电气系统应用大量的罗克韦尔自动化电机控制变频器、PLC、显示器等其它产品，通过网络控制，使电机调速控制、保护功能和工作信息迅速得到传输，实现了操作人员在驾驶室内，就能及时、准确了解到整车工作情况（如设备工作状态、故障诊断、故障前报警等信息），同时也便于帮助维修人员了解异常信息和处理故障。

（4）1336 pulsⅡ系列变频器具有调速范围宽、静态性好、启动转矩平缓、抗干扰能力强，十分适合机械拖动类设备的调速控制；1336 Impact系列变频器具有启动转矩大、抗过载能力强，适合重载提升类设备的调速控制；长期使用效果证明，1336系列变频器具有适用电网供电不稳或瞬停的移动设备环境的特点。由于天车通常是采用移动滑触式供电装置，在较大负载或移动工作情况下，其电源不稳定，会引起许多电器件工作异常问题。

（5）高海拔条件下工作稳定。由于我厂位于2300多米的高海拔地区，许多厂家的变频器在高海拔环境下，其使用过程中，会出现变频器过热、易烧坏和工作不稳定等现象。但1336系列变频器在长期使用中，却一直工作稳定、良好。

（6）抗噪性、耐高温能力均十分显著。铝电解阳极焙烧厂房内温度高（夏季温度高达58℃以上）、粉尘多（碳粉末、沥青烟气）环境恶劣。其次焙烧车间工作连续作业性强。Logix5555控制器和1336系列变频器长期在这种条件下工作，从未出现过工作异常现象和器件易老化问题。（7）使用过程中，设备维修费用低。投入使用6年来，除了天车上常用器件因机械方面被撞坏或挂坏外，其它电气控制器件均工作良好，电器件使用寿命很长。据维修费用统计，这台多功能天车每年平均维修费用只有7.2万/台（其中机械方面消耗费用为5.7万元以上），是国产同类天车维修费用的1/19。结束语

我厂四期阳极焙烧多功能天车采用Logix5550控制器、1336系列变频器和panel view1000终端显示器等自动化产品构建的控制系统，其优良的产品和技术，使天车控制和功能更加先进；天车此2005年投运至今，一直工作稳定可靠、故障率低、维护量小；整套系统自动化水平高、操作方便、报警准确等特点，达到了安全控制水平。实践证明，高性价比的罗克韦尔电气产品是自动化控制系统及应用领域首选的产品。

更多请访问：中国自动化网(http://www.xiexiebang.com)

韩敏

第三篇：变频器在提升机上的应用

河南远航工控设备有限公司 竭诚为您服务 矿井提升机的变频调速改造

一、概况

矿井提升机是煤矿，有色金属矿生产过程中的重要设备。提升机的安全、可靠运行，直接关系到企业的生产状况和经济效益。某煤矿井下采煤，采好的煤通过斜井用提升机将煤车拖到地面上来。煤车厢与火车的运货车厢类似，只不过高度和体积小一些。在井口有一绞车提升机，由电机经减速器带动卷筒旋转，钢丝绳在卷筒上缠绕数周，其两端分别挂上一列煤车车厢，在电机的驱动下将装满煤的一列车从斜井拖上来，同时把一列空车从斜井放下去，空车起着平衡负载的作用，任何时候总有一列重车上行，不会出现空行程，电机总是处于电动状态。这种拖动系统要求电机频繁的正、反转起动，减速制动，而且电机的转速一定规律变化。斜井提升机的机械结构示意如图1所示。斜井提升机的动力由绕线式电机提供，采用转子串电阻调速。提升机的基本参数是：电机功率55kW，卷筒直径1200mm，减速器减速比24︰1，最高运行速度2.5m/s，钢丝绳长度为120m。

目前，大多数中、小型矿井采用斜井绞车提升，传统斜井提升机普遍采用交流绕线式电机串电阻调速系统，电阻的投切用继电器—交流接触器控制。这种控制系统由于调速过程中交流接触器动作频繁，设备运行的时间较长，交流接触器主触头易氧化，引发设备故障。另外，提升机在减速和爬行阶段的速度控制性能较差，经常会造成停车位置不准确。提升机频繁的起动﹑调速和制动，在转子外电路所串电阻的上产生相当大的功耗。这种交流绕线式电机串电阻调速系统属于有级调速，调速的平滑性差；低速时机械特性较软，静差率较大；电阻上消耗的转差功率大，节能较差；起动过程和调速换挡过程中电流冲击大；中高速运行震动大，安全性较差。

携手远航 共创辉煌 电话：0371-67250191/192/193 传真：0371-67250102热线：*** 河南远航工控设备有限公司 竭诚为您服务

二、改造方案

为克服传统交流绕线式电机串电阻调速系统的缺点，采用变频调速技术改造提升机，可以实现全频率（0~50Hz）范围内的恒转矩控制。对再生能量的处理，可采用价格低廉的能耗制动方案或节能更加显著的回馈制动方案。为安全性考虑，液压机械制动需要保留，并在设计过程中对液压机械制动和变频器的制动加以整合。矿井提升机变频调速方案如图2所示：

图2 矿井提升机变频调速方案

携手远航 共创辉煌 电话：0371-67250191/192/193 传真：0371-67250102热线：*** 河南远航工控设备有限公司 竭诚为您服务 考虑到绕线式电动机比鼠笼式电动机的力矩大，且过载能力强，所以仍用原来的4极160kW绕线式电机，在用变频器驱动时需将转子三根引出线短接。提升机在运行过程中，井下和井口必须用信号进行联络，信号未经确认，提升机不能运行。为显示运行时车厢的位置，使用E6C3-CS5C 40P旋转编码器，即电机旋转1圈旋转编码器产生40个脉冲，这样每两个脉冲对应车厢走过的距离为1200。则与实际距离的误差值为4-3.9=0.027mm，卷筒运行一圈误差为0.027，已知钢丝绳长度为120m，如果两个脉冲对应车厢走过的距离用近似值3.9mm计算，120m全程误差为120000。再考虑到实际检测过程中有一个脉冲的误差，则最大的误差在821mm~829mm之间，对于数十米长的车厢来说误差范围不到1米，精度足够。因此，用计数器实时统计旋转编码器发出的脉冲个数，则可计算出车厢的位置并用显示器显示。另外一个问题是计数过程中有无累计误差存在？实际检测时，在一个提升过程开始前，首先将计数器复位，第一个重车厢经过某个位置时，打开计数器计数，车厢在斜井中的位置以此点为基准计算，没有累计误差。在操作台上，用SWP-AC系列智能型交流电压/电流数字仪表显示交流电压和电机工作电流，用智能型数字仪表显示提升次数和车厢的位置。

三、方案实施

斜井提升负载是典型的摩檫性负载，即恒转矩特性负载。重车上行时，电机的电磁转矩必须克服负载阻转矩，起动时还要克服一定的静摩檫力矩，电机处于电动工作状态，且工作于第一象限。在重车减速时，虽然重车在斜井面上有一向下的分力，但重车的减速时间较短，电机仍会处于再生状态，工作于第二象限。当另一列重车上行时，电机处于反向电动状态，工作在第三象限和第四象限。另外，有占总运行时间10%的时候单独运送工具或器材到井下时，电机纯粹处于第二或第四象限，此时电机长时间处于再生发电状态，需要进行有效的制动。用能耗制动方式必将消耗大量的电能；用回馈制动方式，可节省这部分电能。但是，回馈制动单元的价格较高，考虑到单独运送工具或器材到井下仅占总运行时间的10%，为此选用价格低廉的能耗制动单元加能耗电阻的制动方案。

携手远航 共创辉煌 电话：0371-67250191/192/193 传真：0371-67250102热线：*** 河南远航工控设备有限公司 竭诚为您服务 提升机的负载特性为恒转矩位能负载，起动力矩较大，选用变频器时适当地留有余量，因此，宝米勒MC200G1850T4 185KW变频器。由于提升机电机绝大部分时间都处于电动状态，仅在少数时间有再生能量产生，变频器接入一制动单元和制动电阻，就可以满足重车下行时的再生制动，实现平稳的下行。井口还有一个液压机械制动器，类似电磁抱闸，此制动器用于重车静止时的制动，特别是重车停在斜井的斜坡上，必须有液压机械制动器制动。液压机械制动器受PLC和变频器共同控制，机械制动是否制动受变频器频率到达端口的控制，起动时当变频器的输出频率达到设定值，例如0.2Hz，变频器KB、KA端口输出信号，表示电机转矩已足够大，打开液压机械制动器，重车可上行；减速过程中，当变频器的频率下降到0.2Hz时，表示电机转矩已较小，液压机械制动器制动停车。紧急情况时，按下紧急停车按钮，变频器能耗制动和液压机械制动器同时起作用，使提升机在尽量短的时间内停车。

提升机传统的操作方式为，操作工人坐在煤矿井口操作台前，手握操纵杆控制电机正﹑反转个三挡速度。为适应操作工人这种操作方式，变频器采用多段速度设置，X1、X2设为正反转，X3、X4、X5可设挡速度。变频调速原理图如图3所示：

变频器的设置详请参见MC200T系列变频器用户手册。

四、提升机工作过程

提升机经过变频调速改造后，系统的工作过程阿盛大的变化。操纵杆控制电机无极调速。不管电机正转还是反转，都是从矿井中将煤拖到地面上来，电机工作在正转和反转电动状态，只有在满载拖车快接近井口时，需要减速并制动，提升机工作时序图如图4所示：

携手远航 共创辉煌 电话：0371-67250191/192/193 传真：0371-67250102热线：*** 河南远航工控设备有限公司 竭诚为您服务

图4 提升机工作时序图

图4中，提升机无论正转、反转其工作过程是相同的，都有起动、加速、中速运行、稳定运行、减速、低速运行、制动停车等七个阶段。每提升一次运行的时间，与系统的运行速度，加速度及斜井的深度有关，各段加速度的大小，根据工艺情况确定，运行的时间由操作工人根据现场的状况自定。图中各个阶段的工作情况说明如下：

（1）第一阶段0～ｔ1：串车车厢在井底工作面装满煤后，发一个联络信号给井口提升机操作工人，操作工人在回复一个信号到井底，然后开机提升。重车从井底开始上行，空车同时在井口车场位置开始下行。

（2）第二阶段 t1～t2：重车起动后，加速到变频器的频率为f2速度运行，中速运行的时间较短，只是一过渡段，加速时间内设备如果没有问题，立即再加速到正常运行速度。

（3）第三阶段 t2～t3：再加速段。

（4）第四阶段 t3～t4：重车以变频器频率为f3的最大速度稳定运行，一般，这段过程最长。（5）第五阶段 t4～t5：操作工人看到重车快到井口时立即减速，如减速时间设置较短时，变频器制动单元和制动电阻起作用，不致因减速过快跳闸。

（6）第六阶段 t5～t6：重车减速到低速以变频器频率为f1速度低速爬行，便于在规定的位置停车。

携手远航 共创辉煌 电话：0371-67250191/192/193 传真：0371-67250102热线：*** 河南远航工控设备有限公司 竭诚为您服务（7）第七阶段 t6～t7：快到停车位置时，变频器立即停车，重车减速到零，操作工人发一个联络信号到井下，整个提升过程结束。

以上为人工操作程序，也可按PLC自动操作程序工作。图中加速和减速段的时间均在变频器上设置。

五、结语

绕线式电机转子串电阻调速，电阻上消耗大量的转差功率，速度越低，消耗的转差功率越大。使用变频调速，是一种不耗能的高效的调速方式。提升机绝大部分时间都处在电动状态，节能十分显著，经测算节能30%以上、取得了很好的经济效益。另外，提升机变频调速后，系统运行的稳定性和安全性得到大大的提高，减少了运行故障和停工工时，节省了人力和物力，提高了运煤能力，间接的经济效益也很可观。

携手远航 共创辉煌 电话：0371-67250191/192/193 传真：0371-67250102热线：***

第四篇：轻量化在汽车上的应用

轻量化在汽车上的应用

一、轻量化”是新能源汽车发展方向之一

■ 轻量化是新能源汽车发展方向

汽车轻量化设计，不仅带来油耗降低，更能促进综合性能的全面提升。科技部部长万钢强调了“轻量化”是中国电动汽车的发展方向之一。

德国联邦经济与能源部委托德国工程师协会（VDI）编制的2015年《德国轻量化现状盘点》研究报告中指出，轻量化对汽车制造业等许多行业意义深远，它决定了德国工业在未来的全球市场中是否能以创新、高能效和资源节约型的产品取得统治地位。

研究表明，在市区的运行工况下，平均车重1600kg的电动车如果减重20%，能量消耗可以减少15%。如果采用增加电池来增加行驶里程，成本往往会非常高。

有关专家认为，在电池技术短期内难有重大突破的情况下，电动汽车迫切需要采用轻量化技术来降低重量，以减轻电池增重的压力。

■ 新能源汽车轻量化设计有多种趋势

新能源汽车企业正在做轻量化设计，北汽、长安走在前列，奇瑞、江淮、吉利等也都非常重视。目前正在探讨新能源汽车轻量化的路线，比如，整车包括车身轻量化、全新架构底盘轻量化、电池系统轻量化以及车身内外饰与电子电器等；材料方面包括复合材料及成形工艺、轻质铝合金及成形工艺、高强度钢及成形工艺、轻质镁合金及成形工艺等。

未来新能源汽车轻量化将车身高强钢化和全铝车身两条路线并行，2020年先进高强钢比例达到国际先进水平和应用全铝车身。

汽车车身轻量化的发展趋势是混合多材料设计。碳纤维混合材料车身不仅能够承重，而且更安全。至于目前存在的成本高问题，碳纤维成本居高不下，主要是工艺成本高，未来批量生产，成本有望下降。

汽车对材料的成本要求很高，因此碳纤维在汽车轻量化中的应用，首先要解决成本问题。

■ 仍有问题急需解决

相比传统汽车，新能源汽车车身结构不一样，高强度钢、铝合金、镁合金在新能源汽车上应用较多。由于新能源汽车是未来发展趋势，国家十分重视其轻量化。

与传统节能汽车的轻量化结构设计有所区别的是，新能源汽车的轻量化技术手段、电动汽车整车重量、续航能力与重量设计都需要重新研究。需根据不同车型，设计轻量化方案，这是企业所面临的重要挑战之一。

碳纤维复合材料NVH（减振降噪）水平如何提高是轻量化设计过程中所面临的挑战和问题。随着轻量化技术应用越来越多，多材料的轻量化技术路径成为必然的趋势，因而连接技术也成为轻量化技术应用过程中的重点技术。

新能源汽车轻量化设计需要开发高集成度的电动一体化底盘产品技术，高度集成电池系统、高效高集成电驱动总成、主动悬架系统、线控转向/制动系统、集成控制系统，实现整车操纵稳定性、电池组安全防护、底盘系统的轻量化研究应用。新能源汽车企业也需要系统规划，围绕整车轻量化开展整车轻量化目标制定，分解和组织行业资源针对轻量化应用技术系统进行开发。

二、专用汽车轻量化制作采用铝合金材料的优势

目前在专用汽车上应用较多的轻量化材料有铝合金、镁合金、高强度钢、塑料及复合材料等。各大汽车公司都已经将采用这些轻量化材料的多少作为衡量汽车生产技术和新材料开发水平是否领先的重要标志。

铝合金：与钢相比，铝合金具有质量轻、耐腐蚀性好、易于加工等特点，但成本较高，是近20年来在载货汽车上使用最多的轻量化材料。

镁合金：与钢铁相比，镁合金密度小，易于加工，压铸经济，其最大的特点是阻尼减振性和抗凹性好。镁合金在上世纪40年代就被一些公司采用。镁合金在应用上比铝合金发展慢，主要原因是其铸造性差、后处理工艺复杂、成本较高。当前世界上每辆汽车的镁合金平均用量仅2.4KG。随着研制材料技术水平的提高，其应用速度不断加快。

塑料及复合材料：汽车塑料制品一般分为内饰件、外饰件和功能件等，目前世界主要汽车用塑料件的内饰化已基本完成。玻璃纤维增强塑料等新产品已随着新技术的成熟而逐步扩大应用，主要用于车身内装件和功能件。

高钢度钢：在轻量化材料中，与铝合金、塑料相比，高强度钢具有以下特点。价格低，基本上可以利用原有生产线；其弹性模量高、刚性好、耐冲击性好及较高的疲劳强度，有些高强度钢的抗拉强度为普通钢的2～3倍；耐腐性差。

相比之下，铝合金在专用汽车轻量化新材料中更加具有以下优势：

1、整备质量低。铝的密度低，只有2.7g/cm3，是同体积钢的1/3重量。铝合金材料在运输车上的应用，极大的减轻了其自重。如御捷马公司生产的13m铆接式铝合金厢式半挂车，与同类钢制材料半挂车相比自重减轻约3t，一个45m3的铝制半挂罐车，其自重可以减轻5t多。

2、耐腐蚀、寿命长。铝合金具有较好的耐腐蚀性。用铝合金制造的(厢)罐体，内部不需要涂任何防护层就可以运输各种液体和货物，从而保证了油品的清洁，减少了对货物的污染。根据欧美国家的经验，一般铝合金运输车辆的寿命周期一般在1520年，比普通钢制车辆寿命长510年。同时，由于铝合金耐腐蚀性好，可长期保持表面美观，车辆实际使用和维护成本较低。而普通钢制材料车辆特别是拉煤半挂车，新车投入使用不久，就会出现锈蚀“溜黄汤”现象，每年审验时都要做喷漆整容处理，增加了使用维护成本，还给环境造成一定的污染。

3、燃油经济性。根据欧洲铝业协会有关的研究报告，车辆每轻100kg，百公里油耗可降低0.6L，每节约1L燃油可减少CO2排放2.3kg。如果一部运输车减重3t，年行驶12万km，按一半的空载里程计算，每年可节省燃油10800L，可减少CO2排放量24.84t，充分显现出对能源的节约和环境保护的优势。

4、有效承载增加经济性。根据我国颁发的道路安全法规定，交通运输车辆车货总质量不得超过55t。为了取得更好的经济效益，车辆轻量化，增加有效承载能力尤其重要。假如一辆运输车辆将自身减轻的3t重量，有效的转化为增加了3t货物，每年还是按12万km计算，按吨公里运输成本0.5元，可为用户增加收入90000元/年，经济效益非常可观。

5、回收价值高。由于铝合金具有较高的耐腐蚀性，在车辆达到强制报废年限，车体并没有很大的损伤，车体回收价值是原铝的85%以上。也就是说，一辆铝合金罐式运输车如果用铝材料5t，车辆报废回收至少可达8万元，具有较高的再利用附加值。而普通钢制运输车，车辆强制报废后，由于材料的耐腐蚀程度差，其车辆残值和再利用价值很低。

6、加工工艺成熟。铝合金也是除钢铁之外第二大广泛应用的金属，加工工艺已经日趋成熟。MIG、TIG、电阻焊等焊接方法都可以用来焊接铝合金。同时，铝合金也可以进行弯曲、冲压和深拉加工。易于铆接工艺手段加工，强度和承载能力优于碳钢材料。

二、铝合金专用汽车产品系列及其特点

铝合金专用汽车产品主要有：铝合金厢式运输半挂车、铝合金翼开启厢式运输车、铝合金化工罐式车及冷藏保温车等系列产品。铝合金专用汽车造型美观，耐腐蚀，寿命长。

1、铆接铝合金厢式车产品特点。无纵梁承载式车身结构设计；采用铆接工艺制作；厢体选用铝合金板材，耐腐蚀，寿命长；顶板为半透明玻璃钢板；采用空气悬架和无内胎轮胎。

2、铝合金厢式车产品设计特点。上、下边梁：采用高强度铝合金挤压成型材料。车身及外蒙皮：均采用铝合金材料，外蒙皮选用高强度预涂漆铝合金板，省去了现场的喷漆工序，有效的保护了现场作业环境和员工的身体健康。车顶：顶弓为铝合金或高强度热镀锌型材，设计为封闭结构，具有防下沉特性；顶蒙皮为整张半透明玻璃板，便于厢内采光，节约能源。行走部分：选用空气悬架，无内胎真空胎，运输过程中可以有效的降低对货物、轮胎、公路路面和车辆部件的损伤。整车：充分体现了重量轻、节能环保、材料可回收在利用的优势。

3、铝合金翼开启厢式车产品特点。侧栏板为铝合金型材，插铆接工艺制作；侧翼选用铝合金瓦楞板；侧翼可开启约90°，装卸效率高；手动或遥控液压控制，操作方便。

4、铝合金罐式运输车产品特点。拥有国内先进的罐体成型工艺装备和焊接生产线，选用优质铝合金材料焊接而成。罐体全部采用高强度铝合金板焊接而成；罐体附件均使用铝合金材料；整备质量低，比同类罐车轻约2t；耐腐蚀，寿命长；罐体内部清洁度高。

5、冷藏保温车产品特点。厢体采用德国技术和生产工艺，选用高性能硬质聚氨酯保温板，经过复合热压成型，板内无任何金属骨架，整体强度高、保温性能好。厢体包边、顶角均采用用铝合金型材；厢内可选装铝合金导轨和通风槽；整备质量轻，48英尺冷藏半挂车比同类产品轻2.8t。轻型冷藏车和微型保温车则作为短途分配性运输的主要工具而得到快速的发展。厢体结构向合理化方向发展，新材料将会不断的被利用。主要是聚氨酯发泡材料和铝板，体现了冷藏保温汽车所用材料的轻量化。

以上铝合金运输车辆，从产品的制造结构形式来分，主要分为铆接式和焊接式两大类。一是铆接式：以厢式车为主，包括翼开启厢式车、铝合金厢式半挂车等。此类车辆根据车型的不同，所采用铝合金材料的比例也不尽相同，低的30%～40%，高的可达70%～80%。二是焊接式：以罐式车、半挂车为主，包括单车罐、半挂罐车、普通半挂车等。此类车辆制作主要以焊接形式为主，所采用铝合金材料的比例较高，部分产品所用原材料中铝合金所占比例可达90%以上。

虽然目前铝合金罐车进入市场的数量还不是太多，但已初步得到了用户的接受，部分企业还拿到了国内外客户的小批量订单。从目前罐式车的需求形势看，铝合金罐式车正在逐步得到用户的接受和认可，预计几年内，将会呈现出良好的发展态势，也会展现出有着较大的发展空间。

三、推广使用铝合金专用汽车意义重大

专用汽车轻量化对节能减排意义重大。从能源角度讲，汽车燃油消耗在我国石油消耗中所占比例日益增大，有资料显示，目前我国进口的原油的近30%被汽车消耗掉，而今后汽车消耗原油量的比例将升至50%。汽车燃油消耗量增多主要有以下两方面的原因：一是我国经济持续发展，带动了汽车消费和保有量的大幅攀升；二是由于我国汽车技术水平相对落后，单车燃油消耗明显高于国外，目前生产汽车的平均耗油量大约为国外汽车高20%～30%，而摆在我们面前的现实部题是，我国石油资源和产量有限，无法满足国内的能源消耗，近几年我国石油进口量逐年增多，对外依存度已超过40%，因此提高汽车的燃油经济性，从总体上控制汽车的燃油消耗，保护国家资源具有很重要的意义。

根据国外的有关资料，车辆减轻自重10%，可降低油耗5%～8%，对于载货车来说，减轻自重还提高了有效载荷的质量，即增加了装载利用系数，可提高运输效率，在降低运输成本，这相对来说也是降低了燃油费用。推广汽车轻量化是我国汽车工业发展的当务之急，对解决我国能源短缺，道路超载、运输效率低下具有很重要的意义。

汽车轻量化实质上就是零部件轻量化。采用锻造铝合金车轮，可以很大程度减轻车的自重。比如，一辆拖挂40吨的重卡和半挂车运输系统，一共有22个车轮，加上前后备胎共有24个。以目前我们经常用的钢质车轮计算，如果换成锻造铝合金车轮，重量可减轻近600kg。不仅如此，由于铝合金材料具有散热好和防止轮胎橡胶老化的特点，装上锻造铝合金车轮的卡车、客车、挂车可节省26%的轮胎消耗。由此可见，节能减排的效果多么明显。

近几年，铝合金罐车已呈现出一定的发展势头。国内部分改装企业采用铝合金材料，研发了不同车型和不同用途的铝合金罐式专用车。车型包括利用二类底盘改装的单车铝合金罐体、半铝和全铝半挂罐车等。基本用途涵盖了加油车、运油车、化工液体运输车和散装物料运输车等车型。

专用汽车制造材料轻量化是当今汽车技术发展的方向世界各国的汽车企业围绕节能、节材、环保、降低成本以及提高动力性、经济性、可靠性、安全性和舒适性等等基本性能，开展了新技术、新材料、新工艺、新产品的研究开发工作，其核心就是汽车轻量化。其主要意义表现在：一是降低燃烧消耗，增加汽车有效载荷，节省牵引动力，降低汽车运行费用。二是减少车辆对道路的损失，减少道路维护工作量。三是提高车辆的启动加速度及制动减速度，提高汽车的运行速度及曲线通过速度。

随着全球能源和环境压力的不断加大，追求汽车轻量化将成为汽车产业的发展趋势，铝镁合金将是实现汽车轻量化的首选材料。欧美等发达国家铝制专用车的开发和应用已有30多年的历史，目前铝制运输挂车的普及率已经达70%。其他专用车辆，如工程车、载货车等也较普遍的采用铝镁合金材料，技术已经成熟，并向标准化、系列化、多样化发展。

尽管近十年来，我国铝合金专用车得到不断的发展，但总体上仍尚处于起步阶段。目前，我国半挂车(厢式半挂车、仓栅半挂车、平板半挂车)社会保有量约300万多辆，专用车企业虽有部分品种的铝合金专用车进入市场，也得到了市场的接受，其铝合金运输车产品的市场份额仍然非常小。铝合金专用车在欧美发达国家已相当普及，但在我国铝制专用车之所以产销量小，发展缓慢，制约的主要因素有以下几个方面。

(1)成本高、价格高。以13m 3轴仓栅半挂车为例对比分析，普通钢制材料的半挂车价格约为8万～9万元，而铝合金材料的整车价格约为19万～20万元，两者相差10多万元，差距较大，用户接受起来有一定的难度。

(2)运输市场的不确定性。近几年，随着国家对超限超载车辆治理的不断加强，超载现象已明显好转，但超载现象仍时常存在，加之用户对新材料、新产品的接受需要一个过程，对采用铝合金材料的运输车辆的强度和承载能力存在疑问和顾虑。

(3)产业政策的影响。由于铝合金专用车和普通钢制专用车在市场价格上差异较大，铝合金运输车辆要想求得快速发展，需要国家产业政策的扶持。据说国家已在研究和制定轻量化运输车辆的产业扶持政策，这对专用车行业将是个利好消息。

四、铝合金专用车具有非常广阔的发展与应用前景

今后一个时期，科技进步更将日新月异，生产要素流动和产业转移的速度将趋于良性循环，国内国际两个市场、两种资源的相互补充，将为新材料、新产品的发展提供有利的内外部环境。国内市场随着国民经济总量构成变化，市场对专用汽车品种的需求格局将相应改变。

目前，我国每年新增和更新半挂车数量30万辆，假设其中50%为铝制半挂车，每辆车平均用铝3t，再加上相关的挂车铝制配件，仅此一项每年的用铝量将远远超过50万t，必将拉动铝加工产业的快速发展。由此可以看出，今后专用车制造业将成为拉动铝材料产业不可缺少的支柱性行业。

当前，世界汽车工业正面临越来越严峻的三大课题：能源、环保和安全。减轻汽车自重以降低能耗，减少环境污染，提高汽车的燃料经济性，节约有限资源已成为各大汽车厂最为关注的焦点。新型铝合金专用汽车将具有强劲的发展势头。

汽车轻量化正是节约能源的最有效途径，汽车轻量化的主要途径有：(1)优化车型结构，提升整车结构强度，降低耗材用量。(2)采用轻质材料，如铝合金、陶瓷、塑料、碳纤维复合材料等。(3)采用计算机进行结构设计。如采用有限元分析、局部加强设计等。(4)采用承载式车身，减薄车身板料厚度等。其中，当前汽车轻量化采取主要措施之一就是材料轻质化，而铝镁合金的大量使用，又是实现车辆轻量化最有效的途径。

根据欧美专用车市场发展历史经验来看，铝合金运输车将是今后中国运输车辆发展的必然趋势。国内铝合金专用汽车今后将向以下几个方面发展：

1、全铝化。运输车辆整体全铝化，主要车身和厢(罐)体采用铝合金的比例将达到90%以上，铝制车辆配件的比例也将不断提高，如半挂车的铝合金底盘、轮辋、支腿等。

2、多品种、多车型。铝制车辆的车型、品种将不断丰富，首先将涵盖罐式车、厢式车系列，并逐步向工程车、载货车、特种车等产品延伸。

3、专业化、标准化、系列化。铝合金运输车辆的生产厂家在今后一个时期将会逐渐增多，在市场逐步稳定后，将逐步形成一批专业化生产企业，其车型也将向标准化、系列化方向发展，并最终形成以专业化生产厂家为中心的产业基地。

三、如何实现汽车50%的轻量化

1.提高钢板的强度

为了减轻车身质量，首先提高现有材料的强度，然后才能减少其使用量，其中之一的措施是提高车身骨架中的高强度钢板的强度。在高强度钢板中，目前车身骨架中使用最多的是冷冲压加工的440MPa级和590MPa级钢板。也有少部分厂家使用780MPa级和980MPa级高强度钢板。如果采用冷冲压方式，使用了1.2GPa级钢板；如果采用热冲压和冷拉延方式，使用了1.5GPa级的钢板。

日产汽车公司的战略曾经指出“尽可能地使用钢铁件”，于是在北美销售的Infiniti Q50(日本名称为skyline)大部分使用了高强度钢板，见图1。为了保护碰撞时乘客的安全，高强度钢板主要应用于中间支柱、侧顶盖等，它们都是1.2GPa级的冷冲压件，见图2，并且达到了与980MPa级钢板同等水平的加工性(延展性)，目前已经在中间支柱那样的车身骨架中得以实现。此外，Q50车还在车身骨架中的其它部位使用了780～980MPa级、440～590MPa级高强度钢板，与过去相比，车身质量减轻了11kg。

图1 日产Infiniti Q50

图2 高强度钢板的使用部位 某钢铁公司的技术人员说：“把现在的热冲压加工的1.5GPa钢板变成冷冲压加工将是未来的目标”。面向2025年，据说在2022～2023年期间可以实现1.5GPa级冷冲压模式，2025年以后实现1.8GPa热冲压加工模式。

2.铁和铝合金的复合使用

仅靠提高钢铁的强度，车身轻量化已达到了极限。未来考虑铁和铝合金的同时合理应用(也就是多种材料的同时运用)。德国戴姆勒汽车公司的新车型“奔驰C级”，白车身表面积中约48%(换算成质量约24%)使用了铝合金。前后面罩、翼子板、车门和顶盖都是铝合金件，而车身骨架采用热冲压和冷冲压加工的高强度钢板或者冷冲压加工的普通钢板，见图3。

图3 C级车铝合金使用部位

对于C级车来说，强度要求高的骨架需要使用高强度钢板，除外板外，其它部位使用铝合金。如果使用铝合金，其位置必须远离汽车的重心，或者是车体的上部使用。

这种高强度钢板和铝合金的复合使用将在2020年以后得以实现，主要应用于C级中型车和D级以上大型车。丰田汽车公司2017年以后，计划在“凌志”车上使用铝合金。某有色金属公司的技术人员说：“2025年前车身上部将全部使用铝合金材料”。

2025年以后，一部分平台也将使用铝合金。虽然车身骨架一般都使用高强度钢板，但是为了吸收碰撞能量，平台的前后部位也将使用铝合金。

3.使用热可塑CFRP(碳纤维增强复合材料)

尽管同时复合使用了钢铁和铝合金，但是车身的进一步轻量化还是有极限的。如果轻量化30%，通过复合使用铁和铝合金可以实现；如果轻量化50%，必须使用更轻的高强度材料，只有复合使用铁、铝合金和CFRP才能实现。

德国宝马汽车公司2014年4月在日本发布了一款电动汽车i3，售价500万日元，首次采用了CFRP，主要应用部位在车身上部，称为“生活模块”；铝合金主要应用于车身下部，称为“驱动模块”，见图4。

图4 宝马汽车公司i3车体构造

通过铝合金和CFRP的有效组合，与同级别的汽油车相比，减轻质量大约140kg。据说，2020年以后500万日元级别的车将采用CFRP。

但是，要想把CFRP做成零部件，i3车尽管使用了RTM(树脂传递模塑成型)技术，成形时间也需要花5分钟以上。目的是把热固化性好的环氧树脂应用于树脂粘结剂中去。要想在量产车中运用，成形时间必须控制在1分钟左右。

为了使CFRP部件在1分钟内完全成形，必须在粘结剂树脂中使用热可塑性树脂。帝人公司与通用汽车公司共同开发了热可塑性CFRP，并把该CFRP用于试制的汽车骨架上，见图5。粘结剂树脂中含有PA(聚酰胺)和PP(聚丙烯)树脂。

图5 热可塑性CFRP试制车

关于1分钟可使热可塑性CFRP成形的技术，以东京大学项目组为主也展开了研究；与此同时，在日本NEDO(新能源产业技术综合开发机构)的推进项目中，成立了以三菱纤维公司和东洋纺织组为主的项目组和以东莱(TORAY)公司为主的项目组，正在开发连续与非连续的碳纤维毛坯。

名古屋大学针对经济产业部的研究项目，成立了“国际复合材料研究中心”，以2020年进入实际运用为目标展开研究。热可塑性CFRP可以运用于货箱隔板、地板、侧围板和发动机等结构比较复杂的部件中，据说2020年以后这些部件将被实际运用。

4.生产线下线涂装

CFRP以外的树脂部件以轻型车和微型车为主正在普及使用。大发汽车公司2014年6月发布的新车型COPEN的车身外板由13个树脂部件构成，其中，顶盖和后车窗除外，其它的11个部件可以更换，见图6。这些部件都是下线后涂装的，然后用螺栓固定在车体上。

图6 COPEN车树脂外板件

马自达汽车公司与三菱化学公司共同开发了生物工程塑料，不需要涂装就可以用于外装部件上。生物材料的自然着色效果超过了涂装之后的ABS传统树脂的质感(可以深层次调色，并且光滑性如镜面一样)，见图7。该公司采用该树脂制作的内装和外装部件将在2015年发布的新款运动跑车(ROADSTER)中采用，随后依次在量产车上采用。

图7 由生物材料制作的树脂中间支柱

2020年以后如果普及使用下线涂装树脂和本身不需要涂装的树脂的话，外板涂装工艺就会从汽车装配线上消失。另外，2025年如果实现了汽车无人驾驶的话，由于首先解决了汽车之间不会碰撞的问题，所以车身骨架结构将变得更加简单。

四、国产载重卡车轻量化发展趋势浅析

卡车行业因为混合动力、电动和燃料电池等新能源汽车技术的应用困难重重和前景不明，故轻量化成为目前重卡行业节能减排最现实而又最有效的技术措施。

随着中国经济发展及城市化进程的加快，低碳生活的逐步树立和深入人心，节能减排、绿色环保政策法规的逐步建立和实施,资源节约型、环境友好型社会建设步伐的加快，汽车节能已经成为汽车产业发展中的一项关键性研究课题，具体表现在国内物流整体向“高效率、高科技、高环保”方向发展。

汽车轻量化是社会整体水平提升、运输效率提升的体现。减轻汽车自身重量是提高汽车燃油经济性、降低汽车CO2排放的有效措施之一。尤其在卡车行业因为混合动力、电动和燃料电池等新能源汽车技术的应用困难重重和前景不明，故轻量化成为目前重卡行业节能减排最现实而又最有效的技术措施。

实现卡车的轻量化是一个优化车辆设计结构系统工程，它涉及整车、发动机、悬架等各个领域，甚至包括新材料以及新技术的应用。从基础设计上通过优化结构及合理使用新材料、新技术，在不降低承载能力前提下实现的整体轻量化。

汽车车身约占汽车总重量的30%，空载情况下，约70%的油耗用在车身重量上。汽车重量每降低100公斤，每百公里就可节油0.6～1.0升。若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高8%～10%；若滚动阻力减少10%，燃油效率可提高5%；若车桥、变速器等装置的传动效率提高10%，燃油效率可提高7%。因此，在中国式计重收费和“乱收费乱罚款超载治理”情况下，一辆轻量化卡车对于整车的燃油经济性、车辆控制稳定性、碰撞安全性都有实际重要性，载货车卡车轻量化已经形成发展大趋势。

然而在此情况下，对有些卡车生产企业来说，所谓“轻量化”还是个偷换概念过程，如在技术还达不到要求的情况下，通过减少钢板厚度、减少配件数量等等偷工减料，表面看是实现了轻量化，但却越过了安全底线，更何谈轻量化。与此同时，在乱罚款乱收费治理超载问题得不到解决的情况下，载货车的轻量化必定要走入误区。在市场竞争因素的综合作用下，谁能够在保障质量的前提下有效地降低卡车自重，实现轻量化，将是未来各大车企抢夺市场的制高点。

现从各卡车厂商推出的新产品来看，复合材料在整车所用材料中的比例逐渐提高，大量使用复合材料是必然的趋势。在实现轻量化的设计途径上，一是优化车辆结构，二是在优化产品结构的基础上应用新材料。前者属于低级阶段，后者属于高级阶段。自重成为选车的主要的因素。即使价格稍高，自重轻的卡车也会成为客户的首选。因为自重轻的卡车不仅拉得多跑得快还省油，所以更受欢迎。

一、轻型卡车轻量化发展趋势

我国轻卡在产品 技术方面发展的趋势主要在以下几个方面：第一，节能技术，用车经济性是客户和国家最直接可获利和可感知的性能；第二，安全性，包括主动安全和被动安全，这是必过的门槛；第三，低公害，包括排放标准要求的不断提高，减振降噪等，也是必须过的门槛；第四，功能性，包括容载量，动力性，可靠性、耐久性，驾驶、装卸、维修方便性，乘坐舒适性，这些都是竞争的因素；第五，电子控制、车联网信息技术的应用；第六轻卡制造技术发展的主要趋势为新材料应用、新工艺、新流程、新装备、新工具等。

此外，从近三年可以看出：轻卡的增量结构将会发生明显变化，轻卡正向高技术方向发展，新材料、轻量化、数字化、网络智能化、舒适化、功能多元化、乘用车化和人性化方向发展，主要体现为低噪声、安全可靠、皮实耐用、维修便捷、节能低排放、多功能以及新能源的使用。从轻卡产品发展趋势上看：

1、在动力系统设计上，已普遍采用增压中冷装置与高压共轨，优化改善了燃烧性能，使发动机的性能与燃料经济性得到很大的提高，这提高了发动机与整车的匹配性，使得车辆的动力输出更为强劲、加速性好，又符合了国家的对柴油机型发动机的排放标准。动力公司如康明斯、索菲姆、菲亚特、曼恩、纳威斯达等发动机，均采用电控涡轮增压高压共轨发动机、燃油与燃烧优化、智能电控、排放处理、滤清系统五大等核心领先技术。

此外，重型发动机延伸至中轻卡，如中国重汽集团杭发公司首台MC05发动机直列四缸、水冷、四冲程、增压中冷、高压共轨发动机。动力系统采用电控涡轮增压成趋势，是自主动力最强、重量最轻、体积最小的发动机，可满足国Ⅳ排放标准，同时具备升级到欧Ⅴ、欧Ⅵ排放潜力的发动机，成为市场竞争的利器。如奇瑞开瑞绿卡搭载全新设计轻质量缸体、缸盖的美国康明斯ISF2.8发动机，没有缸套，最终形成的总成干重仅为214kg，并配上全铝合金壳体的德国ZF变速箱，不仅重量轻，而且强度非常高。

2、驾驶室造型设计上，轻卡窄体、中体、宽体及双排、排半、单排驾驶室更趋势于乘用车化前脸造型更趋向于立体动感凌厉，整体显得更加大气厚重。前大灯组更加饱满犀利，吸纳欧美钢性线条元素，转角处保持日系车圆润饱满基因。缓冲装置采用乘用车型或分断式吸能缓冲保险杠。此外，整车可翻转液压驾驶室悬置、隔音、隔热减震材料等细节品质上，都提供了堪比轿车的品质呈现。

3、功能性设计上，集成电子油门、助力转向、离合助力、电动空调、电动车窗等轿车化舒适配置，靠拢乘用车标准。如液压减震座椅、定速巡航等多项轿车化配置。ABS制动防抱死系统，感载比例阀加排气蝶阀制动为标准配置设计，其优化独立储气单元，包括干燥器，四回路保护阀，螺旋冷却管，多彩色管路等系统。

4、车身车架设计上，在车型设计上，宽（窄）体驾驶室、长（短）轴矩、长（短）车身、加强型底盘、大动力、高速重载与车联网等，已经成为轻卡研发的大趋势与未来市场的主流产品。采用高强度的铆接大梁和抗腐蚀车架等等，这些新设计可以有效增强车辆的轻量化和高速行驶中的稳定性与安全性。此外，摒弃传统的钢板材质，采用全新设计的竹胶板与钢制外板相螺接的新式钢制/胶木结构货箱，在实现轻量化的同时也确保了承载力。

二、中重型卡车轻量化发展趋势

1、采用单层车架大梁相比钢板弹簧，车架的重量更大，有效减轻车架重量，将会大大的减轻整车的整备质量。随着设计水平、制造工艺的提高，材料性能的提高，单层车架在标准载荷的工况下是完全可以胜任的。

2、采用变截面少片簧结构板簧变截面少片簧是由几片纵向方向上变截面的板簧组成的，不但可以减轻重量，还可以通过减少板簧间的摩擦而提高驾乘的舒适性、延长使用寿命。另外采用橡胶悬挂或者空气悬挂也可以减轻悬挂系统的重量。

3、使用复合材料驾驶室是采用复合材料最多的总成，尤其是外覆盖件：前面板、包角板、翼子板、保险杠，甚至顶盖，都使用了大量的复合材料。这样一方面有效的减轻了整车重量，另外一方面由于复合材料成形性好，造型结构上较金属冲压件可以更复杂、更加美观、尺寸更加精确。目前国产重卡仍偏好全钢结构的驾驶室结构，这主要和中国重卡的恶劣工作环境有关。从近年来各重卡厂商推出的新产品来看，复合材料在整车所用材料中的比例逐渐提高，大量使用复合材料已成为一种必然发展趋势。

4、使用铝合金材料铝合金比钢材密度小，因此在一些复合材料无法替代的部位，使用铝合金材料，包括钣金件和铸造件。铝合金钣金件最有代表性的就是油箱，油箱采用铝合金材料，不但自重减轻，而且油箱内不易生锈，免除定期清洗的麻烦。车身也可以采用铝合金代替冷轧钢板。轮辋、发动机机体、变速器机体等，也可以大量采用铝合金铸造，可以在保证有足够强度、刚度的同时，最大限度的减轻重量。

5、使用高强度钢材使用高强度钢板，可以减薄钢板厚度，从而减轻重量。欧美重卡，重卡使用的钢材几乎100%是高强钢。以前国产重卡采用高强度钢板的比例较少，最近几年逐渐广泛使用，甚至自卸车的车厢都开始使用高强度钢板，以提高厢体强度、减轻自重。

6、使用拼焊板驾驶室由钢板冲压焊接而成，由于各部位的结构和受力情况不同，因此不同部位的钣金件也会采用不同牌号的钢板，一辆重卡的驾驶室可能采用几十种不同牌号、不同厚度的钢板。然而随着CAE技术的发展，经过模拟实验和分析，可以计算出同一个钣金件的不同部位的受力情况，为了减轻一些零件局部的不必要厚度，激光拼焊技术应运而生。激光拼焊技术是将经不同表面处理、不同钢种、不同厚度的两块或多块钢板通过激光焊接方法，自由组合成为一块钢板。

7、采用铸造件。传统的冲焊结构零件，由于材料和制造工艺的限制，各部位只能是等厚度的，为了确保零件的整体强度和刚度，冲焊件往往都比较厚重。结构件可以通过有限元软件进行CAE分析，对结构进行优化，根据各部位的受力情况设计成复杂的变厚度、变截面的结构，在保证有足够强度的前提下最大限度的削减不必要的局部厚度，从而大大减轻零件重量。

8、采用真空轮胎和超宽轮胎。采用真空胎和超宽轮胎也能在一定程度上降低自重。与传统轮胎相比，真空胎不但减少了内胎，轮辋的结构也相应减少了，整车全部换成真空胎，行驶阻力小，能够在一定程度上降低油耗。重卡的驱动轮一般都用双轮胎，如果改为超宽单轮胎，不但能够减少轮胎数量，还能减少轮辋的数量。另外超宽单轮胎的接地面积不比双轮胎小，除了能够降低自重外，还可以提高行驶稳定性、避免双轮胎的“吃胎”现象。此外，真空胎在轮胎穿孔的情况下，胎压不会急剧下降，完全能继续行驶，大大提高了高速行驶的安全性，而新式钢制/胶木结构货箱具有耐磨、耐腐蚀、减震和抗震功能，对于外来碰撞所造成的变形能自动修复，运送精密仪器和易碎货物更安全。

9、整合零件功能、减少零件数量整合所有零件功能、将多个零部件集成，实现零部件的多功能，减少零件数量，使其结构更加紧凑，也可以在一定程度上减轻整车重量。例如：将油箱和工作台踏板结合，将油箱与SCR的尿素罐结合等。

五、实现汽车轻量化的途径

今天汽车赖以“生存”的汽油燃料提取自石油，它的储量正在日益减少，但人们也未必会因此在燃油上花费高价，因为到2025年，汽车的平均燃效将达到50英里/加仑。

不过，汽车本身的油耗并不会自动下降，这都是靠着工程师开发的新技术而实现。那么，提升汽车燃效或者说降低油耗的方式有哪些？目前看来，轻量化是最有效的手段之一，据悉，汽车每减轻10%的重量将降低油耗6-7%。

汽车行业在轻量化技术上的进展也是有目共睹，从30年前一辆普通轿车的4500磅（2041千克）的平均重量降低至现在的3000磅（1361千克）左右。“轻量化”只是一个宽泛的概念，它设计到结构、材料、布局等等方面，本文将总结5项能够让汽车变得更轻的技术。

1、轮毂电机

汽车中最占重量的是什么部件？毋庸置疑，显然是发动机。发动机缸体、活塞、曲轴等各种组件均由刚强度材料制成。它们需要经受住发动机运行时的高压与高温。而其缺陷在于这些组件的重量非常大，一辆普通乘用车的发动机至少重几百磅。

当汽车行驶时，发动机的转动能量由变速箱传递两个或四个车轮上，实现这个过程则还需要传动轴以及更多的零部件，同样会增加汽车的重量。

而若采用轮毂电机的布局，则可以省去动力总成中的大部分组件，例如发动机与变速箱。轮毂电机直接安装在车轮内部。米其林和汽车公司Venturi在2010年合作推出了一款VenturiVolage概念车，其中就采用了轮毂电机方案，米其林将其称为主动轮系统（Active Wheel System）。该系统的强大之处在于，车轮内不仅有电机，甚至连电子制动系统、主动悬架系统也都包含在内。

2、塑料材质

塑料在我们日常生活中随处可见。现在，研究者正在通过各种方法令塑料的应用变得更广泛，同时使其强度变得更高以在更极端的环境下适用。美国Polimotor研制的塑料发动机材质比传统全金属发动机重量要轻30%。

除了发动机以外，我们还能在汽车内饰中见到它，例如车内饰板、中控台面板甚至是车外的前后保险杠、侧裙、侧视镜外罩等。

全世界每年约有250万吨的塑料水瓶被遗弃，现代QarmaQ概念车的车身则是从这些废弃塑料瓶中进行提取而得。将来某一天，当你看到一辆由塑料制成的汽车时请不要惊讶。

3、碳纤维

碳纤维对于汽车行业来说并不陌生，它一开始应用于航天飞机中，接着在赛车中应用，令他们再赛道上拥有更灵活的身姿。而现在，我们在一些高端汽车中也已经能见到它们的身影，例如宝马i3。

这类材料的强度与钢材相同，但重量仅为其一半，为铝材的70%。其结构与玻璃纤维类似，但强度却远远高于后者。

那么为何我们目前仅能在极少数的车中看到这类材料呢？原因是成本过高，具体表现为生产周期长、生产工艺复杂。

雷克萨斯、宝马、三菱等众多车企如今都在进行广泛的研究，试图找出降低碳纤维生产成本的方法，使其能够真正令汽车受益。宝马集团多年前就在其车辆上应用了复合材料和碳纤维织物。M系列车型的屋顶采用了赫氏公司的HexForce® NC2®碳纤维增强材料，拥有无卷曲产品专利制造技术，该技术使用单向带满足产品所需的强度和刚度。雷克萨斯的工程师将来自丰田汽车公司的传统编织方式转变为精密的三维碳纤维编织法，既有利于更精确的质量控制，又为此项工程技术在未来产品中的应用打下了坚实基础。

4、小型化汽车电池

对于混合动力甚至纯电动车来说，有什么办法能够对其进行减重呢？许多车企的做法是从提供驱动能量的电池着手。最早的时候，人们利用铅酸电池为电动车供电，原因在于它的电极材料容易获得，制造简便。随着技术进步，镍氢电池诞生，它相比铅酸电池来的更轻，并且容量也更大，在混动车中有广泛应用。

而随着燃效与环保法规收紧，车企希望通过电动车来达到最新的标准，那么，即便镍氢电池的大容量也已无法达标。镍氢电池的能量密度与相对应重量的石化燃料能量密度无法比拟。

此时锂电池的身影逐渐映入工程师的眼帘，其由于高能量密度的特性被视为更有潜力的电池种类。不过其缺点在于，长时间暴露在高温下容易起火甚至爆炸。虽然发生此类情景的概率不高，但在汽车这类产品中，一次起火事故足以阻碍其发展。

美国麻省理工学院的研究者正在试图通过替换电极材料来提升锂电池的稳定性。从目前看来，锂电池仍会在很长一段时间内作为电动车的首选动力源。

5、线控系统

提到电气化车辆（electric vehicle），人们自然而然就会想到依靠电机驱动车轮。而电气化车辆的另一层含义在于传统车内机械系统被电子线束系统所替代，电子线束系统比传统机械部件要轻的多。汽车行业提出的“x-by-wire”指的就是线控传动、线控制动、线控转向等系统的总称。除了能够减轻重量之外，线控系统的最大优势在于可以提升操控精确度。

线控技术最先用于战斗机，一度成为了F16战斗机的标配。随后逐渐沿用至商用飞机，最后也出现在了汽车上。

线控系统占据车内的空间更小，意味着设计是有更多的设计自由度，车舱内的空间也能更宽裕。

然而，并不是每个人都喜欢电气化程度更高的系统，他们担心汽车会像今天的电脑一样发生软件错误。实际上，这样的担心是多余的，因为即便是机械系统，它同样有其特定的问题，例如磨损、腐蚀、断裂等等。随着时间的推移与应用率的提高，人们最终会接受这项目前来说还有些“不靠谱”的技术。

六、现在是发展汽车轻量化最好时代 需要车企共同努力 从汽车设计本身而言，无论是设计、材料、工艺还是制造环节，都在强调轻量化，现在是发展轻量化最好的时代。汽车轻量化是汽车全产业链共同的事情，需要汽车企业努力，还需要行业联盟和政府的支持。

不久前，我国的千吨级T700碳纤维试生产线开始运转，长期以来高度依赖进口的高性能碳纤维在我国实现了自主化制备，其产品不仅有望替代进口，而且生产成本具有国际竞争力，大规模国内商业运用在即。如此，包括碳纤维在内的高性能纤维对汽车等运输工具的减排降耗的贡献或许将得以实现。

近年来，各大车企争相布局新能源汽车，行业竞争日益激烈。而对汽车实现轻量化，将有助于部分企业取得先发优势。要实现轻量化，高强度钢、铝合金、镁合金、工程塑料、复合材料等都是目前比较好的选择，而作为节能和新能源汽车的核心技术，每项材料又各有优势与技术难点。

轻量化最好的发展时代

从汽车设计本身而言，无论是设计、材料、工艺还是制造环节，都在强调轻量化，现在是发展轻量化最好的时代。轻量化在这个时代提出来，有很多根本性的原因。经过100多年的发展，汽车行业面临的问题和挑战非常多，包括动力性能、经济性、油耗、环保等问题，而轻量化好像“万金油”，其优点能够覆盖到汽车凸显的这些问题。

在现有蓄电池性能无法取得根本性突破的前提下，仅有的改善车辆续航里程的手段，只能是减重。

最近一项实验证明，如果一台总重量为1550千克的新能源汽车续航里程为186公里，若将其非蓄能部件尽可能轻量化，能将总重量减少到1011千克，其续航里程可直接提高到275.5公里，已经较为令人满意。

2011～2015年欧洲车身会议的数据显示，车辆的轻量化系数由2011年的3.29下降到了2015年的2.33。5年时间轻量化系数降低了30%，说明汽车轻量化已经得到很大的提升和改善，而且轻量化已经成为汽车主机厂迫切的需求。

汽车追求轻量化不仅仅是为了减重，更为了考虑产品的功能和成本，轻量化跟成本、性能开发是一样的，离不开这些属性的关联，轻量化要综合考虑。

这体现在除了新材料本身的生产，使用过程也要考虑新的结构、优化汽车制造工艺。新材料的使用目的除了减重，还要保障汽车其他性能的优化。

如果把高强钢等级提升了，材料变得很薄，使用时模态就变差了，只有通过改变结构截面才能满足要求。

不只是减重

轻量化单靠这样简单的评价肯定是不够的。将油耗、动力性能加入综合竞争力评价后，你就发现绝对重量轻不意味着这辆车更有竞争力。这也是目前如果把轻量化作为一个系统工程来开发所面临的问题，因为轻量化没办法独立出来考虑，这是目前最大的挑战。

作为由众多零部件组成的器械，汽车的NVH（噪声、振动与声振粗糙度）都有专门的团队来研究。要把轻量化做得更好、更完善，就要将其作为汽车的性能开发结构来对待。这样轻量化的标准就成为不是我要减重多少，而是在车型开发、应用的时候要考虑这个车的重量能做到什么状态，同时满足汽车的其他性能要求。

要确定轻量化达到的目标很难。整车重量目标制定很关键，一般分为以下几种：体积密度法、尺寸推算法、统计分析法、竞争力分析法、挑战法和油耗反推法。

目标确立之后，就是将轻量化开发作为一项属性开发，强调的是正向开发的思路。轻量化正向开发主要包括两条线，第一条线是重量管理，另外就是技术开发。只有两条线结合在一起做，车型开发的轻量化才能做得更加理想。如果将两条线的职能分开的话，你会发现这个工作推进起来非常困难。

轻量化涉及面太广了。从严格意义上来说轻量化跟整车所有零部件，甚至一颗螺丝钉都有关联性，所以轻量化不仅涉及技术的问题，还有各个部门之间理念认同等非技术的问题。

要把轻量化这个工作在车型开发中做好，就必须有全流程管理的理念，而不是简单地制定一个目标、提几个方案就解决问题了。

全产业链共同的事

随着科技的发展，轻量化材料和技术层出不穷。

有业内人士指出，现在有镁合金、碳纤维，未来还会有新的轻量化材料，但不论出现什么材料，这些轻量化材料都不会是孤军奋战，必然是以组合的形式出现，因为汽车未来的发展趋势是多种材料混合使用。

实际上轻量化开发最离不开的核心，就是先进轻量化技术的开发。但是先进轻量化技术开发面临的问题——成本风险、周期风险、质量风险——就像任何新的技术应用所面临的巨大风险一样。

一个新的技术开发后直接在车型上应用是我们所希望的。但是实际上，往往有很多技术开发完全依赖于车型来做的话，就很难做得下去。这需要汽车生产商要有独立的平台做轻量化的技术开发和应用。

从技术上来说，轻量化材料面临如何弥补技术、生产缺陷的难题。比如能够完全实现减重和性能双重目标的镁合金，却在价格、便利生产、耐腐蚀等方面都比不过高强度钢。

从环保角度讲，如何实现更有效地回收利用，更好地满足环保要求也很重要。尽管国内许多企业已经研发出性能优异的新材料汽车，但是要想向市场推广，进入商业化，还需要进一步建立维修、回收和循环使用技术体系。

汽车轻量化是汽车全产业链共同的事情，需要汽车企业努力，还需要行业联盟和政府的支持。对企业来说，虽然一些新技术在前期研究时投资巨大，但这种投资是必要的，因为有了先进的技术储备，一旦时机来临，就可掌握先机。

第五篇：高压变频器与液力耦合器在炼钢厂除尘风机上的应用比较（写写帮推荐）

高压变频器与液力耦合器在炼钢厂除尘风机上的应用比较

1、工程概述

炼钢厂现有原设计公称容量15吨氧气顶吹转炉三座，2000年对转炉进行了扩容和氧枪改造。2001年二炼钢厂全年共产钢90.6万吨，转炉平均出钢量为22吨/炉，装入量为24吨。2002年二炼钢全年共产钢104.5万吨。

随着国民经济的高速发展，需要在现有设备条件下尽力挖掘设备潜力，提高钢铁产量。根据我们调查和分析，限制二炼钢厂综合产钢能力提高的主要因素是转炉系统产钢能力不足。

转炉产钢能力主要受出钢量，转炉作业率和缩短冶炼周期等因素制约。为实现150万吨综合产钢能力，除了对转炉扩容外，还必须提高转炉作业率和缩短冶炼周期。通过理顺物流，可减少转炉等待时间2.5分钟；提高铁水质量，增加供氧强度，缩短供氧时间2.5分钟；稳定原料成分，减少波动，可提高转炉一次倒炉出钢率，缩短终点倒炉取样及测温时间1.5分钟。冶炼周期可从现在的29.47分的基础上缩短至23.5分钟以内，使二炼钢厂的综合产钢能力达到150万吨。

在市场竞争日益激烈的前提下，炼钢厂积极采取措施在增加产量的同时降低消耗，使企业在市场竞争中增加竞争力。

2.调速方案的选择

炼钢厂在2003年6月扩建炼钢厂设计综合产钢能力为150万吨，其三座转炉分别配置三套除尘系统，该系统一方面将燃烧不完全的煤气回收，另一方面通过除尘风机排除剩余烟气，为满足钢厂节能及环保的要求，除尘风机根据炼钢工艺在吹氧及炼钢时高速运行，其余时间为低速运行。

为了满足生产工艺，使系统的运行符合工况，肯定需要系统有良好的调速性能。传统的解决办法是采用液力耦合器调速技术方案、直流调速技术方案以及其它方式的调速方案。一般采用液力耦合器进行风机调速的居多，由于液力耦合器本身的技术缺陷，在该系统中已难以较好地满足生产工艺要求，这些缺陷有：

a．采用液力耦合器时，在低速向高速运行过程中，延迟性较明显，不能快速相应，同时这时候的电流较大，如整定不好会引起跳闸，影响系统稳定性。

b．液力耦合器本身控制精度差，调速范围窄，通常在40％～90％之间；

c．电机启动时，冲击电流较大，影响电网的稳定性。

d．在高速运行时，液力耦合器有丢转现象，严重时会影响工作的正常进行。

e．液力耦合在调速运行时产生机械损耗和转差损耗，效率较低，造成电能浪费。

f．液力耦合器工作时是通过一导管调整工作腔的充液量，从而改变传递扭矩和输出转速来满足工况要求；因此，对工作腔及供油系统需经常维护及检修。液力耦合器经过一段时间使用，其维护费用较高，g．液力耦合器故障时，无法再用其它方式使其拖动的风机运行，必须停机检修。

h．耦合器运行时间稍长，会漏油严重，对环境污染大，地面被油污腐蚀严重。

i．风机和电机的运行噪音大，达到90dB左右，严重影响操作人员的身体健康。

从以上情况来看，如果使用液力耦合器，会制约昆钢二炼钢厂节能降耗，降低生产成本，提高生产效率，增加企业竞争力的目的。

由于使用液力耦合器有这些固有的缺陷，现在有很多企业已经采用新型的高压大功率变频调速装置拖动风机，取得了良好的应用效果。

2003年6月，炼钢厂和变频器厂家经过技术磋商，决定在1号转炉的除尘风机上进行变频改造，以满足风机调速的要求，改善工艺状况。

3.变频改造方案实施

除尘风机是除尘净化系统的动力中枢，一旦除尘风机不能正常运行，不但影响生产，造成巨

额定转速： 2950r/min 功率因数： 0.89 风机参数如下：

风机型号：D1100 额定流量：66000m3/ h 全 压：24658 Pa.g 效 率：95.5% 2003年8月底变频器发往现场，9月中旬变频器完成了现场的安装调试工作并正式投入生产运行。

变频器从制造到正式投入使用，所用的生产、安装、调试周期都很短，总共仅有3个多月的时间，保证了1号转炉的技术改造的周期和正常的生产。

同传统的液力耦合器比较，高压变频器有以下优点：

（1）运行稳定，安全可靠。原来使用液力耦合器大概40天左右就必须更换轴承，每次需停炉半天左右，带来的巨大的经济损失。变频器具有免维护的特点，只需定期更换柜门上的通风滤网，不用停机，保证了生产的连续性。

（2）节能效果较为显著，大大降低了吨钢电耗。

（3）电动机实现了真正的软启动、软停运，变频器提供给电机的无谐波干扰的正弦波电流，降低了电机的故障次数。同时，变频器设置共振点跳转频率，避免了风机会处于共振点运行的可能性，使风机工作平稳，风机轴承磨损减少，延长了电机和风机的使用寿命和维修周期，提高了设备的使用寿命。

（4）变频器自身保护功能完善，同原来继电保护比较，保护功能更多，更灵敏，大大加强了对电机的保护。

（5）变频器同现场信号采用可靠的连接方式，控制方便，性能可靠，满足炼钢生产的需要。变频器内置有PLC，现场信号接入灵活。在控制逻辑上，由现场（转炉）为变频器提供一对高速、低速节点，变频器按照节点的状态自动高速、低速往复运行；由变频器自身的频率输出进行转速测定，可以取消原来同电机相连的测速器，由变频器为现场直接提供电机转速指示。

（6）设备适应电网电压波动能力强，有时电网电压高达6.9kV，或者电压低至5.5kV变频器仍能正常运行。

（7）同液力耦合器比较，在加速期间大大减小了噪声，削弱了噪声污染。由于不用定期拆换轴承或者对液力耦合器进行维修，避免了机油对环境的污染，使风机房的现场环境有了极大改善。

（8）由于电机降低速度运行以及工作在高效率区，因此电机和轴承的温升都明显低于采用液力耦合器的系统，这样可以延长风机系统的使用寿命。

从现场投运来看，该变频器通常运行在高速和低速两种状态，当转炉在吹氧和炼钢时，变频器由低速转入高速状态，上升时间要求在1分钟之内完成，否则在吹氧和炼钢时要产生大量的烟气，若不能及时排出烟气，将会影响到生产甚至现场工作人员的人身安全。经过现场多次运行，高压变频器完全能够满足这项技术要求。其次，从高速到低速也完全满足工艺的要求。

4.经济分析

根据扩建后炼钢工艺要求，炼一炉钢为23分钟。由风机中控室根据下氧枪信号给变频器一高速信号使变频器运行在高速状态，时间为8～12分钟，根据转炉出钢信号使变频器运行在低速状态，时间为11～15分钟，其中，高速状态为43HZ（2500转/分钟）；低速状态为18HZ（1000转/分钟）。

现场实测到当变频器运行在高速状态时，变频器的输入电流为40.2A；当变频器运行在低速状态时，变频器的输入电流为18A；炼一炉钢变频器运行在高速状态平均所需时间为10分钟，