1、2007年第3期装 备E Q U I P M E N TCMET锻压装备与制造技术1 前 言目 前 , 国 内 外 广 泛 应 用 的 压 力 机 分 为 两 类 : 螺 旋压 力 机 和 机 械 压 力 机 。 压 力 机 多 数 采 用 交 流 异 步 电机 驱 动 , 有 调 速 要 求 的 机 型 , 或 用 交 流 变 频 调 速 , 或用 直 流 调 速 。 近 期 有 的 机 型 选 用 交 流 伺 服 电 机 驱 动 。现 有 压 力 机 存 在 以 下 问 题 : 承 受 短 期 高 峰 负 荷 , 负 载具 有 强 烈 的 冲 击 性 , 在 一 个 完 整 的 工 作 周
2、 期 内 只 在较 短 的 时 间 内 承 受 工 作 载 荷 , 而 较 长 的 时 间 内 是 空程 运 转 ; 机 器 的 工 作 负 荷 一 般 仅 在 设 计 值 的 6 0 % 左右 , 常 处 于 “ 大 马 拉 小 车 ” 工 作 状 态 ; 压 力 表 电 机 长 时间 处 于 空 载 , 而 一 般 电 机 空 载 功 率 因 数 为 0 . 2 0 . 3 ,所 以 压 力 机 耗 能 很 大 。 另 外 , 因 压 力 机 功 率 大 , 长 期以 来 很 难 实 现 数 字 化 控 制 。随 着 计 算 机 技 术 、 电 力 电 子 技 术 、 数 字 化 控 制
3、技术 的 发 展 , 一 种 新 型 的 动 力 系 统 开 关 磁 阻 驱 动系 统 ( S w i t c h e d R e l u c t a n c e D r i v e r , S R D ) 应 运 而 生 ,它 是 以 现 代 电 力 电 子 与 微 机 数 控 技 术 为 基 础 的 机 电一 体 化 产 品 。笔 者 把 开 关 磁 阻 动 力 系 统 应 用 在 压 力 机 上 , 开发 出 了 开 关 磁 阻 数 控 压 力 机 , 这 种 设 备 有 效 地 解 决了 现 有 压 力 机 存 在 的 问 题 。2 开 关 磁 阻 动 力 系 统开 关 磁 阻 动 力
4、 系 统 由 电 机 及 控 制 器 两 大 部 分 组成 。 开 关 磁 阻 电 机 与 传 统 电 机 差 别 很 大 , 为 双 凸 极 结构 , 其 定 、 转 子 均 由 普 通 硅 钢 片 叠 压 而 成 , 转 子 上 既无 绕 组 也 无 永 磁 体 , 定 子 齿 极 上 绕 有 集 中 绕 组 。 径 向相 对 的 两 个 绕 组 串 联 在 一 起 , 构 成 一 相 。 现 在 的 结 构是 三 相 1 2 / 8 极 , 定 子 凸 极 数 1 2 , 转 子 凸 极 数 8 。 控 制器 包 括 嵌 入 式 微 处 理 器 、 P L D 可 编 程 逻 辑 器 件
5、 、 I G -B T 驱 动 电 路 、 光 电 隔 离 、 通 信 接 口 、 显 示 屏 、 键 盘 、 电力 电 子 器 件 及 软 件 。电 机 装 有 位 置 传 感 器 , 位 置 信 号 反 馈 给 控 制 器 ,控 制 器 按 程 序 数 字 化 控 制 电 机 运 转 。 因 此 , 开 关 磁 阻动 力 系 统 可 以 数 字 化 控 制 设 备 的 工 作 执 行 机 构 , 属于 数 控 调 速 和 数 控 伺 服 系 统 。开 关 磁 阻 电 机 动 力 系 统 与 交 流 或 直 流 电 机 系 统相 比 , 其 特 点 在 于 : 系 统 效 率 高 , 功 率
6、 因 数 0 . 9 8 以上 ; 数 控 调 速 范 围 宽 , 低 速 下 可 长 期 运 转 ; 高 启 动 转矩 , 低 启 动 电 流 ; 可 频 繁 启 停 及 正 反 转 切 换 , 四 象 限运 转 性 能 相 同 ; 过 载 能 力 强 , 可 靠 性 高 , 三 相 输 入 电源 缺 相 或 控 制 器 输 出 缺 相 不 烧 电 机 , 功 率 器 件 控 制错 误 不 会 引 起 短 路 。3 开 关 磁 阻 数 控 压 力 机利 用 开 关 磁 阻 动 力 系 统 取 代 现 有 的 驱 动 系 统 ,针 对 不 同 的 机 型 , 对 设 备 的 结 构 进 行 了
7、 改 进 , 开 发 出了 开 关 磁 阻 数 控 压 力 机 , 包 括 螺 旋 压 力 机 、 伺 服 压 力机 、 调 速 压 力 机 、 热 模 锻 压 力 机 等 。3 . 1 开 关 磁 阻 数 控 螺 旋 压 力 机开 关 磁 阻 数 控 螺 旋 压 力 机 采 用 电 动 螺 旋 压 力 机结 构 , 为 现 有 摩 擦 压 力 机 、 离 合 器 式 螺 旋 压 力 机 等 机型 的 结 构 改 进 产 品 , 其 整 机 结 构 由 开 关 磁 阻 电 机 、 传动 系 统 ( 皮 带 或 齿 轮 ) 、 飞 轮 、 螺 杆 、 螺 母 、 滑 块 、 制 动收 稿 日 期
8、 : 2 0 0 7 - 0 3 - 1 0作 者 简 介 : 赵 婷 婷 ( 1 9 6 2 - ) , 女 , 副 教 授 , 从 事 成 形 设 备 与 模 具 C A D /C A E / C A M 教 学 与 研 究文 章 编 号 : 1 6 7 2 - 0 1 2 1 ( 2 0 0 7 ) 0 3 - 0 0 3 1 - 0 3开 关 磁 阻 数 控 压 力 机 开 发 与 应 用赵 婷 婷1, 贾 明 全2( 1 . 山 东 理 工 大 学 机 械 工 程 学 院 , 山 东 淄 博 2 5 5 0 1 2 ;2 . 山 东 科 汇 电 气 股 份 有 限 公 司 , 山 东
9、 淄 博 2 5 5 0 8 7 )摘 要 : 目 前 压 力 机 多 数 采 用 交 流 异 步 电 机 驱 动 , 由 于 压 力 机 的 工 作 特 性 , 压 力 机 往 往 处 于 “ 大 马 拉 小 车 ”工 作 状 态 , 耗 能 很 大 , 也 难 达 到 数 字 化 控 制 的 目 的 。 文 章 介 绍 了 开 关 磁 阻 驱 动 系 统 具 有 效 率 高 、 数 控 调 速 范围 宽 、 高 启 动 转 矩 、 可 频 繁 起 停 及 正 反 转 切 换 及 四 象 限 运 转 、 过 载 能 力 强 等 特 点 。 系 统 在 各 类 压 力 机 上 的 应用 , 必
10、 将 取 得 显 著 技 术 经 济 效 果 。关 键 词 : 机 床 技 术 ; 开 关 磁 阻 电 机 ; 压 力 机 ; 应 用中 图 分 类 号 : T G 3 1 5 文 献 标 识 码 : B3 12007年第3期装 备E Q U I P M E N TCMET锻压装备与制造技术器 和 机 身 组 成 ( 图 1 ) 。因 开 关 磁 阻 电 机 能 频 繁启 停 及 正 反 转 , 启 停 速度 快 , 且 启 动 转 矩 大 、 电流 小 , 摩 擦 压 力 机 可 去掉 双 摩 擦 盘 , 离 合 器 式螺 旋 压 力 机 可 去 掉 离 合器 及 其 提 升 机 构 。3
11、. 2 开 关 磁 阻 数 控 调速 压 力 机开 关 磁 阻 数 控 调 速压 力 机 是 在 现 有 机 械 压力 机 基 础 上 , 更 换 动 力系 统 后 制 成 。 其 整 机 结构 由 开 关 磁 阻 电 机 、 皮带 传 动 、 飞 轮 ( 大 皮 带轮 ) 、 离 合 器 制 动 器 、 齿轮 传 动 、 执 行 机 构 等 组 成 ( 图 2 ) 。 这 种 机 型 的 特 点 是带 有 离 合 器 和 飞 轮 。3 . 3 开 关 磁 阻 数 控 伺 服 压 力 机开 关 磁 阻 数 控 伺 服 压 力 机 与 现 有 机 械 压 力 机 相比 , 结 构 变 化 比 较
12、 大 , 没 有 皮 带 传 动 和 离 合 器 , 电 机轴 设 置 制 动 器 。 其 整 机 结 构 为 : 开 关 磁 阻 电 机 + 一 级或 二 级 齿 轮 传 动 + 执 行 机 构 ( 图 3 ) 。 因 开 关 磁 阻 电 机速 降 比 现 有 电 机 大 很 多 , 在 Ae=12Je( e 12- e 22) =Jem2 中 , 转 动 惯 量 Je可 减 小 , 启 停 时 间 缩 短 , 机 器没 有 大 皮 带 轮 ( 飞 轮 ) 、离 合 器 等 , 结 构 简 化 。3 . 4 开 关 磁 阻 数 控 热模 锻 压 力 机开 关 磁 阻 数 控 热模 锻 压 力
13、 机 是 在 现 有热 模 锻 压 力 机 基 础 上 ,更 换 动 力 系 统 后 制 成的 。 其 整 机 结 构 由 开 关磁 阻 电 机 + 皮 带 传 动 +离 合 器 制 动 器 + 曲 柄 连杆 滑 块 执 行 机 构 组 成( 图 4 ) 。4 开 关 磁 阻 数 控 压 力 机 在 应 用 中 的 功 能 特 点开 关 磁 阻 数 控 压 力 机 分 别 在 山 东 科 汇 电 气 股 份有 限 公 司 、 淄 博 牵 引 电 机 集 团 、 青 岛 益 友 锻 压 机 械 有限 公 司 、 荣 成 东 源 锻 压 机 械 公 司 、 河 北 天 辰 锻 压 机 床公 司 、
14、 河 北 省 沧 州 机 械 厂 、 天 津 市 昊 鼎 精 密 机 械 技 术公 司 等 单 位 进 行 了 试 运 行 , 并 开 始 投 入 批 量 生 产 。在 应 用 过 程 中 , 与 现 有 压 力 机 比 较 , 开 关 磁 阻 数控 压 力 机 的 突 出 特 点 为 :( 1 ) 滑 块 运 动 数 字 化 控 制 。 如 曲 柄 压 力 机 滑 块 速度 为 v =eiR ( s i n +2s i n 2 ) , 因 电 机 角 速 度 e可 数 字 无 级 调 速 、 阶 段 变 速 , 使 滑 块 运 动 曲 线 可 根 据工 艺 要 求 进 行 数 字 设 置 ,
15、 可 以 设 计 特 殊 的 工 作 特 性曲 线 , 进 行 高 难 度 、 高 精 度 加 工 , 能 够 实 现 低 速 锻 冲急 回 的 变 速 功 能 。 因 电 机 本 身 能 够 寸 动 和 慢 速 运 行 ,不 用 再 配 置 微 调 传 动 , 调 模 试 模 极 为 方 便 。图 4 开 关 磁 阻 数 控 热 模 锻 压 力 机1 . 大 带 轮 2 . 小 带 轮 3 . 开 关 磁 阻 电 机 4 . 传 动 轴 5 . 轴承 6 . 小 齿 轮 7 . 大 齿 轮 8 . 离 合 器 9 . 偏 心 轴 1 0 . 连杆 1 1 . 滑 块 1 2 . 楔 形 工
16、作 台 1 3 . 下 顶 件 装 置 1 4 . 上顶 件 装 置 1 5 . 导 轨 1 6 . 制 动 器 1 7 . 轴 承654329871 11 01 31 211 71 61 51 4图 2 开 关 磁 阻 数 控 调 速 压 力 机1 . 开 关 磁 阻 电 机 2 . 小 带 轮 3 . 大 带 轮 4 . 制 动 器 5 . 离 合 器 6 、 8 .小 齿 轮 7 . 大 齿 轮 9 . 偏 心 齿 轮 1 0 . 心 轴 1 1 . 机 身 1 2 . 连 杆 1 3 .滑 块 1 4 . 上 模 1 5 . 下 模 1 6 . 垫 板 1 7 . 工 作 台 1 8
17、. 液 压 气 垫654329871 11 01 31 211 81 71 61 51 4图 3 开 关 磁 阻 数 控 伺 服 压 力 机1 . 开 关 磁 阻 电 机 2 . 制 动 器 3 . 小齿 轮 4 . 大 齿 轮 5 . 曲 轴 6 . 连 杆7 . 滑 块 8 . 机 身65431278198765432图 1 开 关 磁 阻 数 控 螺 旋 压 力 机1 . 开 关 磁 阻 电 机 2 . 皮 带 传 动3 . 制 动 器 4 . 飞 轮 5 . 止 推 轴 承6 . 螺 杆 7 . 螺 母 8 . 滑 块 9 . 机 身3 22007年第3期装 备EQUIPMENTCME
18、T锻压装备与制造技术( 2 ) 生产率提高。可以根据工况和自动化连线的需要 , 在较大范围内数字设定滑块行程次数 , 其宽范围调速功能 , 可以提高生产率。( 3 ) 能量数控。使“大马拉小车”的压力机不再过多消耗能量。如开关磁阻数控螺旋压力机 , 打击能量为12mv2, 数控其速度 , 即数控其能量 , 可轻打也可重打 , 且不过多耗能。其他机型调能原理与之类似。( 4 ) 智能数控。对不同工艺、不同材料可调用计算机存储的不同工作曲线 , 使压力机的加工性能、加工范围大大提高。工艺曲线、时间、产量、耗电量等数据可由微机智能存储和处理 , 易实现制造过程信息化管理的目标。( 5 ) 设备通用性
19、提高。现有压力机根据工艺不同而种类繁多 , 开关磁阻数控压力机可依工艺调节 , 而满足不同工艺的需求 , 使同一台压力机工作在不同工况 , 如同一台螺旋压力机可以工作在制坯、预锻、终锻等不同工艺状态 , 也可实现多膛模锻。( 6 ) 制件精度高 , 模具寿命高。因锻压工件的能量和速度可准确数控 , 使制件精度和模具寿命提高。( 7 ) 结构简化。摩擦压力机可去掉双摩擦盘 , 离合器式螺旋压力机可去掉离合器及其提升机构 , 伺服压力机没有了大皮带轮、离合器等 , 结构简化。( 8 ) 正常停机时 , 确保滑块停在上止点。位置传感器反馈位置信号 , 在停机前电机减速 ; 当滑块处在上止点时 , 电
20、机轴制动 , 确保滑块停在上止点。离合器式机型可有效降低离合器、制动器的摩擦生热。( 9 ) 安全性高。在电机制动 ( 可加转子抱死功能 )和制动器作用下 , 滑块可以在任何位置制动停止。( 10 ) 节能。压力机多在额定状态点以下工作 , 开关磁阻电机比其他电机耗能低 ; 在低速运行时 , 节能更加明显。 3150kN 开关磁阻数控调速压力机驱动电机 30kW , 一般冲片每小时耗电 5 度左右。数控螺旋压力机、数控伺服压力机没有离合器结合能耗 , 滑块停止后 , 电机停转 , 也没有了电机、皮带轮空转 , 能耗显著降低。目前应用中的开关磁阻数控螺旋压力机比摩擦螺旋压力机节能 50% 以上。
21、( 11 ) 工作可靠性高。与其他电机系统相比 , 开关磁阻电机转子即无绕组也无永磁体 , 机械强度高。电机在三相输入电源缺相或者欠功率运行或者闷车的情况下 , 不会烧毁电机和控制器。功率器件不会发生因控制错误导致短路而烧毁的现象 , 并且温升低。( 12 ) 开关磁阻电机在制动时变为发电机 , 可把电力输回电网重新利用。5 结束语开关磁阻数控压力机由开关磁阻动力系统驱动 , 其突出特点是效率高、节能效果好 , 调速范围广 ,无启动冲击电流 , 启动转矩大 , 数字化控制灵活 , 此外 , 还具有结构简单、坚固可靠 , 成本低等优点。国家发改委、科技部、环保总局 2005 年联合发布的 国家鼓
22、励发展的资源节约综合利用和环境保护技术公告中 , 资源节约部分第三十二项 , 明确了开关磁阻电机系统的优势。应用证明 , 与现有压力机相比 , 开关磁阻数控压力机的优势为数控、调速、变速、调能、节能、智能、可靠性高 , 比交流伺服电机驱动的压力机成本低 , 是压力机领域的革命性进展。因此 , 开关磁阻数控压力机必将逐步成为压力机换代的首选产品。【参考 文献 】1 吕 言 , 周建国 , 阮 澍 . 最新伺服压力机的开发以及今后的动向 J. 锻压装备与制造技术 , 2006 , 41 ( 1 ) : 11- 14.2 孙友松 , 魏良模 , 黄开胜 , 等 . 数控重载机械驱动技术及其在成形装备
23、中的应用 J. 锻压装备与制造技术 , 2005 , 40 ( 1 ) :31- 35.3 赵婷婷 , 贾明全 . 开关磁阻调速数控通风机的方法 J. 矿山机械 ,2006 , 34 ( 8 ) : 45- 46.4 赵婷婷 , 贾明全 , 丁慎言 . 空压机的恒压调速数控方法 J. 矿山机械 , 2006 , 27 ( 5 ) : 877- 879.5 赵婷婷 , 贾明全 , 丁慎言 . 开关磁阻调速电机驱动挤出机的方法 .工程塑料应用 , 2006 , 34 ( 4 ) : 55- 57.The Exploration and Application of the Switched Rel
24、uctance CNC PressZHAOTingting1, JIAMingquan2( 1.Mechanical &EngineeringDepartment, ShandongUniversityofTechnology, Zibo255012, ShandongChina Y2.ShandongKehui Electric Co., Ltd, Zibo255087, ShandongChina )Abstract:The features of the switched reluctance drive system have been introduced,such as,high
25、efficiency,wide CNCadjustingrange,high startingtorque, frequent start and stop, shift ofthe forward and backward rotation andfour- quadrant running,high overloading capacity,and the application on various press has been proposed,whichimproves the economyremarkably.Keywords:Machine tool technology Y Switched reluctance motor Y Press Y Application33
