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安陽鍛壓

幾種螺旋壓力機(jī)的工作原理及對比分析2019-06-15 08:51:38

螺旋壓力機(jī)概述

螺旋壓力機(jī)是一種定能量的加工設(shè)備,按動力形式分類,目前國內(nèi)有摩擦壓力機(jī)(第一代),離合器式(高能)螺旋壓力機(jī)和電動螺旋壓力機(jī)(第二代)三種類型。摩擦壓力機(jī)是電機(jī)通過摩擦盤和操縱缸改變飛輪旋轉(zhuǎn)方向的螺旋壓力機(jī);離合器式螺旋壓力機(jī)是電機(jī)通過離合器和回程缸改變飛輪旋轉(zhuǎn)方向的螺旋壓力機(jī);電動螺旋壓力機(jī)是電機(jī)通過齒輪傳動或皮帶傳動改變飛輪旋轉(zhuǎn)方向的螺旋壓力機(jī)。
螺旋壓力機(jī)有著特殊的力能關(guān)系,存在著多余能量問題。即當(dāng)飛輪提供的有效能量大于鍛件實(shí)際需要的變形能時,這部分能量將轉(zhuǎn)化為機(jī)器載荷,因此,螺旋壓力機(jī)的允許最大公稱力一般是公稱力的1.5倍左右。
目前電動螺旋壓力機(jī)有開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和交流異步電機(jī)變頻驅(qū)動系統(tǒng)兩種主要方案。由于這兩種電機(jī)及驅(qū)動方式存在固有的缺陷,雖然電動螺旋壓力機(jī)在提高性能及可靠性方面取得了很大進(jìn)步,電動螺旋壓力機(jī)已經(jīng)成為了螺旋壓力機(jī)行業(yè)的主力軍,但在高柔性、高精度、高可靠的方面還有很大的提升空間。


電動螺旋壓力機(jī)的傳動方式及電機(jī)驅(qū)動 

(一)、傳動方式
電動螺旋壓力機(jī)按電機(jī)傳動特征曾出現(xiàn)過多種形式,但在工業(yè)上得到應(yīng)用的主要有兩類:電機(jī)直接傳動方式和電機(jī)機(jī)械傳動方式。
1、電機(jī)直接傳動方式
直接傳動形式中,電機(jī)的轉(zhuǎn)子與螺桿軸連為一體。采用專用低速大扭矩電機(jī),直接安裝在主機(jī)頂部,電機(jī)轉(zhuǎn)子為螺旋壓力機(jī)飛輪的組成部分(如圖1所示)。如德國舒勒(SCHULER)公司的PA/PAR、PSM/PSH系列;LASCO公司的SPR/SPP系列電動螺旋壓力機(jī)均采用電機(jī)直接傳動方式,如圖2、3所示。這一方案的特點(diǎn)是采用低速、大扭矩電機(jī),傳動環(huán)節(jié)少。

schuler電動螺旋壓力機(jī).jpg

圖1 SCHULER公司電機(jī)直接傳動示意圖  

舒樂電動螺旋壓力機(jī).jpg

圖2 SCHULER公司直驅(qū)產(chǎn)品 

lasco螺旋壓力機(jī).jpg

圖3 Lasco公司直驅(qū)產(chǎn)品
            
2、電機(jī)機(jī)械傳動方式
多臺電機(jī)經(jīng)齒輪或皮帶傳動帶動螺桿的形式。安陽鍛壓公司J58K系列(如圖4所示)、Lasco公司(如圖5所示)ENOMOTO皮帶傳動(如圖6所示)的電動螺旋壓力機(jī)采用這一方案。這一方案的特點(diǎn)是電機(jī)轉(zhuǎn)速較高,轉(zhuǎn)矩較小。 

安陽鍛壓電動螺旋壓機(jī).jpg

圖4 安陽鍛壓齒輪傳動示意圖  

螺旋壓力機(jī)齒輪傳動.jpg

圖5 Lasco齒輪傳動示意圖 

螺旋壓力機(jī)皮帶傳動.jpg

圖6 ENOMOTO皮帶傳動示意圖
目前國內(nèi)電動螺旋壓力機(jī)大多采用齒輪或聯(lián)組三角皮帶的機(jī)械傳動方式,采用聯(lián)組三角皮帶、鋼制齒輪、膠木復(fù)合齒輪傳動各有特點(diǎn)(對比見表1),各有優(yōu)劣。
聯(lián)組三角皮帶加開關(guān)磁阻電機(jī)方式靠皮帶的伸縮或打滑釋放電機(jī)的慣性能,傳動效率不高,壽命不長,并且只適合小噸位產(chǎn)品;鋼制齒輪加開關(guān)磁阻電機(jī)方式是齒輪和電機(jī)軸硬聯(lián)結(jié),靠電機(jī)軸變形釋放電機(jī)的慣性能,電機(jī)軸要加粗,還要另加潤滑裝置,噪音大,對飛輪的齒面磨損大;膠木復(fù)合齒輪加交流異步變頻電機(jī)方式中,小齒輪由高分子材料制造,小齒輪與驅(qū)動電機(jī)軸采用摩擦聯(lián)接,通過摩擦打滑裝置來卸能。由于異步電機(jī)慣量大,導(dǎo)致要釋放的慣性能較大,所以在使用過程中,摩擦片會嚴(yán)重發(fā)熱,引起膠木齒輪發(fā)熱炭化,壽命較低。
表1 傳動方式比較
螺旋壓力機(jī)傳動方式對比表.jpg
 
(二) 電機(jī)驅(qū)動
電機(jī)及驅(qū)動是螺旋壓力機(jī)最核心的部件,處于頻繁的正反向工作,其頻繁正反轉(zhuǎn)次數(shù)有時多于每分鐘30次,并承受劇烈的沖擊和震動載荷。特別要求電機(jī)具有防護(hù)等級高,轉(zhuǎn)子強(qiáng)度高、慣量小,承受3倍額定轉(zhuǎn)矩以上的瞬時沖擊,長期運(yùn)行不發(fā)熱等特性。另外由于飛輪和滑塊慣量很大,滑塊行程有限,就要求電機(jī)起動轉(zhuǎn)矩大,加速性能好,并且起動電流要小,避免對電網(wǎng)沖擊。
目前國內(nèi)電動螺旋壓力機(jī)主要采用開關(guān)磁阻電機(jī)和交流異步變頻電機(jī)兩種驅(qū)動方式。
    1)開關(guān)磁阻電機(jī)
開關(guān)磁阻電機(jī)系雙凸極可變磁阻電動機(jī),其定、轉(zhuǎn)子的凸極均由普通硅鋼片疊壓而成。轉(zhuǎn)子既無繞組也無永磁體,定子極上繞有集中繞組。
優(yōu)點(diǎn)是起動電流小,轉(zhuǎn)子慣量小、不發(fā)熱。
缺點(diǎn)是電機(jī)定轉(zhuǎn)子均開有少數(shù)的齒槽,電機(jī)轉(zhuǎn)動時齒槽效應(yīng)較大,電機(jī)震動較大、噪聲大;低速轉(zhuǎn)矩脈動大;電機(jī)功率密度低,低于傳統(tǒng)的異步電機(jī),更低于永磁電機(jī)。另外很難做到伺服級,限制了其應(yīng)用到高精度的場合。
     2)交流異步變頻電機(jī)
交流異步變頻電機(jī)是目前在國內(nèi)大量使用的鼠籠式感應(yīng)異步電動機(jī)的改進(jìn)型。為了適應(yīng)螺旋壓力機(jī)的工況,在基座強(qiáng)度、防護(hù)等級、通風(fēng)散熱等方面做了改進(jìn),其定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)特性實(shí)質(zhì)上與三相鼠籠感應(yīng)異步電動機(jī)一樣,定子上裝有對稱三相繞組,而在圓柱體的轉(zhuǎn)子采用鑄鋁結(jié)構(gòu),依靠電磁感應(yīng)作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。
優(yōu)點(diǎn)是感應(yīng)異步電動機(jī)在國內(nèi)大量使用,維修方便。
缺點(diǎn)是起動電流較大、轉(zhuǎn)子慣量大,并有電流通過。在頻繁正反轉(zhuǎn)的情況下易發(fā)熱,在長期使用過程中有可能會導(dǎo)致絕緣層損壞,電機(jī)出現(xiàn)故障。

綜上所述,采用開關(guān)磁阻電機(jī)加控制器的驅(qū)動方式,速度控制不準(zhǔn)確,打擊能量不準(zhǔn)、波動大。采用異步電機(jī)加變頻器驅(qū)動方式,異步電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量大,對頻繁驟停的傳動系統(tǒng)而言沖擊載荷大,使其傳動系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)小齒輪壽命低,但由于小齒輪成本低,更換方便,因此該方案在電動螺旋壓力機(jī)中廣為采用。

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