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电动螺旋压力机结构特点及其性能分析

电动螺旋压力机结构特点及其性能分析

由于电动螺旋压力机具有结构简单,机械部分制造容易,传动链短,传动效率较高,机械部分零件损耗少等优点,故不断得到发展,现有交流伺服驱动电动螺旋压力机、楔型电动螺旋压力机、多击式电动螺旋压力机等型式。电动螺旋压力机分直接用电动机驱动和电动机、传动机构驱动两大类。电动机直接驱动多用于小型的螺旋压力机,它具有结构简单、体积小、效率高等优点。较大型的螺旋压力机,若直接用电动机驱动,必须采用功率大的低速电动机,从而相应使设备轮廓尺寸增大、整机加重、造价提高。因此,大型螺旋压力机多采用电动机、传动机构驱动,其中以电动机、齿轮驱动用得最多。目前,国外已生产了系列的1000~80000kN 的电动螺旋压力机,并正在准备设计制造25000kN 的特大型电动螺旋压力机。国外发展迅猛,已形成多规格、多品种系列化生产。在我国,受驱动电动机这一关键技术瓶颈的制约,发展相对缓慢。青岛益友锻压机械有限公司通过技术攻关,解决了这一技术难题,经样机测试,主要技术性能指标达到国际同类产品先进水平,可与进口产品相媲美。

现有的电动螺旋压力机,在工作时,电动机反复通电,起动频繁,电负荷经常出现尖峰值,冲击电流大,功率因数较低,电动机发热比较严重,温升很高。功率损失大,所需的功率较大,因而选用的电动机也很大。正转和反转交替进行,需频繁换向,为了防止电动机烧坏,还要用鼓风机在整个工作时间不停地通风强制冷却。同时,由于每次行程所需的全部能量都在瞬间由电网取得,对电网冲击很大,规格越大,对电网的影响也就越大。因此,驱动电动机是关键、核心技术。

工作原理

开关磁阻电动机驱动飞轮旋转,飞轮旋转带动螺杆旋转,螺杆通过螺旋副驱动螺母向下运动,从而带动滑块向下运动,实现锻压成形。打击后,飞轮系统的能量全部释放完毕,然后电动机反转,将滑块提升到预定高度,电动机断电,制动器制动飞轮,使滑块停在初始位置,完成一个工作循环。所说的开关磁阻电动机,为可逆式电动机,不断作正、反方向的换向运动,带动飞轮和螺杆旋转,通过螺母使滑块作上下运动。

结构特点

如图1 所示,电动螺旋压力机包括机身9,安装在机身9 上方的罩子4,固定在罩子4 上的开关磁阻电动机3,由开关磁阻电动机3 驱动的飞轮5,固定在飞轮5 上的螺杆6,由螺杆6 驱动的螺母7,固定在螺母7 上的滑块8,与滑块8 相连并固定在机身上的滑块重量平衡装置1,安装在机身上用于制动飞轮的制动器2;所说的开关磁阻电动机3,是定子、转子双凸极可变磁阻电动机。

在图1 中,电动螺旋压力机根据工艺需要可设置顶料器10,开关磁阻电动机可通过带式传动驱动飞轮,也可通过其它方式驱动飞轮。

在图2 中,开关磁阻电动机的定子、转子均由硅钢片叠压而成,转子上既无绕组也无永磁体,定子极上绕有集中绕组,径向相对的两个绕组串联构成一个两极磁极,称为一相。开关磁阻电动机可设计成多种不同的相数以及极数结构,且定子、转子的极数总是不相同,有多种不同的搭配,这种特殊的组合形式,在螺旋压力机上可得到充分的应用。

在图2 中,电动螺旋压力机的开关磁阻电动机工作过程是:图中的开关磁阻电动机为8/6 极、四相。以定子、转子的相对位置作为起始位置,依次给D→a→b→c相绕组通电,转子即会逆着励磁顺序以逆时针方向连续旋转;反之,依次给B→A→d→c 相通电,则电动机会顺时针旋转。可见,开关磁阻电动机的转向与相绕组的电流方向无关,而取决于相绕组通电的顺序。通过控制与电动机每相绕组相串接的各组S1、S2 的开关工作状态,就可以改变电动机的转向、转矩、转速。

电动螺旋压力机与摩擦螺旋压力机相比,不需要转动的横轴、摩擦盘、两个支臂;与液压螺旋压力机相比,不需要复杂的、要求较高的液压系统。因此,电动螺旋压力机零部件少,结构简单,设备体积小,动作平稳,传动噪声很小,传动链短,制造容易,重量轻,便于安装,造价低,传动方式简单,检修工作量很小,便于维护和修理,不需要中间传动链,无复杂的液压系统和电气控制设备,无摩擦螺旋压力机上的摩擦材料易损件,不存在摩擦传动中的摩擦损耗和磨损问题,零件损耗小。

电动螺旋压力机由于采用先进的开关磁阻电动机关键技术,普通交流电动机空载时的功率因数为0.2~0.4,满载时为0.8~0.9;而开关磁阻电动机的功率因数在空载和满载时的功率因数均大于0.98,功率因数高。该种开关磁阻电动机,比鼠笼式交流异步电动机简单,机械强度高,故障率低,有软起动特性,无过冲起动电流,无普通交流电动机起动电流大于额定电流5~7 倍的现象,而是起动电流平滑增加至所需的电流,起动冲击电流小,避免了电动机起动时的峰值电流,保证了电动机温升在允许范围之内,有效控制了电动机因频繁启停和换向运动所引起的发热问题。可频繁正、反转,频繁起动、停止,起动转矩达到额定转矩的150%时,起动电流仅为额定电流的30%。因此,起动转矩高,起动电流低,过载能力强,当负载恢复正常时,转速恢复到设定转速。

性能分析

电动螺旋压力机是利用冲击力使工件变形的设备,工艺适用性极强,既能用于热锻和板料的冷态冲压、压印、校平、弯曲等,又能用于精锻、精整;既能适用于不锈钢复底锅压力焊接工艺,又能适用于曲轴、钛合金叶片及其它叶片的精密锻造。它操作便捷,运行安全,维修工作量小,生产率高,没有摩擦粉屑的吸入,保障工人健康。打击能量可准确设置,可根据成型精度调节能量、打击力,以减少模具的机械应力和热接触时间,延长模具寿命。电动螺旋压力机的价格一般约为相当能力的热摸锻压力机的0.75 倍,故有其良好的性能价格比。

由于电动螺旋压力机的结构特点、工艺性能及优良的性能价格比,近年来,国内用户为了达到精密模锻件的公差要求,纷纷采用电动螺旋压力机代替传统的模锻锤和热模锻压力机,市场需求量大,可广泛应用于汽车、航空、国防等工业模锻件中。