伺服式热模锻压力机关键技术的探讨(一)

伺服式热模锻压力机关键技术的探讨(一)

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伺服式热模锻压力机关键技术的探讨(一)

2022-03-08

陈超 ' 2,赵升吨1,崔敏超1,,2吴1凡,范淑琴1,石田徹2

1.西安交通大学机械工程学院,陕西西安710049;

2 ·德岛大学先端技术科学教育部,日本德岛770.8506)

关键词:伺服式模锻压力机;电机;工作机构;

摘要:在分析传统热模锻压力机的基础上阐述了伺服式热模锻压力机的优点。伺服式热模锻压力机的关键技术包括驱动电机、工作机构和传动方案等。

在驱动电机方面,分析了交流异步电机、变频调速电机、开关磁阻电机和交流伺服电机在伺服式热模锻压力机上应用的合理性。

在工作机构方面,提出了将肘杆机构应用于热模锻压力机的新方法。

在传动方案方面,对多电机驱动、多齿轮分散传动和多套传动机构同步方案进行了研究。

Abstract:The advantages of hot die forging servo press were described on the basis of analysis of traditional hot die forging. The key technologies Of hot die forging servo press included driving motor,working mechanism,transmlsslon scheme and so on. The rationality Of application Of AC asynchronous motor,frequency converslon motor,switched reluctance motor and AC servo motor in hot die forging servo press was analyzed in aspect Of driving motor. A new method which used the triangular connecting rod toggle mechanism on hot die forging servo press was proposed aspect Of working mechanism. Multi motor dnve,multi gear transrmsslon and multi drive mechanism synchronization scheme were studied in transrrnsslon scheme. At last,the key technologies Of hot die forging servo press were summarized.

Keywords · Hot die forging servo press;Motor;Working mecharllsm;Transrmsslon scheme

热模锻压力机是借助模具实现金属毛坯热成形的先进的锻造设备,在工业生产中应用广泛。普通模锻、偏心模锻和挤压等金属型材的各种热模锻工艺都可以在热模锻压力机上

如图1所示,传统的热模锻压力机性能较差,生产率低,锻件精度低,不能满足工业生产中对模锻设备的节能化、伺服化、精密化的要求 。

采用新型伺服电动机实现热模锻压力机的伺服驱动在国内尚属空白。这种伺服式热模锻压力机去掉了传统热模锻压力机中的核心部件气动摩擦离合器湖,传动系统简单,造价明显降低,工业实际推广前景巨大。

研制具有自主知识产权的伺服式热模锻压力机产品,对提高我国热模锻压力机的国际竞争力具有重要的意义。

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1伺服式热模锻压力机的优点

伺服式热模锻压力机相比于传统模锻压力机有很大的优势,它有以下几个优能量利用率高,节能环保。

传统热模锻压力机的传动系统主要包括交流异步电机、离合器、飞轮、制动器、齿轮减速系统和曲柄滑块机构等[ 6]。

由于交流异步电机启动电流大,不能频繁启停,所以传统热模锻压力机必须带有离合器和制动器。

由于有离合器和制动器,传统热模锻压力机不仅存在如飞轮空转[ 7〕、离合和制动等的能量浪费,还需要定期更换离合器和制动器上磨损过度的摩擦材料,维护不便,费用较高[ 8 ]。

在工作状态下,伺服式热模锻压力机本身的耗能就比传统热模锻压力机低。此外,伺服式热模锻压力机省去了离合器等部件,不再需要压缩空气驱动离合器,同时也可以省去空气压缩机的能量消耗。伺服式热模锻压力机不存在飞轮空转的能量损耗,因此有利于提高能量利用率,节能环保[ 10]

滑块行程次数高。滑块的行程次数提高后,加热毛坯在锻压过程中同上、下模具的接触时间就短,有利于降低加工过程中模具的温度,提高模具的使用寿命。

同时,由于接触时间短,热锻件在单次行程中传到模具上的热量少,使热模锻压力机可以连续工作,有利于提高生产率。

结构简单、维修量少。伺服式热模锻压力机不需要离合器和用于储存能量的大飞轮等,传动系统简单、结构布局紧凑、维护保养方便、故障率低。

锻压过程数控伺服,可以实现智能化、数控化、信息化加工[ 11 ] 锻压时的工作曲线可以根据需求进行设置[ 12〕 对打击能量进行伺服控制[ 13」 可以有效拓宽伺服式热模锻压力机的工艺范围,提高热模锻压力机的工艺性能。

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在工作时,实时监测记录压力机的锻压参数,对伺服式热模锻压力机进行信息化管理[ 14]

噪声低。传统的热模锻压力机的离合器的排气噪声一般能达到110 dB ( A ),即便加了消声器后也会超过国家规定的85 dB ( A)。伺服式热模锻压力机不需要离合器等,采用伺服电机对滑块的运动曲线进行伺服控制。

由于没有了离合器,伺服式热模锻压力机在工作时不会产生排气噪声和摩擦噪声,降噪环保[巧」2伺服式热模锻压力机的关键技术

2 · 1伺服式热模锻压力机驱动电机的研究

目前在热模锻压力机上可以采用的电机有交流异步电机、变频调速电机、开关磁阻电机和交流伺服电交流异步电机是目前工业设备上应用最广泛的电机。

交流异步电机具有结构简单[ 16] 价格便宜、牢固耐用07和] 维护方便[18〕 优点,但也有电机频繁启停时发热严重,启动电流过大等缺点。目前国内常见的传统热模锻压力机都是采用交流异步电机作为驱动源的,这种热模锻压力机需要离合器和制动器等,能量利用率低。

将交流异步电机直接应用热模锻压力机会带来很多问题,由于不能实现频繁启动,严重影响了热模锻压力机的控制性能。

变频调速电机是利用变频器驱动的电动机的总称。

变频器主要通过控制半导体元件的通断把电压和频率不变的交流电变成电压和频率可变化的交流电源[19] 变频调速电机具有调速效率高[20)、噪声低、调速范围宽[ 21〕 适应不同工况下的频繁变速等优点,非常适合应用于需要频繁启停或变速的场合。

但是,目前变频调速电机技术也有很多的问题。我国发电厂的电动机供电电压高于功率开关器件的耐压水平,造成电压上的不匹配。

变频调速系统由于大量使用了电子元器件,造价较高。由于目前变频调速电机主要应用于小功率场合,因此变频调速电机在热模锻压力机上的应用受到了限制,但随着变频调速电机的发展及相关电子元器件价格的降低,变频调速系统在热模锻压力机伺服驱动上将会得到更多的应用。

开关磁阻电机是一种新型的调速电机。

开关磁阻电机具有结构简单[22〕可靠性高、成本低、动态响应好[ 23 ] 优点,但也具有转矩脉动大、震动和噪声大等缺点。

西安交通大学的赵升吨教授等在将开关磁阻电机应用于热模锻压力机方面做了很多研究工作。

由开关磁阻电机驱动的伺服式热模锻压力机与传统热模锻压力机最大的区别是没有离合器和飞轮等。

开关磁阻电机通过一级或多级齿轮减速驱动工作机构运动,由工作机构带动滑块做上下往复直线运动,完成工件的锻压工作。

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交流伺服电机的控制速度和位置精度非常准确,通过控制电压信号来控制电机的转矩和转速。伺服电机的抗过载能力强,非常适合应用于有转矩波动或快速起动的场合。

伺服电机的响应速度快[ 24 ]

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