數(shù)控電動(dòng)螺旋壓力機(jī)控制與檢測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、作為模鍛設(shè)備，螺旋壓力機(jī)同模鍛錘和熱模鍛壓力機(jī)等相比較，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維修方便，工藝應(yīng)用范圍寬等優(yōu)點(diǎn)；而電動(dòng)螺旋壓力機(jī)與摩擦壓力機(jī)、液壓螺旋壓力機(jī)等其它形式的螺旋壓力機(jī)相比，具有運(yùn)行時(shí)噪聲更小，打擊次數(shù)更高，并能準(zhǔn)確控制其打擊能量等特點(diǎn)，因而在汽車、高速鐵路機(jī)車和航空航天等制造行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，是一種新型通用的模鍛設(shè)備。本文圍繞數(shù)控電動(dòng)螺旋壓力機(jī)控制和檢測(cè)方面的若干關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題展開(kāi)研究，內(nèi)容包括電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的重載數(shù)字化電機(jī)驅(qū)動(dòng)技

2、術(shù)、專用數(shù)控系統(tǒng)、有效能量檢測(cè)和打擊力檢測(cè)等方面。
　　 基于交流伺服系統(tǒng)的重載數(shù)字化電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)是數(shù)控電動(dòng)螺旋壓力機(jī)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，本文研究了基于矢量控制的永磁交流同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)和基于直接轉(zhuǎn)矩控制的交流異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，并在J58K-315型數(shù)控電動(dòng)螺旋壓力機(jī)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)（全行程320 mm，標(biāo)稱能量20 kJ）上進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，在設(shè)定為全行程的情況下進(jìn)行全能量（100%）打擊，永磁交流伺服電機(jī)由零速加速至965 r/mi

3、n，實(shí)際打擊能量達(dá)20.6 kJ，以16 min-1的頻率連續(xù)打擊，電機(jī)溫升為58.6 ℃。；而交流異步電機(jī)由零速加速至980 r/min，實(shí)際打擊能量達(dá)21.2 kJ，以16 min-1的頻率連續(xù)打擊，電機(jī)溫升為52.2 ℃。兩種驅(qū)動(dòng)方案均實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)，電機(jī)啟動(dòng)電流均限制在額定電流的2倍以內(nèi)，且溫升穩(wěn)定在允許范圍內(nèi)，有效解決了上述困擾電動(dòng)螺旋壓力機(jī)發(fā)展的難題。
　　 在兩種驅(qū)動(dòng)方案均滿足設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，對(duì)兩者在轉(zhuǎn)矩響應(yīng)能力

4、、電機(jī)溫升等重要方面進(jìn)行了針對(duì)性的比較研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在同一臺(tái)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)（J58K-315型）上，設(shè)定相同的加速行程（250mm）和驅(qū)動(dòng)電流（87A），基于直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的交流異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以更短的時(shí)間（1.13 s）加速到更大的轉(zhuǎn)速（786 r/min），略優(yōu)于基于矢量控制技術(shù)的永磁交流同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（1.19 s，751 r/min）；兩者以相同的打擊頻率（12 min-1）進(jìn)行連續(xù)打擊實(shí)驗(yàn)，前者電機(jī)的溫升情況（42 ℃）也

5、好于后者（50.6 ℃）；而且，直接轉(zhuǎn)矩控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)無(wú)須電機(jī)軸端編碼器進(jìn)行電機(jī)軸位置和速度反饋，在強(qiáng)震動(dòng)的電動(dòng)螺旋壓力機(jī)工作環(huán)境中，故障環(huán)節(jié)更少。
　　 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)工況特殊且環(huán)境惡劣，需要研究高可靠的專用數(shù)控系統(tǒng)。本文根據(jù)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，采用模塊化的編程方法，開(kāi)發(fā)了以可編程控制器為核心、以觸摸屏為人機(jī)界面的電動(dòng)螺旋壓力機(jī)專用數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了打擊能量的精確控制和滑塊的準(zhǔn)確回程，具有友好的人機(jī)交互界面和一定的故障診斷能

6、力。實(shí)際使用表明，該數(shù)控系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度、可靠性和穩(wěn)定性高，可擴(kuò)展性強(qiáng)。
　　 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)屬于定能量的鍛造設(shè)備，有效能量的檢測(cè)是檢驗(yàn)電動(dòng)螺旋壓力機(jī)設(shè)計(jì)和制造是否合格的關(guān)鍵。本文將銅柱鐓粗法應(yīng)用到電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的有效能量檢測(cè)中，參與制定了電動(dòng)螺旋壓力機(jī)銅柱鐓粗的檢測(cè)規(guī)范，給出了不同公稱壓力設(shè)備型號(hào)相應(yīng)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行了相應(yīng)的鐓粗試驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)計(jì)算和分析，作者提出電動(dòng)螺旋壓力機(jī)在公稱壓力打擊力下的打擊效率超過(guò)85%，非

7、常高效、節(jié)能。
　　 要保護(hù)壓力機(jī)設(shè)備，防止超載運(yùn)行的最佳方法是安裝噸位指示器，實(shí)時(shí)監(jiān)控每一次鍛造的打擊力。本文研究并開(kāi)發(fā)了一種采用雙恒流源電橋電路的壓力機(jī)用小型實(shí)用噸位指示器，并選用數(shù)字電位器實(shí)現(xiàn)橋路的自動(dòng)調(diào)零和放大增益的數(shù)字化調(diào)整，測(cè)量穩(wěn)定，成為J58K系列數(shù)控電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的重要組成單元。
　　 作者所進(jìn)行的以上研究和工作全部得到了實(shí)際應(yīng)用和實(shí)踐檢驗(yàn)，所屬項(xiàng)目“汽車零件精鍛成形技術(shù)及關(guān)鍵裝備的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用”獲2008