數(shù)控電動螺旋壓力機控制與檢測技術(shù)研究.pdf

1、作為模鍛設(shè)備，螺旋壓力機同模鍛錘和熱模鍛壓力機等相比較，具有結(jié)構(gòu)簡單，使用維修方便，工藝應(yīng)用范圍寬等優(yōu)點；而電動螺旋壓力機與摩擦壓力機、液壓螺旋壓力機等其它形式的螺旋壓力機相比，具有運行時噪聲更小，打擊次數(shù)更高，并能準確控制其打擊能量等特點，因而在汽車、高速鐵路機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)控電動螺旋壓力機控制和檢測方面的若干關(guān)鍵技術(shù)問題展開研究，內(nèi)容包括電動螺旋壓力機的重載數(shù)字化電機驅(qū)動技

2、術(shù)、專用數(shù)控系統(tǒng)、有效能量檢測和打擊力檢測等方面。
　　 基于交流伺服系統(tǒng)的重載數(shù)字化電機驅(qū)動技術(shù)是數(shù)控電動螺旋壓力機實現(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驅(qū)動技術(shù)和基于直接轉(zhuǎn)矩控制的交流異步電機驅(qū)動技術(shù)，并在J58K-315型數(shù)控電動螺旋壓力機實驗樣機（全行程320 mm，標稱能量20 kJ）上進行了大量實驗。結(jié)果表明，在設(shè)定為全行程的情況下進行全能量（100%）打擊，永磁交流伺服電機由零速加速至965 r/mi

3、n，實際打擊能量達20.6 kJ，以16 min-1的頻率連續(xù)打擊，電機溫升為58.6 ℃。；而交流異步電機由零速加速至980 r/min，實際打擊能量達21.2 kJ，以16 min-1的頻率連續(xù)打擊，電機溫升為52.2 ℃。兩種驅(qū)動方案均實現(xiàn)了設(shè)計目標，電機啟動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螺旋壓力機發(fā)展的難題。
　　 在兩種驅(qū)動方案均滿足設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，對兩者在轉(zhuǎn)矩響應(yīng)能力

4、、電機溫升等重要方面進行了針對性的比較研究。實驗結(jié)果表明：在同一臺實驗樣機（J58K-315型）上，設(shè)定相同的加速行程（250mm）和驅(qū)動電流（87A），基于直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的交流異步電機驅(qū)動系統(tǒng)以更短的時間（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驅(qū)動系統(tǒng)（1.19 s，751 r/min）；兩者以相同的打擊頻率（12 min-1）進行連續(xù)打擊實驗，前者電機的溫升情況（42 ℃）也

5、好于后者（50.6 ℃）；而且，直接轉(zhuǎn)矩控制驅(qū)動系統(tǒng)無須電機軸端編碼器進行電機軸位置和速度反饋，在強震動的電動螺旋壓力機工作環(huán)境中，故障環(huán)節(jié)更少。
　　 電動螺旋壓力機工況特殊且環(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)開放式數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計思想，采用模塊化的編程方法，開發(fā)了以可編程控制器為核心、以觸摸屏為人機界面的電動螺旋壓力機專用數(shù)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了打擊能量的精確控制和滑塊的準確回程，具有友好的人機交互界面和一定的故障診斷能

6、力。實際使用表明，該數(shù)控系統(tǒng)操作簡單，自動化程度、可靠性和穩(wěn)定性高，可擴展性強。
　　 電動螺旋壓力機屬于定能量的鍛造設(shè)備，有效能量的檢測是檢驗電動螺旋壓力機設(shè)計和制造是否合格的關(guān)鍵。本文將銅柱鐓粗法應(yīng)用到電動螺旋壓力機的有效能量檢測中，參與制定了電動螺旋壓力機銅柱鐓粗的檢測規(guī)范，給出了不同公稱壓力設(shè)備型號相應(yīng)的檢測標準，并進行了相應(yīng)的鐓粗試驗。根據(jù)實驗計算和分析，作者提出電動螺旋壓力機在公稱壓力打擊力下的打擊效率超過85%，非

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