铝挤压机供锭器主行程伺服电机驱动的研究.pdf

第期(总第 期)年月机 械 工 程 与 自 动 化ME CHAN I C A LE N G I N E E R I N G&AUT OMA T I ONN o A u g 文章编号:()铝挤压机供锭器主行程伺服电机驱动的研究张江伟,常远,吴超(太原重工股份有限公司 太原重工股份有限公司院士工作站,山西太原 )摘要:介绍了铝挤压机供锭器从液压驱动系统改造为伺服电机驱动系统的计算及选型过程.以 MN和 MN两种规格铝挤压机供锭器为研究对象,依据供锭器的参数,分别计算得到了适合 MN和 MN两种规格铝挤压机供锭器驱动的伺服电机型号.不仅保证了供锭过程的快速平稳运行,而且降低了设备成本.关键词:供锭器;伺服电机驱动系统;铝挤压机;主行程;液压驱动系统中图分类号:TM T G 文献标识码:B收稿日期:;修订日期:作者简介:张江伟(),男,山西晋中人,高级工程师,一级/高级技师,工学硕士,主要从事挤压机设备方面的设计研究.引言供锭器是铝挤压机的上料机构,是铝挤压机设备的主要辅助机构,在铝挤压机上所起的作用不可或缺.供锭器按照供锭方式可以分为摆臂式、平移式和斜推式等,无论采用哪种机构都应严格遵循接锭准确、抓锭牢靠、运锭平稳和供锭准确的原则.此外,供锭器的供锭动作应简单、运行速度快、便于操作和维护.目前,铝挤压机生产线中的供锭器多采用直线平移供锭方式,其主行程传动采用液压油提供动力,通过先导比例阀控制,实现供锭过程的快速和平稳运行.近年来,随着市场及技术发展要求,供锭器主行程采用电机驱动,尽量避免比例阀在辅助系统中的应用.为此,本文以 MN和 MN两种规格挤压机供锭器为研究对象,介绍了挤压机供锭器从液压驱动系统改造为伺服电机驱动系统的计算及选型过程.现用挤压机供锭器结构及技术改造目标现用铝挤压机生产线中的供锭器多采用直线平移供锭方式,主要由底座、驱动油缸、活动架、滑块机构、托举油缸、活动钳口、固定钳口、伺服电机和滚珠丝杆传动系统组成,如图所示.其主行程传动采用液压油提供动力,通过先导比例阀控制.随着市场及技术发展的要求,在保证供锭过程快速、平稳、不降低设备自动化程度的前提下,对供锭器主行程传动机构进行技术改造,研究以伺服或变频电机驱动、齿轮齿条传动结构的可行性.最终需要实现的主要技术目标如下:()确定供锭器主行程工作原理及技术参数.()确定单齿条齿轮传动结构的可行性.()依据挤压机吨位,对伺服或变频电机参数进行计算,并确定电机型号.驱动油缸;底座;活动架;滑块机构;托举油缸;活动钳口;固定钳口;伺服电机;滚珠丝杆传动系统图直线平移式供锭器供锭器主行程传动机构的技术改造 供锭器主要参数本文以 MN和 MN铝挤压机的供锭器主行程机构为研究对象.MN和 MN铝挤压机供锭器主要参数如表所示.表 MN和 MN铝挤压机供锭器主要参数挤压机吨位(MN)主行程(mm)移动部分质量M(k g)移动部分加速度a(m/s)移动部分速度v(mm/s)齿轮质量m(k g)齿轮分度圆半径R(mm)主行程传动机构电机类型的确定供锭器主行程的两个工位位于行程的前、后极限位置,在供锭器底座上装有机械限位装置,在极限位置通过电机保持一定的输出扭矩,实现供锭工位的精确控制.从控制角度上讲,要尽可能减少挤压机的非挤压时间,提高生产效率.变频电机的控制形式决定了其减速为渐进式抱闸,低速行驶会造成供锭器运送坯锭时间过长,无法适应生产过程中愈加要求严格的运行效率.与伺服电机配套的控制器通过闭环控制,能够进一步节省供锭器运送坯锭的时间,满足挤压机非挤压时间的要求,因此本文供锭器主行程传动机构选用伺服电机驱动.伺服控制器在供锭器的整个移动过程中根据位置对速度参数进行控制,可实现整个运动过程的精准控制.伺服电机的安装形式根据 MN和 MN铝挤压机供锭器现有结构,伺服电机安装于移动小车内部活动架上(图中的位置).电机采用法兰式安装,输出轴端联接齿轮.齿条安装于供锭器底座中心部位,可避免两侧导轨偏载.通过机械加工保证齿轮齿条间隙,避免行进中齿轮卡死.伺服电机的计算及选型本文根据供锭器主行程动作原理,对其受力状态进行分析,确定传动机构中的转动惯量、功率、扭矩等.在确定的工况下,根据伺服电机的扭矩转速图对各参数进行综合考虑,在此基础上对伺服电机进行计算选型.计算电机驱动负载所需扭矩电机加速所需总转矩TA(Nm)为:TATATA()TAMgR()TAM a R()av/t()其中:TA为克服摩擦力所需转矩,Nm;TA为移动部分加速时所需转矩,Nm;为直线导轨的摩擦因数,取 ;g为重力加速度,取 m/s;t为移动部分速度从达到最大速度的运行时间,s.计算电机转速电机转速n(r/m i n)计算公式为:n v/(R)()计算总负载折算到电机轴的转动惯量总负载折算到电机轴的转动惯量JL(k gm)为:JLJwJB()JwMR()JBm R/()其中:Jw为移动部分折算到电机轴的转动惯量,k gm;JB为齿轮部分折算到电机轴的转动惯量,k gm.计算电机功率电机功率P(kW)的计算公式为:PTAn/()将 MN和 MN挤压机供锭器各项参数代入公式()公式()中,得出 MN挤压机供锭器伺服电机所需能力主参数:TA N m,TA N m,n r/m i n,JL k gm;MN挤压机供锭器伺服电机所需能力主参数:TA N m,TA N m,n r/m i n,JL k gm.伺服电机的选取伺服电机参数须满足以下要求:()电机额定扭矩克服摩擦力所需转矩TA.()电机最大扭矩加速所需总转矩TA.()电机额定转速需要的最大转速n.()电机k倍(k根据具体电机确定,本文取k)转动惯量负载惯量JL.伺服电机的主参数确定后,进一步确定其他相关参数,如制动器的型号、减速器的型号、编码器的要求等,最终确定的伺服电机型号如表所示.表 MN和 MN铝挤压机供锭器伺服电机型号(带减速机)挤压机吨位(MN)电机型号功率(k W)转速(r/m i n)扭矩(Nm)转子惯量(k gm)F T WF X F T WF X 伺服电机选型完成后,对供锭器主行程传动结构进行机械机构设计.相比油缸驱动结构,改进后的供锭器底座长度有所减小,设备重量降低,尤其是挤压机的非挤压时间压缩了s左右,极大地提高了挤压机的挤压效率.结语本文对 MN和 MN铝挤压机供锭器主行程传动结构进行了改进,通过对伺服电机的合理计算及选型,将原供锭器主行程的液压传动系统改造为伺服电机传动系统.不仅丰富了中、小型挤压机供锭器产品类型,可以满足不同用户使用的需求,而且在推动国家降低能耗、碳达峰碳中和的政策方面将发挥积极的作用.参考文献:石如磐,李其秀挤压机供锭器的研究进展J锻压装备与制造技术,():李永聪,袁森,冯治国,等伺服电机控制系统调试平台设计与开发J组合机床与自动化加工技术,():,周少凡,张君,李正利,等铝挤压机辅机生产线新技术J重型机械,():贾怀宇浅析挤压机智能辅机系统的改进J科技创新与生产力,():姜显朝挤压机辅机P L C控制系统J有色金属加工,():雷步芳铝及铝合金挤压工艺及设备M北京:国防工业出版社,张宗元,张君,杨建,等伺服电机控制技术在铝挤压生产线中的应用J农业工程与装备,():(英文摘要转第 页)机 械 工 程 与 自 动 化 年第期 kW,按市场电价 元/度计算,每天可为客户节约电费 元.按每年运行 h计算,一年节省电费 万元.结语采用HGV系列的单级透平真空泵,在广西某纸餐具厂替换原有的水环式真空泵,运行稳定,配套功率低,节能效果显著.根据不同工艺段的真空需求,该系列透平真空泵的真空度范围从 k P a到最高的 k P a,抽气量覆盖 m/m i n m/m i n.设备的可靠性高、节电节水效果好,受到客户的一致好评.参考文献:刘全祖,沈祖广,黄良,等纸浆模塑制品的研究现状与发展趋势J包装工程,():邱仁辉,黄祖泰,王克奇纸浆模塑餐具热压干燥过程的研究J农业工程学报,():陈首挺造纸真空系统中两种常见的真空发生设备 水环真空泵和透平风机的综合比较J湖南造纸,():刘一山透平真空泵及其在纸机真空系统中的应用J纸和造纸,():曹建武纸机真空系统的设计J中华纸业,():A p p l i c a t i o no fT u r b i n eV a c u u mP u m p i nP u l pM o l d i n gV a c u u mS y s t e mF A N GZ h i x i a n g,Y I NZ i r o n g,Z H A N GY a o x i n g,L IH a i q i a n g(H u n a nF i n eH i g hI n t e l l i g e n tE q u i p m e n tC o,L t d,Z h u z h o u ,C h i n a)A b s t r a c t:W i t ht h ec o n t i n u o u si m p r o v e m e n to fe n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nr e q u i r e m e n t s,i no r d e rt oa l l e v i a t et h ep o l l u t i o no ft h ee c o l o g i c a l e n v i r o n m e n t c a u s e db yt h eu s eo fn o n d e g r a d a b l e t a b l e w a r e i nt h ep a s t,m a n yp a p e re n t e r p r i s e s i nC h i n ah a v e l a u n c h e do re x p a n d e dt h ep r o d u c t i o nc a p a c i t yo fp a p e rt a b l e w a r e I no r d e rt of u r t h e rs a v ee n e r g ya n dr e d u c ec o n s u m p t i o n,m o s tn e w o rr e c o n s t r u c t i o np r o j e c t sc h o o s et u r b i n ev a c u u m p u m pa st h ev a c u u m o b t a i n i n ge q u i p m e n t T h i sp a p e ri n t r o d u c e st h es y s t e mc o m p o s i t i o no f t h e t u r b i n e v a c u u mp u m p,a n a l y z e s t h eu n i q u ew o r k i n gc o n d i t i o n s o f t h ep u l pm o l d i n gv a c u u ms y s t e m,a n d i n t r o d u c e st h ec o m p a r i s o no f t h ev a c u u ms y s t e mb e f o r ea n da f t e r t h e t r a n s f o r m a t i o no f ap a p e rm o l df a c t o r ya n dt h er e s u l t sa c h i e v e d K e y w o r d s:p u l pm o l d i n gv a c u u ms y s t e m;t u r b i n ev a c u u mp u m p;a p p l i c a t i o n(上接第 页)同等强度等级的发黑螺钉进行载荷试验,表明发黑螺钉力学性能优于镀锌螺钉,最后更换了所有的安装螺钉,顺利解决了此问题.参考文献:贾晓娇,张晓斌大规格螺栓螺母拧紧力矩与预紧力关系研究J航天标准化,():李英亮紧固件概论M北京:国防工业出版社,王中峰,杨运岭,杨捷关于铝制液压阀组螺钉旋入深度及拧紧力矩问题研究J液压气动与密封,():刘白 C r M n S i A高强度钢氢脆断裂机理研究J机械工程材料,():张瑞,陈金存,沈宏航天产品氢脆失效模式防治常用原则及方法J航天制造技术,():A n a l y s i sa n dT r e a t m e n t o fH y d r o g e nE m b r i t t l e m e n tF r a c t u r eo fV e h i c l eM o u n t e dH y d r a u l i cV a l v eB l o c kS c r e w sZ H A N GA l i n g,T E N GD a,T A NJ i,F E N GH a i q i n g,F A NY u(H u b e i S a n j i a n gS p a c eW a n s h a nS p e c i a lV e h i c l eC o,L t d,X i a o g a n ,C h i n a)A b s t r a c t:I nv i e wo f t h e f r a c t u r e f a i l u r e o f t h em o u n t i n gs c r e w s o f t h e v e h i c l em o u n t e dh y d r a u l i c v a l v eb l o c ko f t h eh i g h p o w e rm o b i l ep u m ps t a t i o n,t h ep o s i t i o n i n ga n d t r o u b l e s h o o t i n ga n a l y s i sw a s c a r r i e do u t T h ep h e n o m e n o no f h y d r o g e ne m b r i t t l e m e n t o f t h e s c r e wa n d i t s i n f l u e n c e o n t h en o r m a l o p e r a t i o no f t h eh y d r a u l i c s y s t e ma r e f o u n d,a n d t h e i m p r o v e m e n tm e a s u r e s a n d t e s t v e r i f i c a t i o no f t h ei n s t a l l a t i o ns c r e wa r em a d e,w h i c he f f e c t i v e l ys o l v e s t h ep r o b l e mo f s c r e wf r a c t u r e K e y w o r d s:v e h i c l em o u n t e dh y d r a u l i cv a l v eb l o c k;s c r e w;f r a c t u r e(上接第 页)R e s e a r c ho nM a i nS t r o k eS e r v oM o t o rD r i v eo fB i l l e tL o a d e ro fA l u m i n u mE x t r u d e rZ H A N GJ i a n g w e i,C H A N GY u a n,WUC h a o(T a i y u a nH e a v yI n d u s t r yC o,L t d A c a d e m i c i a nW o r k s t a t i o n,T a i y u a n ,C h i n a)A b s t r a c t:T h ec a l c u l a t i o na n ds e l e c t i o np r o c e s so f t h eb i l l e t l o a d e ro f a l u m i n u me x t r u d e r f r o mh y d r a u l i cd r i v es y s t e mt os e r v om o t o rd r i v es y s t e ma r e i n t r o d u c e d T a k i n g MNb i l l e t l o a d e ra n d MNb i l l e t l o a d e ro fa l u m i n u me x t r u d e ra st h er e s e a r c ho b j e c t s,a c c o r d i n gt o t h ep a r a m e t e r so f t h eb i l l e t l o a d e r,t h e s e r v om o t o r t y p e s s u i t a b l e f o r t h ed r i v e so f MNb i l l e t l o a d e r a n d MNb i l l e tl o a d e ro fa l u m i n u me x t r u d e ra r ec a l c u l a t e dr e s p e c t i v e l y I tn o to n l ye n s u r e st h ef a s ta n ds m o o t ho p e r a t i o no ft h ei n g o ts u p p l 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