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龍門刨床運(yùn)用開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的節(jié)電改造分析

2019-1-31 來源：淄博市技師學(xué)院作者：仝西琳

摘要：龍門刨床屬于一種大型的工業(yè)生產(chǎn)加工設(shè)備，常用的傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)存在很多缺陷，主要有結(jié)構(gòu)體積龐大、系統(tǒng)功率因數(shù)較小、系統(tǒng)運(yùn)行耗能較高等問題，導(dǎo)致龍門刨床整體工作性能較差、工作效率較低，并且還會(huì)加大生產(chǎn)成本，降低了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，所以需要采用科學(xué)、有效的方式，對(duì)龍門刨床進(jìn)行技術(shù)改造。文章對(duì)龍門刨床運(yùn)用開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的節(jié)電改造進(jìn)行了討論，改造結(jié)果表明，龍門刨床的工作性能得到有效改善，電能損耗及運(yùn)行故障概率明顯減少，生產(chǎn)加工效率和質(zhì)量得到顯著提升。

關(guān)鍵詞：龍門刨床；開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)；節(jié)電改造

在科技和經(jīng)濟(jì)的帶動(dòng)下，近些年我國工業(yè)發(fā)展迅速，取得了令人矚目的成績，為了充分發(fā)揮先進(jìn)工業(yè)技術(shù)在生產(chǎn)活動(dòng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，就需要對(duì)重要生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，龍門刨床作為工業(yè)的母機(jī)，更是成為當(dāng)下熱門研究對(duì)象。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是一種新興的無級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，綜合了直流和交流兩種調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了多種傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)缺陷，應(yīng)用價(jià)值加高，將其應(yīng)用于龍門刨床結(jié)構(gòu)改造中，可以有效提升龍門刨床的工作性能，能夠?qū)崿F(xiàn)理想的節(jié)能效果。

1 、龍門刨床簡要介紹

龍門刨床是工業(yè)生產(chǎn)加工中必不可少的基礎(chǔ)性設(shè)備，其主要作用是對(duì)大型工件進(jìn)行刨削、銑削和磨削處理，并且，還可以同步完成對(duì)多個(gè)工業(yè)零件的一起加工。龍門刨床組成結(jié)構(gòu)主要分為門式框架和臥式長床身兩部分，具體組成部件包括床身、工作臺(tái)、立柱、橫梁、龍門頂、刀架等，龍門刨床的結(jié)構(gòu)組成如圖 1 所示。

龍門刨床在運(yùn)行時(shí)，裝載有工件的工作臺(tái)會(huì)會(huì)在主傳動(dòng)系統(tǒng)作用下，反復(fù)穿過門式框架在直線方向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)工作臺(tái)裝載有工件時(shí)，運(yùn)動(dòng)速度會(huì)隨之降低。設(shè)置在橫梁兩側(cè)的垂直刀架，可以在同一平面內(nèi)變換一定的角度，也可以在橫梁方向上運(yùn)動(dòng)。利用立柱，可以根據(jù)工件加工需求，在處置方向上調(diào)整衡量的位置。為了避免工件表面出現(xiàn)劃傷，一般情況會(huì)將在兩側(cè)立柱上設(shè)置刀架，稱之為側(cè)刀架，側(cè)刀架可以在垂直方向上進(jìn)行移動(dòng)，對(duì)工件起到了保護(hù)作用。

圖 1 龍門刨床的結(jié)構(gòu)組成

2 、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)組成及特點(diǎn)

2.1 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)組成

開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)具有光機(jī)電一體化特點(diǎn)，主要是由四部分組成的，包括磁阻式電機(jī)、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器、功率電路和控制電路，系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2 所示。磁阻式電機(jī)是在定子齒和轉(zhuǎn)子齒相互作用下運(yùn)行的，定子齒和轉(zhuǎn)子齒數(shù)量分別為 12 各和 8 個(gè)，其中每四個(gè)定子齒定義為一相繞組，在接通電源后，定子齒會(huì)在電磁作用下帶動(dòng)轉(zhuǎn)子齒運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)磁阻式電動(dòng)機(jī)便處于運(yùn)行狀態(tài)。轉(zhuǎn)子位置傳感器是由紅外廣電元件組成的，可以對(duì)磁阻式電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速率、轉(zhuǎn)動(dòng)方向及位置進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)控，根據(jù)工件加工要求，通過改變通電時(shí)間、電流大小、通電秩序，實(shí)現(xiàn)對(duì)磁阻式電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的調(diào)整和控制。功率電路的主要作用，是通過電源向系統(tǒng)輸送運(yùn)行所需電能，是確保開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，線路中設(shè)置有多個(gè)功率開關(guān)，并采用串聯(lián)方式與電機(jī)繞組相連接，可以對(duì)電路短路現(xiàn)象起到保護(hù)作用。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)是借助控制電路實(shí)現(xiàn)的，通過傳感器對(duì)系統(tǒng)具體運(yùn)行信息進(jìn)行采集，以完成工件加工為最終目的，來改變電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，確保系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

圖 2 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)特點(diǎn)

開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)與傳統(tǒng)形式的調(diào)速系統(tǒng)相比，擁有眾多應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)，主要包括以下幾方面。首先，開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)改造和維修比較方便，并且成本較低，系統(tǒng)工作性能良好，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，能夠在高溫、強(qiáng)振等多種復(fù)雜環(huán)境下保持穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。其次，開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)易于控制，可以根據(jù)不同應(yīng)用需求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，適用范圍比較廣泛，并且可以在不造成發(fā)熱現(xiàn)象的前提下，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行多次轉(zhuǎn)換。同時(shí)，開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)具有較高的節(jié)能效應(yīng)，系統(tǒng)調(diào)速范圍和負(fù)載范圍比較寬泛，系統(tǒng)效率及功率因數(shù)高，如果系統(tǒng)處于空載運(yùn)行狀態(tài)，則所需電能是非常少的，并且不需要在系統(tǒng)中增設(shè)無功補(bǔ)償裝置。

3 、龍門刨床運(yùn)用開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的節(jié)電改造分析

某企業(yè)所用龍門刨床型號(hào)為 B2012A，運(yùn)行方式為直流機(jī)組傳動(dòng)，設(shè)備運(yùn)行性能較差，噪聲和振動(dòng)現(xiàn)象比較嚴(yán)重，出現(xiàn)運(yùn)行故障的概率較高，工件生產(chǎn)質(zhì)量較低，同時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行過程中能量損耗較大，浪費(fèi)了大量電能，增加了加工成本。為改善龍門刨床工作性能、降低能耗，該企業(yè)決定運(yùn)用開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行節(jié)電改造。

3.1 改造方案和參數(shù)的確定

改造方案的制定，是應(yīng)用開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)對(duì)龍門刨床進(jìn)行改造的第一步。技術(shù)人員在對(duì)龍門刨床結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行分析后，制定了科學(xué)、可行的改造方案。首先，用開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)取代原來的直流機(jī)組，增設(shè)銑削傳動(dòng)裝置，刨削和銑削電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行功率分別為 45k W 和 5.5k W，在切斷電源后確保龍門刨床可以立即停止運(yùn)行。其次，去除設(shè)備中的左垂刀架，并在原來位置安裝垂銑頭，而其他位置的刀架和銑頭，可以根據(jù)工件加工需求自由更換。同時(shí)，龍門刨床設(shè)備中原有的刨削變速箱保持不變，在此基礎(chǔ)上增加刨銑離合器、減速裝置等，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備運(yùn)行的控制力度。另外，對(duì)電氣控制柜進(jìn)行技術(shù)改造，將 PLC 技術(shù)運(yùn)用其中，并對(duì)工作臺(tái)轉(zhuǎn)向的組合形成開關(guān)箱進(jìn)行改造，改變?cè)?/span>的開關(guān)控制方式，使用無觸點(diǎn)礦用磁敏開關(guān)，以此來提高龍門刨床的運(yùn)行穩(wěn)定性。最后，還需要使用新的開關(guān)站來取代原來的開關(guān)站。

在確定改造方案時(shí)候，需要確定相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)，包括刨削和銑削電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，兩者分別為 100 ～ 1000r/min 和 35 ～ 800r/min，刨削和銑削電機(jī)的運(yùn)行功率和運(yùn)轉(zhuǎn)速度，分別為 45k W 和5.5k W、50 ～ 1500r/min 和 50 ～ 2000/min，垂直銑頭的運(yùn)轉(zhuǎn)速度、運(yùn)行功率和刀盤直徑，分別為110 ～ 700/min、5.5k W 和 160mm，以此作為重要依據(jù)，確保改造方案的科學(xué)性。

3.2 改造結(jié)果

該企業(yè)龍門刨床在經(jīng)過改造后，其工作性能和工作效率得到了有效提升，設(shè)備在運(yùn)行過程中，不再出現(xiàn)大幅振動(dòng)現(xiàn)象，穩(wěn)定性得到了保證，設(shè)備運(yùn)行所產(chǎn)生的噪聲得到了顯著降低，作業(yè)環(huán)境更加安靜。同時(shí)，設(shè)備運(yùn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變得更加簡單，床面在一個(gè)主電機(jī)的帶動(dòng)下便可以運(yùn)行，電機(jī)沒有毛刷，設(shè)備體積也得到了有效縮減，減少了占地面積。此外，龍門刨床在改造前空載運(yùn)行時(shí)耗能較高，改造之后節(jié)電效果明顯。

4 、結(jié)語

對(duì)完成改造后的龍門刨床進(jìn)行試運(yùn)，發(fā)現(xiàn)其運(yùn)行穩(wěn)定性和工作效率得到了顯著提升，電能損耗下降到改造之間的 1/2，同時(shí)還有效減弱了龍門刨床運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)及噪聲，改造效果良好。將開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用于龍門刨床改造中，可以在提高龍門刨床工作性能的同時(shí)降低能耗，節(jié)省更多的電能，降低生產(chǎn)成本，為企業(yè)帶來更多經(jīng)濟(jì)效益，既可以提高工件生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，又可以促進(jìn)企業(yè)的良好發(fā)展，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

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