基于變頻器的管接頭馬鞍形加工車床的改造

摘#8195;要 本文針對鍋爐制造行業(yè)，利用傳統(tǒng)靠模車加工管接頭馬鞍形坡口時間長，效率低的現(xiàn)狀，提出了利用氣體切割技術(shù)配合管頭馬鞍形坡口工藝車床加工管頭馬鞍形坡口的一種方法，并通過變頻器對車床進行改造，以滿足氣割加工的要求，并成功應(yīng)用于生產(chǎn)實踐中。

關(guān)鍵詞 馬鞍形坡口；氣體切割；變頻器

中圖分類號 TK 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)031-0179-01

電站鍋爐及余熱鍋爐制造過程中，按照國內(nèi)外焊接工業(yè)標準，鍋爐的下降管與集箱、鍋筒連接時，為增強焊縫強度，提高焊接質(zhì)量，需將管接頭端面預先加工成馬鞍形全焊透型坡口。在我公司制造生產(chǎn)中常用的管接頭規(guī)格為φ60~φ168、壁厚δ=4~10 mm，每臺鍋爐的管接頭多達幾百個，在生產(chǎn)中占據(jù)一定的比重。

1 設(shè)備改造的原因和目的

伴隨著我公司大型垃圾焚燒爐和余熱鍋爐訂單的不斷增加，管接頭馬鞍形坡口加工工作量急劇增加。而目前采用靠模車加工馬鞍形曲線的方法，加工時間長、效率低，以車加工Φ133×6管接頭為例，加工一件需用時50 min。針對這一現(xiàn)狀，我們提出新的加工方法，用以減少加工時間，提高勞動效率。

2 設(shè)備改造方案的確定及理論分析

按照焊接工藝要求，馬鞍形管接頭與集箱或鍋筒的焊接時，全透形坡口粗造度需達到12.5，而利用氣體切割加工管接頭坡口，再用磨光機少量打磨完全可達到這一標準。為此，我們考慮采用變頻調(diào)速功能降低車床主軸轉(zhuǎn)速，利用氣體切割加工管接頭馬鞍形坡口的方法。以氣體切割加工Φ133×6管接頭為例，根據(jù)實際工作經(jīng)驗，當主軸轉(zhuǎn)速約為

0.25 r/min時，可達到氣體切割管接頭的要求。從這一原則考慮，將車床主軸轉(zhuǎn)速設(shè)定在10 r/min時，利用變頻器調(diào)低頻率可滿足主軸低轉(zhuǎn)速的要求。

車床主軸電機為三相異步電機，功率為7.5 kW，額定轉(zhuǎn)速n為

1#8198;450 r/min，級數(shù)為4級。

電機的同步轉(zhuǎn)速n0：

n0=

電機的轉(zhuǎn)差率S：

S=

實際轉(zhuǎn)速n1與變頻頻率f的關(guān)系為：

n1=

式中f0為工頻電的頻率50 Hz，P為極對數(shù)。

對于工頻系統(tǒng)，將主軸轉(zhuǎn)速設(shè)定在10 r/min時，車床主軸機械減速比為145：1。在變頻調(diào)速系統(tǒng)下，仍將主軸轉(zhuǎn)速設(shè)定在10 r/min，即機械減速比保持不變，主軸的實際轉(zhuǎn)速與變頻頻率成正比。要達到氣割加工要求的0.25 r/min的主軸轉(zhuǎn)速，則變頻器設(shè)定的頻率應(yīng)滿足：

=

即變頻器設(shè)定的頻率f =1.25 Hz。

在實際的改造過程中，系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計工頻和變頻兩套控制系統(tǒng)，以滿足不同加工工藝的要求。

3 變頻器的選型及設(shè)備保護的措施

3.1 變頻器的選型

車床變頻改造后，主軸電機需長期低速運行，所以在變頻器選型時除滿足電機功率，電壓等級匹配外，還必須具備以下性能：低速運行時，有較大的力矩輸出；穩(wěn)速精度高；過載能力強。目前，最常用的v/f控制方式的變頻器在低頻時轉(zhuǎn)矩不夠大、穩(wěn)速精度不夠高，不適用低速運行的設(shè)備。在此，我們選用安川通用型高性能矢量控制A1000系列的CIMR-AB4A0018FAA變頻器。 該變頻器具有以下優(yōu)點：

1）頻率精度高，可滿足主軸穩(wěn)速精度高的要求。

2）變頻器有轉(zhuǎn)矩補償功能，可解決低頻時轉(zhuǎn)矩不足的問題。

3.2 設(shè)備保護的措施

1）電機保護的措施。電機長期低速運轉(zhuǎn)時，其溫升較快、噪音較大，容易損壞。考慮到電機運行速度過低（0.25 r/min），在設(shè)計改造中，在電機尾端加裝一臺大功率三相軸流風機用于電動機的強冷；同時在變頻器的輸出端選用了1臺型號為OCL-47P5-VF的變頻器專用輸出電抗器，用于減小電動機的噪音及保護變頻器。

2）變頻器的保護措施。電機在快速停車過程中，由于慣性作用，會產(chǎn)生大量的再生電能，如果不及時消耗掉這部分再生電能，會使變頻器出現(xiàn)故障報警，甚至損壞變頻器。因此，我們要選擇該一只與變頻器匹配的剎車電阻，用于保護變頻器不受電機再生能量的危害。

4 變頻器參數(shù)設(shè)置及調(diào)試

根據(jù)控制需求，設(shè)計外圍電路，在此不再贅述。改造后的控制系統(tǒng)能否取得良好的低速運行效果，關(guān)鍵是變頻器參數(shù)設(shè)置的正確、合理與否。表1、表2分別詳細列出了變頻器主要參數(shù)和電機自學習模式下的參數(shù)設(shè)置情況。

在電機參數(shù)自學習的過程中，如出現(xiàn)過壓或過流故障，可適當增減加減速時間。自學習結(jié)束后，系統(tǒng)進行空載及負載調(diào)試狀態(tài)，并注意觀測電機是否有異常聲音、抖動及電機是否持續(xù)升溫。實踐證明，當頻率設(shè)定在1.21 Hz~1.25 Hz時，電機運行平穩(wěn)，完全滿足氣割加工Φ133×6管接頭馬鞍形坡口需求。當然，不同管徑、不同壁厚的管接頭，氣割所要求的轉(zhuǎn)速有所不同，但都可通過電位器調(diào)整頻率值來達到最佳加工效果。

5 結(jié)論

變頻器較高的頻率精度，確保了車床主軸轉(zhuǎn)動的平穩(wěn)性；變頻器較好的轉(zhuǎn)矩補償功能，確保了電機低速運轉(zhuǎn)時有較高的轉(zhuǎn)矩輸出。變頻改造后的車床已成功應(yīng)用于生產(chǎn)中，氣割一件用時5分鐘與車加工一件用時50分鐘相比，大大提高了勞動效率，取得了較好的實用價值。

參考文獻

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作者簡介

胡敬強，男，漢族，安徽亳州人，工學學士，助理工程師，工作單位：安徽金鼎鍋爐股份有限公司，主要從事工廠電氣設(shè)備管理。