摩擦壓力機改造與節(jié)能型螺旋壓力機

文/朱元勝，欒新民，吳帶生·青島青鍛鍛壓機械有限公司

摩擦壓力機改造與節(jié)能型螺旋壓力機

文/朱元勝，欒新民，吳帶生·青島青鍛鍛壓機械有限公司

摩擦壓力機的節(jié)能改造

傳統(tǒng)的雙盤摩擦壓力機歷史悠久，并已發(fā)展成為我國鍛造行業(yè)的主要設(shè)備之一，為我國鍛造業(yè)的發(fā)展做出了巨大貢獻，尤其是青島青鍛鍛壓機械有限公司（簡稱青鍛公司）成功研制出了世界上最大的萬噸摩擦壓力機，曾經(jīng)為我國高鐵鉤尾框等大型模鍛件的生產(chǎn)解了燃眉之急。但是，傳統(tǒng)的雙盤摩擦壓力機因電機一直在工作，尤其是在非打擊的輔助間歇時間里，電機輸出的基本是無用功，圓盤能量有效利用率很低，因而耗電較高。隨著制造行業(yè)的飛速發(fā)展和我國節(jié)能減排政策的實施，耗能較高的傳統(tǒng)型雙盤摩擦壓力機的使用已越來越受到限制，急需升級換代或更新改造。

電動螺旋壓力機作為一種新型的節(jié)能螺旋壓力機，在國外已得到廣泛應(yīng)用，近幾年在國內(nèi)發(fā)展迅速，使用情況較好。實踐證明，電動螺旋壓力機將成功替代老式雙盤摩擦壓力機，但由于傳統(tǒng)的雙盤摩擦壓力機在我國量大面廣，全部淘汰更新?lián)Q代不僅不現(xiàn)實，也會造成不必要的浪費。

因此，在充分利用原有資源的基礎(chǔ)上，對傳統(tǒng)的雙盤摩擦壓力機進行節(jié)能改造勢在必行。青鍛公司工程技術(shù)人員通過大量理論推導計算和多次模擬試驗，創(chuàng)造性地研發(fā)了國內(nèi)外第一臺節(jié)能型變頻雙盤摩擦壓力機，以滿足市場的需求和社會發(fā)展的需要。

節(jié)能型變頻雙盤摩擦壓力機

節(jié)能原理

圖1為節(jié)能型變頻雙盤摩擦壓力機簡圖，其節(jié)能原理為，充分利用圓盤儲存的旋轉(zhuǎn)能量，滿足鍛打過程中所需的能量，電機在滑塊運行期間基本不耗電。而在滑塊靜止時的上下料輔助時間里，由變頻智能控制的電機才開始工作，加速補充圓盤在驅(qū)動過程中的能量損耗，使其恢復至設(shè)定值，電機因采用變頻智能控制且間歇工作，因而節(jié)省電能。

圖1 變頻雙盤摩擦壓力機簡圖

同時，傳統(tǒng)摩擦壓力機的圓盤只能在電動機滑差率的允許范圍內(nèi)利用一部分能量，因此能量的有效利用率很低。而節(jié)能型變頻雙盤摩擦壓力機因采用變頻智能控制，從而有效地解決了電機額定滑差率問題。電機轉(zhuǎn)速可頻繁地從零到最大值進行變速，從而最大限度地、有效地利用了圓盤儲備的能量，實現(xiàn)了電機在滑塊運行期間基本不耗電，節(jié)約了電能。電機只在滑塊靜止時的輔助時間里才工作，由于電機采用變頻智能控制，因此，不僅加速時間短，提速快，而且電流小，對電網(wǎng)無沖擊，耗電少。

性能特點及發(fā)展優(yōu)勢

⑴圓盤能量有效利用率高，變頻智能控制電機可間歇工作且加速快、電流小，滑塊運行期間電機基本不耗電，節(jié)約電能。

⑵速度控制精確，打擊力穩(wěn)定，鍛件精度高。

⑶變頻智能控制電機速度可調(diào)，可預選打擊力和打擊能量，工藝適用范圍廣。

⑷因打擊力可控，模具受力小，使用壽命長。

⑸主機結(jié)構(gòu)簡單直觀、故障率低，易于維護，費用低。

⑹可通過人機界面設(shè)定各種參數(shù)，并可通過屏幕顯示實際打擊力和能量的大小，方便工藝人員做工藝試驗，分析工藝過程。

推廣應(yīng)用

在我國現(xiàn)有的鍛造設(shè)備中，絕大部分是傳統(tǒng)式雙盤摩擦壓力機，這種老式的雙盤摩擦壓力機相對電動螺旋壓力機及變頻雙盤摩擦壓力機等新型節(jié)能設(shè)備而言耗電指標高、精度差。從取得合理經(jīng)濟效益的觀點來看，在推廣電動螺旋壓力機及變頻雙盤摩擦壓力機等節(jié)能型產(chǎn)品的同時，對鍛造廠現(xiàn)有的老式雙盤摩擦壓力機研究出合理的改造方案，把這些陳舊的耗能設(shè)備改造成為性能優(yōu)良的節(jié)能型變頻雙盤摩擦壓力機是十分可行的。在改造過程中，機械部分無需做任何改動，充分利用現(xiàn)有能量資源，只增加變頻智能控制系統(tǒng)即可，從而節(jié)約了投資，提高了產(chǎn)品性能，效果很好。經(jīng)用戶實際檢測，節(jié)能型變頻雙盤摩擦壓力機比傳統(tǒng)型雙盤摩擦壓力機節(jié)電40％以上，效益非常顯著。

離合器式螺旋壓力機

圖2為離合器式螺旋壓力機，其工作原理為，電動機通過皮帶帶動大飛輪始終朝一個方向旋轉(zhuǎn)，通過離合器驅(qū)動螺桿做旋轉(zhuǎn)運動，由滑塊內(nèi)的銅螺母將螺桿的旋轉(zhuǎn)運動，轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K向下的直線運動；滑塊回程由回程驅(qū)動缸完成。離合器式螺旋壓力機由于飛輪與螺桿之間是由可控離合器連接，打擊力可得到比較準確地控制。其冷擊力大約是名義噸位的1.25倍，而飛輪能量是由不斷旋轉(zhuǎn)的飛輪提供的，不受冷擊力的限制，可根據(jù)鍛件的需要靈活設(shè)計。因此，其可提供的鍛件變形大約是同規(guī)格摩擦壓力機或熱模鍛壓力機的2～3倍。

離合器式螺旋壓力機由于飛輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)，在工作循環(huán)中只有慣性很小的螺桿和摩擦盤被加速。所以加速行程很短，滑塊離開上死點后，經(jīng)過100～150mm行程就能達到額定速度，在以后的任意位置都可以同時輸出最大打擊力和額定能量?；瑝K空行程大大縮短，有效行程次數(shù)比摩擦壓力機提高1倍以上。熱模鍛壓力機和摩擦壓力機一般要在接近下死點或行程的80％后，才能達到最大能量。由于機械效率提高，離合器式螺旋壓力機的主電機功率，只有同噸位摩擦壓力機的60％。

圖2 離合器式螺旋壓力機

直驅(qū)式電動螺旋壓力機

圖3為直驅(qū)式電動螺旋壓力機，由電動機直接傳動的電動螺旋壓力機，采用專用低速大轉(zhuǎn)矩伺服型開關(guān)磁阻電機，電機直接安裝在主機頂部，電機轉(zhuǎn)子為螺旋壓力機飛輪的組成部分，并固定在飛輪上與主螺桿直接連接，電機定子安裝在機身上。轉(zhuǎn)子和定子之間的電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子飛輪和螺桿做加速旋轉(zhuǎn)運動并儲蓄能量，通過固定在滑塊上的螺母，使滑塊向下運動，對工件進行打擊。通過電機反轉(zhuǎn)，使滑塊向上運動，并停止于調(diào)定的上死點。

圖3 直驅(qū)式電動螺旋壓力機

由于電動機只有在壓制鍛件時才工作，停轉(zhuǎn)時基本無空載損耗，所輸出的能量主要用于加速飛輪和主機摩擦損耗。因而，電動螺旋壓力機能耗低，效率高。直驅(qū)式電動螺旋壓力機結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好，精度高。一般3000t以下的電動壓力機常采用這種方案。

電動螺旋壓力機

圖4所示的電動螺旋壓力機，通常由一臺、兩臺或多臺電動機，借助一級齒輪減速機構(gòu)，間接驅(qū)動飛輪作雙向交替旋轉(zhuǎn)運動。由于采用了多電機驅(qū)動，因此，可做成3000t以上大噸位的電動螺旋壓力機。大齒輪即飛輪，經(jīng)摩擦超載打滑裝置與螺桿連接，螺母安裝在滑塊內(nèi)。電動機上的小齒輪帶動大齒輪作正反雙向交替旋轉(zhuǎn)，從而使滑塊上下運動。

圖4 電動螺旋壓力機簡圖

電動螺旋壓力機總體發(fā)展的優(yōu)勢有以下六點：

⑴電動螺旋壓力機無離合器、傳動鏈短、結(jié)構(gòu)比較簡單，故障率低，易于維護，費用低。

⑵電動螺旋壓力機打擊能量可精確設(shè)置，成形精度高，制件公差小、節(jié)材降耗，沖擊性好，特別適合精密鍛造。由于能精確控制打擊能量，所以可減輕設(shè)備超負荷和模具載荷，延長模具壽命。

⑶電動螺旋壓力機可進行程序鍛造，主機能自動按預先設(shè)置的各工步打擊能量運行，自動化程度高。

⑷電動螺旋壓力機采用雙X形長導軌，導向長度大，導向精度高，機身剛度好，設(shè)備精度高，抗偏載能力強，可進行多模膛精密鍛造，節(jié)約能源和人力資源。

⑸電動螺旋壓力機由于采用了開關(guān)磁阻電機，壓力機工作時，電機啟動電流小、節(jié)約電能，不會對工廠電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊和影響其他設(shè)備運行。同時，采用分離式組合隔振平臺，噪聲小，綠色環(huán)保，延長元件壽命。開關(guān)磁阻電機發(fā)熱輕、散熱性能好、使用壽命長。

⑹電動螺旋壓力機滑塊靜止時，電機不工作，電耗低，效率高。當電機反轉(zhuǎn)帶動滑塊回程時，回程到某一距離后，電機斷電，由飛輪儲蓄的能量帶動滑塊繼續(xù)上行。此時，電機由電動機狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機狀態(tài)，將飛輪儲蓄的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，通過電磁制動實現(xiàn)制動減速能量的回收。如果驅(qū)動單元配備有能量回收裝置，這一部分電能可反饋到電網(wǎng)中，進一步節(jié)約電能。

對1600t電動螺旋壓力機打擊試車墊板負荷檢測，按8次/min的節(jié)奏打擊，電動螺旋壓力機比傳統(tǒng)雙盤摩擦壓力機試車節(jié)電75％。

結(jié)束語

電動螺旋壓力機在我國雖然起步較晚，但隨著電機及控制技術(shù)的不斷發(fā)展，我國的電動螺旋壓力機必將實現(xiàn)跨越式的大發(fā)展。而隨著節(jié)能型電動螺旋壓力機的研制成功和快速推廣應(yīng)用，也必將使我國的鍛造工藝裝備水平提高一個新臺階。