文/朱元勝，欒新民，吳帶生·青島青鍛鍛壓機(jī)械有限公司

摩擦壓力機(jī)改造與節(jié)能型螺旋壓力機(jī)

文/朱元勝，欒新民，吳帶生·青島青鍛鍛壓機(jī)械有限公司

摩擦壓力機(jī)的節(jié)能改造

傳統(tǒng)的雙盤摩擦壓力機(jī)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(xiàn)，尤其是青島青鍛鍛壓機(jī)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(jī)，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(jī)因電機(jī)一直在工作，尤其是在非打擊的輔助間歇時間里，電機(jī)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(jī)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(jī)作為一種新型的節(jié)能螺旋壓力機(jī)，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(jī)將成功替代老式雙盤摩擦壓力機(jī)，但由于傳統(tǒng)的雙盤摩擦壓力機(jī)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(fèi)。

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(jī)進(jìn)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(dǎo)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(jī)，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(jī)

節(jié)能原理

圖1為節(jié)能型變頻雙盤摩擦壓力機(jī)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(jī)在滑塊運(yùn)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(jī)才開始工作，加速補(bǔ)充圓盤在驅(qū)動過程中的能量損耗，使其恢復(fù)至設(shè)定值，電機(jī)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(jī)簡圖

同時，傳統(tǒng)摩擦壓力機(jī)的圓盤只能在電動機(jī)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(jī)因采用變頻智能控制，從而有效地解決了電機(jī)額定滑差率問題。電機(jī)轉(zhuǎn)速可頻繁地從零到最大值進(jìn)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(jī)在滑塊運(yùn)行期間基本不耗電，節(jié)約了電能。電機(jī)只在滑塊靜止時的輔助時間里才工作，由于電機(jī)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(diǎn)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(jī)可間歇工作且加速快、電流小，滑塊運(yùn)行期間電機(jī)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(jī)速度可調(diào)，可預(yù)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(jī)結(jié)構(gòu)簡單直觀、故障率低，易于維護(hù)，費(fèi)用低。

⑹可通過人機(jī)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(jī)，這種老式的雙盤摩擦壓力機(jī)相對電動螺旋壓力機(jī)及變頻雙盤摩擦壓力機(jī)等新型節(jié)能設(shè)備而言耗電指標(biāo)高、精度差。從取得合理經(jīng)濟(jì)效益的觀點(diǎn)來看，在推廣電動螺旋壓力機(jī)及變頻雙盤摩擦壓力機(jī)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(jī)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(jī)是十分可行的。在改造過程中，機(jī)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(jī)比傳統(tǒng)型雙盤摩擦壓力機(jī)節(jié)電40％以上，效益非常顯著。

離合器式螺旋壓力機(jī)

圖2為離合器式螺旋壓力機(jī)，其工作原理為，電動機(jī)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(yùn)動，由滑塊內(nèi)的銅螺母將螺桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K向下的直線運(yùn)動；滑塊回程由回程驅(qū)動缸完成。離合器式螺旋壓力機(jī)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(zhǔn)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(jī)或熱模鍛壓力機(jī)的2～3倍。

離合器式螺旋壓力機(jī)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(diǎn)后，經(jīng)過100～150mm行程就能達(dá)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(jī)提高1倍以上。熱模鍛壓力機(jī)和摩擦壓力機(jī)一般要在接近下死點(diǎn)或行程的80％后，才能達(dá)到最大能量。由于機(jī)械效率提高，離合器式螺旋壓力機(jī)的主電機(jī)功率，只有同噸位摩擦壓力機(jī)的60％。

圖2 離合器式螺旋壓力機(jī)

直驅(qū)式電動螺旋壓力機(jī)

圖3為直驅(qū)式電動螺旋壓力機(jī)，由電動機(jī)直接傳動的電動螺旋壓力機(jī)，采用專用低速大轉(zhuǎn)矩伺服型開關(guān)磁阻電機(jī)，電機(jī)直接安裝在主機(jī)頂部，電機(jī)轉(zhuǎn)子為螺旋壓力機(jī)飛輪的組成部分，并固定在飛輪上與主螺桿直接連接，電機(jī)定子安裝在機(jī)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(yùn)動并儲蓄能量，通過固定在滑塊上的螺母，使滑塊向下運(yùn)動，對工件進(jìn)行打擊。通過電機(jī)反轉(zhuǎn)，使滑塊向上運(yùn)動，并停止于調(diào)定的上死點(diǎn)。

圖3 直驅(qū)式電動螺旋壓力機(jī)

由于電動機(jī)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(jī)摩擦損耗。因而，電動螺旋壓力機(jī)能耗低，效率高。直驅(qū)式電動螺旋壓力機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好，精度高。一般3000t以下的電動壓力機(jī)常采用這種方案。

電動螺旋壓力機(jī)

圖4所示的電動螺旋壓力機(jī)，通常由一臺、兩臺或多臺電動機(jī)，借助一級齒輪減速機(jī)構(gòu)，間接驅(qū)動飛輪作雙向交替旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。由于采用了多電機(jī)驅(qū)動，因此，可做成3000t以上大噸位的電動螺旋壓力機(jī)。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(jī)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(yùn)動。

圖4 電動螺旋壓力機(jī)簡圖

電動螺旋壓力機(jī)總體發(fā)展的優(yōu)勢有以下六點(diǎn)：

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

⑵電動螺旋壓力機(jī)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(fù)荷和模具載荷，延長模具壽命。

⑶電動螺旋壓力機(jī)可進(jìn)行程序鍛造，主機(jī)能自動按預(yù)先設(shè)置的各工步打擊能量運(yùn)行，自動化程度高。

⑷電動螺旋壓力機(jī)采用雙X形長導(dǎo)軌，導(dǎo)向長度大，導(dǎo)向精度高，機(jī)身剛度好，設(shè)備精度高，抗偏載能力強(qiáng)，可進(jìn)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(jī)由于采用了開關(guān)磁阻電機(jī)，壓力機(jī)工作時，電機(jī)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(yùn)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(jī)發(fā)熱輕、散熱性能好、使用壽命長。

⑹電動螺旋壓力機(jī)滑塊靜止時，電機(jī)不工作，電耗低，效率高。當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)帶動滑塊回程時，回程到某一距離后，電機(jī)斷電，由飛輪儲蓄的能量帶動滑塊繼續(xù)上行。此時，電機(jī)由電動機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)狀態(tài)，將飛輪儲蓄的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽ㄟ^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(jìn)一步節(jié)約電能。

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

結(jié)束語

電動螺旋壓力機(jī)在我國雖然起步較晚，但隨著電機(jī)及控制技術(shù)的不斷發(fā)展，我國的電動螺旋壓力機(jī)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(jī)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。