曲柄压力机上主电机功率和飞轮惯量大小的确定

1、文章编号:16720121(200901001302曲柄压力机上主电机功率和飞轮惯量大小的确定张兰军(合肥锻压集团,安徽合肥230601摘要:简述了曲柄压力机主电机功率和一个工作循环所消耗的能量及所用时间的关系,介绍了主电机功 率的计算方法。并论述了气垫能力和一个工作循环消耗能量的关系。对压力机上重要的能量储存单元,飞轮 及其转动惯量的大小的计算进行了推导。关键词:机械制造;主电机功率;转动惯量;曲柄压力机中图分类号:TG315.5文献标识码:B1问题的提出曲柄压力机的工作特点是一个工作循环内,在 冲压、拉伸等工况时负荷非常大,其他大部分时间为 空行程状态,负荷又相x,-ttP常小。单独使用电

2、机不可 能满足工作扭矩急剧变化的需要,所以,根据这个特 点,曲柄压力机一般都设有飞轮。工作时,飞轮通过 降低转速输出部分储存的能量;在空行程时,再由电 机加速飞轮。以恢复能量的储备。飞轮输出能量:1E1_以; (1 二式中:.卜_飞轮的转动惯量,kgm2;,飞轮的初始速度,弧度/s;2-一飞轮降低转速后的速度,弧度/s。 在输出能量一定的情况下,飞轮转速的降低大 小对能量的输出影响较大,所以从设计角度,尽量减 小飞轮的大小,通过提高转速并尽量增大在工作时 转速的降低来获得需要的能量。但飞轮速度降低时, 电机的转速也跟着降低,电机的工作电流将成比例 的增加,使电机的工况恶化,容易超载。经常在这种

3、 情况下工作,电机会严重发热甚至烧坏,而且对整个 电网的稳定也会带来有害的影响。那么,如何合理的 选择电机功率的大小、飞轮惯量的大小、飞轮的转 速、飞轮速降的大小,成了压力机设计人员的一个难 题。本文从生产实际出发,论述了该问题的解决。 2主电机功率的确定飞轮在压力机中只起着储存和释放能量的作 用,压力机工作所消耗的能量,归根结底都是由电机 收稻日期:20081I-1l作者简介:张兰军(1974一,男,工程师,从事锻压机械的设计研究供给的。所以,电机的功率完全取决于压力机在一次 行程中所消耗的能量和一次行程所需要的时间。 电机功率的计算式:形一鲁 (2 式中:酲一压力机一次行程完成工艺所需要的

4、能 量,J;矿一总机械效率;卜一次行程需要的时间,s。上式中一次行程需要的时间是很容易计算出 的。总机械效率的大小主要取决于从电机到滑块的 整个传动系统(包括滑块导轨、曲柄连杆、两级齿轮 传动和一级皮带传动及离合器制动器。在压力机行 程中克服滑块导轨摩擦和曲柄连杆机构摩擦需要消 耗部分能量,齿轮传递能量的效率很高,一级皮带传 动的效率也较高,离合器制动器在压力机工作中会 损失较多的能量,因离合器制动器种类繁多,具体在 此不做详细的分析,总的来说,根据经验,总机械效 率取75%是基本上符合实际情况的。由此可见,电机 功率计算的关键在于如何确定压力机一次行程完成 工艺所需要的能量。如果压力机的使用

5、单位明确提 出了该项要求,给出了具体数值,则电机的功率很容 易算出。那么,在设计通用型压力机时,如何确定该 能量的数值,使之能符合绝大多数用户生产的 呢?先来分析压力机一次行程完成工艺所消耗 量:E2=PS+Po奇式中:P一压力机公称力,N;.s矿一压力机公称力行程,mm;.s-一压力机的滑块行程,mm;乃一压力机的气垫力,N;KD_一气垫能力系数。由上式可见,要确定层:的大小,由技术参数压 力机的公称力、滑块行程和气垫力已知,公称力行程 一般取13mm(小吨位冲裁压力机可以取7ram左 右,剩下的关键是气垫能力系数应该取多72合适。 一般来说,通用压力机既可以冲裁,也可以进行浅拉 深,根据经

6、验K。取6是可以基本满足通用压力机的 要求的。另外,这一数值设计人员还可根据实际情况 进行适当调整,偏向拉深的压力机可以取小一些。现 以一台双点2500kN闭式压力机为例,计算一下其 主电机功率的大小。已知:公称力2500kN,公称力行程13ram,滑块 行程400mm,气垫力500kN,行程次数25min。这里 取Ko=6,则经计算得Ez=65.8kJ。滑块一次行程时间 为2.4s,带人式(2可得到电机的功率W=36.6kW。 圆整后取37kW。当然在电机功率计算出后,还要根 据扭矩、飞轮转速的恢复情况进行校核。一般来说, 只要合理的选用飞轮转动惯量、转速和速降率,计算 出的电机功率是可以满

7、足要求的。3飞轮转动惯量大小的确定根据上面的计算得到的结果是否就一定满足要 求了呢?不一定,它的大小还跟飞轮转动惯量的大 小、飞轮转速及速降的大小有关系。飞轮速降率: s=.垒尘型2(4 1压力机主电机通过皮带驱动飞轮,飞轮的速降 率基本上等于电机的速降率。根据电机的特性曲线, 电机的转速在下降开始时,工作电流和扭矩都跟着 增大,这将促使飞轮迅速恢复转速,这是理想状况。 但当电机的转速超过一定的限度,工作电流迅速增 大,扭矩下降,这种情况就意味着电机开始超载了, 在这种工况下,电机极易发热而导致损坏。所以,飞 轮的速降率必须控制在一定范围内。根据生产实践 经验,压力机主电机的速降率可以取0,1

8、4左右。那 么根据式(1,在能量一定的情况下,要确定飞轮转 动惯量的大小,首先要确定好飞轮的转速。飞轮转速 的平方和飞轮转动惯量成反比,飞轮转速越高,飞轮 就可以做的越小。但是飞轮的转速过高,将会引起噪 声、振动、发热等不利情况,也会导致制动器的工作 状况恶化。所以,飞轮的转速尽量控制在250Nmin 350r/min左右,具体转速可根据制动器的性能和传 动比的要求确定。例如上例双点2500kN闭式压力 机飞轮的转速可根据传动比和制动器的性能,确定 为300r/min,则飞轮的转动惯量为:扛具;-tO;-6D2=(1-0.14cDl将飞轮的转速转换为角速度,后,可以得到飞 轮的转动惯量J=51

9、3kgm2(转动惯量的国际标准单 位,该转动惯量的大小即为飞轮转动惯量的大小。 当然这个数值也包括了与飞轮一起转动的其他零件 的转动惯量,但其他零件的惯量与飞轮相比很小,基 本上可以忽略不计。4结论压力机每一次行程做功是一定的,以上几项内 容的计算是否合理,也就决定了一台压力机的工作 能力和适用范围。所以在曲柄压力机的设计计算中, 主电机功率的大小、飞轮转动惯量和转速的大小的 计算是非常关键的。有关这方面的计算,不同的厂家 还有不同的计算方法。本文从生产实践的经验出发, 对这方面的计算进行了一下总结,不足之处,也请各 位专家批评指正。【参考文献】【1徐灏,主编.机械设计手册.北京:机械工业出版

10、社,200408. 【2何德誉.曲柄压力机设计.北京:机械工业出版社,1978.The Determination of Main Motor Power and Flywheel Inertia of Crankshaft Press ZHANG Lanjunofpressand flywheel with its inertia has been 曲柄压力机上主电机功率和飞轮惯量大小的确定作者:张兰军 , ZHANG Lanjun作者单位:合肥锻压集团,安徽,合肥,230601刊名:锻压装备与制造技术英文刊名:CHINA METALFORMING EQUIPMENT & MANUF

11、ACTURING TECHNOLOGY年,卷(期:2009,44(1被引用次数:0次参考文献(2条1. 徐灏 机械设计手册 20042. 何德誉 曲柄压力机设计 1978相似文献(3条1.学位论文 郑乾 套圈沟道磨削状态多参数监测与质量分析系统研究 2010套圈沟道加工质量直接影响到滚动轴承的工作性能和使用寿命。目前,对于保证套圈沟道质量的重要工序沟道磨削,许多轴承制造企业仍存在 质量一致性差、质量检测手段原始等不足,这给产品质量控制与生产管理带来了不便。 为此,本文研究开发了套圈沟道磨削状态多参数监测与质量分析系统,通过监测磨削过程中的砂轮横向进给量、主电机功率、砂轮振动以及磨削区AE等 四

12、个信号,基于BP神经网络直接建立这些信号特征与磨削质量的映射模型,准确地解决了磨削质量的识别问题。该系统的应用能显著提高套圈沟道磨削 质量监测的自动化水平以及精度,为轴承生产过程的质量控制提供有力支持。 论文的主要章节和内容如下: 第一章:提出课题研究的背景,综述磨削技术以及磨削状态监测技术的国内外研究现状和发展趋势,指出现阶段套圈沟道磨削状态监测技术存在的不足 ,提出了本文主要研究内容。 第二章:讨论目前深沟球轴承套圈加工的关键技术,重点分析沟道磨削过程中磨削质量的影响因素。在此基础上,阐述本文系统的监测策略,为后续搭 建系统提供理论依据。 第三章:基于对测试系统总线技术的讨论,建立本文系统

13、基于PCDAQ架构的总体方案。在此基础上,详细介绍本文系统硬件部分的设计。 第四章:分析本文质量分析系统的功能需求,介绍其软件开发环境及主要技术,详细说明系统主要功能模块的实现方法及其理论基础,包括信号采集存 储、数据处理分析以及状态判断识别等。 第五章:应用系统对一组实测数据进行处理与分析,优选信号特征,基于BP神经网络建立信号特征与沟道磨削粗糙度的映射关系模型,并通过验证该关 系模型的有效性说明本文系统的可用性和可靠性。 第六章:总结全文,并对今后的进一步研究工作予以展望。 关键词:套圈沟道,磨削状态监测,砂轮横向进给量,主电机功率,砂轮振动,声发射,BP神经网络2.学位论文 严思晗 轴承

14、套圈沟道磨削的进给状态参数监测及其工艺试验研究 2008套圈的沟道是滚动轴承使用时承受负荷的工作表面,沟道加工质量的好坏直接影响到轴承使用时的工作性能和寿命。目前许多轴承制造企业在套圈 沟道磨削工序中存在质量不稳定、效率低等问题,并缺乏在线监测手段。为此,本文首先研究轴承套圈沟道磨削进给状态参数检测与分析系统,并以此 为基础,通过工艺试验和数据分析,研究套圈沟道磨削过程中的进给状态参数对磨削质量的影响规律,为轴承套圈沟道磨削工序的在线监测提供依据。 论文的主要章节和内容如下:第一章:提出课题研究的背景,阐述智能监测在我国现代制造业中的重要意义,综述磨削状态监测技术的国内外研究现状和发展趋势,总

15、结轴承套 圈沟道磨削在监测手段上存在的不足,提出了本文的研究目标和主要研究内容。第二章:研究目前典型的球轴承套圈沟道磨削工艺系统和产品的主要质量指标及其影响因素;在理论分析的基础上,给出了选择砂轮的横向进给位 移和主电机功率作为磨削过程中监测信号的原因。第三章:介绍了磨削进给状态参数检测与分析系统:阐述了进给状态参数检测系统的功能特点和软、硬件设计等。阐述进给状态参数分析系统的功 能设计、系统界面实现方法以及基本的数据分析方法等。最后介绍检测系统和分析系统之间的通信协议设计。第四章:对沟道磨削过程中的进给状态参数和粗糙度、沟形误差进行了理论分析。通过工艺试验,研究套圈沟道表面粗糙度和沟形误差的

16、变化规律 ,分析进给状态参数的特征值与沟道表面粗糙度的关系,分析进给状态参数的特征值与沟形误差的关系。第五章:对进给状态参数和磨后套圈沟道圆度进行了理论分析。通过工艺试验,分析不同波段沟道圆度值的相关性,分析进给状态参数的特征值与 磨后沟道圆度的关系,利用进给位移曲线和功率曲线的关系计算不同工件的磨削量,分析磨削量对磨后沟道圆度的影响。第六章:总结本文主要的研究成果及结论和本文的主要贡献,并指出今后需要进一步开展的研究工作。3.学位论文 项文君 磨床进给参数检测系统及其应用 2005最优化磨削加工不仅对被加工零件的质量具有重要意义,而且对于提高企业的经济效益及企业的竞争力也至关重要。为了研究磨

17、床进给参数对套圈 加工质量的影响规律,提高磨削加工设备智能化质量监控水平,优化轴承套圈磨削加工的工艺参数,结合企业的实际问题,提出了磨床进给参数检测系 统及其应用的研究。全文共分为六章进行探讨:第一章,本章介绍了磨削加工技术的发展趋势,综述了磨削检测技术对磨削加工发展的重要意义、磨削 检测技术的应用以及检测技术本身的发展现状,并在阐述了论文所需完成的工作的基础上对论文的内容安排作了介绍。第二章,首先分析系统应该具备的功能,从功能的角度出发确定系统的总体框架,合理的划分系统软、硬件任务。接着进行系统硬件方面进行设计 ,具体包括前向通道及模数转换设计、人机对话通道设计、通信接口设计以及其他一些方面的设计。第三章,本章进行系统的软件开发。首先根据软件的任务合理的划分功能模块,然后为各个功能模块设计相应的功能页面;其次进行主程序的设计 ,从而将各个功能模块进行整合;最后对软件设计中所涉及的一些关键技术进行描述。第四章,用测量系统分析