CN107695270A - 一种电动螺旋压力机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动螺旋压力机，包括机身、电机、离合器、制动器、飞轮、螺母、螺杆、滑块和可编程控制器(PLC)；所述电机安装在机身上；所述电机通过离合器与齿轮传动驱动所述飞轮；所述飞轮在离合器与齿轮驱动下旋转加速；所述螺杆与飞轮连接靠飞轮驱动；所述螺杆通过螺母将螺杆的旋转运动转化为滑块上下往复运动；所述PLC与变频驱动器采用直接转矩控制技术，辅以外围控制电路，构成满足电动螺旋压力机性能要求的数控系统。本发明通过控制离合器与齿轮闭合及脱离实现飞轮和螺杆加速旋转，通过PLC实时调整自动实现对工件打击循环，不仅提高工作效率还可以使电动螺旋压力机稳定、可靠、长期运行，增加压力机的使用寿命。

Description

一种电动螺旋压力机
技术领域
本发明涉及一种螺旋压力机设备，尤其是一种电动螺旋压力机。
背景技术
模锻件在汽车、航空、国防等工业领域中应用广泛，近年来对模锻件精度要求越来越高，模锻工艺向精密成型方向发展，过去用于模锻件生产的模锻锤和热模锻压力机已不能适应要求。螺旋压力机凭借其良好的力能特性被公认为是针对叶片等零件进行精密模锻的最佳锻压设备，同时又是粉末成型制件较理想的成型设备。螺旋压力机是用螺杆、螺母作为传动机构传递飞轮能量的锻压设备。基本部分由飞轮、螺杆、螺母、滑块和机身组成。通过摩擦、液压或电机直接驱动等传动装置使飞轮加速转动以积蓄能量，同时，由螺旋副将飞轮的旋转运动转化为滑块的上、下直线运动，在下行段结束时将积蓄的能量释放，促使工件成形。按成形作用力的性质，可分为两类，冲击力和静压力。通常所讲的螺旋压力机主要是指冲击力，其工作过程类似于锻锤，因此螺旋压力机又被称为螺旋锤。
作为模锻设备，同模锻锤和热模锻压力机等相比较，螺旋压力机具有结构简单，使用维修方便，工艺应用范围宽等优点，而电动螺旋压力机与摩擦压力机、液压螺旋压力机等其它形式的螺旋压力机相比，具有运行时噪声更小，打击次数更高，并能准确控制其打击能量等特点，因而在汽车、高速铁路机车和航空航天等制造行业得到了广泛应用，是一种新型通用的模锻设备。
运动能量是电动螺旋压力机的主要技术参数之一，能量的大小取决于飞轮转速。在大惯量负载条件下，最大运动能量的性能指标的实现，离不开输出转矩的快速响应。另外，由于电机频繁的进行正反转，一直处于起动-制动-起动的非稳态过程，电流较大，转子发热严重，电机温升的问题比较突出。
传统的电动螺旋压力机是将安装在伺服电机上小齿轮与加工成一大齿轮的飞轮啮合连接，飞轮与螺杆连接，螺杆与安装在滑块中的螺母组成螺纹副。由安装在机身上的伺服电机直接带动飞轮旋转，随而驱动滑块上下移动。传统的电动螺旋压力机工作过程中电机频繁启停，效率不高，电能损失严重，且电机严重发热；此外起动电流过大(稳定载荷的3-5倍)，对电网造成巨大冲击。随着电力电子技术、电机技术、计算机控制技术的飞速发展，电动螺旋压力机问题的解决也带来了契机。
发明内容
为了克服现有技术中电动螺旋压力机工作过程中工作效率低、电机频繁启停电机温升、传统数控技术不敏捷、耗能高等缺陷，本发明提供一种采用先进变频电机和可编程控制器(PLC)齿轮式的电动螺旋压力机，电机经齿轮传动带动飞轮和螺杆加速旋转，通过螺母将螺杆的旋转运动转化为滑块的上下往复运动，实现下行打击和回程2个主要动作，充分发挥电机过载能力，实现其输出转矩的快速响应，通过PLC技术实现整机的实时控制，使压力机稳定、可靠、长期运行，从而完成对材料的加工。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电动螺旋压力机，包括机身、电机、离合器、制动器、飞轮、齿轮箱、螺母、螺杆、滑块和可编程控制器(PLC)，所述电机安装在机身上，所述电机设有两个，所述电机与变频器连接；所述电机通过离合器与齿轮传动驱动所述飞轮，所述飞轮在离合器与齿轮驱动下旋转加速；所述螺杆与飞轮连接，所述螺杆靠飞轮驱动，所述螺杆通过所述螺母将螺杆的旋转运动转化为滑块的上下往复运动，从而实现滑块的下行打击和回程动作，所述PLC与变频驱动器采用直接转矩控制技术，辅以外围控制电路，构成满足电动螺旋压力机性能要求的数控系统。
上述的一种电动螺旋压力机，所述电机为开关磁阻电机。
上述的一种电动螺旋压力机，所述电机采用直接转矩控制的交流调速方式，所述电机选取同一型号、规格。
上述的一种电动螺旋压力机，所述电机对称安装，所述电机设置1-4个。
上述的一种电动螺旋压力机，所述变频器选用ABB的ACS800-01-0050-3型变频器，该变频器将一个整流桥、直流连接回路和一个逆变桥集成于一个交流传动单元中，额定功率30kW。
上述的一种电动螺旋压力机，所述1个变频器可以同时驱动2台相同规格所述电机，所述电机在变频器输出端并接；所述1个变频器也可以单独驱动1台电机。
上述的一种电动螺旋压力机，所述飞轮采用组合飞轮结构方式，飞轮内外圈通过超载打滑装置连接，当打击力超过设备允许的数值时，飞轮内外圈发生相互滑动，起到设备安全保护作用。
上述的一种电动螺旋压力机，所述滑块主体材料是铸钢，该材料有较高的强度和较好的塑性、铸造性；所述滑块内部装有优质材料的铜螺母，通过圆柱销和法兰盘与滑块主体连接，形成一个整体，与螺杆组成螺旋副传递动力；所述滑块上端设有缓冲装置，保护机器安全，延长设备的使用寿命。
上述的一种电动螺旋压力机，所述制动器采用上端面器，制动飞轮外缘，制动力矩大，制动接触面积多，动作灵敏可靠。
上述的一种电动螺旋压力机，所述PLC选用德国西门子公司的SIMATIC S7、M7和C7系列中的一种。
上述的一种电动螺旋压力机，所述飞轮设于齿轮箱的内部；所述电机和制动器都固定在齿轮箱的上面。
上述的一种电动螺旋压力机，所述电动螺旋压力机控制系统的结构以PLC为核心，以触摸屏为人机界面，辅以操作面板组成人机交互系统，PLC通过数字命令和模拟量指令控制变频器，再由变频器控制电机运转，通过传动机构实现对滑块的运动控制，通过对滑块位移和速度的检测，PLC实时计算设备的运动部分能量从而实现电动螺旋压力机的能量预选和精确控制，其它执行机构包括润滑系统、顶料系统和其它扩展外设，PLC通过数字命令实现对它们的控制同时驱动系统、润滑系统和设备其它部分的传感器检测信号输入PLC，使得系统提示报警信息并具有一定的故障诊断能力。
本发明的有益效果是，本发明电动螺旋压力机采用采用先进变频电机和可编程控制器(PLC)齿轮式压力机，有效地消除了传统压力机工作过程中工作效率低、电机频繁启停电机温升、传统数控技术不敏捷、耗能高等缺陷。电机经齿轮传动带动飞轮和螺杆加速旋转，通过螺母将螺杆的旋转运动转化为滑块的上下往复运动，实现下行打击和回程2个主要动作，充分发挥电机过载能力，实现其输出转矩的快速响应，通过PLC技术实现整机的实时控制，使压力机稳定、可靠、长期运行，从而完成对材料的加工，使其加工质量得到保证。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明示意图；
图2为沿着图1中A-A线的示意图；
图3为数控系统的结构示意图。
图中1.制动器，2.小齿轮，3.飞轮，4.齿轮箱，5.离合器，6.电机，7.螺母，8.螺杆，9.轴承，10.PLC控制系统，11.机身，12.滑块。
具体实施方式
【实施例1】
一种电动螺旋压力机，包括机身11、电机6、离合器5、制动器1、飞轮3、齿轮箱4、螺母7、螺杆8、滑块12和可编程控制器(PLC)10，所述电机6安装在机身11上，所述电机6设有两个，所述电机与变频器连接；所述电机6通过离合器5与齿轮传动驱动所述飞轮3，所述飞轮3在离合器5与齿轮驱动下旋转加速；所述螺杆8与飞轮3连接，所述螺杆8靠飞轮3驱动，所述螺杆8通过所述螺母7将螺杆8的旋转运动转化为滑块12的上下往复运动，从而实现滑块12的下行打击和回程动作，所述PLC10与变频驱动器采用直接转矩控制技术，辅以外围控制电路，构成满足电动螺旋压力机性能要求的数控系统。
本发明的工作原理：电机6固定对称设置于机身11顶部，电机6经齿轮传动带动飞轮3和螺杆8加速旋转，通过螺母7将螺杆8的旋转运动转化为滑块12的上下往复运动，实现下行打击和回程2个主要动作，在下行打击过程中，下行打击开始时，滑块12处于设定位置；收到打击指令后，松开机械制动器1，电机6通电并带动飞轮3和螺杆8加速旋转，通过螺母7将螺杆8的旋转运动转变为滑块12的向下直线运动；当滑块加速运行至指定点时，根据滑块运行速度判断，已达到所需的能量大小，电机6立即停止加速，保持匀速运动；此时，滑块亦保持恒定速度下行，确保飞轮3能量保持不变，在接触工件的瞬间释放所蓄能量，完成打击操作。电机6的转速正比于滑块12转速，因此，在打击过程中PLC数控系统实时检测滑块运行速度，可以得到任意时刻的飞轮3能量大小，可根据滑块12运行速度的大小来控制压力机的动作模式。在打击工件释放能量后，电机6应迅速反转，加速回程；滑块12回程初速度为0，此时需要完全依靠电机6加速提升滑块，待提升一定高度后制动器1刹车，最终使滑块12准确停靠在起始点。
所述电机6为开关磁阻电机，所述电机6采用直接转矩控制的交流调速方式，所述电机6选取同一型号、规格；所述电机6在机身11上面对称安装，所述电机设置2个。
所述变频器选用ABB的ACS800-01-0050-3型变频器，该变频器将一个整流桥、直流连接回路和一个逆变桥集成于一个交流传动单元中，额定功率30kW。
所述1个变频器可以同时驱动2台相同规格所述电机6，所述电机6在变频器输出端并接；所述1个变频器也可以单独驱动1台电机6。
所述飞轮3采用组合飞轮结构方式，飞轮3内外圈通过超载打滑装置连接，当打击力超过设备允许的数值时，飞轮3内外圈发生相互滑动，起到设备安全保护作用。
所述滑块12主体材料是铸钢，该材料有较高的强度和较好的塑性、铸造性；所述滑块12内部装有优质材料的铜螺母，通过圆柱销和法兰盘与滑块主体连接，形成一个整体，与螺杆8组成螺旋副传递动力；所述滑块12上端设有缓冲装置，保护机器安全，延长设备的使用寿命。
所述制动器1采用上端面器，制动飞轮外缘，制动力矩大，制动接触面积多，动作灵敏可靠。
所述PLC10选用德国西门子公司的SIMATIC S7、M7和C7系列中的一种。
所述飞轮3设于齿轮箱4的内部；所述电机6和制动器1都固定在齿轮箱3的上面。
所述电动螺旋压力机控制系统的结构以PLC10为核心，以触摸屏为人机界面，辅以操作面板组成人机交互系统，PLC10通过数字命令和模拟量指令控制变频器，再由变频器控制电机6运转，通过传动机构实现对滑块12的运动控制，通过对滑块12位移和速度的检测，PLC10实时计算设备的运动部分能量从而实现电动螺旋压力机的能量预选和精确控制，其它执行机构包括润滑系统、顶料系统和其它扩展外设等，PLC10通过数字命令实现对它们的控制同时驱动系统、润滑系统和设备其它部分的传感器检测信号输入PLC10，使得系统提示报警信息并具有一定的故障诊断能力。

Claims (12)

1.一种电动螺旋压力机，包括机身(11)、电机(6)、离合器(5)、制动器(1)、飞轮(3)、齿轮箱(4)、螺母(7)、螺杆(8)、滑块(12)和可编程控制器(PLC)(10)，所述电机(6)安装在机身(11)上，所述电机(6)设有两个，所述电机与变频器连接；所述电机(6)通过离合器(5)与齿轮传动驱动所述飞轮(3)，所述飞轮(3)在离合器(5)与齿轮驱动下旋转加速；所述螺杆(8)与飞轮(3)连接，所述螺杆(8)靠飞轮(3)驱动，所述螺杆(8)通过所述螺母(7)将螺杆(8)的旋转运动转化为滑块(12)的上下往复运动，从而实现滑块(12)的下行打击和回程动作，所述PLC(10)与变频驱动器采用直接转矩控制技术，辅以外围控制电路，构成满足电动螺旋压力机性能要求的数控系统。
2.根据权利要求1所述的一种电动螺旋压力机，其特征在于，所述电机(6)为开关磁阻电机。
3.根据权利要求2所述的一种电动螺旋压力机，其特征在于，所述电机(6)采用直接转矩控制的交流调速方式，所述电机(6)选取同一型号、规格。
4.根据权利要求3所述的一种电动螺旋压力机，其特征在于，所述电机(6)对称安装，所述电机设置1-4个。
5.根据权利要求1所述的一种电动螺旋压力机，其特征在于，所述变频器选用ABB的ACS800-01-0050-3型变频器，该变频器将一个整流桥、直流连接回路和一个逆变桥集成于一个交流传动单元中，额定功率30kW。
6.根据权利要求1所述的一种电动螺旋压力机，其特征在于，所述1个变频器可以同时驱动2台相同规格所述电机(6)，所述电机(6)在变频器输出端并接；所述1个变频器也可以单独驱动1台电机(6)。
7.根据权利要求1所述的一种电动螺旋压力机，其特征在于，所述飞轮(3)采用组合飞轮结构方式，飞轮(3)内外圈通过超载打滑装置连接，当打击力超过设备允许的数值时，飞轮(3)内外圈发生相互滑动，起到设备安全保护作用。
8.根据权利要求1所述的一种电动螺旋压力机，其特征在于，所述滑块(12)主体材料是铸钢；所述滑块(12)内部装有优质材料的铜螺母，通过圆柱销和法兰盘与滑块主体连接，形成一个整体，与螺杆(8)组成螺旋副传递动力；所述滑块(12)上端设有缓冲装置，保护机器安全，延长设备的使用寿命。
9.根据权利要求1所述的一种电动螺旋压力机，其特征在于，所述制动器(1)采用上端面器，制动飞轮外缘。
10.根据权利要求1所述的一种电动螺旋压力机，其特征在于，所述PLC(10)选用德国西门子公司的SIMATIC S7、M7和C7系列中的一种。
11.根据权利要求1所述的一种电动螺旋压力机，其特征在于，所述飞轮(3)设于齿轮箱(4)的内部；所述电机(6)和制动器(1)都固定在齿轮箱(3)的上面。
12.根据权利要求1所述的一种电动螺旋压力机，其特征在于，所述电动螺旋压力机控制系统的结构以PLC(10)为核心，以触摸屏为人机界面，辅以操作面板组成人机交互系统，PLC(10)通过数字命令和模拟量指令控制变频器，再由变频器控制电机(6)运转，通过传动机构实现对滑块(12)的运动控制，通过对滑块(12)位移和速度的检测，PLC(10)实时计算设备的运动部分能量从而实现电动螺旋压力机的能量预选和精确控制，其它执行机构包括润滑系统、顶料系统和其它扩展外设，PLC(10)通过数字命令实现对它们的控制同时驱动系统、润滑系统和设备其它部分的传感器检测信号输入PLC(10)，使得系统提示报警信息并兼顾故障诊断。
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