龍門刨床運用開關磁阻電動機調速系統的節電改造分析
2019-1-31 來源： 淄博市技師學院 作者：仝西琳
摘要：龍門刨床屬于一種大型的工業生產加工設備，常用的傳統調速系統存在很多缺陷，主要有結構體積龐大、系統功率因數較小、系統運行耗能較高等問題，導致龍門刨床整體工作性能較差、工作效率較低，并且還會加大生產成本，降低了企業的經濟效益，所以需要采用科學、有效的方式，對龍門刨床進行技術改造。文章對龍門刨床運用開關磁阻電動機調速系統的節電改造進行了討論，改造結果表明，龍門刨床的工作性能得到有效改善，電能損耗及運行故障概率明顯減少，生產加工效率和質量得到顯著提升。
關鍵詞：龍門刨床；開關磁阻電動機調速系統；節電改造
在科技和經濟的帶動下，近些年我國工業發展迅速，取得了令人矚目的成績，為了充分發揮先進工業技術在生產活動中的應用優勢，提高生產效率和經濟效益，就需要對重要生產設備進行技術改和結構優化，龍門刨床作為工業的母機，更是成為當下熱門研究對象。開關磁阻電動機調速系統是一種新興的無級調速系統，綜合了直流和交流兩種調速系統的優點，彌補了多種傳統調速系統的技術缺陷，應用價值加高，將其應用于龍門刨床結構改造中，可以有效提升龍門刨床的工作性能，能夠實現理想的節能效果。
1 、龍門刨床簡要介紹
龍門刨床是工業生產加工中必不可少的基礎性設備，其主要作用是對大型工件進行刨削、銑削和磨削處理，并且，還可以同步完成對多個工業零件的一起加工。龍門刨床組成結構主要分為門式框架和臥式長床身兩部分，具體組成部件包括床身、工作臺、立柱、橫梁、龍門頂、刀架等，龍門刨床的結構組成如圖 1 所示。
龍門刨床在運行時，裝載有工件的工作臺會會在主傳動系統作用下，反復穿過門式框架在直線方向上運動，當工作臺裝載有工件時，運動速度會隨之降低。設置在橫梁兩側的垂直刀架，可以在同一平面內變換一定的角度，也可以在橫梁方向上運動。利用立柱，可以根據工件加工需求，在處置方向上調整衡量的位置。為了避免工件表面出現劃傷，一般情況會將在兩側立柱上設置刀架，稱之為側刀架，側刀架可以在垂直方向上進行移動，對工件起到了保護作用。
圖 1 龍門刨床的結構組成
2 、開關磁阻電動機調速系統組成及特點
2.1 開關磁阻電動機調速系統組成
開關磁阻電動機調速系統具有光機電一體化特點，主要是由四部分組成的，包括磁阻式電機、轉子位置檢測器、功率電路和控制電路，系統組成結構示意圖如圖 2 所示。磁阻式電機是在定子齒和轉子齒相互作用下運行的，定子齒和轉子齒數量分別為 12 各和 8 個，其中每四個定子齒定義為一相繞組，在接通電源后，定子齒會在電磁作用下帶動轉子齒運轉，此時磁阻式電動機便處于運行狀態。轉子位置傳感器是由紅外廣電元件組成的，可以對磁阻式電機的運轉速率、轉動方向及位置進行時時監控，根據工件加工要求，通過改變通電時間、電流大小、通電秩序，實現對磁阻式電機運行狀態的調整和控制。功率電路的主要作用，是通過電源向系統輸送運行所需電能，是確保開關磁阻電動機調速系統正常運行的基礎，線路中設置有多個功率開關，并采用串聯方式與電機繞組相連接，可以對電路短路現象起到保護作用。開關磁阻電動機調速系統運行調節是借助控制電路實現的，通過傳感器對系統具體運行信息進行采集，以完成工件加工為最終目的，來改變電機運行狀態，確保系統運行的穩定性和安全性。
圖 2 開關磁阻電動機調速系統結構示意圖
2.2 開關磁阻電動機調速系統特點
開關磁阻電動機調速系統與傳統形式的調速系統相比，擁有眾多應用優點，主要包括以下幾方面。首先，開關磁阻電動機調速系統結構組成結構簡單，系統改造和維修比較方便，并且成本較低，系統工作性能良好，具有較強的抗干擾能力，能夠在高溫、強振等多種復雜環境下保持穩定的運行狀態。其次，開關磁阻電動機調速系統易于控制，可以根據不同應用需求對系統進行相應的調整，適用范圍比較廣泛，并且可以在不造成發熱現象的前提下，對系統運行狀態進行多次轉換。同時，開關磁阻電動機調速系統具有較高的節能效應，系統調速范圍和負載范圍比較寬泛，系統效率及功率因數高，如果系統處于空載運行狀態，則所需電能是非常少的，并且不需要在系統中增設無功補償裝置。
3 、龍門刨床運用開關磁阻電動機調速系統的節電改造分析
某企業所用龍門刨床型號為 B2012A，運行方式為直流機組傳動，設備運行性能較差，噪聲和振動現象比較嚴重，出現運行故障的概率較高，工件生產質量較低，同時系統運行過程中能量損耗較大，浪費了大量電能，增加了加工成本。為改善龍門刨床工作性能、降低能耗，該企業決定運用開關磁阻電動機調速系統對其進行節電改造。
3.1 改造方案和參數的確定
改造方案的制定，是應用開關磁阻電動機調速系統對龍門刨床進行改造的第一步。技術人員在對龍門刨床結構組成進行分析后，制定了科學、可行的改造方案。首先，用開關磁阻電動機調速系統取代原來的直流機組，增設銑削傳動裝置，刨削和銑削電動機的運行功率分別為 45k W 和 5.5k W，在切斷電源后確保龍門刨床可以立即停止運行。其次，去除設備中的左垂刀架，并在原來位置安裝垂銑頭，而其他位置的刀架和銑頭，可以根據工件加工需求自由更換。同時，龍門刨床設備中原有的刨削變速箱保持不變，在此基礎上增加刨銑離合器、減速裝置等，加強對設備運行的控制力度。另外，對電氣控制柜進行技術改造，將 PLC 技術運用其中，并對工作臺轉向的組合形成開關箱進行改造，改變原有的開關控制方式，使用無觸點礦用磁敏開關，以此來提高龍門刨床的運行穩定性。最后，還需要使用新的開關站來取代原來的開關站。
在確定改造方案時候，需要確定相應的技術參數，包括刨削和銑削電機的轉動速度，兩者分別為 100 ～ 1000r/min 和 35 ～ 800r/min， 刨 削 和 銑削電機的運行功率和運轉速度，分別為 45k W 和5.5k W、50 ～ 1500r/min 和 50 ～ 2000/min， 垂 直銑頭的運轉速度、運行功率和刀盤直徑，分別為110 ～ 700/min、5.5k W 和 160mm，以此作為重要依據，確保改造方案的科學性。
3.2 改造結果
該企業龍門刨床在經過改造后，其工作性能和工作效率得到了有效提升，設備在運行過程中，不再出現大幅振動現象，穩定性得到了保證，設備運行所產生的噪聲得到了顯著降低，作業環境更加安靜。同時，設備運行系統結構變得更加簡單，床面在一個主電機的帶動下便可以運行，電機沒有毛刷，設備體積也得到了有效縮減，減少了占地面積。此外，龍門刨床在改造前空載運行時耗能較高，改造之后節電效果明顯。
4 、結語
對完成改造后的龍門刨床進行試運，發現其運行穩定性和工作效率得到了顯著提升，電能損耗下降到改造之間的 1/2，同時還有效減弱了龍門刨床運行時的振動及噪聲，改造效果良好。將開關磁阻電動機調速系統應用于龍門刨床改造中，可以在提高龍門刨床工作性能的同時降低能耗，節省更多的電能，降低生產成本，為企業帶來更多經濟效益，既可以提高工件生產效率和生產質量，又可以促進企業的良好發展，具有較高的推廣應用價值。
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