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新型开关磁阻伺服压力机传动系统设计

1 引言
目前国内外广泛应用的机械压力机多是曲柄连杆滑块作为工作执行机构,压力机做功所需能量折算到
1
电机轴侧的近似值为 A = J (ω 2 ­ ω 2 ) = J ω 2δ。因传统电机受额定滑差率影响,不均匀系数δ(速
e 2 e e1 e2 e m
降)很小,转动惯量 J e 要很大,起动制动时间长,需要离合器;低速锻冲急回功能需要多杆机构来实现。在
调速需求方面,自动化连线的调速机型采用直流调速或交流变频调速,但直流调速存在换向问题,交流调
速的缺点是起动与过载转矩小,其调速与转矩控制复杂,调速性能不理想。另一方面,压力机因功率大,
无功能耗很大。由于压力机的工作负荷一般在设计值的60%左右,使其处于“大马拉小车”工作状态;还由
于压力机承受的是短期高峰负荷,在一个完整的工作周期内只在较短的时间内承受工作载荷,而较长的时
间内是空程运转;~,所以现有压力机耗能很大。因驱动功率大,飞轮惯
性大,很难达到压力机数字化控制的目的。
在锻压行业的数字化、可控化[1]需求下,近期交流伺服被用于数控压力机[2] ,但大功率交流伺服控制
方式复杂、价格昂贵,很难推广。
随着新技术的发展,一种新型的动力系统--开关磁阻驱动系统(Switched Reluctance Driver,简称
SRD)应运而生,它集成了现代电机技术、电力电子、微电子、检测技术与计算机技术、自动化控制与信息
处理技术和软件技术,是适合大功率数控伺服系统的机电一体化产品。开关磁阻系统在机械驱动尤其是电
动螺旋压力机上的应用已获得非常好的效果[3-6] 。
笔者利用开关磁阻伺服动力系统,对开关磁阻伺服压力机进行了设计研究,以求有效地解决现有压力
机存在的问题。
2 传动系统设计原理与方法
设计原理
2
开关磁阻伺服压力机利用开关磁阻伺服电机的全速降功能,在 Ae = J eω m δ中,δ由 左右上升到
近似 1,使 J e 能大大减小,可以不用飞轮和离合器,电机轴设置制动器。J21-200 型整机结构为:开关磁阻
数控电机+二级齿轮传动+曲柄连杆滑块(图 1)。
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因转动惯量大大减小,没有离合器,电机与滑块刚性连接,由 s =Rê()1­cosα+()1­cos 2α、
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v = ωRçsinα+ sin 2α÷ 和α= 、ω= e 可知,滑块的运动输出 s 、v 跟随输入端电机角位移θ信号
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和转速ωe 的变化而变化,开关磁阻伺服系统以电机角位移θ、转速ωe 、电流作为反馈、实时检测与控制量,
使压力机实现随动数控伺服功能。

图 1 开关磁阻数控伺服压力机整机结构
Entire structure of NC servo crank press with switched reluctance
压力机技术参数设计
J21-200 型开关磁阻伺服压力机技术参数设计值如下:
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