摩擦压力机改造与节能型螺旋压力机

文/朱元胜，栾新民，吴带生·青岛青锻锻压机械有限公司

摩擦压力机改造与节能型螺旋压力机

文/朱元胜，栾新民，吴带生·青岛青锻锻压机械有限公司

摩擦压力机的节能改造

传统的双盘摩擦压力机历史悠久，并已发展成为我国锻造行业的主要设备之一，为我国锻造业的发展做出了巨大贡献，尤其是青岛青锻锻压机械有限公司（简称青锻公司）成功研制出了世界上最大的万吨摩擦压力机，曾经为我国高铁钩尾框等大型模锻件的生产解了燃眉之急。但是，传统的双盘摩擦压力机因电机一直在工作，尤其是在非打击的辅助间歇时间里，电机输出的基本是无用功，圆盘能量有效利用率很低，因而耗电较高。随着制造行业的飞速发展和我国节能减排政策的实施，耗能较高的传统型双盘摩擦压力机的使用已越来越受到限制，急需升级换代或更新改造。

电动螺旋压力机作为一种新型的节能螺旋压力机，在国外已得到广泛应用，近几年在国内发展迅速，使用情况较好。实践证明，电动螺旋压力机将成功替代老式双盘摩擦压力机，但由于传统的双盘摩擦压力机在我国量大面广，全部淘汰更新换代不仅不现实，也会造成不必要的浪费。

因此，在充分利用原有资源的基础上，对传统的双盘摩擦压力机进行节能改造势在必行。青锻公司工程技术人员通过大量理论推导计算和多次模拟试验，创造性地研发了国内外第一台节能型变频双盘摩擦压力机，以满足市场的需求和社会发展的需要。

节能型变频双盘摩擦压力机

节能原理

图1为节能型变频双盘摩擦压力机简图，其节能原理为，充分利用圆盘储存的旋转能量，满足锻打过程中所需的能量，电机在滑块运行期间基本不耗电。而在滑块静止时的上下料辅助时间里，由变频智能控制的电机才开始工作，加速补充圆盘在驱动过程中的能量损耗，使其恢复至设定值，电机因采用变频智能控制且间歇工作，因而节省电能。

图1 变频双盘摩擦压力机简图

同时，传统摩擦压力机的圆盘只能在电动机滑差率的允许范围内利用一部分能量，因此能量的有效利用率很低。而节能型变频双盘摩擦压力机因采用变频智能控制，从而有效地解决了电机额定滑差率问题。电机转速可频繁地从零到最大值进行变速，从而最大限度地、有效地利用了圆盘储备的能量，实现了电机在滑块运行期间基本不耗电，节约了电能。电机只在滑块静止时的辅助时间里才工作，由于电机采用变频智能控制，因此，不仅加速时间短，提速快，而且电流小，对电网无冲击，耗电少。

性能特点及发展优势

⑴圆盘能量有效利用率高，变频智能控制电机可间歇工作且加速快、电流小，滑块运行期间电机基本不耗电，节约电能。

⑵速度控制精确，打击力稳定，锻件精度高。

⑶变频智能控制电机速度可调，可预选打击力和打击能量，工艺适用范围广。

⑷因打击力可控，模具受力小，使用寿命长。

⑸主机结构简单直观、故障率低，易于维护，费用低。

⑹可通过人机界面设定各种参数，并可通过屏幕显示实际打击力和能量的大小，方便工艺人员做工艺试验，分析工艺过程。

推广应用

在我国现有的锻造设备中，绝大部分是传统式双盘摩擦压力机，这种老式的双盘摩擦压力机相对电动螺旋压力机及变频双盘摩擦压力机等新型节能设备而言耗电指标高、精度差。从取得合理经济效益的观点来看，在推广电动螺旋压力机及变频双盘摩擦压力机等节能型产品的同时，对锻造厂现有的老式双盘摩擦压力机研究出合理的改造方案，把这些陈旧的耗能设备改造成为性能优良的节能型变频双盘摩擦压力机是十分可行的。在改造过程中，机械部分无需做任何改动，充分利用现有能量资源，只增加变频智能控制系统即可，从而节约了投资，提高了产品性能，效果很好。经用户实际检测，节能型变频双盘摩擦压力机比传统型双盘摩擦压力机节电40％以上，效益非常显著。

离合器式螺旋压力机

图2为离合器式螺旋压力机，其工作原理为，电动机通过皮带带动大飞轮始终朝一个方向旋转，通过离合器驱动螺杆做旋转运动，由滑块内的铜螺母将螺杆的旋转运动，转变为滑块向下的直线运动；滑块回程由回程驱动缸完成。离合器式螺旋压力机由于飞轮与螺杆之间是由可控离合器连接，打击力可得到比较准确地控制。其冷击力大约是名义吨位的1.25倍，而飞轮能量是由不断旋转的飞轮提供的，不受冷击力的限制，可根据锻件的需要灵活设计。因此，其可提供的锻件变形大约是同规格摩擦压力机或热模锻压力机的2～3倍。

离合器式螺旋压力机由于飞轮连续旋转，在工作循环中只有惯性很小的螺杆和摩擦盘被加速。所以加速行程很短，滑块离开上死点后，经过100～150mm行程就能达到额定速度，在以后的任意位置都可以同时输出最大打击力和额定能量。滑块空行程大大缩短，有效行程次数比摩擦压力机提高1倍以上。热模锻压力机和摩擦压力机一般要在接近下死点或行程的80％后，才能达到最大能量。由于机械效率提高，离合器式螺旋压力机的主电机功率，只有同吨位摩擦压力机的60％。

图2 离合器式螺旋压力机

直驱式电动螺旋压力机

图3为直驱式电动螺旋压力机，由电动机直接传动的电动螺旋压力机，采用专用低速大转矩伺服型开关磁阻电机，电机直接安装在主机顶部，电机转子为螺旋压力机飞轮的组成部分，并固定在飞轮上与主螺杆直接连接，电机定子安装在机身上。转子和定子之间的电磁转矩，驱动转子飞轮和螺杆做加速旋转运动并储蓄能量，通过固定在滑块上的螺母，使滑块向下运动，对工件进行打击。通过电机反转，使滑块向上运动，并停止于调定的上死点。

图3 直驱式电动螺旋压力机

由于电动机只有在压制锻件时才工作，停转时基本无空载损耗，所输出的能量主要用于加速飞轮和主机摩擦损耗。因而，电动螺旋压力机能耗低，效率高。直驱式电动螺旋压力机结构简单，可靠性好，精度高。一般3000t以下的电动压力机常采用这种方案。

电动螺旋压力机

图4所示的电动螺旋压力机，通常由一台、两台或多台电动机，借助一级齿轮减速机构，间接驱动飞轮作双向交替旋转运动。由于采用了多电机驱动，因此，可做成3000t以上大吨位的电动螺旋压力机。大齿轮即飞轮，经摩擦超载打滑装置与螺杆连接，螺母安装在滑块内。电动机上的小齿轮带动大齿轮作正反双向交替旋转，从而使滑块上下运动。

图4 电动螺旋压力机简图

电动螺旋压力机总体发展的优势有以下六点：

⑴电动螺旋压力机无离合器、传动链短、结构比较简单，故障率低，易于维护，费用低。

⑵电动螺旋压力机打击能量可精确设置，成形精度高，制件公差小、节材降耗，冲击性好，特别适合精密锻造。由于能精确控制打击能量，所以可减轻设备超负荷和模具载荷，延长模具寿命。

⑶电动螺旋压力机可进行程序锻造，主机能自动按预先设置的各工步打击能量运行，自动化程度高。

⑷电动螺旋压力机采用双X形长导轨，导向长度大，导向精度高，机身刚度好，设备精度高，抗偏载能力强，可进行多模膛精密锻造，节约能源和人力资源。

⑸电动螺旋压力机由于采用了开关磁阻电机，压力机工作时，电机启动电流小、节约电能，不会对工厂电网产生冲击和影响其他设备运行。同时，采用分离式组合隔振平台，噪声小，绿色环保，延长元件寿命。开关磁阻电机发热轻、散热性能好、使用寿命长。

⑹电动螺旋压力机滑块静止时，电机不工作，电耗低，效率高。当电机反转带动滑块回程时，回程到某一距离后，电机断电，由飞轮储蓄的能量带动滑块继续上行。此时，电机由电动机状态转变为发电机状态，将飞轮储蓄的能量转变为电能，通过电磁制动实现制动减速能量的回收。如果驱动单元配备有能量回收装置，这一部分电能可反馈到电网中，进一步节约电能。

对1600t电动螺旋压力机打击试车垫板负荷检测，按8次/min的节奏打击，电动螺旋压力机比传统双盘摩擦压力机试车节电75％。

结束语

电动螺旋压力机在我国虽然起步较晚，但随着电机及控制技术的不断发展，我国的电动螺旋压力机必将实现跨越式的大发展。而随着节能型电动螺旋压力机的研制成功和快速推广应用，也必将使我国的锻造工艺装备水平提高一个新台阶。