龍門刨是加工大型工件的刨削和磨削兩用機(jī)床，其主運(yùn)動(dòng)是工作臺(tái)的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，主拖動(dòng)系統(tǒng)完全依靠發(fā)電機(jī)組-擴(kuò)大機(jī)組-直流電動(dòng)機(jī)組成的調(diào)速系統(tǒng)(簡稱F-D調(diào)速系統(tǒng))來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)工作。這種調(diào)速系統(tǒng)有以下缺點(diǎn):①設(shè)備大，占地面積大：②價(jià)格昂貴：③工作效率低：④能源利用率低、生產(chǎn)成本高：⑤噪音大：⑥故障率高：⑦線路復(fù)雜，維修難度大、工作量大。
由于F-D調(diào)速系統(tǒng)有以上缺點(diǎn)，所以長期以來人們十分關(guān)注龍門刨床主拖動(dòng)系統(tǒng)的改造。怎樣改造才合適，下面就這一問題進(jìn)行討論，希望能給機(jī)床電氣工作者點(diǎn)滴啟發(fā)。
1 主拖動(dòng)系統(tǒng)的特殊性
為滿足刨削和磨削的加工工藝要求，主拖動(dòng)系統(tǒng)有如下的特殊性:①具有較寬的調(diào)速范圍，調(diào)速比為1:45：②具有較硬的機(jī)械特性，靜差率小于10%：③具有較好的挖土機(jī)特性，自動(dòng)將過載電流限制在1.4倍的額定電流內(nèi)：④具有較強(qiáng)、較快的啟動(dòng)、換向、停車過程，響應(yīng)時(shí)間小于0.5秒：⑤前進(jìn)、后退有一定的自動(dòng)平滑減速：⑥工作臺(tái)能自動(dòng)、頻繁地往返運(yùn)動(dòng)。要改造龍門刨的主拖動(dòng)系統(tǒng)，必須在保留原特性的基礎(chǔ)上，提高性能，降低生產(chǎn)成本。
2 龍門刨主拖動(dòng)系統(tǒng)的改造
改造方案
表 SRD-L-55kW與F-D-60kW調(diào)速系統(tǒng)的性能比較 序號(hào) 特點(diǎn) SRD-L-55kW F-D調(diào)速系統(tǒng)
1 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩 >150% <30%
2 效率100%T和100%N >92% 55.9%
3 效率100%T和50%N >92% <35%
4 功率因數(shù) 0.95 0.82
5 啟動(dòng)電流/額定電流(全壓) 0.3 1.4(限制)
6 過載能力/額定能力 120% 120%
7 制動(dòng)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩 100% 20%
8 啟動(dòng)、停車響應(yīng)時(shí)間 <0.3秒 <0.5秒
9 穩(wěn)速精度 0.25% 10%
10 電壓范圍 320～418 360～400
11 電源缺相保護(hù) 有 無
12 電流過載相護(hù) 160% 140%
13 調(diào)速比 1:45 1:45
14 給定轉(zhuǎn)速為零，電動(dòng)機(jī)輸出對(duì)抗轉(zhuǎn)矩 有 無
15 程序控制、自診斷功能 有 無
16 噪聲dB 70 85


圖 龍門刨床主拖動(dòng)系統(tǒng)
根據(jù)上述特性和要求，從性能、價(jià)位和經(jīng)濟(jì)適用等綜合指標(biāo)的考核，目前能達(dá)到和超過原技術(shù)指標(biāo)的調(diào)速系統(tǒng)唯有SRD，SRD又稱為開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其性能好，技術(shù)指標(biāo)高，是國際上80年代推出的新型無刷無級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，主要由SR電動(dòng)機(jī)，功率變換器，控制器，位置檢測器四大部分組成。可直接用于龍門刨床，也適用于各種調(diào)速機(jī)械設(shè)備。由于SR電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子無繞組，電動(dòng)機(jī)可高速旋轉(zhuǎn)而不致變形：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，易于加速、減速、停車，并在寬廣的轉(zhuǎn)速和功率范圍內(nèi)均具有高輸出和高效率。SRD體積小，占地面積小，易于安裝，而且傳輸效率高，發(fā)熱量小，散熱好。其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)越于F-D調(diào)速系統(tǒng)。原B2016A主拖動(dòng)使用60kW 直流電動(dòng)機(jī)，根據(jù)SRD的特點(diǎn)，改造B2016A龍門刨主拖動(dòng)應(yīng)選用SRD-L-55kW開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，現(xiàn)將SRD-L-55kW 與F-D-60kW 調(diào)速系統(tǒng)的性能進(jìn)行比較如右表。
用SRD改造的龍門刨床主拖動(dòng)系統(tǒng)簡圖如圖右。
機(jī)械設(shè)計(jì)
由于原直流電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為1000r/min對(duì)應(yīng)的高速檔為90m/min，低速檔為45m/min，在磨削工作時(shí)要求最低速度為1m/min，所對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為22r/min，而SR-L-55kW開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍為30-1350r/min，所以需將減速箱的第一組減速主動(dòng)齒輪由23齒改為18齒，從動(dòng)齒輪由64齒改為69齒，保證了1:45的調(diào)速比。
電氣設(shè)計(jì)
取消發(fā)電機(jī)組、擴(kuò)大機(jī)組、直流電動(dòng)機(jī)，將55kW開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)直接安裝在原直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)座上，與減速箱直接聯(lián)接。
抬刀系統(tǒng)由激勵(lì)發(fā)電機(jī)供電，改為單相橋式整流、加續(xù)流二極管的直流電源供電。取消全部的直流繼電器和直流接觸器，增設(shè)一只20A交流接觸器，編號(hào)仍然為2H，由Q、H交流中間繼電器控制2H，2H主觸點(diǎn)接通抬刀線圈。
取消Y、△交流接觸器和SJ-A時(shí)間繼電器，保留AC交流接觸器，由AC接通SRD-控制功率轉(zhuǎn)換器電源。用AC輔助觸點(diǎn)接通BC交流接觸器，由BC控制開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的通風(fēng)用電動(dòng)機(jī)。
由ZJ、J、LQ、R-Q、R-H、b-q、b-H、Q-JS、H-JS、M和兩只電阻等元件組成速度自動(dòng)調(diào)整線路，調(diào)節(jié)SRD——控制功率轉(zhuǎn)換器的速度給定信號(hào)。
將原1R、2R改制成6W、10kW的制動(dòng)電阻，接在控制功率轉(zhuǎn)換器的R1、R2端子上，作為釋放電動(dòng)機(jī)在停轉(zhuǎn)時(shí)反送回的能量。
取消直流電流表、轉(zhuǎn)速表，將面板顯示安裝于此，用以顯示開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速和SRD調(diào)速系統(tǒng)發(fā)生各種故障后的故障類型。
3 主拖動(dòng)的工作原理
SRD系統(tǒng)啟動(dòng)和停止。當(dāng)按動(dòng)“主機(jī)啟動(dòng)”按鈕，AC吸合并自鎖，SRD控制功率轉(zhuǎn)換器得電準(zhǔn)備，主電機(jī)的通風(fēng)用電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，按動(dòng)“主機(jī)停止”按鈕，AC釋放，切斷SRD控制功率轉(zhuǎn)換器和通風(fēng)機(jī)電源。SRD系統(tǒng)和通風(fēng)機(jī)任何一個(gè)過載，熱保護(hù)動(dòng)作，能保證工作臺(tái)自動(dòng)停止運(yùn)行，并能保證工作臺(tái)始終停止在后