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龍門刨床是機(jī)械化程度很高的大型。龍門刨床的動(dòng)力及控制回路比較復(fù)雜，尤其是刨床工作臺(tái)主拖動(dòng)系統(tǒng)完全依靠電氣自動(dòng)化控制來執(zhí)行的。B2010A龍門刨床的主拖動(dòng)采用最初50年代的A-G-M調(diào)速系統(tǒng)，即電機(jī)擴(kuò)大機(jī)---直流發(fā)電機(jī)---直流電動(dòng)機(jī)組系統(tǒng)。如圖一所示。采用機(jī)械速比2:1和電氣調(diào)速范圍為10:1的機(jī)電聯(lián)合調(diào)速系統(tǒng)。
A-G-M調(diào)速系統(tǒng)（圖一）
龍門刨床是頻繁往復(fù)運(yùn)動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械，它的工作方式為循環(huán)方式。前進(jìn)行程是切削行程；后退行程是不作切削的，只讓工作臺(tái)駛回為下一步切削作準(zhǔn)備。運(yùn)動(dòng)示意圖如圖二所示。實(shí)際工作中為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，輕載后退的速度要大于前進(jìn)切削速度。由于不同的金屬材料和不同的加工工藝，必須要求控制系統(tǒng)具備：
?工作臺(tái)主拖動(dòng)具有比較寬的調(diào)速范圍和較硬的機(jī)械特性；
?工作臺(tái)前進(jìn)切削和后退的過程中運(yùn)行平穩(wěn)，不振蕩，速度能單獨(dú)地作無級(jí)調(diào)整，無須停車；
?運(yùn)行方向的改變要迅速、平滑、沖擊力小、動(dòng)作反應(yīng)快；
?在低速范圍內(nèi)切削力基本保持恒定狀態(tài)，靜差度小于3%；
?前進(jìn)與后退行程的末尾工作臺(tái)自動(dòng)減速，反向準(zhǔn)確；
?傳動(dòng)效率高，耗電量??；
?控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，可靠安全，易于維修保養(yǎng)；
工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)圖（圖二）
如圖二示，ab段（約12-15米/分）為刀具慢速切入工件，而后增加到可調(diào)速CD段進(jìn)行前進(jìn)切削，之后運(yùn)行到設(shè)定行程開始減速為ef段，再經(jīng)過換向行程控制，工作臺(tái)由前進(jìn)減速迅速制動(dòng)并快速反向運(yùn)行可調(diào)hi速度段后退，再后退至減速換向切換到前進(jìn)行程。形成一個(gè)循環(huán)工作周期。
二、龍門刨床拖動(dòng)系統(tǒng)的演變
1．原系統(tǒng)存在的主要缺陷
A-G-M調(diào)速系統(tǒng)，它具有占地面積大、噪聲污染嚴(yán)重、尤其交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)浪費(fèi)電能很嚴(yán)重。從工作情況來看，直流電動(dòng)機(jī)的功率并沒有得到充分利用，并且維護(hù)保養(yǎng)較困難。目前許多在使用該系統(tǒng)工作的廠家都在想辦法解決以上問題。
2．演變
從70年代至目前有極少部分采用晶閘管---直流電動(dòng)機(jī)機(jī)組（V-M調(diào)速系統(tǒng)）。該系統(tǒng)低速時(shí)損耗大、功率因數(shù)低、對(duì)電網(wǎng)污染嚴(yán)重，而使用的還是直流電動(dòng)機(jī)，維護(hù)保養(yǎng)困難的問題還是沒有解決。
3．飛躍
隨著進(jìn)步，在電力技術(shù)和微電子技術(shù)方面有了飛速發(fā)展，以及矢量控制技術(shù)的完善，使得變頻調(diào)速技術(shù)日新月異，并且變頻調(diào)速發(fā)展空間愈加寬廣，涉及領(lǐng)域之多，其優(yōu)越性為眾所周知。為此廣大科技工作者致力于交流變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，龍門刨床的拖動(dòng)方式在向變頻調(diào)速的方向轉(zhuǎn)移，國(guó)外已有很多成功應(yīng)用的實(shí)例。
三、ALPHA應(yīng)用在B2010A龍門刨床上
1、選型
根據(jù)前述龍門刨床直流拖動(dòng)系統(tǒng)工作要求，采用了有速度PG反饋的矢量型變頻器-ALPHA6000S系列。該系列變頻器的優(yōu)越性能主要體現(xiàn)在：
?有速度傳感器矢量控制，調(diào)速范圍為1：1000，穩(wěn)態(tài)控制精度0.05%；
?低頻啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩10-100rpm時(shí),200%額定轉(zhuǎn)矩；
?啟動(dòng)預(yù)勵(lì)磁,加快矢量控制快速響應(yīng)；
?動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)小于150ms；
?零伺服鎖定功能,可以保持零速時(shí)150%的轉(zhuǎn)矩輸出;
?可靠的轉(zhuǎn)矩限定，防止頻繁跳閘；
?功能豐富輸入，輸出接口，方便實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化聯(lián)網(wǎng)控制
?完善的故障保護(hù)，告警功能，確保處于安全防護(hù)中
2.控制原理
(1)工作臺(tái)主拖動(dòng)用ALPHA6000S變頻器驅(qū)動(dòng)變頻調(diào)速電機(jī),代替A-G-M系統(tǒng)機(jī)組實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速.
(2)采用制動(dòng)單元及制動(dòng)電阻，工作臺(tái)停止，換向速度快，從應(yīng)用來看，ALPHA6000S變頻器在頻繁換向過程中速度降低快，動(dòng)力制動(dòng)迅速，由于換向時(shí)工作時(shí)間短，為抑制泵升電壓，采用了制動(dòng)電阻進(jìn)行能量釋放。
(3)主控制系統(tǒng)采用臺(tái)達(dá)實(shí)現(xiàn)對(duì)主拖動(dòng)變頻器及整個(gè)機(jī)床的電氣控制。
龍門刨床電氣控制框圖(圖三)
四、應(yīng)用情況及效果
根據(jù)應(yīng)用，我們可以得出如下比較：
1．工作方式：
在改造前，工作時(shí)，直流發(fā)電機(jī)組一直處于運(yùn)行狀態(tài)，特別是在工作間隙、測(cè)量工件時(shí)等，白白消耗大量的空載能量。改造后，龍門刨床只是在工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)才消耗能量，并且在輕載時(shí)變頻器自動(dòng)節(jié)能。
2．進(jìn)線電流：
在改造前，大刨切削45號(hào)鋼坯時(shí)，吃刀深度10mm，進(jìn)刀量為1mm，檢測(cè)進(jìn)線電流為50A。改造后，同樣加工條件下，進(jìn)線電流僅為15.5A。
3．環(huán)境改善：
改造前，發(fā)電機(jī)組工作時(shí)噪音嚴(yán)重，可達(dá)80dB。改造后，檢測(cè)噪音為70dB，大大改善了工作環(huán)境，利于操作工人的身心健康。
4．占地面積：
改造前，機(jī)組占地面積大，現(xiàn)在改造后僅為原來的10%。
5．機(jī)床維護(hù)：
改造前，直流系統(tǒng)需定期維護(hù)，且發(fā)生故障難以修理，特別是勵(lì)磁發(fā)電機(jī)不發(fā)電故障。改造后，變頻系統(tǒng)無需特別維護(hù)，且不易發(fā)生故障。
改造后，由于變頻器控制柜集中，基本上不出大的故障。
6．機(jī)床運(yùn)行：
改造前，由于原B2010A機(jī)床年久失修，各處性能大不如最初，換向慣性大。改造后，采用了先進(jìn)的矢量控制，從性能、穩(wěn)定性上超過原來，換向慣性小，反向快速響應(yīng)。
7．節(jié)電效益：
測(cè)量進(jìn)線，按有功功率來算，每天二班倒，工作15小時(shí)，每月平均生產(chǎn)26天，電費(fèi)成本在0.7元，全年可節(jié)約電費(fèi)73500.34元，僅此一項(xiàng)一年左右時(shí)間即可收回投資。
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