龙门刨床运用开关磁阻电动机调速系统的节电改造分析
2019-1-31 来源： 淄博市技师学院 作者：仝西琳
摘要：龙门刨床属于一种大型的工业生产加工设备，常用的传统调速系统存在很多缺陷，主要有结构体积庞大、系统功率因数较小、系统运行耗能较高等问题，导致龙门刨床整体工作性能较差、工作效率较低，并且还会加大生产成本，降低了企业的经济效益，所以需要采用科学、有效的方式，对龙门刨床进行技术改造。文章对龙门刨床运用开关磁阻电动机调速系统的节电改造进行了讨论，改造结果表明，龙门刨床的工作性能得到有效改善，电能损耗及运行故障概率明显减少，生产加工效率和质量得到显著提升。
关键词：龙门刨床；开关磁阻电动机调速系统；节电改造
在科技和经济的带动下，近些年我国工业发展迅速，取得了令人瞩目的成绩，为了充分发挥先进工业技术在生产活动中的应用优势，提高生产效率和经济效益，就需要对重要生产设备进行技术改和结构优化，龙门刨床作为工业的母机，更是成为当下热门研究对象。开关磁阻电动机调速系统是一种新兴的无级调速系统，综合了直流和交流两种调速系统的优点，弥补了多种传统调速系统的技术缺陷，应用价值加高，将其应用于龙门刨床结构改造中，可以有效提升龙门刨床的工作性能，能够实现理想的节能效果。
1 、龙门刨床简要介绍
龙门刨床是工业生产加工中必不可少的基础性设备，其主要作用是对大型工件进行刨削、铣削和磨削处理，并且，还可以同步完成对多个工业零件的一起加工。龙门刨床组成结构主要分为门式框架和卧式长床身两部分，具体组成部件包括床身、工作台、立柱、横梁、龙门顶、刀架等，龙门刨床的结构组成如图 1 所示。
龙门刨床在运行时，装载有工件的工作台会会在主传动系统作用下，反复穿过门式框架在直线方向上运动，当工作台装载有工件时，运动速度会随之降低。设置在横梁两侧的垂直刀架，可以在同一平面内变换一定的角度，也可以在横梁方向上运动。利用立柱，可以根据工件加工需求，在处置方向上调整衡量的位置。为了避免工件表面出现划伤，一般情况会将在两侧立柱上设置刀架，称之为侧刀架，侧刀架可以在垂直方向上进行移动，对工件起到了保护作用。
图 1 龙门刨床的结构组成
2 、开关磁阻电动机调速系统组成及特点
2.1 开关磁阻电动机调速系统组成
开关磁阻电动机调速系统具有光机电一体化特点，主要是由四部分组成的，包括磁阻式电机、转子位置检测器、功率电路和控制电路，系统组成结构示意图如图 2 所示。磁阻式电机是在定子齿和转子齿相互作用下运行的，定子齿和转子齿数量分别为 12 各和 8 个，其中每四个定子齿定义为一相绕组，在接通电源后，定子齿会在电磁作用下带动转子齿运转，此时磁阻式电动机便处于运行状态。转子位置传感器是由红外广电元件组成的，可以对磁阻式电机的运转速率、转动方向及位置进行时时监控，根据工件加工要求，通过改变通电时间、电流大小、通电秩序，实现对磁阻式电机运行状态的调整和控制。功率电路的主要作用，是通过电源向系统输送运行所需电能，是确保开关磁阻电动机调速系统正常运行的基础，线路中设置有多个功率开关，并采用串联方式与电机绕组相连接，可以对电路短路现象起到保护作用。开关磁阻电动机调速系统运行调节是借助控制电路实现的，通过传感器对系统具体运行信息进行采集，以完成工件加工为最终目的，来改变电机运行状态，确保系统运行的稳定性和安全性。
图 2 开关磁阻电动机调速系统结构示意图
2.2 开关磁阻电动机调速系统特点
开关磁阻电动机调速系统与传统形式的调速系统相比，拥有众多应用优点，主要包括以下几方面。首先，开关磁阻电动机调速系统结构组成结构简单，系统改造和维修比较方便，并且成本较低，系统工作性能良好，具有较强的抗干扰能力，能够在高温、强振等多种复杂环境下保持稳定的运行状态。其次，开关磁阻电动机调速系统易于控制，可以根据不同应用需求对系统进行相应的调整，适用范围比较广泛，并且可以在不造成发热现象的前提下，对系统运行状态进行多次转换。同时，开关磁阻电动机调速系统具有较高的节能效应，系统调速范围和负载范围比较宽泛，系统效率及功率因数高，如果系统处于空载运行状态，则所需电能是非常少的，并且不需要在系统中增设无功补偿装置。
3 、龙门刨床运用开关磁阻电动机调速系统的节电改造分析
某企业所用龙门刨床型号为 B2012A，运行方式为直流机组传动，设备运行性能较差，噪声和振动现象比较严重，出现运行故障的概率较高，工件生产质量较低，同时系统运行过程中能量损耗较大，浪费了大量电能，增加了加工成本。为改善龙门刨床工作性能、降低能耗，该企业决定运用开关磁阻电动机调速系统对其进行节电改造。
3.1 改造方案和参数的确定
改造方案的制定，是应用开关磁阻电动机调速系统对龙门刨床进行改造的第一步。技术人员在对龙门刨床结构组成进行分析后，制定了科学、可行的改造方案。首先，用开关磁阻电动机调速系统取代原来的直流机组，增设铣削传动装置，刨削和铣削电动机的运行功率分别为 45k W 和 5.5k W，在切断电源后确保龙门刨床可以立即停止运行。其次，去除设备中的左垂刀架，并在原来位置安装垂铣头，而其他位置的刀架和铣头，可以根据工件加工需求自由更换。同时，龙门刨床设备中原有的刨削变速箱保持不变，在此基础上增加刨铣离合器、减速装置等，加强对设备运行的控制力度。另外，对电气控制柜进行技术改造，将 PLC 技术运用其中，并对工作台转向的组合形成开关箱进行改造，改变原有的开关控制方式，使用无触点矿用磁敏开关，以此来提高龙门刨床的运行稳定性。最后，还需要使用新的开关站来取代原来的开关站。
在确定改造方案时候，需要确定相应的技术参数，包括刨削和铣削电机的转动速度，两者分别为 100 ～ 1000r/min 和 35 ～ 800r/min， 刨 削 和 铣削电机的运行功率和运转速度，分别为 45k W 和5.5k W、50 ～ 1500r/min 和 50 ～ 2000/min， 垂 直铣头的运转速度、运行功率和刀盘直径，分别为110 ～ 700/min、5.5k W 和 160mm，以此作为重要依据，确保改造方案的科学性。
3.2 改造结果
该企业龙门刨床在经过改造后，其工作性能和工作效率得到了有效提升，设备在运行过程中，不再出现大幅振动现象，稳定性得到了保证，设备运行所产生的噪声得到了显著降低，作业环境更加安静。同时，设备运行系统结构变得更加简单，床面在一个主电机的带动下便可以运行，电机没有毛刷，设备体积也得到了有效缩减，减少了占地面积。此外，龙门刨床在改造前空载运行时耗能较高，改造之后节电效果明显。
4 、结语
对完成改造后的龙门刨床进行试运，发现其运行稳定性和工作效率得到了显著提升，电能损耗下降到改造之间的 1/2，同时还有效减弱了龙门刨床运行时的振动及噪声，改造效果良好。将开关磁阻电动机调速系统应用于龙门刨床改造中，可以在提高龙门刨床工作性能的同时降低能耗，节省更多的电能，降低生产成本，为企业带来更多经济效益，既可以提高工件生产效率和生产质量，又可以促进企业的良好发展，具有较高的推广应用价值。
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