螺旋壓力機概述

螺旋壓力機是一種定能量的加工設(shè)備，按動力形式分類，目前國內(nèi)有摩擦壓力機（第一代），離合器式（高能）螺旋壓力機和電動螺旋壓力機（第二代）三種類型。摩擦壓力機是電機通過摩擦盤和操縱缸改變飛輪旋轉(zhuǎn)方向的螺旋壓力機；離合器式螺旋壓力機是電機通過離合器和回程缸改變飛輪旋轉(zhuǎn)方向的螺旋壓力機；電動螺旋壓力機是電機通過齒輪傳動或皮帶傳動改變飛輪旋轉(zhuǎn)方向的螺旋壓力機。
螺旋壓力機有著特殊的力能關(guān)系，存在著多余能量問題。即當飛輪提供的有效能量大于鍛件實際需要的變形能時，這部分能量將轉(zhuǎn)化為機器載荷，因此，螺旋壓力機的允許最大公稱力一般是公稱力的1.5倍左右。
目前電動螺旋壓力機有開關(guān)磁阻電機驅(qū)動和交流異步電機變頻驅(qū)動系統(tǒng)兩種主要方案。由于這兩種電機及驅(qū)動方式存在固有的缺陷，雖然電動螺旋壓力機在提高性能及可靠性方面取得了很大進步，電動螺旋壓力機已經(jīng)成為了螺旋壓力機行業(yè)的主力軍，但在高柔性、高精度、高可靠的方面還有很大的提升空間。

電動螺旋壓力機的傳動方式及電機驅(qū)動 

（一）、傳動方式
電動螺旋壓力機按電機傳動特征曾出現(xiàn)過多種形式，但在工業(yè)上得到應(yīng)用的主要有兩類：電機直接傳動方式和電機機械傳動方式。
1、電機直接傳動方式
直接傳動形式中，電機的轉(zhuǎn)子與螺桿軸連為一體。采用專用低速大扭矩電機，直接安裝在主機頂部，電機轉(zhuǎn)子為螺旋壓力機飛輪的組成部分（如圖1所示）。如德國舒勒（SCHULER）公司的PA/PAR、PSM/PSH系列；LASCO公司的SPR/SPP系列電動螺旋壓力機均采用電機直接傳動方式，如圖2、3所示。這一方案的特點是采用低速、大扭矩電機，傳動環(huán)節(jié)少。

圖1 SCHULER公司電機直接傳動示意圖  

圖2 SCHULER公司直驅(qū)產(chǎn)品 

圖3 Lasco公司直驅(qū)產(chǎn)品
            
2、電機機械傳動方式
多臺電機經(jīng)齒輪或皮帶傳動帶動螺桿的形式。安陽鍛壓公司J58K系列（如圖4所示）、Lasco公司（如圖5所示）ENOMOTO皮帶傳動（如圖6所示）的電動螺旋壓力機采用這一方案。這一方案的特點是電機轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)矩較小。 

圖4 安陽鍛壓齒輪傳動示意圖  

圖5 Lasco齒輪傳動示意圖 

圖6 ENOMOTO皮帶傳動示意圖
目前國內(nèi)電動螺旋壓力機大多采用齒輪或聯(lián)組三角皮帶的機械傳動方式，采用聯(lián)組三角皮帶、鋼制齒輪、膠木復(fù)合齒輪傳動各有特點（對比見表1），各有優(yōu)劣。
聯(lián)組三角皮帶加開關(guān)磁阻電機方式靠皮帶的伸縮或打滑釋放電機的慣性能，傳動效率不高，壽命不長，并且只適合小噸位產(chǎn)品；鋼制齒輪加開關(guān)磁阻電機方式是齒輪和電機軸硬聯(lián)結(jié)，靠電機軸變形釋放電機的慣性能，電機軸要加粗，還要另加潤滑裝置，噪音大，對飛輪的齒面磨損大；膠木復(fù)合齒輪加交流異步變頻電機方式中，小齒輪由高分子材料制造，小齒輪與驅(qū)動電機軸采用摩擦聯(lián)接，通過摩擦打滑裝置來卸能。由于異步電機慣量大，導致要釋放的慣性能較大，所以在使用過程中，摩擦片會嚴重發(fā)熱，引起膠木齒輪發(fā)熱炭化，壽命較低。
表1 傳動方式比較

 
（二） 電機驅(qū)動
電機及驅(qū)動是螺旋壓力機最核心的部件，處于頻繁的正反向工作，其頻繁正反轉(zhuǎn)次數(shù)有時多于每分鐘30次，并承受劇烈的沖擊和震動載荷。特別要求電機具有防護等級高，轉(zhuǎn)子強度高、慣量小，承受3倍額定轉(zhuǎn)矩以上的瞬時沖擊，長期運行不發(fā)熱等特性。另外由于飛輪和滑塊慣量很大，滑塊行程有限，就要求電機起動轉(zhuǎn)矩大，加速性能好，并且起動電流要小，避免對電網(wǎng)沖擊。
目前國內(nèi)電動螺旋壓力機主要采用開關(guān)磁阻電機和交流異步變頻電機兩種驅(qū)動方式。
    1）開關(guān)磁阻電機
開關(guān)磁阻電機系雙凸極可變磁阻電動機，其定、轉(zhuǎn)子的凸極均由普通硅鋼片疊壓而成。轉(zhuǎn)子既無繞組也無永磁體，定子極上繞有集中繞組。
優(yōu)點是起動電流小，轉(zhuǎn)子慣量小、不發(fā)熱。
缺點是電機定轉(zhuǎn)子均開有少數(shù)的齒槽，電機轉(zhuǎn)動時齒槽效應(yīng)較大，電機震動較大、噪聲大；低速轉(zhuǎn)矩脈動大；電機功率密度低，低于傳統(tǒng)的異步電機，更低于永磁電機。另外很難做到伺服級，限制了其應(yīng)用到高精度的場合。
     2）交流異步變頻電機
交流異步變頻電機是目前在國內(nèi)大量使用的鼠籠式感應(yīng)異步電動機的改進型。為了適應(yīng)螺旋壓力機的工況，在基座強度、防護等級、通風散熱等方面做了改進，其定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)特性實質(zhì)上與三相鼠籠感應(yīng)異步電動機一樣，定子上裝有對稱三相繞組，而在圓柱體的轉(zhuǎn)子采用鑄鋁結(jié)構(gòu)，依靠電磁感應(yīng)作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。
優(yōu)點是感應(yīng)異步電動機在國內(nèi)大量使用，維修方便。
缺點是起動電流較大、轉(zhuǎn)子慣量大，并有電流通過。在頻繁正反轉(zhuǎn)的情況下易發(fā)熱，在長期使用過程中有可能會導致絕緣層損壞，電機出現(xiàn)故障。

綜上所述，采用開關(guān)磁阻電機加控制器的驅(qū)動方式，速度控制不準確，打擊能量不準、波動大。采用異步電機加變頻器驅(qū)動方式，異步電機轉(zhuǎn)動慣量大，對頻繁驟停的傳動系統(tǒng)而言沖擊載荷大，使其傳動系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)小齒輪壽命低，但由于小齒輪成本低，更換方便，因此該方案在電動螺旋壓力機中廣為采用。