螺旋壓力機(jī)概述

螺旋壓力機(jī)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(jī)（第一代），離合器式（高能）螺旋壓力機(jī)和電動螺旋壓力機(jī)（第二代）三種類型。摩擦壓力機(jī)是電機(jī)通過摩擦盤和操縱缸改變飛輪旋轉(zhuǎn)方向的螺旋壓力機(jī)；離合器式螺旋壓力機(jī)是電機(jī)通過離合器和回程缸改變飛輪旋轉(zhuǎn)方向的螺旋壓力機(jī)；電動螺旋壓力機(jī)是電機(jī)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(jī)。
螺旋壓力機(jī)有著特殊的力能關(guān)系，存在著多余能量問題。即當(dāng)飛輪提供的有效能量大于鍛件實(shí)際需要的變形能時，這部分能量將轉(zhuǎn)化為機(jī)器載荷，因此，螺旋壓力機(jī)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(jī)有開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動和交流異步電機(jī)變頻驅(qū)動系統(tǒng)兩種主要方案。由于這兩種電機(jī)及驅(qū)動方式存在固有的缺陷，雖然電動螺旋壓力機(jī)在提高性能及可靠性方面取得了很大進(jìn)步，電動螺旋壓力機(jī)已經(jīng)成為了螺旋壓力機(jī)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(jī)的傳動方式及電機(jī)驅(qū)動 

（一）、傳動方式
電動螺旋壓力機(jī)按電機(jī)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(jī)直接傳動方式和電機(jī)機(jī)械傳動方式。
1、電機(jī)直接傳動方式
直接傳動形式中，電機(jī)的轉(zhuǎn)子與螺桿軸連為一體。采用專用低速大扭矩電機(jī)，直接安裝在主機(jī)頂部，電機(jī)轉(zhuǎn)子為螺旋壓力機(jī)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(jī)均采用電機(jī)直接傳動方式，如圖2、3所示。這一方案的特點(diǎn)是采用低速、大扭矩電機(jī)，傳動環(huán)節(jié)少。

圖1 SCHULER公司電機(jī)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(jī)機(jī)械傳動方式
多臺電機(jī)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(jī)采用這一方案。這一方案的特點(diǎn)是電機(jī)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(jī)大多采用齒輪或聯(lián)組三角皮帶的機(jī)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(diǎn)（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(jī)方式靠皮帶的伸縮或打滑釋放電機(jī)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(jī)方式是齒輪和電機(jī)軸硬聯(lián)結(jié)，靠電機(jī)軸變形釋放電機(jī)的慣性能，電機(jī)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(jī)方式中，小齒輪由高分子材料制造，小齒輪與驅(qū)動電機(jī)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(jī)慣量大，導(dǎo)致要釋放的慣性能較大，所以在使用過程中，摩擦片會嚴(yán)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(jī)驅(qū)動
電機(jī)及驅(qū)動是螺旋壓力機(jī)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(jī)具有防護(hù)等級高，轉(zhuǎn)子強(qiáng)度高、慣量小，承受3倍額定轉(zhuǎn)矩以上的瞬時沖擊，長期運(yùn)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(jī)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(jī)主要采用開關(guān)磁阻電機(jī)和交流異步變頻電機(jī)兩種驅(qū)動方式。
    1）開關(guān)磁阻電機(jī)
開關(guān)磁阻電機(jī)系雙凸極可變磁阻電動機(jī)，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(diǎn)是起動電流小，轉(zhuǎn)子慣量小、不發(fā)熱。
缺點(diǎn)是電機(jī)定轉(zhuǎn)子均開有少數(shù)的齒槽，電機(jī)轉(zhuǎn)動時齒槽效應(yīng)較大，電機(jī)震動較大、噪聲大；低速轉(zhuǎn)矩脈動大；電機(jī)功率密度低，低于傳統(tǒng)的異步電機(jī)，更低于永磁電機(jī)。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(jī)
交流異步變頻電機(jī)是目前在國內(nèi)大量使用的鼠籠式感應(yīng)異步電動機(jī)的改進(jìn)型。為了適應(yīng)螺旋壓力機(jī)的工況，在基座強(qiáng)度、防護(hù)等級、通風(fēng)散熱等方面做了改進(jìn)，其定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)特性實(shí)質(zhì)上與三相鼠籠感應(yīng)異步電動機(jī)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(diǎn)是感應(yīng)異步電動機(jī)在國內(nèi)大量使用，維修方便。
缺點(diǎn)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(dǎo)致絕緣層損壞，電機(jī)出現(xiàn)故障。

綜上所述，采用開關(guān)磁阻電機(jī)加控制器的驅(qū)動方式，速度控制不準(zhǔn)確，打擊能量不準(zhǔn)、波動大。采用異步電機(jī)加變頻器驅(qū)動方式，異步電機(jī)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(jī)中廣為采用。