趙曉光

中鋼集團(tuán)邢臺(tái)機(jī)械軋輥有限公司五分廠 河北邢臺(tái)市

1.概述

邢臺(tái)機(jī)械軋輥公司主要加工大型軋鋼軋輥，產(chǎn)品重量在20～70t，重型車床是主要加工設(shè)備。隨著機(jī)加刀具質(zhì)量的提高，機(jī)床的切削量也隨之增大，機(jī)床加工能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前加工要求。為提高機(jī)床加工效率，操作工在增大切削量的同時(shí)不斷提高主軸轉(zhuǎn)速，主軸控制系統(tǒng)工作在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速段的范圍逐步減少，恒功率段逐步增加。由于轉(zhuǎn)矩的降低使機(jī)床在提高速度、增加進(jìn)給量時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)丟轉(zhuǎn)、悶車現(xiàn)象。如何使機(jī)床動(dòng)力與負(fù)荷達(dá)到匹配，通過分析電機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩段及恒功率段的轉(zhuǎn)速和力矩的關(guān)系，采取相關(guān)改造措施，解決了問題。

2.問題分析

（1）恒轉(zhuǎn)矩段

C61200重型車床是雙刀架結(jié)構(gòu)，該車床的主軸電機(jī)原采用南洋電機(jī)廠生產(chǎn)的型號(hào)為Z4-280-31B的電機(jī)，基速為400r/min，電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩輸出為1790N·m。該機(jī)床1擋機(jī)械傳動(dòng)比為90，輸出到卡盤轉(zhuǎn)矩為161100N·m，2擋的機(jī)械傳動(dòng)比為30，輸出到卡盤轉(zhuǎn)矩為53700N·m，3擋的機(jī)械傳動(dòng)比為10，輸出到卡盤轉(zhuǎn)矩為17900N·m。由此可知，工作在1擋時(shí)，在恒轉(zhuǎn)矩段內(nèi)折算到機(jī)床側(cè)的主軸調(diào)速范圍只有4.4r/min。轉(zhuǎn)矩雖滿足了要求，但主軸速度根本滿足不了實(shí)際要求。如果繼續(xù)提高轉(zhuǎn)速，只能靠減弱磁通，而磁通和轉(zhuǎn)矩成反比，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速升到12r/min時(shí)，卡盤轉(zhuǎn)矩降低了80%。這樣的結(jié)果就是大大的降低了主軸轉(zhuǎn)矩，浪費(fèi)了機(jī)床的機(jī)械特性。為了提高產(chǎn)量，只有在保持轉(zhuǎn)矩的前提下提高主軸轉(zhuǎn)速，提高生產(chǎn)效率。

（2）恒功率段

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)，由于機(jī)床雙刀架加工軋輥軸頸大都在1000mm左右，對(duì)主軸轉(zhuǎn)速要求較高，操作工一般工作在2擋或3擋。工作在2擋時(shí)，輸出到卡盤轉(zhuǎn)矩為53700N·m，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速升到正常工作的16r/min時(shí)，勵(lì)磁電流降至額定值的66%。主軸輸出轉(zhuǎn)矩為53700×66%=35442N·m，此時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩僅為機(jī)床額定轉(zhuǎn)矩的20%。當(dāng)工作在3檔時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩更低，效率更低。由于轉(zhuǎn)速的提高，其電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩明顯降低，反映到切削量上，此時(shí)的切削量只有恒轉(zhuǎn)矩時(shí)的20%。這時(shí)主軸速度滿足了要求，但輸出轉(zhuǎn)矩降低了，由于轉(zhuǎn)矩的降低，只有靠升高電樞電流來維持功率，電樞電流經(jīng)常工作在額定狀態(tài)，稍微增大切削量機(jī)床就會(huì)丟轉(zhuǎn)、悶車，對(duì)機(jī)床的機(jī)械部件和系統(tǒng)造成沖擊，直接影響設(shè)備安全與加工效率。

3、改進(jìn)措施

上述問題造成機(jī)床悶車現(xiàn)象，為此改進(jìn)電氣系統(tǒng)。重新選擇機(jī)床主軸電機(jī)為Z4-250-31132kW電機(jī)，采用西門子6RA7081系統(tǒng)，輸出電流為360～410A。此電機(jī)基速為1000r/min，電機(jī)1擋輸出到卡盤的恒轉(zhuǎn)矩為113400N·m，不會(huì)對(duì)機(jī)床機(jī)械部件造成損傷。由于電機(jī)基速的提高，在恒轉(zhuǎn)矩段的主軸速度可調(diào)范圍增大。使用該電機(jī)后，1擋的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍為12r/min，調(diào)速范圍提高了2.5倍，2擋的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍為33r/min，在主軸轉(zhuǎn)速相同的情況下主軸轉(zhuǎn)矩提高了34%，滿足了加工要求。此次改造主要是提高了恒轉(zhuǎn)矩段的調(diào)速范圍，在恒轉(zhuǎn)矩段同樣的主軸轉(zhuǎn)矩，該電機(jī)調(diào)速范圍增大了2.5倍。在恒功率段，同樣的主軸轉(zhuǎn)速，該電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩增大了34%。經(jīng)查機(jī)床說明書，該機(jī)床最大輸出轉(zhuǎn)矩為137000N·m，改造后主軸輸出轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)小于機(jī)床轉(zhuǎn)矩額定輸出值。

對(duì)C61315重型機(jī)床進(jìn)行的改造，只提高了功率和基速，不提高轉(zhuǎn)矩，利用電機(jī)大功率高轉(zhuǎn)速提高機(jī)床加工效率，利用電機(jī)特性降低其輸出轉(zhuǎn)矩來保護(hù)機(jī)械傳動(dòng)不受損傷。此時(shí)的轉(zhuǎn)矩既滿足了工藝要求，又在機(jī)床的承載能力之下。此次改造也充分考慮了機(jī)床系統(tǒng)未來的升級(jí)，機(jī)床的輸出轉(zhuǎn)矩既滿足了要求，又在系統(tǒng)設(shè)定的上限保護(hù)下，充分挖掘了機(jī)床的潛能，提高了加工效率。