| 摘要：介绍了龙门刨主拖动系统的性能，将F-D调速系统和SRD的特性进行了对比，提出了对改造龙门刨床主拖动系统的见解。 |
龙门刨是加工大型工件的刨削和磨削两用机床，其主运动是工作台的直线往复运动，主拖动系统完全依靠发电机组-扩大机组-直流电动机组成的调速系统(简称F-D调速系统)来实现自动工作。这种调速系统有以下缺点:①设备大，占地面积大：②价格昂贵：③工作效率低：④能源利用率低、生产成本高：⑤噪音大：⑥故障率高：⑦线路复杂，维修难度大、工作量大。 由于F-D调速系统有以上缺点，所以长期以来人们十分关注龙门刨床主拖动系统的改造。怎样改造才合适，下面就这一问题进行讨论，希望能给机床电气工作者点滴启发。 1 主拖动系统的特殊性
为满足刨削和磨削的加工工艺要求，主拖动系统有如下的特殊性:①具有较宽的调速范围，调速比为1:45：②具有较硬的机械特性，静差率小于10%：③具有较好的挖土机特性，自动将过载电流限制在1.4倍的额定电流内：④具有较强、较快的启动、换向、停车过程，响应时间小于0.5秒：⑤前进、后退有一定的自动平滑减速：⑥工作台能自动、频繁地往返运动。要改造龙门刨的主拖动系统，必须在保留原特性的基础上，提高性能，降低生产成本。 2 龙门刨主拖动系统的改造
- 改造方案
| 表 SRD-L-55kW与F-D-60kW调速系统的性能比较 |
| 序号 | 特点 | SRD-L-55kW | F-D调速系统 |
|---|
| 1 | 启动转矩/额定转矩 | >150% | <30% |
| 2 | 效率100%T和100%N | >92% | 55.9% |
| 3 | 效率100%T和50%N | >92% | <35% |
| 4 | 功率因数 | 0.95 | 0.82 |
| 5 | 启动电流/额定电流(全压) | 0.3 | 1.4(限制) |
| 6 | 过载能力/额定能力 | 120% | 120% |
| 7 | 制动转矩/额定转矩 | 100% | 20% |
| 8 | 启动、停车响应时间 | <0.3秒 | <0.5秒 |
| 9 | 稳速精度 | 0.25% | 10% |
| 10 | 电压范围 | 320～418 | 360～400 |
| 11 | 电源缺相保护 | 有 | 无 |
| 12 | 电流过载相护 | 160% | 140% |
| 13 | 调速比 | 1:45 | 1:45 |
| 14 | 给定转速为零，电动机输出对抗转矩 | 有 | 无 |
| 15 | 程序控制、自诊断功能 | 有 | 无 |
| 16 | 噪声dB | 70 | 85 |
图 龙门刨床主拖动系统 |
- 根据上述特性和要求，从性能、价位和经济适用等综合指标的考核，目前能达到和超过原技术指标的调速系统唯有SRD，SRD又称为开关磁阻电动机调速系统，其性能好，技术指标高，是国际上80年代推出的新型无刷无级调速系统，主要由SR电动机，功率变换器，控制器，位置检测器四大部分组成。可直接用于龙门刨床，也适用于各种调速机械设备。由于SR电动机转子无绕组，电动机可高速旋转而不致变形：转子转动惯量小，易于加速、减速、停车，并在宽广的转速和功率范围内均具有高输出和高效率。SRD体积小，占地面积小，易于安装，而且传输效率高，发热量小，散热好。其性能远远优越于F-D调速系统。原B2016A主拖动使用60kW 直流电动机，根据SRD的特点，改造B2016A龙门刨主拖动应选用SRD-L-55kW开关磁阻电动机调速系统，现将SRD-L-55kW 与F-D-60kW 调速系统的性能进行比较如右表。
- 用SRD改造的龙门刨床主拖动系统简图如图右。
- 机械设计
- 由于原直流电动机的额定转速为1000r/min对应的高速档为90m/min，低速档为45m/min，在磨削工作时要求最低速度为1m/min，所对应的电动机转速为22r/min，而SR-L-55kW开关磁阻电动机的调速范围为30-1350r/min，所以需将减速箱的第一组减速主动齿轮由23齿改为18齿，从动齿轮由64齿改为69齿，保证了1:45的调速比。
- 电气设计
- 取消发电机组、扩大机组、直流电动机，将55kW开关磁阻电动机直接安装在原直流电动机的机座上，与减速箱直接联接。
- 抬刀系统由激励发电机供电，改为单相桥式整流、加续流二极管的直流电源供电。取消全部的直流继电器和直流接触器，增设一只20A交流接触器，编号仍然为2H，由Q、H交流中间继电器控制2H，2H主触点接通抬刀线圈。
- 取消Y、△交流接触器和SJ-A时间继电器，保留AC交流接触器，由AC接通SRD-控制功率转换器电源。用AC辅助触点接通BC交流接触器，由BC控制开关磁阻电动机的通风用电动机。
- 由ZJ、J、LQ、R-Q、R-H、b-q、b-H、Q-JS、H-JS、M和两只电阻等元件组成速度自动调整线路，调节SRD——控制功率转换器的速度给定信号。
- 将原1R、2R改制成6W、10kW的制动电阻，接在控制功率转换器的R1、R2端子上，作为释放电动机在停转时反送回的能量。
- 取消直流电流表、转速表，将面板显示安装于此，用以显示开关磁阻电动机正常运行时的转速和SRD调速系统发生各种故障后的故障类型。
3 主拖动的工作原理
- SRD系统启动和停止。当按动“主机启动”按钮，AC吸合并自锁，SRD控制功率转换器得电准备，主电机的通风用电动机运转，按动“主机停止”按钮，AC释放，切断SRD控制功率转换器和通风机电源。SRD系统和通风机任何一个过载，热保护动作，能保证工作台自动停止运行，并能保证工作台始终停止在后退终了的位置上，以防止损坏刀具和工作表面。
- 工作台的启动和停止。当Q或H吸合接通工作台启动信号和给定信号，由Q的闭合与释放决定工作台前进和后退，由“工作台停止”按钮接通复位信号。
- 工作台的运行。改造后工作台仍保持原有工作方式、工作曲线、工作条件，步进、步退、自动循环、刨削和磨削运行与原来相同。
4 改造结果
用SRD改造龙门刨床主拖动系统，既保持了F-D调速系统的功能，提高了各项技术指标，增加了缺相保护，给定转速为零时电动机输出对抗转矩，程序控制、自诊断功能。并且使龙门刨床工作更可靠，不再有飞车、爬行、蠕动现象出现。既可保持原操作方式，又简化了电气线路，减小故障率，减少维修工作量。改造后的龙门刨可节约10平方米的厂房，提高厂房的利用率，降低噪声，提高生产率，降低生产成本。改造后的龙门刨可减少9千瓦的空载损耗，减少6千瓦的铜损，减少21%的负载传输损耗，年节约能源费1.4万元，而改造投资费用为4.5～6.9万元，可在五年内收回。 用SRD改造龙门刨主拖动系统，使龙门刨主拖动系统的技术参数优化，结构优化，功能和性能优化。改善了静态、动态特性。新的调速系统将会带动机械设备的改造，增加社会经济效益。
