高柔性螺旋壓力機的最新發(fā)展

譯/韓劍峰·西馬克梅爾工程（中國）有限公司

高柔性螺旋壓力機的最新發(fā)展

譯/韓劍峰·西馬克梅爾工程（中國）有限公司

直驅(qū)式電動螺旋壓力機

型號SPE

直驅(qū)式電動螺旋壓力機為整體式結(jié)構(gòu)，是具有高打擊能量的重型鍛造設(shè)備，下模固定，頂部實施打擊，適合重型的模鍛、鐓粗和輕量的校直、校正打擊。

驅(qū)動功能

通過電機的逆時針運轉(zhuǎn)，螺桿加速，滑塊隨著螺母向下實施打擊行程。若達(dá)到預(yù)設(shè)速度，即意味著能同時獲得相應(yīng)比例的能量，或者到達(dá)了打擊行程回程終點，電機將自動關(guān)閉，滑塊將在無驅(qū)動力作用下與模具打擊接觸。電機旋轉(zhuǎn)方向的更迭實現(xiàn)滑塊的上行，通過電機的制動，滑塊可停止在任意可選的上停止位。

停止位置的外部保持制動安全裝置穩(wěn)定中心盤，通過螺桿和螺母避免重力作用下滑塊的意外下移。

控制系統(tǒng)可對打擊能量、打擊次序（任意次序和打擊能量下可預(yù)選5次打擊）、頂料器功能（減速、保持）等進(jìn)行自由編程。

打擊行程可以自由設(shè)定縮短，當(dāng)然，驅(qū)動行程的減少將降低最大可實施打擊的能量。例如，70％的打擊行程最大可獲得70％的打擊能量。

在螺桿法蘭軸承上的液壓墊通過過載泄壓閥對設(shè)備進(jìn)行過載保護(hù)，確保不會超出限定壓力。通過電機繞組內(nèi)的溫度探頭，監(jiān)控電機驅(qū)動系統(tǒng)的過載。

功能和特點

西馬克梅爾（奧姆科哈森克萊沃模鍛部）研發(fā)的直驅(qū)式螺旋壓力機（如圖1所示）與其他飛輪驅(qū)動螺旋壓力機不同，顯著特點是設(shè)備與驅(qū)動電機直接連接，無需任何齒輪組或其他傳動機構(gòu)。

圖1 SPE系列直驅(qū)式電動螺旋壓力機

圖2 液壓過載保護(hù)與摩擦盤過載保護(hù)的螺旋壓力機能量/力對比圖

目前，眾所周知的直驅(qū)式螺旋壓力機是基于異步電機的驅(qū)動原理，而西馬克梅爾的電機系統(tǒng)則采用類似于上海高速列車的“磁懸浮”技術(shù)。

在原始設(shè)計指導(dǎo)下，定子作為設(shè)備機架的一部分，轉(zhuǎn)子作為飛輪盤，定子和轉(zhuǎn)子通過電感應(yīng)產(chǎn)生磁場。同時，電機轉(zhuǎn)子取代了螺旋壓力機飛輪的功能（儲存能量）。

新式的西馬克梅爾直驅(qū)式螺旋壓力機通過“永磁激勵轉(zhuǎn)子”的同步電機驅(qū)動，基于此新式設(shè)計，定子也作為設(shè)備機架的一部分，轉(zhuǎn)子也作為飛輪盤。但是本質(zhì)的不同是轉(zhuǎn)子采用非常簡單的結(jié)構(gòu)，無需任何勵磁繞組，簡化為外徑上固定永磁鐵的鋼環(huán)。

更高的安全性和成形精度

機械部件的技術(shù)研發(fā)也從未停止，壓機設(shè)計得到進(jìn)一步的發(fā)展。值得引起關(guān)注的是整體式剛性機架和最新發(fā)展的過載保護(hù)裝置。

設(shè)備過載保護(hù)的壓力限定通過在螺桿法蘭軸承上的一個壓力墊來實現(xiàn)。液壓墊位于設(shè)備的直接傳遞力矩上，若超出設(shè)備限定的壓力最大值，限壓閥啟動將高壓油向常壓油箱中泄壓，直到超出的能量得到釋放。

在鍛造過程中，若由于飛輪能量過多而導(dǎo)致可允許最大打擊力超出設(shè)備限值時，過載保護(hù)啟動。液壓過載保護(hù)在直驅(qū)式電動螺旋壓力機上的應(yīng)用，第一次實現(xiàn)了“無物質(zhì)損耗”保護(hù)方式，液壓過載保護(hù)與摩擦盤過載保護(hù)的螺旋壓力機能量/力對比圖，如圖2所示。在更高階鍛造打擊力范圍內(nèi)的能量，得到更加有效的利用。能量損耗僅在超出可允許最大鍛造打擊力的情況下出現(xiàn)，也就是說，在打擊力超出最大冷擊力值90％以上時出現(xiàn)。與之相對的傳統(tǒng)摩擦盤的過載保護(hù)，在相同的冷擊速度條件下，摩擦損耗在最大冷擊力的60％～70％時，就已出現(xiàn)。過載沿螺桿軸線中心位置均勻減緩，設(shè)定能量精度的高重復(fù)性得以保障，無需摩擦塊等磨損件。

SPE系列壓機保證機械精密度的主要原因有：

壓機機架采用堅固耐用的整體式機架設(shè)計，具有極高的橫向和縱向剛度。這使壓機對滑塊具有非常高的偏載抵抗力，因而螺旋壓力機可承受更高的偏載載荷。

螺桿和飛輪作為一體運轉(zhuǎn)，中間無摩擦離合器。這意味著它們之間完全直接對接。

更短的打擊接觸時間，對于需要精密變形量大的鍛件成形，以及滑塊相對于模具的跳動均會產(chǎn)生積極影響。實際應(yīng)用中同時提高了模具的壽命。

螺桿的密封安裝區(qū)域保護(hù)螺桿和潤滑油不會受到污染，并確保精確的潤滑油供應(yīng)量。靜壓飛輪軸承的應(yīng)用將摩擦降至最小值，提高整個驅(qū)動系統(tǒng)效率。

同步電機的電動直驅(qū)概念

在過去，轉(zhuǎn)子上固定永磁鐵的同步電機僅僅應(yīng)用在小電機領(lǐng)域，例如時鐘。磁鐵的機械剩磁完全足夠去實現(xiàn)低扭矩和其他性能要求。直到今天，永磁鐵材料得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，更小的系統(tǒng)可以產(chǎn)生更大的能量，材料的改善使得更多工藝應(yīng)用成為可能。

在接下來的二十年里，專家致力于研究永磁鐵材料的能量密度怎樣得到更大的增長。單一材料在一些專用領(lǐng)域得到了更加詳盡的優(yōu)化。隨著高能量永磁鐵的發(fā)展，相應(yīng)元件的生產(chǎn)更加具有經(jīng)濟性，也帶動同步電機在工業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。

同步電機作為線性電機功能不僅應(yīng)用在永磁鐵滑道方面（磁懸?。?，更多應(yīng)用在電梯和艦船驅(qū)動領(lǐng)域。在壓機制造領(lǐng)域，僅有西馬克梅爾公司將其應(yīng)用于SPE系列螺旋壓力機驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計上。經(jīng)實踐檢驗，獨有的驅(qū)動簡單結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)子無任何能量損失，其效率因子大大高于異步電機。這是因為轉(zhuǎn)子永磁體的應(yīng)用，使得內(nèi)建磁場所需的感應(yīng)等效虛擬能量降低。也就是說，用于轉(zhuǎn)換電能甚至其他同等能量的有效能量得以降低，例如，機械能和電能轉(zhuǎn)換。

通過實踐證明，用戶通過降低有效能量和等效虛擬能量的要求可以節(jié)約大量成本。

同步電機設(shè)計簡單、結(jié)構(gòu)緊湊。由于不存在繞組，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單堅固耐用，具有非常高的動態(tài)屬性，可以滿足螺旋壓力機高生產(chǎn)利用率的要求。由于永磁體的應(yīng)用，轉(zhuǎn)子上不會產(chǎn)生熱量，這意味著，轉(zhuǎn)子無需冷卻，定子可采用水冷方式冷卻。避免了采用空冷系統(tǒng)在電機區(qū)域產(chǎn)生的大量污染，保證了設(shè)備運行的穩(wěn)定性。

新式直驅(qū)式電動螺旋壓力機的性能已經(jīng)在實踐中經(jīng)過了嚴(yán)格的檢驗，位于德國尼德施塔特費爾德的Warmpresswerk Max B.Schachmann GmbH鍛造公司采用該革新技術(shù)壓機，實現(xiàn)了更高的生產(chǎn)率，鍛件的平行度和外形質(zhì)量得以優(yōu)化，模具壽命也得到顯著的延長。

西馬克梅爾SPE系列直驅(qū)式電動螺旋壓力機，可允許持續(xù)打擊力從6.3MN提高到200MN，螺桿直徑從200mm提高到1120mm。