曲柄压力机上主电机功率和飞轮惯量大小的确定

文章编号：１６７２—０１２１（２００９）０１—００１３—０２

曲柄压力机上主电机功率和飞轮惯量大小的确定

张兰军

（合肥锻压集团，安徽合肥２３０６０１）

摘要：简述了曲柄压力机主电机功率和一个工作循环所消耗的能量及所用时间的关系，介绍了主电机功率的计算方法。并论述了气垫能力和一个工作循环消耗能量的关系。对压力机上重要的能量储存单元，飞轮及其转动惯量的大小的计算进行了推导。

关键词：机械制造；主电机功率；转动惯量；曲柄压力机中图分类号：ＴＧ３１５．５

文献标识码：Ｂ

１问题的提出

曲柄压力机的工作特点是一个工作循环内，在冲压、拉伸等工况时负荷非常大，其他大部分时间为空行程状态，负荷又相ｘ，－ｔｔＰ常小。单独使用电机不可能满足工作扭矩急剧变化的需要，所以，根据这个特点，曲柄压力机一般都设有飞轮。工作时，飞轮通过降低转速输出部分储存的能量；在空行程时，再由电机加速飞轮。以恢复能量的储备。飞轮输出能量：

供给的。所以，电机的功率完全取决于压力机在一次行程中所消耗的能量和一次行程所需要的时间。

电机功率的计算式：

形一鲁

量，Ｊ；

（２）

式中：酲一压力机一次行程完成工艺所需要的能

矿一总机械效率；

Ｅ１＿｝以∞｝—∞；）

二

１

（１）

卜一次行程需要的时间，ｓ。

上式中一次行程需要的时间是很容易计算出的。总机械效率的大小主要取决于从电机到滑块的整个传动系统（包括滑块导轨、曲柄连杆、两级齿轮传动和一级皮带传动及离合器制动器）。在压力机行程中克服滑块导轨摩擦和曲柄连杆机构摩擦需要消耗部分能量，齿轮传递能量的效率很高，一级皮带传动的效率也较高，离合器制动器在压力机工作中会损失较多的能量，因离合器制动器种类繁多，具体在此不做详细的分析，总的来说，根据经验，总机械效率取７５％是基本上符合实际情况的。由此可见，电机功率计算的关键在于如何确定压力机一次行程完成工艺所需要的能量。如果压力机的使用单位明确提出了该项要求，给出了具体数值，则电机的功率很容易算出。那么，在设计通用型压力机时，如何确定该能量的数值，使之能符合绝大多数用户生产的呢？先来分析压力机一次行程完成工艺所消耗量：

式中：．卜＿飞轮的转动惯量，ｋｇ ｍ２；

∞，——飞轮的初始速度，弧度／ｓ；

∞２－一飞轮降低转速后的速度，弧度／ｓ。

在输出能量一定的情况下，飞轮转速的降低大小对能量的输出影响较大，所以从设计角度，尽量减小飞轮的大小，通过提高转速并尽量增大在工作时转速的降低来获得需要的能量。但飞轮速度降低时，电机的转速也跟着降低，电机的工作电流将成比例的增加，使电机的工况恶化，容易超载。经常在这种情况下工作，电机会严重发热甚至烧坏，而且对整个电网的稳定也会带来有害的影响。那么，如何合理的选择电机功率的大小、飞轮惯量的大小、飞轮的转速、飞轮速降的大小，成了压力机设计人员的一个难题。本文从生产实际出发，论述了该问题的解决。２主电机功率的确定

飞轮在压力机中只起着储存和释放能量的作用，压力机工作所消耗的能量，归根结底都是由电机

收稻日期：２００８—１

Ｉ－１ｌ

Ｅ２＝ＰＳ＾＋Ｐｏ奇

式中：Ｐ一压力机公称力，Ｎ；

．ｓ矿一压力机公称力行程，ｍｍ；

．ｓ－一压力机的滑块行程，ｍｍ；

作者简介：张兰军（１９７４一），男，工程师，从事锻压机械的设计研究

ＫＤ＿一气垫能力系数。

乃一压力机的气垫力，Ｎ；

经验，压力机主电机的速降率可以取０，１４左右。那么根据式（１），在能量一定的情况下，要确定飞轮转动惯量的大小，首先要确定好飞轮的转速。飞轮转速的平方和飞轮转动惯量成反比，飞轮转速越高，飞轮就可以做的越小。但是飞轮的转速过高，将会引起噪声、振动、发热等不利情况，也会导致制动器的工作状况恶化。所以，飞轮的转速尽量控制在２５０Ｎｍｉｎ～３５０ｒ／ｍｉｎ左右，具体转速可根据制动器的性能和传动比的要求确定。例如上例双点２５００ｋＮ闭式压力机飞轮的转速可根据传动比和制动器的性能，确定为３００ｒ／ｍｉｎ，则飞轮的转动惯量为：

由上式可见，要确定层：的大小，由技术参数压力机的公称力、滑块行程和气垫力已知，公称力行程一般取１３ｍｍ（小吨位冲裁压力机可以取７ｒａｍ左右），剩下的关键是气垫能力系数应该取多７２合适。一般来说，通用压力机既可以冲裁，也可以进行浅拉深，根据经验Ｋ。取６是可以基本满足通用压力机的要求的。另外，这一数值设计人员还可根据实际情况进行适当调整，偏向拉深的压力机可以取小一些。现以一台双点２５００ｋＮ闭式压力机为例，计算一下其主电机功率的大小。

已知：公称力２５００ｋＮ，公称力行程１３ｒａｍ，滑块行程４００ｍｍ，气垫力５００ｋＮ，行程次数２５ｍｉｎ～。这里取Ｋｏ＝６，则经计算得Ｅｚ＝６５．８ｋＪ。滑块一次行程时间为２．４ｓ，带人式（２）可得到电机的功率Ｗ＝３６．６ｋＷ。圆整后取３７ｋＷ。当然在电机功率计算出后，还要根据扭矩、飞轮转速的恢复情况进行校核。一般来说，只要合理的选用飞轮转动惯量、转速和速降率，计算出的电机功率是可以满足要求的。３飞轮转动惯量大小的确定

根据上面的计算得到的结果是否就一定满足要求了呢？不一定，它的大小还跟飞轮转动惯量的大小、飞轮转速及速降的大小有关系。飞轮速降率：

ｓ＝．垒尘型２

∞１

扛具

∞；－ｔＯ；－

６Ｄ２＝（１－０．１４）ｃＤｌ

将飞轮的转速转换为角速度∞，后，可以得到飞轮的转动惯量Ｊ＝５１３ｋｇ ｍ２（转动惯量的国际标准单位），该转动惯量的大小即为飞轮转动惯量的大小。当然这个数值也包括了与飞轮一起转动的其他零件的转动惯量，但其他零件的惯量与飞轮相比很小，基本上可以忽略不计。４结论

压力机每一次行程做功是一定的，以上几项内容的计算是否合理，也就决定了一台压力机的工作能力和适用范围。所以在曲柄压力机的设计计算中，主电机功率的大小、飞轮转动惯量和转速的大小的计算是非常关键的。有关这方面的计算，不同的厂家还有不同的计算方法。本文从生产实践的经验出发，对这方面的计算进行了一下总结，不足之处，也请各位专家批评指正。

【参考文献】

【１］徐灏，主编．机械设计手册．北京：机械工业出版社，２００４—０８．【２］何德誉．曲柄压力机设计．北京：机械工业出版社，１９７８．

（４）

压力机主电机通过皮带驱动飞轮，飞轮的速降率基本上等于电机的速降率。根据电机的特性曲线，电机的转速在下降开始时，工作电流和扭矩都跟着增大，这将促使飞轮迅速恢复转速，这是理想状况。但当电机的转速超过一定的限度，工作电流迅速增大，扭矩下降，这种情况就意味着电机开始超载了，在这种工况下，电机极易发热而导致损坏。所以，飞轮的速降率必须控制在一定范围内。根据生产实践

ＴｈｅＤｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆＭａｉｎ

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