曲柄壓力機電機-飛輪系統設計計算

安 華

（齊齊哈爾二機床（集團）有限責任公司 設計院，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

壓力機的電機－飛輪系統設計是一臺壓力機設計計算的基礎，以往許多文獻對此均有論述。但它們給出的計算公式中存在許多系數，且計算結果與實際情況有相當大的出入，不具備可操作性。本文作者在總結世界上各壓力機主要生產廠家計算方法的基礎上，從分析壓力機一個工作循環的能量消耗入手，得出了一套壓力機－飛輪系統設計計算的行之有效的方法。本公式對于公稱力2000kN以上、滑塊行程400～1000mm的閉式四點單動、雙動和多連桿機械壓力機均可適用。通過對不同類型的小松壓力機有關參數如工程力、滑塊行程、壓力行程、氣墊力和主電機功率等參數的分析計算表明，計算結果與實際情況相符。

在壓力機設計中，一般都是根據用戶的要求進行。對于做功量參數，有的用戶直接做了規定，計算時就按規定值進行算。

1 壓力機做功量的計算

式中：E——壓力機需產生的最大做功量，J；

P——公稱力（雙動為內滑塊公稱力），N；

h——壓力行程（雙動為內滑塊壓力行程），一般取h=0.013～0.015m，或由用戶所需規定，m；

PB——外滑塊的公稱力，N；

hB——外滑塊的壓力行程，一般取hB=0.006m，或由用戶所需規定，m；PD——氣墊力，N；

KD——氣墊能力系數，一般取KD=6；

S——滑塊行程（雙動為內滑塊行程），m。

設計單動壓力機時，按PB=0，hB=0計算；不帶氣墊的壓力機按PD=P/6計算，落料、修邊、鍛造用壓力機可以按PD=0計算。

以我廠生產的1000kN閉式四點單動多連桿機械壓力機為例，公稱力P=1000kN，壓力行程h=13mm，滑塊行程S=1000mm，氣墊力PD=2000kN，行程次數10～18min－1，得：

2 主電機功率PH的確定

（1）交流電動機

（2）直流電動機

10000kN壓力機采用的是直流調速電機，故得：

3 飛輪轉動慣量GD2的確定

式中：GD2——飛輪轉動慣量，包括離合器從動件，

一般取 GD2的 15%左右，kg·m2；

N——飛輪轉數，r/min；

K——飛輪的能量釋功率，%；

Sk——速度變化率（電動機滑差率），%。

通常，對于單動壓力機，取Sk=10.5%～15%，K=0.199～0.278；雙動壓力機，取 Sk=15.5%～20%，K=0.286～0.36。

用變速電機驅動飛輪時，如果要求低速、高速都有相同的做功量，則需加大低速時的速度變化率，同時減少每分鐘工作行程次數。

10000kN壓力機采用的是直流調速電機，滑差率高，滿足低速時做功量的飛輪轉動慣量計算如下：

低速行程次數14min－1時，飛輪轉數為N=212.6r/min，選 Sk=18%，K=0.328。

由式（4）得：GD2=716×4.6×105/212.6×0.328=2.24×104（kg·m2）

GD2值中包括離合器的從動件，如圖1所示。

圖1 結構原理圖

4 結語

本文提出的上述算法經多臺壓力機的校核計算，結果與實際情況完全吻合。但鑒于曲柄壓力機在一個工作循環的能量消耗涉及因素太多，很難準確計算。因此在實際設計時一方面可按上述公式計算，另一方面要根據現在壓力機采用的電機功率和飛輪轉動慣量并結合設計對象的具體參數，用途和結構進行比較設計，最后確定方案。

[1] 何德譽，主編.曲柄壓力機.北京：機械工業出版社，1983.

[2] 中日裕康.壓力機理論與實踐（日文版）.1973.

[3] 小松式壓力機設計資料.齊齊哈爾二機床（集團）有限公司內部資料.1987.

[4] 師后龍，何光軍，鹿新建，等.曲柄壓力機的傳動系統及發展趨勢.鍛壓裝備與制造技術，2010，45（4）.

[5]沈陽礦山機器廠工人大學曲柄壓力機設計小組.曲柄壓力機電機功率的簡化計算方法.鍛壓機械，1976，11（3）.