直驅(qū)電機(jī)在堆取料機(jī)行走機(jī)構(gòu)中的運(yùn)用

徐玉澎

摘 要：對(duì)于堆取料機(jī)行走系統(tǒng)的優(yōu)化，可采用直驅(qū)電機(jī)技術(shù)。提出的系統(tǒng)改造方案，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)同步電動(dòng)機(jī)的控制問題，同時(shí)還可以解決原來傳統(tǒng)系統(tǒng)中的各種問題，如振過大、容易受損、受不均勻等等。以此可以提高系統(tǒng)的運(yùn)行，同時(shí)還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)，即是在改造中不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成影響。

關(guān)鍵詞：直驅(qū)；電機(jī)技術(shù)；堆取料機(jī)

引言

直驅(qū)電機(jī)的理論，出現(xiàn)于19世紀(jì)末，到上個(gè)世紀(jì)50年代中葉此理論已獲得了更大的發(fā)展應(yīng)用。直到大約90年代中期在世界上有許多公司生產(chǎn)的直驅(qū)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和高速機(jī)床，已在進(jìn)給機(jī)構(gòu)使用。

而我們國家，對(duì)于直驅(qū)電機(jī)研究開始于上世紀(jì)的70年代左右，但是僅僅只是在控制技術(shù)、冷卻方法上有所限制，而且大規(guī)模的運(yùn)用一直以來比較慢。伴隨著直驅(qū)電機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大，這些年，中國也進(jìn)入到了制造業(yè)以及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、升級(jí)階段。

1 改造前存在的主要問題

1.1 行走機(jī)構(gòu)振動(dòng)劇烈

堆取料機(jī)原來使用的舊設(shè)備已不能滿足今天的行為需要，特別是當(dāng)運(yùn)行大型的現(xiàn)有設(shè)備，傳統(tǒng)的電氣邏輯控制方法無法實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)和停止或去連續(xù)對(duì)口，導(dǎo)致在行走過程的不連續(xù)平均和大型振動(dòng)機(jī)械。并且因?yàn)檎w機(jī)械振動(dòng)更強(qiáng)烈，造成使用的多次出現(xiàn)的所述驅(qū)動(dòng)傳遞構(gòu)件的損壞。更嚴(yán)重的是，一些接縫的關(guān)鍵部位的焊接裂紋發(fā)生時(shí)，影響整個(gè)體系的穩(wěn)定性。

1.2 行走驅(qū)動(dòng)控制外圍元器件經(jīng)常損壞

行走電機(jī)與自耦變壓器降壓起動(dòng)，雖然在一定程度上降低了起動(dòng)電流，但是由于頻繁的起動(dòng)和制動(dòng)，外部元件（諸如接觸器，自耦變壓器等）作業(yè)時(shí)往往燒毀。

2 直驅(qū)式直線電機(jī)（DDL）的主要特點(diǎn)

DDL電機(jī)分成直線感應(yīng)電機(jī)、直線永磁平板電機(jī)、音圈電機(jī)等等，特點(diǎn)如下：

第一，DDL電機(jī)可實(shí)現(xiàn)更快、更高的速度。第二，可消除反方向間隙、中間環(huán)境所引起的不利情況，同時(shí)實(shí)現(xiàn)更高精度（可達(dá)納級(jí)），對(duì)于機(jī)構(gòu)定位而言是非常有利的，這可讓機(jī)構(gòu)定位更準(zhǔn)，速度更快。第三，對(duì)中間傳統(tǒng)環(huán)節(jié)省去，減少結(jié)構(gòu)復(fù)雜度。同時(shí)也允許更大的行程。第四，平臺(tái)可用在一個(gè)比較清潔的環(huán)境當(dāng)中，如使用比較描述運(yùn)動(dòng)的安靜滾珠絲杠系統(tǒng)中，因線元件是多滾珠絲杠系統(tǒng)，包括伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪，螺桿，球等，傳動(dòng)鏈長度，球是一個(gè)薄和長的非剛性傳輸元件，當(dāng)移動(dòng)速度較高時(shí)，由于大慣性滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩低剛度，傳輸錯(cuò)誤，摩擦和磨損引起的一系列非線性的強(qiáng)烈反應(yīng)出錯(cuò)的問題，從而影響所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的動(dòng)態(tài)性能。

3 直驅(qū)式旋轉(zhuǎn)電機(jī)（DDR）的主要特點(diǎn)

DDR的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)可分為一幀，并無框力矩電機(jī)兩大類。其主要特點(diǎn)如下：

第一，負(fù)載直接安裝電機(jī)，延長沒有直接的機(jī)械力傳動(dòng)，而間接的傳統(tǒng)無法滿足性能目標(biāo)。第二，該驅(qū)動(dòng)器是不需要維修。無磨損電機(jī)部件，也沒有維修部件上。第三，具有較高的動(dòng)力和卓越的駕駛控制質(zhì)量。

4 直驅(qū)電機(jī)在堆取料機(jī)行走機(jī)構(gòu)中的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)

4.1 優(yōu)勢(shì)

直驅(qū)電機(jī)技術(shù)在輸送材料的垂直傳輸和處理方面的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，如一個(gè)線性馬達(dá)技術(shù)電動(dòng)升降機(jī)在平面?zhèn)鬏敚玎]政包裹分揀傳輸線，各種行李分揀傳輸線，傳輸線鋼生產(chǎn)，電氣，材料處理和運(yùn)輸裝卸，運(yùn)輸調(diào)度車庫電器，機(jī)械加工生產(chǎn)線，食品生產(chǎn)線，制藥生產(chǎn)線等工業(yè)加工生產(chǎn)線及各種檢測(cè)線，以及商場(chǎng)醫(yī)院等場(chǎng)合，和其他侖庫的搬運(yùn)、汽車庫的搬運(yùn)調(diào)度等。

4.2 改造方案

由于堆取料驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的數(shù)量較多，若所有都進(jìn)行升級(jí)由成本過高，因此，在直接驅(qū)動(dòng)適用性原始驅(qū)動(dòng)馬達(dá)變換后進(jìn)行了研究。為雙速電動(dòng)機(jī)原驅(qū)動(dòng)電機(jī)，改造后的可以適用于直接驅(qū)動(dòng)控制主要取決于電機(jī)的熱量能夠滿足要求。如果連續(xù)工作3小時(shí)1直接驅(qū)動(dòng)雙速驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生更多的熱量在30Hz的情況下低的頻率，但電機(jī)負(fù)載堆取料行走屬于間歇工作負(fù)荷，電動(dòng)機(jī)低速的變換后值不變，即低堆取料較短啟動(dòng)時(shí)間改造后沒有改變負(fù)荷條件下，并由此直接驅(qū)動(dòng)，并且由于原始系統(tǒng)冷卻風(fēng)扇電機(jī)是同軸的，改造后，以滿足電機(jī)的需求冷卻因此原來的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)可以保留。選擇的四極模式（17KW的功率）操作改造后的定子直接驅(qū)動(dòng)，電源接線微小的變化，就可以達(dá)到控制要求。堆取料重量如何設(shè)置為763噸，轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)軸的機(jī)械慣性大，其泛渦旋水平軌道上，在工作時(shí)的沖擊負(fù)荷，需要頻繁起動(dòng)和制動(dòng)，所以對(duì)于這樣的端口負(fù)載，計(jì)算直接驅(qū)動(dòng)器的容量，系數(shù)應(yīng)適當(dāng)選擇大。

4.3 直驅(qū)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及展望

4.3.1 直驅(qū)電機(jī)的國內(nèi)發(fā)展的局限性

直驅(qū)電機(jī)具有良好運(yùn)行的性能，但尚未在國內(nèi)同行業(yè)中，特別是在裝備制造業(yè)廣泛使用。直驅(qū)電機(jī)的普遍應(yīng)用是高端裝備制造業(yè)的特點(diǎn)開發(fā)的直接驅(qū)動(dòng)限制電流電機(jī)的應(yīng)用，主要是由于以下兩個(gè)方面：

第一，沒有工業(yè)規(guī)模，成本沒有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)價(jià)格高得多，這是限制直接驅(qū)動(dòng)馬達(dá)是廣泛使用的原因，在系統(tǒng)的定位精度10m，采用直接驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的綜合成本大約兩倍滾珠絲杠。當(dāng)然，隨著精度和速度要求的提高，使用滾珠絲杠系統(tǒng)成本大幅增加，直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

第二，市場(chǎng)和應(yīng)用的環(huán)境有所改善。直驅(qū)電機(jī)需要普及應(yīng)用工程師熟悉的技術(shù)，很多企業(yè)需要一個(gè)成熟的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和市場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，這些條件都尚未公布。

4.3.2 展望

伴隨我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)、優(yōu)化，直驅(qū)電機(jī)運(yùn)用在堆取料機(jī)是非常重要且是一個(gè)趨勢(shì)所在。相應(yīng)的市場(chǎng)、人才等也會(huì)快速發(fā)展。在國外很多高端的直驅(qū)設(shè)備已進(jìn)入中國。這對(duì)國內(nèi)的生產(chǎn)商起到了制約的作用。我國在這方面仍是剛起步，和國際技術(shù)相比有差距，關(guān)鍵技術(shù)也多是外國技術(shù)，所以我們要加大有關(guān)技術(shù)的改進(jìn)，做好舊機(jī)改造，實(shí)現(xiàn)自主開發(fā)。

5 結(jié)束語

文章對(duì)選擇取料機(jī)的機(jī)行走機(jī)構(gòu)作為研究對(duì)象，以使直驅(qū)電機(jī)改造進(jìn)行了詳細(xì)的可行性論證對(duì)直驅(qū)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)模式的方式進(jìn)行了研究，并結(jié)合堆取料機(jī)的工作特點(diǎn)（輪軌負(fù)荷），說明了直驅(qū)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)；對(duì)于堆取料機(jī)的牽引負(fù)荷建模，完成直驅(qū)電機(jī)的設(shè)計(jì)選擇。但是，由于一些外部條件的影響，如堆取料機(jī)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)條件比較差，這就需要保護(hù)電機(jī)能夠在長期穩(wěn)定的條件下保證直驅(qū)電機(jī)在惡劣的操作環(huán)境下操作，這方面，仍然需要進(jìn)行分析和系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。

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