机械压力机功能设计的若干计算

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大型闭式单、双动机械压力机的作功量是设计中一项不可忽视的重要参数，这个参数是几个方面作功量的总和，同时又与主电机、飞轮之间存在一定的关系，运算很复杂。本文在研究小松技术的基础上，将压力机设计中的作功量、主电机功率和飞轮转动惯量的确定，采用一种简便的公式来完成这一较为复杂的运算。本公式对于公称力2000kN以上、滑块行程400～1000mm的闭式四点单动、双动或多连杆机械压力机均可应用。通过对不同类型的小松压力机有关参数如公称力、滑块行程、压力行程、气垫力和主电机功率等参数的分析计算，与繁琐公式计算比较基本相同或相近，所以本公式省时省力，可靠实用。举例如下表(均是引进小松产品)。
3 }1 d4 }% q" u' F$ s8 |参　数
: u& ^" }3 P! WE4S600
E4S1000
1 `/ U: f* `/ T6 zE4D600＋400
- a& {7 X+ C2 l5 k- m! x4 fE4D800+500
: H# ]7 }: H0 v0 I; Q公称力
& c/ |0 a( C2 B# o8 k0 |3 O" {kN
6000
10000
* g( \* Y3 o1 @  p内滑块外滑块
6000＋4000
) O* N- V* _6 I6 r内滑块外滑块
5 P7 p* H% ~; j: _# Y$ v: ]8000＋5000
) ]  {4 z: j! X; X6 {. H压力行程
mm
* B% J$ c/ P: O13
9 Q- M7 b! B* g) I: a6 ?13
13　　6
13　　6
+ N, i1 S0 N7 f) x2 C( G9 A# F" Y最大可用
作功量 J
+ Q* S! d5 J6 a  n1.8×105
*3.7×105
3.8×105
2.6×105
*4×105
+ u7 _) e; ?9 X8 }% w3.7×105
滑块行程
mm
1 }& f6 N6 o( ^3 n$ k600
9 ^' K* s) f0 i7 }( }1000
6 P) x/ k( {' H0 ]7 g" W, u% C940　660
940　690
8 D/ D% y& u  i行程次数
, y& V8 u1 w; _( J! w- a& fmin－1
13和20
- T8 k* G, s2 E) l3 c- ?10～16
8 X" p% l5 Y3 f2 `9 p10和15
4 k2 F& r7 o# F! P7 B- B10和15
气垫力
0 g3 s# Y5 z, l) d' \7 BkN
1000
8 a! s4 }' T0 b1 W- X% Z0 c- D6 W1500
1000
1500
- |9 m6 t: u: k5 a. R0 _8 \$ A主电机功
率　kW
AC75／50
AC132
AC90／60
AC132／88
4 o6 \/ r7 T$ S4 q# R; d9 y/ e　　注：*为繁琐公式计算结果，其他项计算基本相同或相近。
2 K* [* K! }: M( A8 ]$ V　　在压力机设计中，一般都是根据用户的要求进行设计。对于作功量参数，有的用户直接做了规定，那么就按规定的值计算。
1　压力机作功量的计算
E=Ph＋PBhB＋PDS/KD　　　(1)
式中：E——压力机需产生的最大作功量，J；
" Z) @4 B, _3 ]　　　P——公称力(双动为内滑块公称力)，N；
# M- N: _- \8 G: n# `" {　　　h——压力行程(双动为内滑块压力行程)，m(一般取h=0.013～0.015m,或由用户所需规定)；
3 e8 R$ ^" G: b7 v2 |6 e　　　PB——外滑块的公称力，N；
2 R9 o0 Q2 l7 B" A( Y1 e　　　hB——外滑块的压力行程，m(一般取hB=0.006m，或由用户所需规定)；
3 g9 h0 H+ _8 T　　　PD——气垫力，N；
　　　KD——气垫能力系数(一般取KD＝6)；
　　　S——滑块行程(双动为内滑块行程)，m。
　　设计单动压力机时，按PB＝0、hB=0计算；不带气垫的压力机按PD＝P/6计算；落料、修边、锻造用压力机可以按PD=0计算。
3 m% s3 ~. M9 a　　以我厂设计生产的8000kN闭式四点单动多连杆机械压力机为例，公称力P=8000kN,压力行程h=13mm，滑块行程S=800mm，气垫力PD＝2000kN,行程次数10～18min－1。
　　得　E=8000×103×0.013＋2000×103×0.8/6=3.7×105　（J）
2　主电机功率PH的确定
6 a$ t7 C1 D  g% }" v" [# Q　　(1)交流电动机：
/ d% Q4 E- ^$ Z$ y 　　(2)
- S* i; @8 q! Q3 k9 ^7 _* C　　(2)直流电动机：
: l, K$ |4 B, i. l 　　(3)
　　8000kN压力机采用的是直流调速电机，故得：
2 V0 F1 w1 \7 T9 ?& _: ?" o3 X6 Y
　　查电机样本，选主电机功率为158kW。
1 t' h0 P1 j2 r- j" O3　飞轮转动惯量GD2的确定
0 I) W! j5 r4 u$ b& o9 b; A# g 　　(4)
K＝2Sk－S2k　　　(5)
) n; y0 X- k) U  \% ]7 a# s式中：GD2——飞轮转动惯量，kgm2(包括离合器从动件，一般取GD2的15%左右)；
　　　N——飞轮转数，r/min；
- R/ b3 [- p* B$ ]0 H$ l　　　K——飞轮的能量释放率，%；
　　　Sk——速度变化率(电动机滑差率)，%。
! x) w6 u9 _( f$ c5 S　　单动压力机，取Sk=10.5%～15%，K=0.199～0.278
: w4 N0 ]) A3 Y* r9 _* P( q0 f; n　　双动压力机，取Sk=15.5%～20%，K=0.286～0.36
, \# T: L* v) }- p　　Sk超过20%时，压力机周期时间延长，采用直流调速电动机或绕线式电动机，取Sk＝20.5%～30.5%，K=0.368～0.517
/ {/ b! ]+ l4 X# P' }. e# X- X( S" d　　用变速电机驱动飞轮时，如果要求低速、高速都作相同的作功量，则需加大低速时的速度变化率，同时减少每分钟工作行程次数。
) Y6 c2 J5 x2 q3 H　　8000kN压力机采用的是直流调速电机，滑差率高，满足低速时作功量的飞轮转动惯量计算如下：
$ d, g/ M) i9 ~+ `0 d　　低速时行程次数10min－1时，飞轮转数N=155r/min，选Sk=28.8%,K=0.492
, K8 M- \& J3 T　　由式(4)得出：
, n$ ^" C* C2 o7 O1 i( B# k
' H: \. R8 G; q% i+ x+ {- j' q　GD2值中包括离合器的从动件，见下图。
) V4 K" Q! j4 J6 `: J7 j, l* D$ Q, m
　　根据用户要求，该压力机在连线上位于首台，且气垫力大，所以导致各项计算数值也大。经与小松压力机和济南二厂生产的同类型产品相比，相应参数基本相同或相近。
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