CN108381962B - 一种节能型双电机双工位螺旋压力机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种节能型双电机双工位螺旋压力机，两组螺旋副机构分布于压力机两侧，分别是第一螺旋副机构和第二螺旋副机构；第一螺旋副机构中第一丝杠由第一电机和第二电机通过第一差动轮系合成运动驱动；第二螺旋副机构中第二丝杠由第一电机和第二电机通过第二差动轮系合成运动驱动；压力机中第一滑块和第二滑块对称工作；通过控制转向切换装置切换第二电机与第二差动轮系的传动方式，在方便调整双缸相对位置的条件下，能满足在压力机单缸压制过程时，由第二电机辅助第一电机，提高输出压力；在压力机空载运行时，第一电机不工作，第二电机单独完成需求功率较低的中间过程，节约能量，同时减少***的装机功率。
Description
技术领域
本发明是一种双电机双工位螺旋压力机，正常工作时，左右两侧机构能够对称工作，在左右两侧机构都空载时，只有一个电机工作，在任一侧机构负载时，双电机同时工作。
背景技术
成形加工以其生产效率高、节约材料、加工质量高的优点得到广泛应用。机械压力机具有传动平稳，控制精度高等优点，随着工厂自动化程度的提高，在未来压力机市场上将占有重要一席。
由于压力机械成形特性，只有在压制短暂过程中，电机才以较高的能效运行，在其它阶段电机的能效较低，存在大量的能量损失。其中，压力机工作时，滑块根据工作节拍频繁的上升和下降，重力势能和动能在下降过程中转化为热能耗散，构成能量损失的重要部分。
发明内容
本发明为了避免上述现有技术的不足之处，设计了一种节能型双电机双工位螺旋压力机，可以在压力机空载，需求功率较小时，切换单电机工作；在压力机负载，需求功率较大时，切换双电机同时工作。并且本设计压力机拥有两个压制机构，在节能的优势下还可以提高工作效率。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明节能型双电机双工位螺旋压力机的结构特点是：
设置两组螺旋副机构分布于压力机两侧，所述两组螺旋副机构分别是由第一缸、第一丝杠、第一滑块和第一防回转装置构成的第一螺旋副机构，以及由第二缸、第二丝杠、第二滑块和第二防回转装置构成的第二螺旋副机构；由第一锥齿轮、第二锥齿轮、第三锥齿轮和第一转臂构成第一差动轮系，所述第一差动轮系是以第三锥齿轮和第一转臂为输入端，以第一锥齿轮为输出端；由第六锥齿轮、第七锥齿轮、第八锥齿轮和第二转臂构成第二差动轮系，所述第二差动轮系是以第八锥齿轮和第二转臂为输入端，以第六锥齿轮为输出端；
所述第一丝杠是由第一电机与第二电机通过第一差动轮系合成运动后驱动；所述第二丝杠是由第一电机与第二电机通过第二差动轮系合成运动后驱动；在所述第二电机与第二差动轮系之间设置转向切换装置，使得第二电机在转向不变的情况下，能够利用所述转向切换装置带动第二差动轮系中的第八锥齿轮在两个不同的旋转方向中进行切换；
由第一位移传感器和第二位移传感器一一对应检测获得第一滑块和第二滑块的位移与速度，并将信息传递给控制***；由第一压力传感器和第二压力传感器一一对应检测获得第一滑块和第二滑块在压制过程中的压力，并将压力信息传递给控制***；控制***通过第一伺服驱动器和第二伺服驱动器分别控制第一电机和第二电机，并接受电机反馈信号；所述第一电机和第二电机均为伺服电机。
本发明节能型双电机双工位螺旋压力机的结构特点也在于：所述第一电机与第一齿轮直连，第一齿轮带动第一转臂旋转，第二电机与第二齿轮直连，第二齿轮与第三齿轮啮合，第三齿轮与第五锥齿轮同轴，第五锥齿轮通过第四锥齿轮带动第三锥齿轮旋转，第三锥齿轮与第一转臂的输入经第一差动轮系合成为第一锥齿轮的输出，第一锥齿轮与第一丝杠同轴，第一丝杠的旋转运动通过螺旋副转化为第一滑块的上下直线运动；同时第一转臂带动第二转臂旋转；所述转向切换装置是与所述第三齿轮同轴设置第十锥齿轮和第十一锥齿轮，并在第三齿轮和第十锥齿轮之间设置第一离合器，在第三齿轮和第十一锥齿轮之间设置第二离合器；所述第十锥齿轮和第十一锥齿轮与第九锥齿轮啮合在不同的位置上；在第一离合器结合且第二离合器分断时，第三齿轮经第十锥齿轮带动第九锥齿轮旋转；在第一离合器分断且第二离合器结合时，第三齿轮经第十一锥齿轮带动第九锥齿轮旋转，由第九锥齿轮带动第八锥齿轮转动，所述第八锥齿轮与第二转臂的输入经第二差动轮系合成为第六锥齿轮的输出，第六锥齿轮与第二丝杠同轴，第二丝杠的旋转运动通过螺旋副转化为第二滑块的上下直线运动。
本发明节能型双电机双工位螺旋压力机的结构特点也在于：
按如下过程设置初始位置：
步骤1：第二电机不工作，利用第一电机工作使第二滑块达到极限位置A；
步骤2：保持第一电机的工作，并使第二电机同时工作，第一离合器分断，第二离合器结合，且满足式(1)，使第二滑块保持在极限位置A上不动作，第一滑块朝向极限位置B移动，直至第一滑块达到极限位置B时停止第一电机和第二电机的工作，完成初始位置设置；所述极限位置A和极限位置B为不同的极限位置；
n1a为第一电机(1a)的转速， n1b为第二电机(1b)的转速，
z2a为第一齿轮(2a)的齿数， z2b为第二齿轮(2b)的齿数，
z2c为第三齿轮(2c)的齿数， z3b为第二转臂(3b)的齿数，
z4i为第九锥齿轮(4i)的齿数， z4k为第十一锥齿轮(4k)的齿数。
本发明节能型双电机双工位螺旋压力机的结构特点也在于：设置所述压力机的空载运行方式为：第一离合器结合且第二离合器分断，第一电机不工作且刹车抱死，由第二电机单独工作，完成压力机的空载行程；所述空载运行是指：第一螺旋副机构和第二螺旋副机构均处于空载状态，第一滑块处在上行阶段，且第二滑块相应地处在下行阶段；或第一滑块处在下行阶段，且第二滑块相应地处在上行阶段。
本发明节能型双电机双工位螺旋压力机的结构特点也在于：设置所述压力机的负载运行方式为：第一离合器结合且第二离合器分断，第一电机和第二电机同时工作，使第一电机和第二电机的电机输出功率分别在第一差动轮系和第二差动轮系上实现功率叠加，以此控制所述第一滑块和第二滑块的运行，完成压力机的负载行程；所述负载运行是指：压力机中的任一螺旋副机构处于压制过程中。
本发明节能型双电机双工位螺旋压力机的结构特点也在于：根据压力机的空载运行功率和负载运行功率的比值按式(2)对所述第一电机和第二电机的进行功率配置：
p1a为第一电机的额定功率， p1b为第二电机的额定功率，
pidle为压力机的空载运行功率， pload为压力机的负载运行功率。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明将两个螺旋副机构分别通过不同的差动轮系和两个电机连接，实现压力机的执行部件的互补动作，实现双执行单元的联动，单个执行元件一个周期可实现两次加工动作，提高了动能与势能的利用，提升了压力机工作的效率。
2、本发明两个螺旋副机构都为空载时，压力机功率需求较低，只有一个电机工作，且该电机负载处于高效率区域，提高能效；在任一螺旋副机构负载时，压力机功率需求较高，两个电机同时工作，两个电机都处于高效率区域，能效高，同时双电机功率叠加，在满足压力机最大功率需求的条件下，可以减小电机的装机功率。
附图说明
图1为本发明压力机机械结构及***示意图；
图中标号：1a第一电机，1b第二电机，2a第一齿轮，2b第二齿轮，2c第三齿轮，3a第一转臂，3b第二转臂，4a第一锥齿轮，4b第二锥齿轮，4c第三锥齿轮，4d第四锥齿轮，4e 第五锥齿轮，4f第六锥齿轮，4g第七锥齿轮，4h第八锥齿轮，4i第九锥齿轮，4j第十锥齿轮， 4k第十一锥齿轮，5a第一离合器，5b第二离合器，6a第一丝杠，6b第二丝杠，7a第一缸， 7b第二缸，8a第一滑块，8b第二滑块，9a第一压力传感器，9b第二压力传感器，10a第一防回转装置，10b第二防回转装置，11a第一位移传感器，11b第二位移传感器，12a第一伺服驱动器，12b第二伺服驱动器，13控制***。
具体实施方式
参见图1，本实施例中节能型双电机双工位螺旋压力机的结构形式是：
设置两组螺旋副机构分布于压力机两侧，所述两组螺旋副机构分别是由第一缸7a、第一丝杠6a、第一滑块8a和第一防回转装置10a构成的第一螺旋副机构，以及由第二缸7b、第二丝杠6b、第二滑块8b和第二防回转装置10b构成的第二螺旋副机构；由第一锥齿轮4a、第二锥齿轮4b、第三锥齿轮4c和第一转臂3a构成第一差动轮系，所述第一差动轮系是以第三锥齿轮4c和第一转臂3a为输入端，以第一锥齿轮4a为输出端；由第六锥齿轮4f、第七锥齿轮4g、第八锥齿轮4h和第二转臂3b构成第二差动轮系，所述第二差动轮系是以第八锥齿轮4h和第二转臂3b为输入端，以第六锥齿轮4f为输出端。
所述第一丝杠6a是由第一电机1a与第二电机1b通过第一差动轮系合成运动后驱动；所述第二丝杠6b是由第一电机1a与第二电机1b通过第二差动轮系合成运动后驱动；在所述第二电机1b与第二差动轮系之间设置转向切换装置，使得第二电机1b在转向不变的情况下，能够利用所述转向切换装置带动第二差动轮系中的第八锥齿轮4h在两个不同的旋转方向中进行切换。
由第一位移传感器11a和第二位移传感器11b一一对应检测获得第一滑块8a和第二滑块 8b的位移与速度，并将信息传递给控制***13；由第一压力传感器9a和第二压力传感器9b 一一对应检测获得第一滑块8a和第二滑块8b在压制过程中的压力，并将压力信息传递给控制***13；控制***13通过第一伺服驱动器12a和第二伺服驱动器12b分别控制第一电机 1a和第二电机1b，并接受电机反馈信号；所述第一电机1a和第二电机1b均为伺服电机，且第一电机1a的功率不低于第二电机1b的功率。
如图1所示，本实施例中第一电机1a与第一齿轮2a直连，第一齿轮2a带动第一转臂3a 旋转，第二电机1b与第二齿轮2b直连，第二齿轮2b与第三齿轮2c啮合，第三齿轮2c与第五锥齿轮4e同轴，第五锥齿轮4e通过第四锥齿轮4d带动第三锥齿轮4c旋转，第三锥齿轮 4c与第一转臂3a的输入经第一差动轮系合成为第一锥齿轮4a的输出，第一锥齿轮4a与第一丝杠6a同轴，第一丝杠6a的旋转运动通过螺旋副转化为第一滑块8a的上下直线运动；同时第一转臂3a带动第二转臂3b旋转；所述转向切换装置是与所述第三齿轮2c同轴设置第十锥齿轮4j和第十一锥齿轮4k，并在第三齿轮2c和第十锥齿轮4j之间设置第一离合器5a，在第三齿轮2c和第十一锥齿轮4k之间设置第二离合器5b；所述第十锥齿轮4j和第十一锥齿轮 4k与第九锥齿轮4i啮合在不同的位置上；在第一离合器5a结合且第二离合器5b分断时，第三齿轮2c经第十锥齿轮4j带动第九锥齿轮4i旋转；在第一离合器5a分断且第二离合器5b 结合时，第三齿轮2c经第十一锥齿轮4k带动第九锥齿轮4i旋转，由第九锥齿轮4i带动第八锥齿轮4h转动，所述第八锥齿轮4h与第二转臂3b的输入经第二差动轮系合成为第六锥齿轮4f的输出，第六锥齿轮4f与第二丝杠6b同轴，第二丝杠6b的旋转运动通过螺旋副转化为第二滑块8b的上下直线运动。
针对本实施例中节能型双电机双工位螺旋压力机，按如下过程设置初始位置：
步骤1：第二电机1b不工作，利用第一电机1a工作使第二滑块8b达到极限位置A；
步骤2：保持第一电机1a的工作，并使第二电机1b同时工作，第一离合器5a分断，第二离合器5b结合，且满足式(1)，使第二滑块8b保持在极限位置A上不动作，第一滑块8a 朝向极限位置B移动，直至第一滑块8a达到极限位置B时停止第一电机1a和第二电机1b 的工作，完成初始位置设置；极限位置A和极限位置B为不同的极限位置；
n1a为第一电机1a的转速， n1b为第二电机1b的转速，
z2a为第一齿轮2a的齿数， z2b为第二齿轮2b的齿数，
z2c为第三齿轮2c的齿数， z3b为第二转臂3b的齿数，
z4i为第九锥齿轮4i的齿数， z4k为第十一锥齿轮4k的齿数。
针对本实施例中节能型双电机双工位螺旋压力机，设置压力机的空载运行方式为：第一离合器5a结合且第二离合器5b分断，第一电机1a不工作且刹车抱死，由第二电机1b单独工作，完成压力机的空载行程。
空载运行是指：第一螺旋副机构和第二螺旋副机构均处于空载状态，第一滑块8a处在上行阶段，且第二滑块8b相应地处在下行阶段；或第一滑块8a处在下行阶段，且压力机第二滑块8b相应地处在上行阶段。在空载行程中，第一滑块8a和第二滑块8b的重力会有一部分平衡，第二电机1b只需要克服传动链的摩擦阻力和未平衡的滑块重力，利用第二电机1b的低功率特性，在满足快速完成空载行程的要求下有效降低了能量损耗。
针对本实施例中节能型双电机双工位螺旋压力机，设置所述压力机的负载运行方式为：第一离合器5a结合且第二离合器5b分断，第一电机1a和第二电机1b同时工作，使第一电机1a和第二电机1b的电机输出功率分别在第一差动轮系和第二差动轮系上实现功率叠加，以此控制所述第一滑块8a和第二滑块8b的运行，完成压力机的负载行程；
负载运行是指：压力机中的任一螺旋副机构处于压制过程中。压力机在完成初始位置设定时，两个滑块分别位于不同的极限位置；正常工作下，两个滑块将对称运行，相互交替完成压制过程。本实施例中，在满足压力机的最高需求功率条件下，根据差速轮系的功率叠加原理可以减小第一电机1a的装机功率。
具体实施中，针对本实施例中节能型双电机双工位螺旋压力机，根据压力机的空载运行功率和负载运行功率的比值按式(2)对第一电机1a和第二电机1b的进行功率配置：
p1a为第一电机的额定功率， p1b为第二电机的额定功率，
pidle为压力机的空载运行功率， pload为压力机的负载运行功率。
图1所示结构中，针对如下各转动件：第一齿轮2a、第一转臂3a、第二转臂3b、第一锥齿轮4a、第三锥齿轮4c、第四锥齿轮4d、第六锥齿轮4f、第八锥齿轮4h、第九锥齿轮4i、第一丝杠6a以及第二丝杠6b，统一按照从下往上看的视角方向，将其顺时针方向的转动定义为正转方向；针对如下各转动件：第二齿轮2b、第三齿轮2c、第二锥齿轮4b、第五锥齿轮4e、第七锥齿轮4g、第十锥齿轮4j以及第十一锥齿轮4k，统一按照从左往右看的视角方向，将其顺时针方向的转动视为正方向；针对如下各平移件：第一滑块8a以及第二滑块8b 取其向下运动的方向为正方向；定义螺旋副中螺距右旋代入正值，螺旋副中螺距左旋代入负值。则有：
第一滑块8a的位移速度v8a如式(3)：
当转向切换装置设置为第一离合器5a结合，第二离合器5b分断，第十锥齿轮4j与第九锥齿轮4i啮合，第二滑块8b的位移速度v8b如式(4)：
当转向切换装置设置为第一离合器分断，第二离合器5b结合，第十一锥齿轮4k与第九锥齿轮4i啮合，第二滑块8b的位移速度v8b如式(5)：
v8a为第一滑块8a的位移速度， n6a为第一丝杠6a的旋转速度，
v8b为第二滑块8b的位移速度， n6b为第二丝杠6b的旋转速度，
n1a为第一电机1a的转速， n1b为第二电机1b的转速，
p1为第一丝杠6a螺距， p2为第二丝杠6b螺距，
n3a为第一转臂3a转速， n3b为第二转臂3b转速，
z2a为第一齿轮2a的齿数， z2b为第二齿轮2b的齿数，
z2c为第三齿轮2c的齿数， z3a为第一转臂3a的齿数，
z3b为第二转臂3b的齿数， z2i为第九锥齿轮4i的齿数，
z2j为第十锥齿轮4j的齿数， z2k为第十一锥齿轮4k的齿数。
Claims (6)
1.一种节能型双电机双工位螺旋压力机，其特征是：
设置两组螺旋副机构分布于压力机两侧，所述两组螺旋副机构分别是由第一缸(7a)、第一丝杠(6a)、第一滑块(8a)和第一防回转装置(10a)构成的第一螺旋副机构，以及由第二缸(7b)、第二丝杠(6b)、第二滑块(8b)和第二防回转装置(10b)构成的第二螺旋副机构；由第一锥齿轮(4a)、第二锥齿轮(4b)、第三锥齿轮(4c)和第一转臂(3a)构成第一差动轮系，所述第一差动轮系是以第三锥齿轮(4c)和第一转臂(3a)为输入端，以第一锥齿轮(4a)为输出端；由第六锥齿轮(4f)、第七锥齿轮(4g)、第八锥齿轮(4h)和第二转臂(3b)构成第二差动轮系，所述第二差动轮系是以第八锥齿轮(4h)和第二转臂(3b)为输入端，以第六锥齿轮(4f)为输出端；
所述第一丝杠(6a)是由第一电机(1a)与第二电机(1b)通过第一差动轮系合成运动后驱动；所述第二丝杠(6b)是由第一电机(1a)与第二电机(1b)通过第二差动轮系合成运动后驱动；在所述第二电机(1b)与第二差动轮系之间设置转向切换装置，使得第二电机(1b)在转向不变的情况下，能够利用所述转向切换装置带动第二差动轮系中的第八锥齿轮(4h)在两个不同的旋转方向中进行切换；
由第一位移传感器(11a)和第二位移传感器(11b)一一对应检测获得第一滑块(8a)和第二滑块(8b)的位移与速度，并将信息传递给控制***(13)；由第一压力传感器(9a)和第二压力传感器(9b)一一对应检测获得第一滑块(8a)和第二滑块(8b)在压制过程中的压力，并将压力信息传递给控制***(13)；控制***(13)通过第一伺服驱动器(12a)和第二伺服驱动器(12b)分别控制第一电机(1a)和第二电机(1b)，并接受电机反馈信号；所述第一电机(1a)和第二电机(1b)均为伺服电机。
2.根据权利要求1所述的节能型双电机双工位螺旋压力机，其特征是：
所述第一电机(1a)与第一齿轮(2a)直连，第一齿轮(2a)带动第一转臂(3a)旋转，第二电机(1b)与第二齿轮(2b)直连，第二齿轮(2b)与第三齿轮(2c)啮合，第三齿轮(2c)与第五锥齿轮(4e)同轴，第五锥齿轮(4e)通过第四锥齿轮(4d)带动第三锥齿轮(4c)旋转，第三锥齿轮(4c)与第一转臂(3a)的输入经第一差动轮系合成为第一锥齿轮(4a)的输出，第一锥齿轮(4a)与第一丝杠(6a)同轴，第一丝杠(6a)的旋转运动通过螺旋副转化为第一滑块(8a)的上下直线运动；同时第一转臂(3a)带动第二转臂(3b)旋转；所述转向切换装置是与所述第三齿轮(2c)同轴设置第十锥齿轮(4j)和第十一锥齿轮(4k)，并在第三齿轮(2c)和第十锥齿轮(4j)之间设置第一离合器(5a)，在第三齿轮(2c)和第十一锥齿轮(4k)之间设置第二离合器(5b)；所述第十锥齿轮(4j)和第十一锥齿轮(4k)与第九锥齿轮(4i)啮合在不同的位置上；在第一离合器(5a)结合且第二离合器(5b)分断时，第三齿轮(2c)经第十锥齿轮(4j)带动第九锥齿轮(4i)旋转；在第一离合器(5a)分断且第二离合器(5b)结合时，第三齿轮(2c)经第十一锥齿轮(4k)带动第九锥齿轮(4i)旋转，由第九锥齿轮(4i)带动第八锥齿轮(4h)转动，所述第八锥齿轮(4h)与第二转臂(3b)的输入经第二差动轮系合成为第六锥齿轮(4f)的输出，第六锥齿轮(4f)与第二丝杠(6b)同轴，第二丝杠(6b)的旋转运动通过螺旋副转化为第二滑块(8b)的上下直线运动。
3.根据权利要求2所述的节能型双电机双工位螺旋压力机，其特征是：
按如下过程设置初始位置：
步骤1：第二电机(1b)不工作，利用第一电机(1a)工作使第二滑块(8b)达到极限位置A；
步骤2：保持第一电机(1a)的工作，并使第二电机(1b)同时工作，第一离合器(5a)分断，第二离合器(5b)结合，且满足式(1)，使第二滑块(8b)保持在极限位置A上不动作，第一滑块(8a)朝向极限位置B移动，直至第一滑块(8a)达到极限位置B时停止第一电机(1a)和第二电机(1b)的工作，完成初始位置设置；所述极限位置A和极限位置B为不同的极限位置；
4.根据权利要求2所述的节能型双电机双工位螺旋压力机，其特征是：设置所述压力机的空载运行方式为：第一离合器(5a)结合且第二离合器(5b)分断，第一电机(1a)不工作且刹车抱死，由第二电机(1b)单独工作，完成压力机的空载行程；
所述空载运行是指：第一螺旋副机构和第二螺旋副机构均处于空载状态，第一滑块(8a)处在上行阶段，且第二滑块(8b)相应地处在下行阶段；或第一滑块(8a)处在下行阶段，且第二滑块(8b)相应地处在上行阶段。
5.根据权利要求2所述的节能型双电机双工位螺旋压力机，其特征是：设置所述压力机的负载运行方式为：第一离合器(5a)结合且第二离合器(5b)分断，第一电机(1a)和第二电机(1b)同时工作，使第一电机(1a)和第二电机(1b)的电机输出功率分别在第一差动轮系和第二差动轮系上实现功率叠加，以此控制所述第一滑块(8a)和第二滑块(8b)的运行，完成压力机的负载行程；所述负载运行是指：压力机中的任一螺旋副机构处于压制过程中。
6.根据权利要求2、4或5所述的节能型双电机双工位螺旋压力机，其特征是：根据压力机的空载运行功率和负载运行功率的比值按式(2)对所述第一电机(1a)和第二电机(1b)的进行功率配置：
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