解決C61200重型車床“悶車”的措施

趙曉光

中鋼集團邢臺機械軋輥有限公司五分廠 河北邢臺市

1.概述

邢臺機械軋輥公司主要加工大型軋鋼軋輥，產品重量在20～70t，重型車床是主要加工設備。隨著機加刀具質量的提高，機床的切削量也隨之增大，機床加工能力遠遠不能滿足當前加工要求。為提高機床加工效率，操作工在增大切削量的同時不斷提高主軸轉速，主軸控制系統工作在恒轉矩調速段的范圍逐步減少，恒功率段逐步增加。由于轉矩的降低使機床在提高速度、增加進給量時經常出現丟轉、悶車現象。如何使機床動力與負荷達到匹配，通過分析電機的恒轉矩段及恒功率段的轉速和力矩的關系，采取相關改造措施，解決了問題。

2.問題分析

（1）恒轉矩段

C61200重型車床是雙刀架結構，該車床的主軸電機原采用南洋電機廠生產的型號為Z4-280-31B的電機，基速為400r/min，電機恒轉矩輸出為1790N·m。該機床1擋機械傳動比為90，輸出到卡盤轉矩為161100N·m，2擋的機械傳動比為30，輸出到卡盤轉矩為53700N·m，3擋的機械傳動比為10，輸出到卡盤轉矩為17900N·m。由此可知，工作在1擋時，在恒轉矩段內折算到機床側的主軸調速范圍只有4.4r/min。轉矩雖滿足了要求，但主軸速度根本滿足不了實際要求。如果繼續提高轉速，只能靠減弱磁通，而磁通和轉矩成反比，當主軸轉速升到12r/min時，卡盤轉矩降低了80%。這樣的結果就是大大的降低了主軸轉矩，浪費了機床的機械特性。為了提高產量，只有在保持轉矩的前提下提高主軸轉速，提高生產效率。

（2）恒功率段

根據現場采集數據，由于機床雙刀架加工軋輥軸頸大都在1000mm左右，對主軸轉速要求較高，操作工一般工作在2擋或3擋。工作在2擋時，輸出到卡盤轉矩為53700N·m，當主軸轉速升到正常工作的16r/min時，勵磁電流降至額定值的66%。主軸輸出轉矩為53700×66%=35442N·m，此時輸出轉矩僅為機床額定轉矩的20%。當工作在3檔時輸出轉矩更低，效率更低。由于轉速的提高，其電機輸出轉矩明顯降低，反映到切削量上，此時的切削量只有恒轉矩時的20%。這時主軸速度滿足了要求，但輸出轉矩降低了，由于轉矩的降低，只有靠升高電樞電流來維持功率，電樞電流經常工作在額定狀態，稍微增大切削量機床就會丟轉、悶車，對機床的機械部件和系統造成沖擊，直接影響設備安全與加工效率。

3、改進措施

上述問題造成機床悶車現象，為此改進電氣系統。重新選擇機床主軸電機為Z4-250-31132kW電機，采用西門子6RA7081系統，輸出電流為360～410A。此電機基速為1000r/min，電機1擋輸出到卡盤的恒轉矩為113400N·m，不會對機床機械部件造成損傷。由于電機基速的提高，在恒轉矩段的主軸速度可調范圍增大。使用該電機后，1擋的恒轉矩調速范圍為12r/min，調速范圍提高了2.5倍，2擋的恒轉矩調速范圍為33r/min，在主軸轉速相同的情況下主軸轉矩提高了34%，滿足了加工要求。此次改造主要是提高了恒轉矩段的調速范圍，在恒轉矩段同樣的主軸轉矩，該電機調速范圍增大了2.5倍。在恒功率段，同樣的主軸轉速，該電機輸出轉矩增大了34%。經查機床說明書，該機床最大輸出轉矩為137000N·m，改造后主軸輸出轉矩遠小于機床轉矩額定輸出值。

對C61315重型機床進行的改造，只提高了功率和基速，不提高轉矩，利用電機大功率高轉速提高機床加工效率，利用電機特性降低其輸出轉矩來保護機械傳動不受損傷。此時的轉矩既滿足了工藝要求，又在機床的承載能力之下。此次改造也充分考慮了機床系統未來的升級，機床的輸出轉矩既滿足了要求，又在系統設定的上限保護下，充分挖掘了機床的潛能，提高了加工效率。