直线电机是20世纪下半叶以来电工行业中一项具备新原理和新理论的新技术。随着自动化及控制技术的发展,直线电机的驱动装置系统得到越来越广的应用,近年来,尤其是在彩钢压瓦机工业中,直线电机驱动技术替代了传统旋转电机带动传动的结构方式,省略了中间转换的步骤,靠电磁推力驱动,设置简单,减少磨损,在彩钢压瓦机零件加工中有着很高的应用价值。
一、直线电机工作原理
直线电机将电能直接转换为直线运动机械能,是一种不经过任何中间转换的传动装置。直线电机类似于旋转同步交流电机,从原来上看,将电机沿柱面截面展开,定子部分为直线电机的初级,转子部分为直线电机的次级。当多个方向的交流电在相对称绕组中通过时,次级导体上会在行波磁场的作用下产生感应电流,电磁推力的产生就是行波磁场与感应电流之间相互作用的结果,进而直线电机的次级与初级就会发生直线运动。
二、直线电机驱动技术的优势
在彩钢双层压瓦机工业中,随着零件切割、加工的高速和精密要求的提高,在驱动推力方面也有着更高的性能指标要求。传统彩钢压瓦机旋转驱动的装置本身存在着很多问题:丝杆的轴向压缩、刚度与长度的限制、机械磨损、扭曲及螺距之间周期误差的存在、振动衰减时间较长、与电机的耦合惯量等,这些问题在一定程度上限制了彩钢压瓦机加工的速度、精度及效率。而当前直线电机采用的驱动装置不同于传统旋转驱动,省略了电机到工作台之间的中间传动环节,在彩钢压瓦机加工中,传动链的长度为零,这种“直接驱动”的结构避免了传统旋转驱动丝杆传动中的耦合惯性、机械磨损及刚性不足等劣势,使得彩钢双层压瓦机加工的各项性能指标提高。直线电机的驱动技术主要存在以下特点:
1)节省空间。与传统驱动装置结构相比,直线电机的驱动装置省略了中间传动环节,减少丝杠端支撑轴承座,等空间,彩钢压瓦机设计中合理的布局节省了驱动更多的空间:2)高速响应性。电磁感应下的电气元件响应速度较传统驱动机械传动更高,传统驱动装置中以丝杆传动的方式不仅增加了机械间反应的时间,还影响了系统整体的反应时间,因此,直线电机的电磁传动方式可大大提高驱动的动态响应性能:3)噪音低、无磨损、效率高。直线电机驱动的设计取消了机械传动部件,机械之间零接触,这样就减少了机械磨损、噪音低,同时减少了机械摩擦中的能量损耗,不仅提高了彩钢压瓦机的环保性能方,还大大提高了整体系统的运行效率:1)行程长度不限。旋转驱动中的行程长度一直以来受丝杠长度的限制,在彩钢压瓦机加工中不能高效运转,而直线电机中的驱动行程取决于初级铺设的长度,初级铺设的长度决定了行程的长度。
三、直线电机驱动技术在国内彩钢压瓦机的应用研究
我国的直线电机驱动技术还处于探索阶段,与国外差距较大。主要研究直线驱动的单位有浙江大学在90年代研发的直线电机冲床、永磁直线电机系统及雕理工序,一般来讲,是在机械制造加工进行正火或者是退火等工序时来完成:但是为了减少零件的内应力对加工技术以及加工质量和精确度的影响,热处理的工序准确来讲,应该安排在零件的粗加工后和精加工前。在实际的操作中,为了提高加工的零件的机械性能,热处理工序也通常安排在机械制造加工技术之后。
四、彩钢压瓦机线控技术及仿真
驱动电机技术在彩钢压瓦机中的应用相当广泛,为了能够提升其整体应用性能,不仅需要完善双层彩钢压瓦机设计体系,同时还要结合实际情况采用多种方式对控制系统进行整体性地完善。改善机组,做好相应的控制系统仿真工作,从而提升其彩钢压瓦机的应用效率。
1、模拟线性仿真
在彩钢压瓦机中控制系统被广泛使用,会出现较多的创新控制力法,以便满足系统设计在离线仿真的控制和算法方面的需求。一般情况下,离线仿真控制系统,首先要做到的就是提取出受控对象的数学模型,然后根据不同的模型将控制器设计出来。在仿真的框图中使用受控的数学模型,根据数学模型得出仿真结果。通常很难得到现实的数学模型,如果在很多的假设和简化情况下进行设计的控制器,符合实际的受控对象需求,则能够得到令人满意的控制效果。近年来,在线仿真系统被不断应用于复杂系统的设计工作中,这个过程被称为半实物仿真。
2、实物仿真模拟
为了能够更好地全面发挥驱动电机控制技术,可以根据实物仿真的情况对其进行全面性模拟,最终通过记录设备、开关能源设备、D/A接口、UD接口、控制原平机、仿真计算机、半控计算机等部件构成半实物仿真平台。半控计算机拥有精准的快速计算功能,能够作为控制计算机的快速监型机。对于被控对象的采集需要运用数学仿真系统,为了能够实现计算机的控制功能,可以利用仿真计算机的D/A,A/D等输入输出口连接控制系统,使得外界设备能够与数字控制器进行信息交换。通过记录仪能够记录输入和输出信息,可以分别从转接口进行工作。由于对半实物的仿真模拟工作是对实际过程的仿真,所以还被称为实时仿真。这种方法在降低设计难度的同时,还能大大地缩减设计周期,大幅度提高算法的精度。
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