戴團結
摘 要:我司采用伺服系統替代ZJ17卷接機組原機的卷煙紙補償裝置,以提高設備運行穩定性。作為伺服控制系統的核心,伺服電機的選擇既要滿足給定負載需求,又要考慮其對伺服系統性能影響和設備結構要求。本文通過計算轉矩和功率,分析電機對伺服系統性能的影響因素,進而確定其型號,較為系統闡述了電機的選擇過程。
關鍵詞:卷煙紙補償裝置;伺服系統;伺服電機
ZJ17卷接機組使用過程中,由于原機卷煙紙補償裝置由齒輪箱傳動,運行平穩性差,我司與設備改造廠家合作開發替代的伺服系統。新系統由控制器接收編碼器的信號來跟蹤機器速度,并與傳感器信號進行對比,然后根據要求對控制器編程,由伺服電機調節供紙輥轉速,實現卷煙紙拉力平衡。
為了充分發揮伺服系統的性能,滿足技術改造的需要,對伺服系統的部件進行選型設計是非常重要的。而伺服電機是伺服控制系統的核心,伺服電機的選擇更是重中之重。以下簡要說明新系統伺服電機的選擇過程:
1 計算電機轉矩
1、負載轉矩計算
由ZJ17卷接機組使用手冊查得,工作時盤紙張力F=3N。測量第一供紙輥直徑為63.66mm,則負載轉矩
(1)
2、啟動轉矩計算
測量第一供紙輥和傳動軸尺寸如圖1所示,
則當負載繞其軸中心線轉動時,其轉動慣量
(2)
其中:d為階梯軸各段的外徑,單位mm,
l為階梯軸各段的長度,單位mm。
由于系統要求0.2s至1s將第一供紙輥加速至2240 rpm,則啟動轉矩最大為
(3)
2 計算電機功率
1、負載功率
(4)
2、啟動功率
(5)
3 分析電機對伺服系統性能的影響因素
只有對伺服控制系統主要部件的影響因素進行全面分析,才能在系統設計過程中采取措施予以克服。伺服電機對伺服系統性能的主要影響是轉矩波動和齒槽效應。
伺服系統使用過程中,電機的輸出轉矩不是恒定的,而是始終處于輕微波動。電機低速工作時,由于定子繞組上的控制信號很小,輸出轉矩波動所產生的擾動信號可能接近或超過控制信號,這時伺服系統輸出將會產生波動,破壞運行的平穩性。
伺服電機旋轉時,定子鐵心的齒槽交替經過轉子磁場,變化的磁阻會產生一個作用于電機軸的周期性力矩,這就是齒槽力矩。電機轉子和齒槽的結構、氣隙的大小、磁場分布情況等都會影響齒槽力矩。齒槽轉矩會讓電機產生噪聲和轉矩波動,影響了伺服控制系統的低速運行穩定性能和定位精度。
在ZJ17機組應用的伺服電機工作時運行速度為2240 rpm,而電機的輸出轉矩和齒槽轉矩波動振幅絕對值都不大,因而對系統的影響可以忽略不計。
4 電機選型
根據伺服電機選型的原則:
1、伺服電機最大轉矩>啟動轉矩,電機額定轉矩>負載轉矩,
2、伺服電機功率 85%>負載功率,
3、伺服電機最大轉速>負載轉速,
加上ZJ17卷接機組需要伺服電機穩定工作速度為2240rpm左右,故綜合考慮后選擇LENZE公司生產的型號為SCS-RS0B0的伺服電機。其參數如表1:
德國LENZE交流伺服電機以設計理論先進、機械零件加工精密、電機檢測手段完善而聞名,而且該類型電機可以與該公司配套的伺服控制器配合,完美滿足工業機械對傳動系統的各種要求。其中所選系列交流無刷伺服電機,轉子采用永磁體代替電勵磁,扭矩選擇范圍在0.8~64 Nm,輸出功率在0.25~10kW之間,輸出轉速選擇范圍為3000~4000rpm,封裝防塵為5級,防水等級為4級。
該電機具有以下優點:
1、高質量的磁鐵材料,特制形狀的磁極,能極大提高功率密度,減少轉動慣量,并提高效率。
2、最小化的制動扭矩可保證非常平滑的運行特征,達到優異的控制響應。
3、堅固的設計,加強的軸承系統,高度的保護,確保在惡劣環境下也能可靠運行。
5 總結
ZJ17卷接機組原來的卷煙紙補償裝置在啟動和停止階段,齒輪之間都存在振動、沖擊現象,傳動的平穩性較差。改進后的伺服控制補償裝置轉速波動小,伺服電機加速和減速過程無振動、沖擊現象,而且除了可在伺服控制器設定基本的加減速度外,還能通過PLC編程,設定附加加減速數值和斜率,有效消除啟動、卷煙紙切換影響,保持盤紙張力的穩定性。