doi:10.16648/jki.1005-2917.2020.01.004
4000kN伺服压力机传动系统优化设计
赵鹏
（江苏无线电厂有限公司，江苏南京 210000）222au
摘要：伺服压力机是机械领域中常用的设备，研究其系统性能具有十分重要的意义，本文主要研究4000kN伺服压力传动机构的优化设计，
提高其工作性能。
关键词：4000kN伺服压力机；传统系统；优化设计
引言
压力机是机械领域中常用的设备，压力机通过动力系统传动到执行器末端对零部件进行冲压从而获得相应的工艺要求。伺服压力机具有柔性、结构简单、控制过程相对简单等特点，在机械工程领域得到了广
泛的使用。许多的压力机制造厂商和相关的研究人员通过开发不同的原型对伺服压力机进行研究，以提高传动系统的力学以及运动学的性能。
1. 伺服压力机的特点
根据压力机动力源的不同，可以分为液压式压力机、机械式压力机以及伺服式压力机。液压式压力机的工作行程相对较大，能够对大型的工件进行冲压。而机械式压力机的特点是，在工作节拍上效率较高，适合应用在批量化生产的场合。伺服压力机是液压式压力机及机械式压力机的替代品。它们已经被用来形成薄板和大块金属好几年了。伺服压力机相对于传统的机械式、液压式压力机最显著的特点在于，它没有飞轮、离合器和制动机制，通过伺服电机的压力应用它可以提供自由运动的概念。它可以满足高精度、高可靠性的工艺要求。并且它的速度参数可控制、力矩参数可控制的特点使它在高精度、高速度以及工艺质量要求较高的场景下应用广泛，例如汽车以及电子行业高精度零部件的加工制造。
2. 伺服压力机传动系统的分类
伺服压力机的动力源为伺服电机，根据与执行机构的连接方式的不同，可以分为直接驱动与间接驱动。直接驱动是将动力源直接连接到执行机构上，这样使得系统的传递效率较高，并且结构紧凑，但是不适合与大型的压力机上。间接驱动通过中间的传动机构来控制传动比，实现速度以及力矩的控制。
目前在应用中较多的为间接式驱动的伺服压力机，该种类型的压力机在较大压力工艺下的应用中较为合理。伺服压力机传动系统的传动机构主要分为以下三类：
2.1 丝杠驱动
丝杠传动机构采用交流伺服电机作为动力源，伺服电机与丝杠进行连接，通过伺服电机的正反转实现丝杠的上下往复运动，从而带动滑块上下往复运动。由于丝杠传动比以及最大工作负载的限制。这种驱动机构适合应用在工件吨位较小，工作节拍较低的场合。
2.2 肘杆机构驱动
肘杆机构采用伺服电机，滚珠丝杠以及肘杆机构来驱动滑块上下往复运动。它的特点在于位于下方的死点处的力较大，远离该点处的力较小。这种驱动机构适合于小行程，小吨位的应用场合。
2.3 多连杆驱动
多连杆机构采用伺服电机、减速器以及多连杆机构来驱动滑块上下往复运动。多连杆机构的由于在机构方面的优点使得滑块在运动中具有慢进快退的特点，并且在死点处的速度相对较低，力相对较大。由于机构单方向运动即可实现滑块的前进与后退，因此伺服电机可以单向转动，减少了停机时间提高了工作效率。这种机构比较适合于行程较大，工件吨位较大并且工作街拍较高的场合。
3. 传动系统优化设计原则
伺服压力机通过大功率的伺服电机来带动减速机以及通过传动机构带动滑块实现往复运动。它可以采用计算机控制系统对滑块的速度以及位置实现精确的控制。根据伺服压力机的工作特点，工作应用场景，在满足伺服电机的额定转速与额定扭矩的条件下，传统系统优化需要满足的设计原则有：
（1）在伺服压力机工作行程中，前进行程或者回程工作位移应具有较好的单调性。
（2）在满足伺服压力机工作参数（工作设定压力与工作设定行程）的条件下，动力源伺服电机的应输出较小的扭矩。
在伺服压力机设计原则主要考虑到在实际的应用场景中，前进行程或者回程都是位移都是之间增加，或者逐渐减小的，即使出现停留时间也较短。另一方面，如果伺服压力机的系统设计比较优秀，那么在选用扭矩较小的伺服电机的情况下也能够输出较大的工作扭矩。这对于伺服压力机控制系统的成不控制上具有较大的优势。
4.
传动系统的优化设计
a）小松式肘杆机构；b）曲柄连杆机构
图1 传动机构
如图1所示a）为小松式肘杆机构，b）为曲柄连杆机构。在a）
中曲柄为R，其他连杆表示为l
1
，l
2
，l
3
，l
4
，
l
5
。在图b）中曲柄为R，连杆为l。在4000kN的压力机设计中设计要求为：设定压力：4000kN，滑块行程：200mm，滑块的行程频率为1/2hz，对于曲柄连杆机构所设计的参数为：滑块运动的行程为200mm，连杆的长度为960mm，曲柄的长度为120mm。因此，可以得到连杆的长度系数为0.125。在到达工程行程时，作用在曲柄上的扭矩为83200N·M。以上为传统的曲柄连杆机构的设计参数及系统驱动扭矩。下面为小松式肘杆机构的设计参数以及相应的驱动扭矩。
表1 小松式肘杆机构系统参数
曲柄R连杆l
1
连杆l
制作门窗2
连杆l
3
连杆l
4
连杆l
5
扭矩T
参数111531031023023072545480
参数212022037022022073322075如表格1所示，小松式肘杆机构通过不同的参数组合设计能够输出不同的扭矩，与传统的曲柄连杆机构相比，在输出扭矩上的性能更好，在第一组的参数组合中输出扭矩为45480，相比于传统曲柄连杆机构83200扭矩下降了45%，比如在第二组的参数搭配中，输出扭矩为22075，相比于传统曲柄连杆机构83200扭矩下降了73%，通过数据可以发现小松式肘杆机构在扭矩性能上比传统的曲柄连杆机构更加优秀。因此，小松式肘杆机构能够满足大吨位、长行程以及高节拍的零部件加工应用场合。
结论
本文主要介绍了伺服压力机传动系统相关的研究，主要从伺服压力机的特点，传动机构的分类以及，系统优化设计的原则方面展
开研究。在系统参数优化上，对比了伺服传动机构中的曲柄连杆机
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doi:10.16648/jki.1005-2917.2020.01.022浅谈空气预热器的设计
朱琴芳
（南京汽轮电力工程设计院有限公司，江苏南京 210000）
摘要：本文通过对空气预热器的作用，布置，原理等讨论，得出了空预器对全厂经济效益的影响。关键词：作用；原理；疏水
1. 空气预热器的作用
生活垃圾焚烧发电既可以避免生活垃圾对土地和环境的污染，还可以让垃圾变废为宝，是一项利国利民的举措，预计每年可节省煤炭5–6千万吨，每吨生活垃圾焚烧大约可生产出500度电，可以供一个三口之家用3个月左右。但是生活垃圾也存在热值低，水分高的缺点，为了提高垃圾的理论燃烧温度，节约燃料，提供燃烧效率，就需要一个设备来干燥燃料提高空气温度，以利于燃料的着火和燃烧，空气预热器的出现很好的解决了这一难题。
2. 空气预热器的布置
常规设计的空气预热器是利用锅炉等装置的排烟热量来预热的换热器。其作用是降低锅炉等设备的排烟温度，提高热效率，使燃料易于着火、燃烧稳定和提高燃烧效率，它被广泛利用于电力、化工、冶金、食品等许多行业，并取得了良好的经济效益。
垃圾发电厂的空气预热器则是利用蒸汽或烟气余热来提高空气温度的设备，一般分为利用烟气加热的烟气–空气型预热器和利用蒸汽来加热的蒸汽–空气型预热器两种型式[1]。其布置的位置也根据设计有所不同。 2.1 烟气–空气型
火力发电厂的空气预热器一般布置在锅炉省煤器的后面，它是通过烟气余热来加热冷空气，但是垃圾焚烧炉的烟气–空气预热器通常布置在对流段的最前面，即过热器之前，通过此处850℃的高温烟气可以将空气加热至300℃左右再送入焚烧炉，然而垃圾焚烧后烟气中的HC1含量很大[2]，HC1气体的存在会对余热锅炉受热面和检测元件产生严重的低温腐蚀，直接影响了余热锅炉的安全运行和环保要求。这就要求烟气空预器的换热管材必须采用防腐蚀性能很好的耐热不锈钢，这类材料的成本是普通空预器的2–3倍，而且使用寿命只有3–5年左右。另外，因其布置的位置处于炉膛高处，也增加了运行后期的检修和维护难度。
2.2 蒸汽–空气型
蒸汽–空气预热器通常布置在炉膛外部，即锅炉运转层或者炉后位置。它不受烟气的低温腐蚀，一般采用优质的碳钢材料就可以了，空预器的使用寿命为8–10年，投资成本也大大降低。蒸汽–空气预热器是利用蒸汽在降温或冷凝成水时放出大量的热从而使空气温度得到升高。它需要来自锅炉的大量过热蒸汽作为加热介质，可以将助燃空气加热至220℃左右，可以很好的促进热值较低的生活垃圾的焚烧。但是锅炉蒸汽量的减少势必会降低汽轮机进汽量，从而降低了发电量，降低了电厂的经济效益。这也是蒸汽–空气预热器不可忽视的一大缺点。
3. 蒸汽–空气预热器的工作原理
垃圾发电厂为了使垃圾坑保持负压状态，在垃圾坑上部设抽气风道，由一次风机抽取作为焚烧炉燃烧所需的一次风，很好的防止了垃圾坑臭气外逸污染环境并降低垃圾坑内可燃气体浓度。
当垃圾低位热值达到设计值时，通过启动蒸汽–空气预热器提高进风温度，保证烟气在炉膛出口温度在850℃以上，停留时间不小于2秒，炉渣热灼减率＜3%。每台炉采用一台蒸汽—空气预热器来加热一次风。当一次风被加热到220℃后，沿炉排组下部进入焚烧炉，向上吹至垃圾料层，让垃圾在100～220℃范围内先进行预热，目的是加速垃圾干燥过程，保证高水分、低热值的垃圾充分燃烧。
蒸汽–空气预热器的加热蒸汽来自于汽轮机的抽汽和锅炉产生的饱和蒸汽。空气预热器一般为管式两段式换热器。分两级加热：一级为低压加热段，釆用汽轮机一抽蒸汽加热燃烧空气；二级为高压加热段，采用锅炉出口的饱和蒸汽加热燃烧空气。
蒸汽–空气预热器加热系统设置1台辅助减温减压装置，当汽轮机抽汽不能满足要求或抽汽量不足时，利用辅助减温减压装置将主蒸汽减压后供空气预热器加热用。
当垃圾热值足够高，垃圾低位热值为7500kJ/kg以上时，空气预热器可不投运。
巨磁阻传感器
4. 蒸汽–空气预热器的疏水
空预器低压段加热蒸汽加热一次风后变成饱和水，通过管道输送至除氧器水箱。高压段加热蒸汽加热
一次风后，疏水经过闪蒸罐，闪蒸出的二次蒸汽再次进入低压段进行利用，从闪蒸罐出来的饱和水，也通过管道输送至除氧器。
微生物发酵床疏水器的选择：经过调研发现，垃圾发电厂的空预器疏水普遍存在疏水不畅的问题。江苏，山东，河南等片区的垃圾发电厂多采用浮球式疏水阀和倒吊桶疏水阀。这两种疏水器在运行初期都能满足疏水要求，但是在运行一点时间后，都出现了疏水能力不足，空预器疏水带汽增加，大大降低了加热蒸汽的利用效率，并且造成了除氧器压力升高的情况，现场只通过打开旁路的方式来满足系统正常运行。在后期改造中，一些电厂将疏水阀更换为汽液两相流疏水阀，经过运行调试，可以很好的控制疏水量，系统也相对稳定。结语
我们不难发现，国内的许多垃圾发电厂，从电厂系统稳定、设备投资及运营维护成本等多方面进行综合对比，普遍采用蒸汽–空气预热器来提高空气温度，提高全厂的经济效率。而空气预热器的经济性和耐用性则决定了垃圾焚烧电厂连续顺利运行的可能，所以合理选择空预器类型及相关设备，对电厂的安全运行和经济效益都至关重要。
参考文献
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[2] 李涌海，等.垃圾焚烧电站空预器与低压省煤器的组合分析[J].
动力工程，2006（6）.
构与小松式肘杆机构的性能，通过设计对比发现小松式肘杆机构的扭矩性能要明显优于传统的曲柄连杆机构，因此它可以应用与大吨位、长行程以及高节拍的应用场合中。
参考文献
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[2] 丁键.多连杆伺服压力机主传动系统动态特性研究[D].南京航空
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[3] 汤世松，仲太生，罗素萍，等.多连杆伺服压力机控制系统的设
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[4] 乃舜峰.伺服压力机肘杆机构的运动与动力优化设计研究[D].广
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