一种可靠的气动平衡系统在改善大负载传动稳定性上的应用研究

摘要：大型真空热成型设备，成型传动系统均为高负载、大功率传动，且速度快，高频次动作造成该成型伺服传动系统频繁电机温度高、编码器故障、减速机漏油、电机电缆易短路等故障，分析其根本原因为：负载过大、运行电流大。结合故障现象，通过结合力学分析模型，设计一套气动平衡系统，抵消传动系统中部分设备负载，保证运行平稳，从而改善传动系统的稳定性。

关键词：吸塑机；大功率传动；故障分析；气动平衡系统；稳定改善；

0引言

大型真空热成型设备在冰箱制造行业为前工序设备，其决定着整个工厂的生产效率。因其成本投入极高，公司不会投入太多机台，故机台必须保持高效生产，传动系统故障直接关系着生产效率，本文通过研究气动平衡系统应用，改善大负载传动的稳定性，大幅降低负载率，降低故障发生。

1现状分析

通过对吸塑设备故障率统计分析，长时间影响的故障为：伺服传动系统故障，其故障影响时间占总故障时间：≥60%，主表现为：电机超温报警、电机过流报警、编码器位置报警等，结合现场实测如下：（SEW伺服电机，11KW型）

由表中可知，电机已经处于满负荷运行，电机温度超过75℃，处于超温状态。

2问题分析

2.1静态负载分析

①模台自重评估：1200kg②工装重量：1000～1600kg/套③传动系统设计载重：3000kg

工装重量随着产品变化而变化，结合公司的产品规划发展，工装重量只会成增长趋势，结合设计负载评估，目前载荷已经达：93%，已达满载荷。

2.2冲击负载分析

结合设备工艺动作分析，模台在成型过程中一般分三级速度：加速上升、匀速拉伸、减速成型，反之脱模过程为：慢速脱模、快速下降、减速停机，如此循环，在满载情况，电机启动加速、停机减速，电机易异响，电机的冲击载荷也较高，对电机温度影响大。

3设计方案

2.2.1针对该区域引入气动平衡系统概念设计（气动平衡系统主要利用气体的压力、流量等参数，通过精确的控制系统实现力的平衡。该系统通常由气源、控制阀、执行机构等部分组成。在传动系统中，气动平衡系统可以通过调整气体的压力、流量等参数，对传动系统产生的振动、冲击等不稳定因素进行有效的抑制和补偿）具体步骤如下：

①设计：设计4套气动平衡气缸，模台总重量约2000kg，按2500kg核算，单个气缸承重：F=625kg，工作气压P=6bar/cm²

②核算：F=P*S=P*（3.14*D²/4），单个气缸缸径D≥115mm，结合标准型号，选用缸径为：125mm型气缸

③方案设计如图：

④气动原理图如下：

3方案试验

3.1将平衡系统压力调制0.5bar，观察电流，峰值电流：20A，电流太高

3.2将平衡系统压力调制0.4bar，观察电流，峰值电流：17.6A ，电流偏高

3.3将平衡系统压力调制0.3bar，观察电流，峰值电流：13.5A ，电流合适，连续运行6小时，测试电机温度：55℃。

3.4将SEW伺服增益P200参数降低10%，连续运行一周后，测量电机温度：52℃

4验证结论

通过应用气动平衡系统后，电机运行电流峰值下降：30%，电机温度下降：26℃，项目验证成功

5效益分析

5.1故障率大幅降低，门吸塑设备故障由3.5%降低至0.6%，间接设备提效：2.9%

5.2门吸塑设备提速由原节拍22s/吸次降至18s/吸次，设备运行稳定可靠，稳定提效：18%

大幅改善设备稳定性。

6结语

通过对气动平衡系统的设计与应用，得出大负载下配置气动平衡系统更稳定可靠，且通过建立数学模型分析计算，得出了最优的机械设备配置，保证了投入效益的最大化。同时整个分析过程为类似大负载设备的传动系统故障问题提供了可借鉴经验基础。

参考文献：

[1]  GBT 20801.3-2006.压力管道规范.工业管道.第3部分：设计和计算

[2]  朗道.粟弗席兹.流体力学.高等教育出版社.2012（11）

[3]  路甬祥.液压气动技术手册[M].北京：机械工业出版社，2002.

[4]  成大先.机械设计手册[M].北京： 化工工业出版社，2002