大馬拉小車的節(jié)能問題

十分明顯的是，為了在最高轉(zhuǎn)速時也能帶動負(fù)載，電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩必須大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩。而在額定轉(zhuǎn)速以下運(yùn)行時，電動機(jī)將始終處于大馬拉小車的狀態(tài)，如圖8(b)所示。

4 恒功率負(fù)載的拖動系統(tǒng)

4.1 卷繞機(jī)械

以某卷繞機(jī)為例：

4.1.1 負(fù)載側(cè)的計(jì)算

就是說，在卷繞的全過程中，負(fù)載的功率是恒定的，都約等于1 kW，如圖9(c)所示。

4.1.2 電動機(jī)側(cè)的計(jì)算

電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩必須能夠帶動卷徑最大時的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，故有

電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速必須滿足負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速，故有

4.1.3 解決大馬拉小車的途徑

可見，所需電動機(jī)的容量減小了一半。

如果最高頻率達(dá)到額定頻率的3 倍，則可進(jìn)一步將電動機(jī)的容量減小為2.2 kW，如圖10(b)所示。

電動機(jī)如果長時間在過高頻率下工作，會引起軸承磨損及動平衡等方面的問題，一般不推薦在2倍頻率以上運(yùn)行。但卷繞機(jī)械在最高頻率下運(yùn)行的時間極短，隨著半徑的迅速增大，卷輥的轉(zhuǎn)速將迅速下降。所以，上述方案是可行的。

4.2 金屬切削機(jī)床

大部分金屬切削機(jī)床都屬于恒轉(zhuǎn)矩和恒功率混合的負(fù)載，其要點(diǎn)如下。

4.2.1 機(jī)械特性

以普通車床為例，負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩如圖11 中虛線框內(nèi)所示，等于切削力和工件半徑的乘積

在切削深度和進(jìn)刀速度不變的情況下，切削力F主要與切削的線速度成正比。因此，工件的轉(zhuǎn)速越高，負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩也越大。

但實(shí)際上，由于受到刀具和機(jī)床床身強(qiáng)度的限制，要求在大部分調(diào)速范圍內(nèi)，切削功率保持恒定。

因此，其機(jī)械特性具有恒功率的性質(zhì)。

但在低速段，則因?yàn)榍邢髁要受到限制，故其機(jī)械特性具有恒轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)。所以，金屬切削機(jī)床的機(jī)械特性屬于恒轉(zhuǎn)矩和恒功率相混合的特性，如圖12所示。

4.2.2 計(jì)算轉(zhuǎn)速

恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)的分界轉(zhuǎn)速，稱為計(jì)算轉(zhuǎn)速，用nD表示。

關(guān)于計(jì)算轉(zhuǎn)速nD大小的規(guī)定因機(jī)床的種類而不同，如在老系列車床中，一般規(guī)定：從最低速起，以全部轉(zhuǎn)速擋數(shù)的1/3的最高速作為計(jì)算轉(zhuǎn)速。例如，CA6140型普通車床主軸的轉(zhuǎn)速共分24擋：n1、n2、n3、……n24，則第八擋轉(zhuǎn)速(n8)為計(jì)算轉(zhuǎn)速。

但隨著刀具強(qiáng)度和切削技術(shù)的提高，計(jì)算轉(zhuǎn)速已經(jīng)大為提高。近年來，在一些新系列車床中，已逐漸提高為以最高轉(zhuǎn)速的(1/4～1/2)作為計(jì)算轉(zhuǎn)速

4.2.3 調(diào)速特點(diǎn)與減容方法

金屬切削機(jī)床的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，通常是在停機(jī)情況下進(jìn)行的，在切削過程中，一般不進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。這是一個很重要的特點(diǎn)，應(yīng)該充分利用。

根據(jù)金屬切削機(jī)床停機(jī)調(diào)速的特點(diǎn)，傳動比可以考慮分成兩擋或多擋，使變頻調(diào)速后的有效轉(zhuǎn)矩線盡量逼近負(fù)載的機(jī)械特性曲線。以某車床為例，如圖13 所示，為了便于觀察，各軸上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速都折算到負(fù)載軸上。圖13 中，曲線①是車床的機(jī)械特性;曲線②是低速段變頻調(diào)速后的有效轉(zhuǎn)矩線;曲線③是高速段變頻調(diào)速后的有效轉(zhuǎn)矩線。由圖可知，電動機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩線與負(fù)載的機(jī)械特性曲線十分接近。這樣做的目的，是可以使拖動系統(tǒng)的容量盡量地接近負(fù)載實(shí)際所需的容量.

5 結(jié)語

由于歷史的原因，工業(yè)設(shè)備中的電動機(jī)所驅(qū)動的負(fù)載的功率，常常遠(yuǎn)小于電動機(jī)本身的功率，這種大馬拉小車的現(xiàn)象，浪費(fèi)了設(shè)備資源，也浪費(fèi)了寶貴的電力。本文分析了這種不匹配現(xiàn)象的本質(zhì)，針對不同的負(fù)載特性，提出了不同的解決方法，值得從事設(shè)備的節(jié)能技術(shù)改造以及制定新設(shè)備的設(shè)計(jì)方案的技術(shù)人員考慮。