大連力達電機有限公司：交流伺服電機在包裝機械上的應用及選擇15941182539

大連電機廠：包裝機械是集機、電、氣、光、生、磁為一體的機電設備，在包裝生產中起著舉足輕重的作用，是保證包裝產品高質量、高效率生產的基礎而交流伺服電機作為一種執行電動機，由于具有高精度、高效率、高可靠性等優點使其在包裝機械領域的應用越來越受到人們的重視因此．正確了解、認識和選用交流伺服電機，是我國包裝機械制造業緊跟并趕超國際先進水平的必然選。

　　1 交流伺服電機的優良性能

　　1．1 控制精度高

　　步進電機的步距角一般為1．8。(兩相)或0．72。(五相)，而交流伺服電機的精度取決于電機編碼器的精度。以日本富士系列伺服電機為例，其編碼器為l6位，驅動器每接收2 =65 536個脈沖，電機轉一圈，其脈沖當量為360‘／65 536=0，0055 ；并實現了位置的閉環控制．從根本上克服了步進電機的失步問題。

　　1 2 矩頻特性好

　　步進電機的輸出力矩隨轉速的升高而下降，且在較高轉速時會急劇下降，其工作轉速一般在每分鐘幾十轉到幾百轉。而交流伺服電機在其額定轉速(一般為2000r／min或3000r／rain)以內為恒轉矩輸出，在額定轉速以E為恒功率輸出。

　　1．3 具有過載能力

　　以松下交流伺服電機為 

 

 

例，電機的最大轉矩是其額定轉矩的3倍．對有瞬間負載波動和要求快速起動的場合特別適用。

　　1 4 加速性能好

　　步進電機空載時從靜止加速到每分鐘幾百轉，需要200—400ms：交流伺服電機的加速性能較好．以松下MSMA400W 交流何服電機為例，電機空載時從靜止加速到其額定轉速300(0僅需要幾毫秒，可用于要求快速起停的控制場合。

　　2 交流伺服電機在包裝機械上的應用

　　2．1 在物料計量方面的應用

　　粉狀物料的計量，常用螺桿計量的方式．通過螺桿旋轉的圈數的多少來達到計量的目的。為了提高計量的精度，要求螺桿的轉速可調、位置定位準確，如果用交流伺服電機來驅動螺桿，利用交流伺服電機控制精度高、矩頻特性好的優點可以達到快速精確計量同樣．對粘稠體物料的計量，可以采用交流伺服電機來驅動齒輪泵，通過齒輪泵的一對齒輪的嚙臺來進行計量。

　　2_2 在橫封裝置和定長裁切機柯上的應用

　　在制袋式自動包裝機械中，橫封裝置是一個重要的機構，它不僅要求定位準確，還要求橫向封臺時橫封輪的線速度與薄膜供送的速度相等，而且在橫封輪對滾后，橫封輪的轉速應增大，即以較快的速度相分離。

　　傳統的方法是通過偏心輪或曲柄導桿機構等機械的方式來實現的，這樣不僅機構復雜、可靠性低，且調整十分麻煩。如果用交流伺服電機來驅動橫封輪，可以利用交流伺服電機優良的運動性能，通過交流伺服電機的非恒速運動來滿足橫向封口的要求，提高工作質量和效率。

　　同樣的原理， 流伺服電機可以用在定長裁切方面。比如在包裝紙箱的生產流水線上，將瓦楞紙按一定的長度切斷是一道關鍵工序，通常垂直于紙坯運動方向的切刀為長條型，平行安裝在圓柱型的刀架表面，如果用交流伺服電機通過減速機構來帶動刀架，可以通過控制交流伺服電機的運動，從而控制刀架的旋轉周期，達到定長裁切的目的。

　　2．3 在供送物料方面的應用

　　包裝機械供送物料的工作方式有間歇式和連續式兩類。

　　在間歇式供送物料方式中，如在間歇式制袋包裝機上，以前，包裝膜的供送多采用曲柄連桿機構間歇拉帶的方式，不僅結構復雜，調整也困難。如果用交流伺服電機驅動拉帶輪，可以在控制器中事先設定交流伺服電機每次運行的距離、運行的時間和停頓的時間，利用交流伺服電機的優良加速和定位性能，達到準確控制供送薄膜的長度的目的。尤其是在具有色標糾偏裝置的控制系統中，通過色標檢測開關檢測到的偏差信號，經控制器輸送到交流伺服電機，交流伺服電機優良的加速性能和控制精度，可以使偏差得到快速準確的糾正。

　　在連續式供送物料方式中，交流伺服電機的優良加速性能及其過載能力，可以保證連續勻速的供送物料。

　　3 交流伺服電機的選用

　　在包裝機械的設計中，選用交流伺服電機時，常常需要進行以下幾個方面的計算。

　　3_1 負載轉動慣量的折算

　　交流伺服電機在包裝機械上作為一個執行元件，

　　并不是普通意義上的動力源，而在運動控制系統的設計中，負載通過機械傳動系統對電機軸的折算慣量，是必須要考慮的因素，這是因為：

　　(1)為了提高系統的動態響應性能，負載折算到電機軸上的折算慣量與電機軸本身的轉動慣量之間必須匹配(匹配的條件是：負載的折算慣量應小于電機慣量的2．5倍。參照的是數控機床的設計標準)；

　　(2)在電機選型的過程中，特別是在加速／減速時間很短(快速啟停)的應用場合，常需要計算加速扭矩，這時也需要用到負載對電機軸的折算慣量。慣量折算的原則是保持折算前后兩個系統儲存的動能相同。下面是兩種折算慣量的計算方法：

3．1．1 齒輪(或皮帶輪傳動)

3．1．2 絲杠螺母傳動

3．2 負載扭矩的折算

　　在電機選型時，必須計算出負載通過機械系統對電機軸的折算扭矩，折算的原則是保持折算前后兩個系統傳遞的功率不變；以下是在幾種常見的機械傳動方式下扭矩的折算。

    3．2．1 重物提升

　　3．2．2 絲杠螺母傳動

3．2．3 同步帶或齒輪齒條傳動

3．3 電機工作扭矩的計算

        在最后選取電機時，除了要計算負載的折算扭矩外，還要考慮電機在加速或減速時的慣性扭矩。在選用電機時，應以加速時電機的工作扭矩為依據，并根據實際情況，選取合適的安全系數。

        3．4 電機工作轉速及脈沖當量的計算

       在運動控制系統的設計中，還需根據被控物體的工作速度或轉速計算電機的轉速n (r／min)。

      3．4．1 重物提升

　　3．4．2 絲杠螺母傳動

　　3．4．3 同步帶或齒輪齒條傳動

　　3．4．4 齒輪或帶輪傳動

　　4 結束語

　　在包裝機械上，同樣作為執行電機的還有步進電機，其應用比交流伺服電機更普遍，究其原因，主要有以下兩個方面：

　　(1)使用步進電機，控制器的設計相對比較容易，易于實現；

　　(2)選用交流伺服電機來設計控制系統，其成本比選用步進電機高。

　　但是，由交流伺服電機組成的控制系統，其高效率、高精度、高穩定性等優良性能，遠可以抵消它在價格方面的弱勢，并且隨著交流伺服電機的廣泛應用，其性價比將越來越高。專家們預言：21世紀機械制造業的競爭，其實質就是數控技術的競爭；可以說，在包裝機械上，針對交流伺服電機開發的數控系統的“匱乏”，已成為制約我國包裝機械上檔次的一個重要方面。