一种橡胶开炼机永磁同步直驱传动系统及控制方法与流程

本发明涉及橡胶加工设备，具体涉及一种橡胶开炼机永磁同步直驱传动系统及控制方法。

背景技术：

1、开炼机是橡胶工业中最基本的设备之一，广泛应用于橡胶制品的塑炼、混炼、热炼以及压片等工艺环节；开炼机主要是由辊筒、机架、调距装置和传动装置等组成，物料在两个相向回转的辊筒间，以不同的线速度在摩擦力的作用下被拉入辊筒间隙，胶料通过辊筒间的间隙收到强烈的剪切与挤压，使物料温度升高、塑度增加，从而达到炼胶的目的。

2、传统的开炼机驱动系统普遍采用三相异步电机驱动多级齿轮变速箱的传动模式，由电机输出扭矩、经变速箱增大扭矩并将输出转换为双出轴形式；这种传动方式输出电机的能耗通常较高、维护频繁，齿轮箱需要定期保养和维护，并且可靠性较差，多级传动齿轮磨损和发热严重，维修困难且周期长；同时现有的直驱传动方案大多仅关注电机本身，缺乏针对开炼机特殊工况的系统性控制策略，导致直驱传动系统的性能无法充分发挥；因此，亟需一种橡胶开炼机永磁同步直驱传动系统及控制方法，在解决上述技术难题的同时，实现高效、可靠的开炼机驱动控制。

技术实现思路

1、本发明的目的，是为了解决背景技术中的问题，提供一种橡胶开炼机永磁同步直驱传动系统及控制方法，使其能现高效、可靠的开炼机驱动控制。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、一种橡胶开炼机永磁同步直驱传动系统，包括机架、辊筒、直驱电机、电机微调装置、连接装置、传动装置、传动密封机构以及电机驱动控制系统；

4、所述辊筒包括互相平行设置于所述机架上的主辊筒和副辊筒，所述主辊筒的轴线位置固定，所述副辊筒可相对于所述主辊筒沿径向移动以调节两者之间的中心距；

5、所述电机微调装置设于所述直驱电机底部，用于对所述直驱电机进行距离微调，以保证所述直驱电机输出轴与所述主辊筒之间的同轴度；

6、所述传动装置内设有一对速比齿轮副，包括相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮和所述从动齿轮分别与所述主辊筒和所述副辊筒同轴固定连接，所述直驱电机的输出轴通过连接装置与所述主动齿轮同轴连接；

7、所述传动密封机构包括主辊密封件、副辊密封件和电机轴密封件，所述主辊密封件设于所述传动装置的主穿轴孔处，所述副辊密封件设于所述传动装置的副穿轴孔处，所述电机轴密封件设于所述传动装置的电机穿轴孔处；

8、所述电机驱动控制系统与所述直驱电机电性连接，用于控制所述直驱电机的运行状态。

9、作为优选，所述连接装置包括相互同轴固定连接的第一联轴器和第二联轴器，所述第一联轴器与所述直驱电机的输出轴固定连接，所述第二联轴器与所述主动齿轮固定连接；所述主动齿轮在朝向所述第二联轴器的端面上设置有凸台，厚度为70-90mm，所述凸台端面上设有用于安装所述第二联轴器螺纹孔和第一键槽，所述第二联轴器与所述凸台连接的一端设有与所述螺纹孔对应的通孔以及与所述第一键槽对应的第二键槽，所述第一键槽和所述第二键槽内还设置有平键。

10、作为优选，所述主辊密封件和所述电机轴密封件结构相同，包括由两个半圆环板拼接形成的第一密封板，所述第一密封板的内圆周面上开设有毡条槽，槽内嵌设有密封毡条；所述主穿轴孔的孔径大于所述主辊筒的轴径，安装时无需保证所述主辊筒与所述主穿轴孔同心，所述第一密封板安装于所述主穿轴孔外侧，其位置可根据所述主辊筒轴的实际位置调节。

11、作为优选，所述副辊密封件包括第二密封板，所述第二密封板中心开设有与所述副辊筒的轴相适配的中心孔，所述第二密封板固定套设于所述副辊筒上，并通过所述中心孔侧面沿周向均布的多个紧丝孔内的螺栓侧向锁紧固定；所述第二密封板朝向所述副穿轴孔的一侧端面上开设有环形毛毡槽，槽内嵌设有环形密封毛毡，并且所述环形毛毡槽的径向覆盖范围大于所述副辊筒在所述副穿轴孔内的最大径向位移量。

12、作为优选，所述电机微调装置包括两组安装底板以及固定于所述安装底板上的若干顶丝块，所述安装底板通过螺栓固定于所述机架上，所述直驱电机通过螺栓固定于所述安装底板上，所述顶丝块内螺纹连接有调节螺丝与所述直驱电机的机座端面抵接，通过旋拧所述调节螺丝对所述直驱电机的水平位置进行微调；所述安装底板与所述直驱电机的机座底面之间还设置有高度调节垫片，用于对所述直驱电机的高度位置进行微调。

13、作为优选，所述电机驱动控制系统包括变频器、主控制器、转速传感器、转矩传感器、温度传感器和人机交互界面；所述变频器与所述直驱电机电性连接，用于将工频交流电转换为频率和电压可调的交流电，驱动所述直驱电机运行；所述转速传感器分别设置于所述主辊筒和所述副辊筒上，用于实时检测辊筒的转速；所述转矩传感器设置于所述直驱电机的输出轴上，用于实时检测输出转矩；所述温度传感器设置有多个，分别用于检测所述直驱电机绕组温度、所述主辊筒和所述副辊筒的表面温度以及环境温度；所述主控制器分别与所述变频器、所述转速传感器、所述转矩传感器和所述温度传感器电性连接，所述人机交互界面与所述主控制器电性连接，用于设定工艺参数和显示运行状态。

14、一种橡胶开炼机永磁同步直驱的控制方法，包括以下步骤：

15、s1、初始化控制：接收人机交互界面输入的炼胶工艺参数，包括目标主辊筒转速n1_set、目标副辊筒转速n2_set、炼胶时间t_set和温度上限t_max，根据n1_set和n2_set计算目标速比i_set=n2_set/n1_set，并校验i_set是否与主动齿轮和从动齿轮的固定齿数比一致，若不一致则发出报警提示；

16、s2、软启动控制：控制变频器以预设的软启动曲线提升直驱电机的输出频率，软启动时间设置为10-30s，启动电流限制在额定电流的1.5倍以内，在软启动过程中实时监测输出转矩，若输出转矩超过预设的启动转矩阈值，则延长软启动时间或降低启动速度；

17、s3、稳速运行控制：在直驱电机达到目标转速后，进入稳速运行阶段，主控制器根据转速传感器反馈的实际主辊筒转速n1_real和实际副辊筒转速n2_real，计算实际速比i_real=n2_real/n1_real，若i_real与i_set的偏差超过±1%，则通过变频器对直驱电机的输出转速进行微调，以保证两辊筒的速比稳定；

18、s4、温度保护控制：主控制器实时接收各温度传感器，当电机绕组温度超过第一温度阈值t1时，启动电机冷却风扇或降低电机输出电流，当电机绕组温度超过第二温度阈值t2时，自动降低电机转速，当电机绕组温度超过第三温度阈值t3时，控制电机停机保护，其中t1

19、s5、停机控制：接收停机指令后，主控制器控制变频器按照预设的减速曲线降低电机转速，减速时间设置5-15s，当电机转速降至预设的低速阈值时，启动制动使辊轴停止回转；停机完成后，记录此次运行的能耗数据、故障信息以及维护提示等，并上传至人机交互界面显示。

20、作为优选，在步骤s3稳速运行控制中，主控制器还执行负载均衡控制，主控制器根据转矩传感器反馈的实际输出转矩t_real，与预设的负载转矩曲线进行比较，若t_real持续高于负载转矩曲线的对应值超出预设时间，则判断为胶料过载，自动降低输出转矩或发出警报。

21、作为优选，所述转矩传感器还包括分别设置于主辊传动路径和副辊传动路径上的主路转矩传感器和副路转矩传感器，主控制器实时比较主路转矩t_main和副路转矩t_sub，若∣t_main-t_sub∣/t_avg>10%，其中t_avg=（t_main+t_sub）/2，则判断为两辊负载不均衡，通过调整电机输出频率，利用胶料与辊筒之间的摩擦特性自动重新分配两辊负载，直至两路转矩差值在允许范围内。

22、作为优选，主控制器还被配置为执行能效优化控制，在稳速运行阶段，主控制器根据实时监测的实际输出转矩t_real和实际转速n_real，计算当前运行点的实际输出功率p_real=t_real×n_real/9550，结合直驱电机的效率图，判断当前运行点是否处于高效区；若当前运行点偏离高效区超出阈值，则通过微调目标转速或提示操作人员调整辊距，将运行点引导至高效区，以实现系统能效的最优化。

23、综上所述，本发明的有益效果：

24、1、本发明所述的一种橡胶开炼机永磁同步直驱传动系统及控制方法，采用三相永磁同步多级电机直接驱动，取代传统的异步电机加多级齿轮变速箱的驱动模式，系统传动效率得到了有效提示，同时取消了多级齿轮变速箱，仅保留一对必要的速比分配齿轮，大幅减少了传动环境的故障点，且无需频繁更换齿轮油，彻底消除了漏油风险，降低了维护成本，并消除了多级齿轮传动的机械损耗，降价了工作能耗；

25、2、本发明所述的一种橡胶开炼机永磁同步直驱传动系统及控制方法，传动系统结构紧凑，永磁同步直驱电机与分配齿轮箱的整体体积得到减少，大幅减少了设备的占地面积；同时在分配齿轮箱内主齿轮端面设计凸台结构，在凸台上直接加装联轴器，解决了大转矩直驱电机应用时分配齿轮厚度过厚导致联轴器连接空间不足、连接稳定性较差的问题，保证了齿轮整体强度和传动可靠性；

26、3、本发明所述的一种橡胶开炼机永磁同步直驱传动系统及控制方法，在分配齿轮箱上扩大了主穿轴孔，安装时无需刻意保证孔与辊筒轴的同心度，安装完成后再对辊筒进行密封，大幅降低了安装精度，便于后续拆卸维护；同时再副辊筒上设计了随辊筒一起移动的密封结构，实现了副辊筒再调距过程中的全行程动态密封，彻底解决了调距副辊的密封难题；

27、4、本发明所述的一种橡胶开炼机永磁同步直驱传动系统及控制方法，控制系统采用针对开炼机特殊工况设计的协同控制方法，包括软启动控制、速比稳定控制、负载均衡控制、温度监控保护控制和能效优化控制，充分发挥了永磁直驱传动系统的性能优势，实现了炼胶过程的智能化、精准化和高效化。