振動(dòng)摩擦焊接用電磁振動(dòng)頭的驅(qū)動(dòng)控制與實(shí)驗(yàn)研究
李勇，崔友，張曉俊，陸永平
(哈爾濱工業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱150001)
摘要：在設(shè)計(jì)了一種新型的電磁式振動(dòng)頭的基礎(chǔ)上，研究了該振動(dòng)頭的驅(qū)動(dòng)控制方法，并采用sc0TT變換結(jié)構(gòu)利用三相變頻器實(shí)現(xiàn)了兩相對(duì)稱(chēng)驅(qū)動(dòng)：實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了設(shè)計(jì)的正確性和控制電路的工程實(shí)用性。
關(guān)鍵詞：振動(dòng)摩擦焊接；振動(dòng)頭；驅(qū)動(dòng)；scOTT
中國(guó)分類(lèi)號(hào)：TM341 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004—7018(2008)01—0035—02
0引 言
振動(dòng)摩擦焊接是一種利用電磁傳動(dòng)裝置在兩熱塑性塑料零件之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而摩擦生熱以形成接頭的焊接方法：振動(dòng)摩擦焊接速度較快，能用于焊接各式各樣的熱塑性塑料，尤其廣泛用于汽車(chē)行業(yè)和家用電器行業(yè)。采用振動(dòng)摩擦焊接的兩塑料零件結(jié)合面在熔接設(shè)備作用下自動(dòng)對(duì)齊，在壓力作用下形成牢固的焊接接頭，其接頭強(qiáng)度可達(dá)到母材自身強(qiáng)度。與其他焊接技術(shù)相比，該種焊接技術(shù)不需要另加焊料，而且利用了材料本身的物理特性，因此在異型塑料部件的無(wú)縫焊接中正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
振動(dòng)摩擦焊接設(shè)備的核心部件是能夠產(chǎn)生高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)頭。****進(jìn)的振動(dòng)頭是采用電磁控制方式，振動(dòng)頻率和振幅連續(xù)可調(diào)的電磁振動(dòng)頭。文獻(xiàn)[6]中設(shè)計(jì)了一種振動(dòng)摩擦焊接用的新型結(jié)構(gòu)的電磁式振動(dòng)頭，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了仿真分析。
本文采用scOTT變換技術(shù)，用一個(gè)三相變頻器實(shí)現(xiàn)了二相對(duì)稱(chēng)驅(qū)動(dòng)。進(jìn)行了不同頻率、不同供電電壓下的振動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)證明該振動(dòng)頭和控制電路能夠滿(mǎn)足振動(dòng)摩擦焊接的需要，具有廣泛的應(yīng)用前景。1電磁振動(dòng)頭工作原理及其對(duì)電路的要求電磁振動(dòng)頭結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。中間的銜鐵通過(guò)剛度很強(qiáng)的彈性機(jī)構(gòu)與上蓋相連，同時(shí)銜鐵兩側(cè)對(duì)稱(chēng)分布有控制電磁鐵。當(dāng)電磁鐵線(xiàn)圈中依次通以電流時(shí)，銜鐵就被左右的電磁鐵依次吸引，從而帶動(dòng)工件左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的頻率正好在沒(méi)備的諧振點(diǎn)時(shí)，在同樣的功率輸入情況下銜鐵帶動(dòng)工件可以得到****振幅，獲得****的摩擦生熱效果。
根據(jù)文獻(xiàn)[6]，中間的銜鐵受到的總的電磁作用力為：
式中：f——通電電流的交變頻率；
Fp——單側(cè)產(chǎn)生的電磁力幅值；
Im——通電電流的幅值。
因此，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該振動(dòng)頭的驅(qū)動(dòng)控制電路必須要滿(mǎn)足如下要求：
(1)振動(dòng)頭兩相繞組中的電流要對(duì)稱(chēng)，即大小相等、相位相差90。
(2)根據(jù)相頻一幅頻控制策略，通電電流的頻率要連續(xù)可調(diào)，以便對(duì)振動(dòng)頭的諧振點(diǎn)進(jìn)行掃描；
(3)在諧振點(diǎn)處，通電電流幅值要連續(xù)可調(diào)，以便形成不同的振幅。
2 SCOTT變換與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
根據(jù)上述分析，采用特殊設(shè)計(jì)的兩相變頻器作驅(qū)動(dòng)器是最合適的，但這樣的變頻器不是通用產(chǎn)品。如果選用一個(gè)通用的三相變頻器供電，則變頻器輸出的三相電壓為：
由于得到的二相電壓幅值相差√3倍，因此需要通過(guò)調(diào)壓器調(diào)節(jié)電壓幅值。供電系統(tǒng)實(shí)際接線(xiàn)如圖3所示，其中變頻器調(diào)節(jié)供電電壓的頻率，單相凋壓器為了調(diào)節(jié)線(xiàn)電壓的幅值，下側(cè)的繞組連接是為了取得線(xiàn)電壓的中點(diǎn)，且避免負(fù)載直接加在三相調(diào)壓器一相繞組上所造成的中點(diǎn)偏移。
根據(jù)上述控制電路設(shè)計(jì)了電磁振動(dòng)頭的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，系統(tǒng)框圖如圖4所示，振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量采用了電渦流傳感器。電磁振動(dòng)頭的具體參數(shù)為：支撐彈簧彈性系數(shù)k=7 500 000N／m，電磁鐵線(xiàn)圈匝數(shù)N=3(300 T，電磁鐵繞組電阻R=0.72 Ω，單邊****氣隙長(zhǎng)度為2 mm。
3振動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)
通過(guò)所述控制電路給電磁振動(dòng)頭兩相繞組供電，在某一頻率下兩相電流及李薩如波形如圖5所示，證明控制系 |
