振动摩擦焊接用电磁振动头的驱动控制与实验研究
李勇，崔友，张晓俊，陆永平
(哈尔滨工业大学，黑龙江哈尔滨150001)
摘要：在设计了一种新型的电磁式振动头的基础上，研究了该振动头的驱动控制方法，并采用sc0TT变换结构利用三相变频器实现了两相对称驱动：实验结果证明了设计的正确性和控制电路的工程实用性。
关键词：振动摩擦焊接；振动头；驱动；scOTT
中国分类号：TM341 文献标识码：A 文章编号：1004—7018(2008)01—0035—02
0引 言
振动摩擦焊接是一种利用电磁传动装置在两热塑性塑料零件之间产生相对运动，进而摩擦生热以形成接头的焊接方法：振动摩擦焊接速度较快，能用于焊接各式各样的热塑性塑料，尤其广泛用于汽车行业和家用电器行业。采用振动摩擦焊接的两塑料零件结合面在熔接设备作用下自动对齐，在压力作用下形成牢固的焊接接头，其接头强度可达到母材自身强度。与其他焊接技术相比，该种焊接技术不需要另加焊料，而且利用了材料本身的物理特性，因此在异型塑料部件的无缝焊接中正得到越来越广泛的应用。
振动摩擦焊接设备的核心部件是能够产生高速往复运动的振动头。****进的振动头是采用电磁控制方式，振动频率和振幅连续可调的电磁振动头。文献[6]中设计了一种振动摩擦焊接用的新型结构的电磁式振动头，对其结构进行了优化设计，并进行了仿真分析。
本文采用scOTT变换技术，用一个三相变频器实现了二相对称驱动。进行了不同频率、不同供电电压下的振动控制实验。实验证明该振动头和控制电路能够满足振动摩擦焊接的需要，具有广泛的应用前景。1电磁振动头工作原理及其对电路的要求电磁振动头结构示意图如图1所示。中间的衔铁通过刚度很强的弹性机构与上盖相连，同时衔铁两侧对称分布有控制电磁铁。当电磁铁线圈中依次通以电流时，衔铁就被左右的电磁铁依次吸引，从而带动工件左右往复运动。当往复运动的频率正好在没备的谐振点时，在同样的功率输入情况下衔铁带动工件可以得到****振幅，获得****的摩擦生热效果。
根据文献[6]，中间的衔铁受到的总的电磁作用力为：
式中：f——通电电流的交变频率；
Fp——单侧产生的电磁力幅值；
Im——通电电流的幅值。
因此，根据系统设计，该振动头的驱动控制电路必须要满足如下要求：
(1)振动头两相绕组中的电流要对称，即大小相等、相位相差90。
(2)根据相频一幅频控制策略，通电电流的频率要连续可调，以便对振动头的谐振点进行扫描；
(3)在谐振点处，通电电流幅值要连续可调，以便形成不同的振幅。
2 SCOTT变换与驱动电路设计
根据上述分析，采用特殊设计的两相变频器作驱动器是最合适的，但这样的变频器不是通用产品。如果选用一个通用的三相变频器供电，则变频器输出的三相电压为：
由于得到的二相电压幅值相差√3倍，因此需要通过调压器调节电压幅值。供电系统实际接线如图3所示，其中变频器调节供电电压的频率，单相凋压器为了调节线电压的幅值，下侧的绕组连接是为了取得线电压的中点，且避免负载直接加在三相调压器一相绕组上所造成的中点偏移。
根据上述控制电路设计了电磁振动头的实验系统，系统框图如图4所示，振动信号的测量采用了电涡流传感器。电磁振动头的具体参数为：支撑弹簧弹性系数k=7 500 000N／m，电磁铁线圈匝数N=3(300 T，电磁铁绕组电阻R=0.72 Ω，单边****气隙长度为2 mm。
3振动控制实验
通过所述控制电路给电磁振动头两相绕组供电，在某一频率下两相电流及李萨如波形如图5所示，证明控制系 |
