王永紅 夏永紅 崔海峰

（①包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系，內(nèi)蒙古包頭014030;②北方重工集團(tuán)有限公司設(shè)備維修中心，內(nèi)蒙古包頭 014030）

1 環(huán)形中心支架存在的問題

2010年購置的國外舊設(shè)備“尼爾斯8 m深管內(nèi)孔加工鏜床”，主要用于將8 m長的整體擠壓成型的無縫厚壁管進(jìn)行深管內(nèi)孔加工。機(jī)床床身長約25 m，主軸功率較大，設(shè)備的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較國內(nèi)新設(shè)備的整體強(qiáng)度高，能夠滿足產(chǎn)品的加工要求。

尼爾斯8 m深管內(nèi)孔加工鏜床由床身（帶有導(dǎo)軌）、主軸箱、環(huán)形中心支架、尾座（帶鏜桿）、進(jìn)給箱、主軸變速箱等幾部分組成的。由于尼爾斯8 m深管內(nèi)孔加工鏜床的環(huán)形中心支架重量為3 t，安裝工件時需要用長約2 m的重型扳手，手動扳動環(huán)形中心支架手動移動裝置上的手柄，以控制環(huán)形中心支架的移動，使中心支架在床身導(dǎo)軌上一點一點地向前移動，為了減小導(dǎo)軌滑合面之間的摩擦力，在中心支架與導(dǎo)軌面之間，人工手動滴潤滑油，才能將8 m長的整體擠壓成型無縫厚壁管定位固定。無縫厚壁管加工件的每次定位，都需要兩名工人進(jìn)行操作，裝卸一次8 m長無縫厚壁管工件，需要將環(huán)形中心支架往復(fù)移動近2 m距離，用時約2 h，勞動強(qiáng)度極大，生產(chǎn)效率非常低，同時操作笨重，不方便，還存在著手動滴潤滑油，造成導(dǎo)軌滑合面油量不足，導(dǎo)軌摩擦阻力大，并且導(dǎo)軌面間極易發(fā)生磨損和研傷現(xiàn)象。設(shè)備使用3個月后，針對鏜床環(huán)形中心支架深管加工裝卸工件時的問題，決定對鏜床環(huán)形中心支架進(jìn)行改造，以減輕工人的勞動強(qiáng)度，縮短工件裝卸時間，提高加工生產(chǎn)效率。

2 環(huán)形中心支架改造

2.1 機(jī)械部分改造

環(huán)形中心支架機(jī)械部分改造如圖1所示。在床身原減速器安裝位置上，增加一個能通過前進(jìn)、后退按鈕控制環(huán)形中心支架前進(jìn)與后退移動的電動機(jī)及減速器。由于國產(chǎn)減速器和電動機(jī)體積太大，在床身沒有安裝位置，因此采用德國生產(chǎn)的小型配套雙蝸輪蝸桿減速器和電動機(jī)。通過設(shè)計計算與選型，最終采用型號為CH063雙蝸輪蝸桿減速器，其優(yōu)點是體積小、功率大，能提供較大扭矩，具有自鎖性，能保證環(huán)形中心支架在靜止時的定位，防止加工過程中，由于振動造成的位移，保證加工精度。根據(jù)實際情況，可以估算出所需要的推動力矩為500 N·m，因此，可以選擇能夠提供625 N·m扭矩的減速器，其傳動比為100/1，電動機(jī)功率為0.75 kW。為了使新增設(shè)的電動機(jī)、減速器與原減速器能夠帶動環(huán)形中心支架的移動，我們又加工了一個聯(lián)軸器，使新增改造減速器與原機(jī)床上的減速器同軸相連，其傳動控制是通過電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸帶動減速器的小蝸桿，小蝸桿再帶動小蝸輪，小蝸輪帶動大蝸桿，大蝸桿帶動大蝸輪，大蝸輪通過自制的聯(lián)軸器，帶動環(huán)形中心支架上原有的減速器的齒輪，通過齒輪、齒條嚙合來帶動環(huán)形中心支架的移動。

為了減小環(huán)形中心支架與導(dǎo)軌滑合面的摩擦阻力，對導(dǎo)軌面的潤滑方式也同時進(jìn)行了改造。在床身安裝了集中潤滑泵系統(tǒng)，它是由一個微型電動機(jī)、油泵、油箱、油位檢測開關(guān)等部分組成的，其能夠自動提供潤滑油。為了保證導(dǎo)軌滑合面的每個潤滑點壓力相同、潤滑油量均衡，將原來的手動滴油潤滑方式改造為多點分油控制方式，集中潤滑泵系統(tǒng)采用浙江流遍的AMR－Ⅱ－150。以上所述改造如圖1所示，可以使導(dǎo)軌面的潤滑狀況得到極大的改善，減小了導(dǎo)軌滑合面間的摩擦力。

2.2 電控部分改造

環(huán)形中心支架電控部分改造包括控制中心支架移動、導(dǎo)軌滑合面的集中潤滑泵系統(tǒng)的控制及必要保護(hù)電路等部分組成的。環(huán)形中心支架改造電控主電路與控制電路器件均安裝在一個新增控制箱中，控制箱安裝在床身上，且安裝位置便于操作。新增控制箱位置如圖1所示。環(huán)形中心支架改造的電控主電路與控制電路如圖2所示?？刂骗h(huán)形中心支架移動電動機(jī)，采用前面所述的與小型雙蝸輪蝸桿減速器配套的德國生產(chǎn)的交流三相電動機(jī)，電源為三相交流380 V;集中潤滑泵系統(tǒng)中的微型電動機(jī)作為潤滑油泵電動機(jī)，電源為單相交流220 V。

2.2.1 控制中心支架移動電路設(shè)計

如圖2所示，環(huán)形中心支架移動電動機(jī)為M1，新增控制箱的三相電源U'、V'、W'引自25 m處的原配電柜電源，如圖1、2所示。新增控制箱電源控制是由接觸器KM2控制，接觸器KM3、KM4分別控制環(huán)形中心支架的前進(jìn)和后退。中心支架移動電動機(jī)M1主電路裝設(shè)了電動機(jī)過載與接地保護(hù)。

由于中心支架移動電動機(jī)有可能出現(xiàn)缺相、嚴(yán)重過載等情況時，將引起電動機(jī)繞組發(fā)熱，燒毀進(jìn)口電動機(jī)，因此，在中心支架移動電動機(jī)M1的線圈上捆扎放置1個片狀的小拇指蓋大小的熱敏電阻，實現(xiàn)中心支架移動電動機(jī)的過熱保護(hù)。將熱敏電阻的2根線由電動機(jī)內(nèi)部，與電動機(jī)的3根線一起引出，即中心支架移動電動機(jī)要引出5根端子線，其中3根為電動機(jī)的3根電源線，另2根是測試電動機(jī)繞組發(fā)熱嚴(yán)重程度與否的熱敏電阻線，電動機(jī)的熱敏電阻在其控制電路里相當(dāng)于一個常閉點作用，即當(dāng)電動機(jī)缺相、嚴(yán)重過載時，將引起繞組發(fā)熱，則熱敏電阻的阻值會從原來的10幾歐增大到幾兆歐，熱敏電阻相當(dāng)于由常閉變?yōu)槌ｉ_，使KM2線圈失電，起到電動機(jī)的過熱保護(hù)作用，如圖2所示控制電路中的電動機(jī)熱敏電阻RT。中心支架的前進(jìn)、后退采用點動控制方式，前進(jìn)用按鈕SB1表示，后退用按鈕SB2表示，裝設(shè)了按鈕機(jī)械互鎖和電氣互鎖雙重保護(hù)。

控制電路中還設(shè)計有急停控制按鈕SB3，當(dāng)出現(xiàn)接觸器粘連或按鈕失效情況時，可以通過急停按鈕SB3，來控制環(huán)形中心支架的停止移動。

2.2.2 控制導(dǎo)軌滑合面潤滑油量電路

如圖2所示電路，潤滑油泵電動機(jī)為M2，主電路裝設(shè)了低壓斷路器QF2的短路保護(hù)和電動機(jī)的接地保護(hù)。在集中潤滑泵系統(tǒng)中，裝設(shè)了油位檢測開關(guān)，當(dāng)集中潤滑系統(tǒng)中油箱里缺油時，由油箱里的浮子常閉開關(guān)QK來實現(xiàn)缺油保護(hù)。在KM3或KM4吸合后，即操作中心支架前進(jìn)或后退時，才能實現(xiàn)由單相交流220 V經(jīng)低壓斷路器QF2給潤滑油泵電動機(jī)供電，潤滑油泵電動機(jī)M2工作，通過多點分油器給機(jī)床導(dǎo)軌潤滑。

2.2.3 原配電柜新增保護(hù)電路

由于整體擠壓成型的無縫厚壁管加工工件最小約有5 t重左右，若主軸工作旋轉(zhuǎn)時，有人無意地觸碰到環(huán)形中心支架前進(jìn)、后退控制按鈕，則會造成重大的生產(chǎn)事故。因此主軸旋轉(zhuǎn)時，不允許移動環(huán)形中心支架。依據(jù)這一原則，我們在原配電柜中增加了必要的保護(hù)措施，原配電柜新增保護(hù)電路如圖3所示。

圖3中，增加了一個交流接觸器KM1，由3個常開主觸點KM1作為控制電源的控制開關(guān)，只有當(dāng)3個KM1常開主觸點吸合后，控制電源才能經(jīng)25 m電纜，給床身新增控制箱U'、V'、W'供電;主軸電動機(jī)由接觸器KM控制。依據(jù)主軸工作旋轉(zhuǎn)時，不允許移動環(huán)形中心支架，因此，設(shè)計用控制主軸電動機(jī)接觸器KM的輔助常閉觸點與KM1線圈串聯(lián)來實現(xiàn)保護(hù)。

2.2.4 電氣控制原理

如圖2所示電路，先合上低壓斷路器QF1、QF2，當(dāng)主軸不工作，即不轉(zhuǎn)時，主軸電動機(jī)常閉接觸器閉合，如圖3所示，則接通交流接觸KM1線圈，KM1常開點閉合，原配電柜控制電源送電;同時KM2線圈得電，KM2常開點主觸點閉合，為中心支架移動電動機(jī)M1工作做準(zhǔn)備;同時KM2常開輔助觸點也閉合。若按下中心支架前進(jìn)點動按鈕SB1，則KM3線圈得電，同時潤滑油泵電動機(jī)M2工作，給環(huán)形中心支架導(dǎo)軌滑合面提供潤滑油，環(huán)形中心支架向前移動，直到工件移動到位，松開按鈕SB1，則中心支架移動電動機(jī)M1停車。若松開了前進(jìn)按鈕SB1后，電動機(jī)仍然在轉(zhuǎn)動，這時就需要按下急停按鈕 SB3，則 KM2線圈失電，KM2常開主、輔觸點均斷開，則切斷了控制箱電源，強(qiáng)制電動機(jī)停車，避免事故的發(fā)生，這種情況是故障的一種，電路設(shè)計具有強(qiáng)制停車保護(hù)功能。同理，按下中心支架后退點動按鈕SB2，KM4線圈得電，則環(huán)形中心支架向后移動。

當(dāng)中心支架移動電動機(jī)M1缺相、嚴(yán)重過載時，M1電動機(jī)裝設(shè)的熱敏電阻達(dá)到極大值，相當(dāng)于一個無窮大電阻，控制電路中的熱敏電阻RT相當(dāng)于斷開電路，KM2線圈斷電，KM2常開主、輔觸點均斷開，則切斷控制箱電源，強(qiáng)制電動機(jī)停車，實現(xiàn)中心架移動電動機(jī)M1的過熱保護(hù)。當(dāng)中心支架移動電動機(jī)M1過載時，控制電路的熱繼電器FR常閉點斷開，KM2線圈斷電，KM2常開主、輔觸點均斷開，則切斷控制箱電源，強(qiáng)制電動機(jī)停車，實現(xiàn)過載保護(hù)。

當(dāng)潤滑油泵缺油時，油泵內(nèi)的浮子開關(guān)動作QK常閉點斷開，KM2線圈斷電，KM2常開主、輔觸點均斷開，則切斷控制箱電源，強(qiáng)制電動機(jī)停車，實現(xiàn)集中潤滑系統(tǒng)中油泵缺油保護(hù)。

如圖3所示，若主軸旋轉(zhuǎn)，主軸電動機(jī)接觸器常閉點斷開，則KM1線圈不得電，原配電柜中的KM1主觸點不閉合，新增控制箱無電源，有人無意觸碰到環(huán)形中心支架前進(jìn)、后退控制按鈕SB1或SB2，由于無電源，中心支架電動機(jī)不能工作，避免了重大事故的發(fā)生。

2.3 為什么不采用PLC控制方案

環(huán)形中心支架的移動也可以采用PLC控制方案，此方案主電路的設(shè)計方案與上述接觸器控制設(shè)計方案一樣，所不同的是:在原配電柜中新裝設(shè)一個8輸入、8輸出擴(kuò)展模塊，型號是20EDR1，原PLC型號是歐姆龍CPM2AE，通過軟件編程實現(xiàn)對環(huán)形中心支架的移動控制，KA1、KA2、KA3為中間繼電器，因為PLC的輸出點帶負(fù)載能力弱，容量小，如果直接控制交流接觸器，容易燒毀PLC的輸出點，所以必須增加輔助電路，用PLC的輸出點控制中間繼電器，再由中間繼電器控制交流接觸器。PLC外部接線如圖4、梯形圖如圖5、輔助控制電路如圖6所示。

此改造方案需要從原配電柜到控制站裝設(shè)約8芯25 m長的控制電纜，還需增加1個8輸入、8輸出擴(kuò)展模塊，需要3個中間繼電器組成輔助控制電路，改造成本較前所述方案高，所以，經(jīng)過分析、比較，決定環(huán)形中心支架不采用PLC控制方案。

3 結(jié)語

綜上分析，對所購置的國外舊設(shè)備尼爾斯8 m深管內(nèi)孔加工鏜床的環(huán)形中心支架進(jìn)行改造，目前已經(jīng)運行、使用一年多的時間，操作工只需按下環(huán)形中心支架的前進(jìn)或后退控制按鈕，在10 min內(nèi)，就可以完成裝卸約5 t重的工件，極大地減輕了工人的勞動強(qiáng)度和縮短了工作時間，提高了工作效率。環(huán)形中心支架改造后，經(jīng)核算、比較，加工8 m長的整體擠壓成型無縫厚壁管深管內(nèi)孔，操作工每裝卸加工一個工件的時間可節(jié)約2 h，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。