對輥機(jī)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對輥機(jī)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì),對輥機(jī)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì),對于,機(jī)電,電機(jī),系統(tǒng),設(shè)計(jì) 黃河科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 工 學(xué)院 機(jī)械 系 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 專業(yè) 2008 級 1 班 學(xué)號 學(xué)生 指導(dǎo)教師 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 對輥機(jī)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作內(nèi)容與基本要求（目標(biāo)、任務(wù)、途徑、方法，應(yīng)掌握的原始資料（數(shù)據(jù)）、參考資料（文獻(xiàn)）以及設(shè)計(jì)技術(shù)要求、注意事項(xiàng)等）（紙張不夠可加頁） 主要內(nèi)容： 1、對輥機(jī)電氣系統(tǒng)的類型與分析研究； 2、對輥機(jī)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則與組成； 3、對輥機(jī)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)說明書與設(shè)計(jì)圖紙； 4、寫出文獻(xiàn)綜述，翻譯外文資料。 基本要求： 1、所設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)符合生產(chǎn)實(shí)際，工作可靠，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，維修方便； 2、所設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)有創(chuàng)新點(diǎn)，并選1—2個典型器件進(jìn)行校核； 3、在設(shè)計(jì)中應(yīng)發(fā)揚(yáng)團(tuán)隊(duì)精神，綜合運(yùn)用在校期間所學(xué)的專業(yè)知識和技能。 主要參考資料： 對輥機(jī)設(shè)計(jì)有關(guān)資料、機(jī)械電氣設(shè)計(jì)手冊、教科書及相關(guān)中外文期刊。 時間及任務(wù)安排： 1、1----2周：考察調(diào)研，實(shí)習(xí)參觀，收集資料，完成開題報(bào)告； 2、3----4周：完成文獻(xiàn)翻譯，文獻(xiàn)綜述，初步擬定總體設(shè)計(jì)方案； 3、5----9周：完成設(shè)計(jì)說明書初稿，基本完成課題設(shè)計(jì)、計(jì)算繪圖等工作； 4、10-11周: 完成設(shè)計(jì)說明書、設(shè)計(jì)圖紙，整理完成所有設(shè)計(jì)文件； 5、第12 周：做好答辯前的所有準(zhǔn)備工作。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時間： 2012年 2 月 13 日至 2012 年 5 月 15 日 計(jì) 劃 答 辯 時 間： 2012年 5 月 19 日 專業(yè)（教研室）審批意見： 審批人（簽字）： 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告表 課題名稱 對輥機(jī)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 課題來源 教師擬訂 課題類型 AX 指導(dǎo)教師 學(xué)生姓名 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 學(xué) 號 一、資料準(zhǔn)備 1、通過到啟源公司和相關(guān)機(jī)械廠實(shí)習(xí)，初步了解了對輥機(jī)電氣控制系統(tǒng)的組成及工作原理； 2、參考了機(jī)械設(shè)計(jì)手冊、現(xiàn)代電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)、電機(jī)與電力拖動、電氣設(shè)計(jì)手冊、AutoCAD的二維及三維繪圖等相關(guān)書籍，查閱了與對輥機(jī)電氣控制系統(tǒng)有關(guān)的資料與中外文期刊； 3、通過實(shí)習(xí)和資料、資源整合，具備了輥機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路。 二、設(shè)計(jì)目的及要求 1、設(shè)計(jì)對輥機(jī)電氣控制系統(tǒng)，使其具有一定的實(shí)用性、先進(jìn)性； 2、所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)應(yīng)具有安全防護(hù)裝置，達(dá)到節(jié)能降耗的目的； 3、電器元器件應(yīng)盡量選用國產(chǎn)元件，并按連續(xù)工作制選擇、校核； 4、在設(shè)計(jì)中應(yīng)發(fā)揚(yáng)團(tuán)隊(duì)精神，綜合運(yùn)用在校期間所學(xué)的專業(yè)知識和技能。 三、設(shè)計(jì)思路與預(yù)期成果 1、通過資料收集和信息整合，進(jìn)行輥機(jī)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要是控制電路的設(shè)計(jì)和相關(guān)的理論計(jì)算； 2、所設(shè)計(jì)的電路具有一定的創(chuàng)新性，培養(yǎng)獨(dú)立設(shè)計(jì)能力、增強(qiáng)創(chuàng)新能力； 3、完成文獻(xiàn)綜述、外文資料翻譯、設(shè)計(jì)說明書各一份，繪制設(shè)計(jì)圖紙。 四、設(shè)計(jì)任務(wù)完成的階段及時間安排 1、1---2周 考察調(diào)研，實(shí)習(xí)參觀，收集資料，完成開題報(bào)告； 2、3---4周 完成文獻(xiàn)翻譯，文獻(xiàn)綜述，初步擬定總體設(shè)計(jì)方案； 3、5---9周 完成設(shè)計(jì)說明書初稿，基本完成整體設(shè)計(jì)、計(jì)算、繪圖等工作； 4、10-11周 完成設(shè)計(jì)說明書、設(shè)計(jì)圖紙，整理完成所有設(shè)計(jì)文件； 5、第12 周 做好答辯前準(zhǔn)備工作。 五、完成設(shè)計(jì)（論文）所具備的條件因素 1、實(shí)習(xí)和相關(guān)資料的查閱、消化、整合； 2、在以前的學(xué)習(xí)中進(jìn)行過多次的課程設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)，積累了一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為畢業(yè)設(shè)計(jì)的 進(jìn)行打下了基礎(chǔ)； 3、現(xiàn)代機(jī)械控制技術(shù)的不斷發(fā)展可以為設(shè)計(jì)提供強(qiáng)大的技術(shù)支持； 4、良好的設(shè)計(jì)環(huán)境和指導(dǎo)老師的指導(dǎo)。 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 課題來源：（1）教師擬訂；（2）學(xué)生建議；（3）企業(yè)和社會征集；（4）科研單位提供 課題類型：（1）A—工程設(shè)計(jì)（藝術(shù)設(shè)計(jì)）；B—技術(shù)開發(fā)；C—軟件工程；D—理論研究；E—調(diào)研報(bào)告 （2）X—真實(shí)課題；Y—模擬課題；Z—虛擬課題 要求（1）、（2）均要填，如AY、BX等。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 29 頁 1 緒 論 隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，電氣傳動技術(shù)面臨著一場歷史革命，即更輕巧，更精確，更具自動化的可控制設(shè)備，更復(fù)雜操作更簡單的先進(jìn)控制系統(tǒng)已成為發(fā)展需要?，F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，各種設(shè)備的傳動部件大都離不開電氣傳動控制系統(tǒng)，工業(yè)控制自動化技術(shù)作為20世紀(jì)現(xiàn)代制造領(lǐng)域中最重要的技術(shù)之一，無論高速大批量制造企業(yè)還是追求靈活、柔性和定制化企業(yè)，都必須依靠自動化技術(shù)的應(yīng)用。雖然電氣傳動控制系統(tǒng)本身并不直接創(chuàng)造效益，但它主要解決生產(chǎn)效率與一致性問題，對企業(yè)生產(chǎn)過程有明顯的提升作用[5]。 1.1課題背景及目的 電力拖動控制、電力電子、檢測、計(jì)算機(jī)和控制理論的發(fā)展，為機(jī)床電氣控制系統(tǒng)不斷發(fā)展提供了物質(zhì)和科技條件。20世紀(jì)40年代以前，機(jī)床的電氣控制主要采用交流電動機(jī)拖動的繼電器-接觸器控制。由于當(dāng)時的交流電動機(jī)難以實(shí)現(xiàn)調(diào)速，只能通過皮帶、齒輪等機(jī)械機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)有級變速，因而機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，同時還限制了加工精度的提高。繼電器接觸器控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)機(jī)床的各種運(yùn)動控制（如啟動、制動、 反轉(zhuǎn)、變速等，并可實(shí)現(xiàn)邏輯控制、聯(lián)鎖控制、異地控制等，因而大大提高了機(jī)床的自動化水平，有助于減輕工人的勞動強(qiáng)度。這種控制系統(tǒng)技術(shù)簡單、易于掌握，至今仍被廣泛采用。繼電器-接觸器控制系統(tǒng)是由各種電器組成的，而這些電器的機(jī)械動作壽命是有限的，必須按時更換損壞的電器，以免影響系統(tǒng)的可靠性。另外，根據(jù)加工工藝的要求，需要改變控制邏輯關(guān)系時，必須修改線路，重新安裝配線，這對現(xiàn)代機(jī)床的控制要求是很不適應(yīng)的[1]。 20世紀(jì)40年代后，發(fā)電機(jī)-電動機(jī)、交磁放大機(jī)-電動機(jī)等直 流調(diào)速系統(tǒng)，以其優(yōu)良的調(diào)速性能，被廣泛用于大型機(jī)床的主拖 動和進(jìn)給拖動系統(tǒng)中。不僅提高了機(jī)床的加工性能，還簡化了機(jī) 床的傳動機(jī)構(gòu)。近年來，由于電力電子器件及其變換技術(shù)的發(fā)展和矢量技術(shù)的應(yīng)用，交流調(diào)速系統(tǒng)有了很大的發(fā)展，在調(diào)速性能上完全可以與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美，加之性能可靠、維護(hù)方便，因而逐步取代著直流調(diào)速系統(tǒng)。在機(jī)床的控制方面，近年出現(xiàn)的可編程控制器（PLC）已廣泛用于電氣控制系統(tǒng)中。可編程控制器不僅可以按事先編好的程序進(jìn)行各種邏輯控制，還具有隨意編程、自動診斷、通用性好、體積小、可靠性高的特點(diǎn)。因此，可編程控制器正逐步取代著繼電器 －接觸器控制系統(tǒng)?？梢灶A(yù)料，隨著科學(xué)季度的發(fā)展，機(jī)床PLC電氣控制系統(tǒng) 將繼續(xù)向更高的方向發(fā)展，以不斷提高機(jī)床的加工精度、生產(chǎn)效率和自動化水平。 1.2課題研究方法 1、文獻(xiàn)資料法：學(xué)習(xí)已有的文獻(xiàn)資料，進(jìn)行借鑒，并適當(dāng)加以深化； 2、調(diào)查研究法：通過對市場的調(diào)查研究，來確定本課題的作用和實(shí)際效果； 3、分析研究：分析研究就是在已經(jīng)收集并整理的材料的基礎(chǔ)上，再做進(jìn)一步的腦力加工； 4、行動研究法：通過個案的實(shí)施并逐漸推廣，在實(shí)踐中不斷探索和完善，使理論與際相結(jié)合。 2對輥機(jī)的發(fā)展及特性 2.1破碎機(jī)起源和發(fā)展現(xiàn)狀 物料破碎是一個歷史悠久的話題。早在20世紀(jì)50年代艾利斯－查爾默斯公司就開始大規(guī)模研究破碎工作，60年代得出具有重大意義的結(jié)論。隨著研究的深入，人們熟知了高功率的破碎作業(yè)，可以用來改善能源效率和降低生產(chǎn)成本。B．H．Bergstrom在研究單顆粒破碎時發(fā)現(xiàn)，在空氣中一次破碎的碎片撞擊金屬板時產(chǎn)生二次破碎，一次破碎的碎片具有的動能占全部破碎能量的45％。如能充分利用二次破碎能量，則可提高破碎效率。也有人指出，較小的持續(xù)負(fù)荷比短時間的強(qiáng)大沖擊更有希望破碎物料。我國胡景昆和徐小荷研究顆粒的粉碎時得出結(jié)論，靜壓粉碎效率為100%，單次沖擊效率在35%～40％左右。為了節(jié)約能量，提高粉碎效率，應(yīng)多用靜壓粉碎，少用沖擊粉碎。Schonert研究表明，如果使大批脆性物料顆粒受到50MPa以上的壓力，就能夠由“料層粉碎”節(jié)約出可觀的能量。目前“料層粉碎的理論”已成為粉碎界的公認(rèn)，根據(jù)料層粉碎理論研制的新設(shè)備有美國諾德伯格公司的旋盤圓錐破碎機(jī)、俄羅斯的慣性圓錐破碎機(jī)等。 多碎少磨的原則指導(dǎo)研制以料層粉碎原理的新型破碎機(jī)是當(dāng)前主要方向。1996年第四屆全國粉體工程學(xué)術(shù)會議上鄧躍紅、張智鐵發(fā)表了《物料粉碎分形行為的研究》一文，作者認(rèn)為破碎理論的研究應(yīng)歸結(jié)為3個大的方面：強(qiáng)度理論的研究、破碎效果的評價(jià)、破碎功耗的研究。長期以來，粉碎理論的研究主要停留在經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用和統(tǒng)計(jì)推測上，人們了解粉碎的規(guī)律尚不明確、不系統(tǒng)。人們期待新理論的出現(xiàn)會給破碎領(lǐng)域帶來一次變革。 　　1982年B．Mandelrot提出分形理論應(yīng)用在巖石理論研究方面，而作者把它應(yīng)用在破碎理論上。經(jīng)過研究，作者成功地運(yùn)用了分形理論推導(dǎo)了強(qiáng)度與缺陷分布分維數(shù)之間關(guān)系，建立了粉碎顆粒粒度分布模型，找到了分維數(shù)、分布指數(shù)與破碎概率之間的關(guān)系，用顆粒表面分維數(shù)Ds將3個功耗理論統(tǒng)一起來。 　　為了優(yōu)化顎式破碎機(jī)工作，馬少健和陳炳辰利用實(shí)驗(yàn)室小型復(fù)擺顎式破碎機(jī)，分別進(jìn)行單顆粒給料、窄粒級給料和混合粒級給料的破碎試驗(yàn)，研究結(jié)果是：(1)影響顎式破碎機(jī)產(chǎn)物粒度特性的因素除物料自身硬度以外，還與包括給料粒度大小、組成、排礦口尺寸以及破碎腔內(nèi)物料的松散狀態(tài)有關(guān)；(2)在顎破機(jī)破碎物料時，無論是料層破碎還是單顆粒破碎，給料粒度增大，產(chǎn)物粒度變小。因此，生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)給料粒度選擇適宜規(guī)格的顎式破碎機(jī)和調(diào)節(jié)排料礦口尺寸；(3)料層破碎較單顆粒破碎更能降低破碎產(chǎn)物粒度。因此生產(chǎn)中應(yīng)盡量維持破碎機(jī)的破碎腔內(nèi)適宜的料層，以減小破碎產(chǎn)物粒度。 物料粉碎過程中，由于作業(yè)中產(chǎn)生發(fā)聲、發(fā)熱、振動和摩擦等作用使能源大量消耗。因而多年來界內(nèi)人士一直在研究如何達(dá)到節(jié)能、高效地完成破碎和磨碎過程。從理論研究到創(chuàng)新設(shè)備(包括改造舊有的設(shè)備)直至改變生產(chǎn)工藝流程。 目前破碎理論、工藝和設(shè)備的研究主要著重于：(1)研究在破碎中節(jié)能、高效的理論，也力求找出新理論突破人們已熟知的破碎三大理論；(2)研究新的非機(jī)械力的高能或多力場聯(lián)合作用的破碎設(shè)備，目前還沒見有工業(yè)化的設(shè)備，只是研究階段；(3)改進(jìn)現(xiàn)有設(shè)備，這方面經(jīng)常是根據(jù)用戶自己需要來進(jìn)行，而不見市場上大規(guī)模生產(chǎn)或研制新設(shè)備。 對于上述諸問題，由于國外礦山自80年代以來發(fā)展緩慢使得這方面進(jìn)展不大。國外新設(shè)備較少，國內(nèi)由于國營大型礦山投入極少，也沒有什么發(fā)展，而中小礦山由于各地原料的需求不等，近幾年得到一定的發(fā)展[16]。 2.2對輥破碎機(jī)簡介 2.2.1 對輥破碎機(jī)產(chǎn)品介紹 對輥機(jī)，又名擠壓磨、輥壓磨，是國際80年代中期發(fā)展起來的新型水泥節(jié)能粉磨設(shè)備，具有替代能耗高、效率低球磨機(jī)預(yù)粉磨系統(tǒng)，并且降低鋼材消耗及噪聲的功能，適用于新廠建設(shè)，也可用于老廠技術(shù)改造，使球磨機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)量提30-50%，經(jīng)過擠壓后的物料料餅0.08mm細(xì)料占20-35%，小于2mm占65-85%，小顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)因受擠壓而充滿許多微小裂紋，輥壓后的物料不僅粒度大幅度減小，邦德功指數(shù)也明顯降低，易磨性大為改善，從而大大改善了后續(xù)磨機(jī)的粉磨狀況，使整個粉磨系統(tǒng)的單位電耗明顯下降。 2.2.2 對輥破碎機(jī)設(shè)備特性 1、用于破碎中硬度物料（HRC小于8，大于4）如水泥熟料（回轉(zhuǎn)窯、立窯），礦石，混凝土，沸石等，及與其硬度相當(dāng)?shù)墓腆w物料的破碎?？蓮V泛用于礦山，水泥，鋼鐵，陶瓷等行業(yè)。 2、活動輥和固定輥與動力采用聯(lián)軸器連接活動輥并配用了萬向聯(lián)軸器或利用四輥傳動技術(shù)，完全避免了物料塊大皮帶丟轉(zhuǎn)，破碎粒度無法控制，皮帶更換太頻繁等現(xiàn)象。 3、輥面完全采用大型液壓輥壓機(jī)的錐焊技術(shù),補(bǔ)焊一次可生產(chǎn)10萬噸以上,需用成本 1000元左右。 整機(jī)年維修費(fèi)不超過2000元。 4、給料機(jī)采用無動力選粉結(jié)構(gòu),即物料進(jìn)輥壓機(jī)之前,先經(jīng)過無動力選粉裝置將低于3~8mm的物料選出來不進(jìn)輥壓機(jī),只將粗料經(jīng)過給料機(jī)左右均勻的進(jìn)入輥壓機(jī),可大 大提高破碎效率。 5、耗電量耗是錘式，沖擊式，復(fù)合式破碎機(jī)的二分之一。 6、遇有過硬或不可破碎物時，輥?zhàn)涌蓱{彈簧的作用自動退讓，使輥?zhàn)娱g隙增大，過硬或不可破碎物落下，從而保護(hù)機(jī)器不受損壞。 7、調(diào)節(jié)兩輥的間隙，可控制破碎粒度,從而改變生產(chǎn)能力。 8、減速機(jī)采用硬齒面星輪減速機(jī)，具有抗重載。壽命長等特點(diǎn)，徹底改變了減速機(jī)壽命短、更換頻繁等現(xiàn)象。 2.2.3 對輥破碎機(jī)技術(shù)參數(shù) 對輥破碎機(jī)技術(shù)參數(shù)見表2.1： 表2.1 對輥破碎機(jī)技術(shù)參數(shù) 型號 2PG400×250 2PG610×400 2PG700×400 輥?zhàn)又睆?mm) 400 610 700 輥?zhàn)娱L度(mm) 250 400 400 最大入料粒度(mm) ≤25 ≤85 ≤100 出料粒度(mm) 2-8 10-30 0.5-30 生產(chǎn)能力(t/h) 5-10 13-40 10-100 輥?zhàn)觽€數(shù) 2 2 2 輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速(r/min) 180 75 95 總重量(t) 1.1 3.5 7.8 機(jī)器外形尺寸(長×寬×高)(mm) 1215×834×830 2235×1722×810 4300×1200×1200 配套電機(jī) 型號 Y160L-6 Y225M-6 Y200L-4 功率(kw) 5.5×2 15×2 30×2 3機(jī)電一體化及電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展 3.1機(jī)電一體化的發(fā)展 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動了不同學(xué)科的交叉與滲透，導(dǎo)致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機(jī)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化， 使工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電氣化”邁入了“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段。自電子技術(shù)一問世,電子技術(shù)與機(jī)械技術(shù)的結(jié)合就開始了,只是出現(xiàn)了半導(dǎo)體集成電路,尤其是出現(xiàn)了以微處理器為代表的大規(guī)模集成電 路以后,"機(jī)電一體化"技術(shù)之后有了明顯進(jìn)展,引起了人們的廣泛注意[8]。為對輥機(jī)的電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了更為強(qiáng)大的技術(shù)支持。 3.1.1 “機(jī)電一體化”的發(fā)展歷程 1、數(shù)控技術(shù)的問世，寫下了“機(jī)電一體化”歷史的一頁； 2、微電子技術(shù)為“機(jī)電一體化”帶來了勃勃生機(jī)； 3、可編程控制器，“電力電子”等的發(fā)展為“機(jī)電一體化”提供了堅(jiān)強(qiáng)的基礎(chǔ)； 4、激光技術(shù)模糊技術(shù)信息技術(shù)等新技術(shù)使“機(jī)電一體化”躍上新臺階。 3.1.2 典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品 機(jī)電一體化產(chǎn)品分系統(tǒng)（整機(jī)）和基礎(chǔ)元，部件兩大類。典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)有：數(shù)控機(jī)床，機(jī)器人，汽車電子化產(chǎn)品，智能化儀器儀表，電子排版印刷系統(tǒng)，CAD/CAM系統(tǒng)等。典型的機(jī)電一體化元部件有：電力電子器件及裝置，可編程序控制器，模糊控制器，微型電機(jī)，傳感器，專用集成電路，伺服機(jī)構(gòu)等。這些典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品的技術(shù)現(xiàn)狀，發(fā)展趨勢，市場前景分析從略。 3.1.3 發(fā)展“機(jī)電一體化”面臨的任務(wù) 機(jī)電一體化工作主要包括兩層次：一是用微電子技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，其目的是節(jié)能，節(jié)材，提高工效，提高產(chǎn)品質(zhì)量，把傳統(tǒng)工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步提高一步；二是開發(fā)自動化，數(shù)字化，智能化機(jī)電產(chǎn)品，促進(jìn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代。 前者是面上的工作，普及工作；后者是提高工作，深層次工作。 3.1.4 “機(jī)電一體化”的核心技術(shù) 1、機(jī)械技術(shù)：是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，機(jī)械技術(shù)的著眼點(diǎn)在于如何與機(jī)電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其高、新技術(shù)來更新概念，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能要求。 2、計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)：其中信息交換、存取、運(yùn)算、判斷與決策、人工智能技術(shù)、 專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)均屬于計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)。 3、系統(tǒng)技術(shù)：即以整體概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā)， 將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元，接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)中一個重要方面，是實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)各部分有機(jī)連接的保證。 4、自動控制技術(shù)：其范圍很廣，在控制理論指導(dǎo)下，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)后的系 統(tǒng)仿真，現(xiàn)場調(diào)試，控制技術(shù)包括如高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷校正、補(bǔ)償、再現(xiàn)、檢索等。 5、傳感檢測技術(shù)：是系統(tǒng)的感受器官，是實(shí)現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 其功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的自動化程序就越高。 6、伺服傳動技術(shù)：包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電信號到機(jī)械動作的轉(zhuǎn)換裝置與部件、對系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能有決定性的影響。 3.2電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 電氣控制技術(shù)是以各類電動機(jī)為動力的傳動裝置與系統(tǒng)為對象，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的控制技術(shù)。電氣控制系統(tǒng)是其中的主干部分，在國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)中的許多部門得到廣泛應(yīng)用，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的重要技術(shù)手段。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展、生產(chǎn)工藝的不斷改進(jìn)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，新型控制策略的出現(xiàn)，不斷改變著電氣控制技術(shù)的面貌。在控制方法上，從手動控制發(fā)展到自動控制；在控制功能上，從簡單控制發(fā)展到智能化控制；在操作上，從笨重發(fā)展到信息化處理；在控制原理上，從單一的有觸頭硬接線繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展到以微處理器或微計(jì)算機(jī)為中心的網(wǎng)絡(luò)化自動控制系統(tǒng)?，F(xiàn)代電氣控制技術(shù)綜合應(yīng)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、檢測技術(shù)、自動控制技術(shù)、智能技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)成果。 繼電器—接觸器控制系統(tǒng)至今仍是許多生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備廣泛采用的基本電氣控制形式，也是學(xué)習(xí)更先進(jìn)電氣控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。它主要由繼電器、接觸器、按鈕、行程開關(guān)等組成，由于其控制方式是斷續(xù)的，故稱為斷續(xù)控制系統(tǒng)。它具有控制簡單、方便實(shí)用、價(jià)格低廉、易于維護(hù)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但由于其接線方式固定，靈活性差，難以適應(yīng)復(fù)雜和程序可變的控制對象的需要，且工作頻率低，觸點(diǎn)易損壞，可靠性差。 以軟件手段實(shí)現(xiàn)各種控制功能、以微處理器為核心的可編程控制器PLC，是20世紀(jì)60年代誕生并開始發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有通用性強(qiáng)、可靠性高、能適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境，指令系統(tǒng)簡單、編程簡便易學(xué)、易于掌握，體積小、維修工作少、現(xiàn)場連接安裝方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，正逐步取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于冶金、采礦、建材、機(jī)械制造、石油、化工、汽車、電力、造紙、紡織、裝卸、環(huán)保等各個行業(yè)的控制中[2]。 在自動化領(lǐng)域，可編程控制器與CAD/CAM、工業(yè)機(jī)器人并稱為加工業(yè)自動化的三大支柱，其應(yīng)用日益廣泛?？删幊炭刂破骷夹g(shù)是以硬接線的繼電器—接觸器控制為基礎(chǔ)，逐步發(fā)展為既有邏輯控制、計(jì)時、計(jì)數(shù)，又有運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、模擬量調(diào)節(jié)、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的控制裝置。它可通過數(shù)字量或者模擬量的輸入、輸出滿足各種類型機(jī)械控制的需要?？删幊炭刂破骷坝嘘P(guān)外部設(shè)備，均按既易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，又易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?？删幊炭刂破饕殉蔀樯a(chǎn)機(jī)械設(shè)備中開關(guān)量控制的主要電氣控制裝置。 進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,以16位和32位處理器構(gòu)成的微機(jī)化PLC得到了驚人的發(fā)展,使PLC在概念、設(shè)計(jì)、性能價(jià)格比以及應(yīng)用等方面都有了新的突破.不僅控制功能增強(qiáng),功耗、體積減小，成本下降，可靠性提高，編程和故障檢測更為靈活方便，而且遠(yuǎn)程I/O和通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理以及圖象顯示也有了長足的發(fā)展，所有這些已經(jīng)使PLC應(yīng)用于連續(xù)生產(chǎn)的過程控制系統(tǒng)，使之成為今天自動化技術(shù)的三大支柱之一。 自從以電動機(jī)作為原動機(jī)以來，伴隨著機(jī)電傳動控制技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電傳動控制技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個階段： 1、繼電接觸器控制； 2、順序控制器控制； 3、可編程序控制器（PLC）； 4、數(shù)字控制技術(shù)（NC）； 5、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)（CNC）； 6、加工中心機(jī)床（MC）； 7、自適應(yīng)數(shù)控機(jī)床（AC）； 8、柔性制造系統(tǒng)（FMS）； 9、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）。 綜上所述，可以看到當(dāng)今的機(jī)電傳動控制技術(shù)是微電子、電力電子、計(jì)算機(jī)、信息處理、通信、檢測、過程控制、伺服傳動、精密機(jī)械及自動控制等多種技術(shù)相互交叉、相互滲透、有機(jī)結(jié)合而成的一種機(jī)電一體化綜合性技術(shù)。正是由于機(jī)電一體化技術(shù)的逐漸成熟，也推動了機(jī)床電氣系統(tǒng)的發(fā)展。 4 對輥機(jī)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1電氣控制方案的確定及控制方式的選擇 4.1.1 電氣控制方案設(shè)計(jì)的基本原則 電氣控制方案設(shè)計(jì)過程中需要考慮以下幾個基本原則： 1、最大限度地滿足生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)工藝對電氣控制系統(tǒng)的要求。電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)主要來源于生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)工藝的要求。 2、設(shè)計(jì)方案要合理。在滿足控制要求的前提下，設(shè)計(jì)方案應(yīng)力求簡單、經(jīng)濟(jì)、便于操作和維修，不要盲目追求高指標(biāo)和自動化。 3、機(jī)械設(shè)計(jì)與電氣設(shè)計(jì)應(yīng)相互配合。許多生產(chǎn)機(jī)械采用機(jī)電結(jié)合控制的方式來實(shí)現(xiàn)控制要求，因此要從工藝要求、制造成本、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、使用維護(hù)方便等方面協(xié)調(diào)處理好機(jī)械和電氣的關(guān)系。 4、確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠地工作。 4.1.2 電氣控制方案的選擇 控制方案應(yīng)與通用性和專用性的程序相適應(yīng)。一般的簡單生產(chǎn)設(shè)備需要的控制元器件數(shù)很少，其工作程序往往是固定的，使用中一般不需經(jīng)常改變原有程序，因此，可采用有觸點(diǎn)的繼電—接觸器控制系統(tǒng)。雖然該控制系統(tǒng)在電路結(jié)構(gòu)上是呈“固定式”的，但它能控制較大的功率，而且控制方法簡單，價(jià)格便宜，目前仍使用很廣。 對于在控制中需要進(jìn)行模擬量處理及數(shù)學(xué)運(yùn)算的，輸入/輸出信號多、控制要求復(fù)雜或控制要求經(jīng)常變動的，控制系統(tǒng)要求體積小、動作頻率高、響應(yīng)時間快的，可根據(jù)情況采用可編程控制、計(jì)算機(jī)控制方案。 在自動生產(chǎn)線中，可根據(jù)控制要求和聯(lián)鎖條件的復(fù)雜程度不同，采用分散控制或集中控制的方案。但各臺單機(jī)的控制方案和基本控制環(huán)節(jié)應(yīng)盡量一致，以簡化設(shè)計(jì)及制造過程。 對輥機(jī)的電氣控制系統(tǒng)比較簡單，工藝路線也不需要經(jīng)常改變，且對精度要求相對較低，故從生產(chǎn)成本及操作工人方面考慮，現(xiàn)選用繼電器接觸控制系統(tǒng)[7]。 4.1.3 控制系統(tǒng)的工作方式 控制方式應(yīng)最大限度滿足工藝要求。根據(jù)加工工藝要求，控制路線應(yīng)具有自動循環(huán)、半自動循環(huán)、手動調(diào)整、緊急快退、保護(hù)性聯(lián)鎖、信號指示和故障診斷等功能，以最大限度滿足工藝要求。 對輥機(jī)工作的工藝路線及操作系統(tǒng)均比較簡單，工人操作很方便，選用手工調(diào)整方式即可。輥?zhàn)娱g隙不需要經(jīng)常調(diào)整，可通過控制間隙調(diào)整控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來達(dá)到目的，可選用半自動循環(huán)方式。 4.1.4 控制線路的電源 控制電路的電源應(yīng)當(dāng)可靠。簡單的控制電路可直接用電網(wǎng)電源，元件較多、電路較復(fù)雜的控制裝置，可將電網(wǎng)電壓隔離降壓，以降低故障率。對于自動化程度較高的生產(chǎn)設(shè)備可采用直流電源，這有利于節(jié)省安裝空間，便于同無觸點(diǎn)元件連接，元件動作平穩(wěn)，操作維修也比較安全。 對滾機(jī)控制線路單一，控制電器少，可直接接入三相電路中。 4.2電氣傳動形式的確定 4.2.1 傳動方式 1、單獨(dú)拖動 單獨(dú)拖動就是一臺設(shè)備只由一臺電動機(jī)拖動。 2、分力拖動 通過機(jī)械傳動鏈將動力傳送到達(dá)每個工作機(jī)構(gòu)，一臺設(shè)備由多臺電動機(jī)分別驅(qū)動各個工作機(jī)構(gòu)。 電氣傳動發(fā)展的趨向是電動機(jī)逐步接近工作機(jī)構(gòu)，形成多臺電動機(jī)的拖動方式，以縮短機(jī)械傳動鏈，提高傳動效率，便于自動化和簡化總體結(jié)構(gòu)。因而在選擇時應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝及機(jī)械結(jié)構(gòu)的具體情況決定電動機(jī)的數(shù)量 。 對輥機(jī)由3臺電動機(jī)分別控制操作主電動機(jī)，冷卻泵電動機(jī)和左右間隙調(diào)整電動機(jī)。因此須選用分立拖動方式[2]。 4.2.2 確定調(diào)速方案 不同的對象有不同的調(diào)速要求。為了達(dá)到一定的調(diào)速范圍，可采用齒輪變速箱、液壓調(diào)速裝置、雙速或多速電動機(jī)以及電氣的無級調(diào)速傳動方案。無級調(diào)速有直流調(diào)壓調(diào)速、交流調(diào)壓調(diào)速和變頻變壓調(diào)速。目前，變頻變壓調(diào)速技術(shù)的使用越來越廣泛，在選擇調(diào)速方案時，可參考以下幾點(diǎn)： 1、重型或大型設(shè)備主運(yùn)動及進(jìn)給運(yùn)動，應(yīng)盡可能采用無級調(diào)速。這有利于簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)，縮小設(shè)備體積降低設(shè)備制造成本。 2、精密機(jī)械設(shè)備如坐標(biāo)鏜床、精密磨床、數(shù)控機(jī)床以及某些精密機(jī)械手，為了保證加工精度和動作的準(zhǔn)確性，便于自動控制，也應(yīng)采用電氣無級調(diào)速方案。 3、一般中小型設(shè)備如普通機(jī)床沒有特殊要求時，可選用經(jīng)濟(jì)、簡單、可靠的三相籠型異步電動機(jī)，配以適當(dāng)級數(shù)的齒輪變速箱。為了簡化結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大調(diào)速范圍，也可采用雙速或多速的籠型異步電動機(jī)。在選用三相籠型異步電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速時，應(yīng)滿足工藝條件要求。 對輥機(jī)采用無級調(diào)速，以利于簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)，降低制造成本，提高機(jī)床利用率。 4.3電動機(jī)的選擇及電動機(jī)的起動、制動和反向要求 4.3.1 電動機(jī)的選擇 電動機(jī)的選擇包括電動機(jī)的種類、結(jié)構(gòu)形式、額定轉(zhuǎn)速和額定功率。 1、根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的調(diào)速要求選擇電動機(jī)的種類和轉(zhuǎn)速 首先，只要能滿足生產(chǎn)需要，則都應(yīng)采用異步電動機(jī)；僅在起動、制動和調(diào)速不滿足要求時才選用直流電動機(jī)。隨著電力電子及控制技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速裝置的性能和成本已能與直流調(diào)速裝置相媲美，交流調(diào)速的應(yīng)用范圍越來越廣泛。另外，在需要補(bǔ)償電網(wǎng)功率因數(shù)及穩(wěn)定工作時，應(yīng)優(yōu)先考慮采用同步電動機(jī)；在要求大的起動轉(zhuǎn)矩和 恒功率調(diào)速時，常選用直流串級電動機(jī)。 鼠籠式和繞線式三相異步電動機(jī)是指三相異步時機(jī)的轉(zhuǎn)子的形式是繞線式的，或是鼠籠式的，它們是電動機(jī)中最常用的。鼠籠式和繞線式三相異步電動機(jī)的啟動方式稍有不同，首先是它們都可以直接起動，其次是鼠籠式的異步電動機(jī)因?yàn)樗霓D(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)的原因，它必須要借助于外接設(shè)備（自藕變壓器或接觸器）才能實(shí)現(xiàn)降壓起動，繞線式的異步電動機(jī)除了可以借助外接設(shè)備實(shí)現(xiàn)降壓起動之外，還賴以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流來實(shí)現(xiàn)降壓起動（在轉(zhuǎn)子回程串聯(lián)有調(diào)節(jié)電阻）。并且有提高起動轉(zhuǎn)矩和降低起動電流的功能。而繞線型電動機(jī)有良好的密封性，廣泛用于機(jī)械工業(yè)粉塵多、環(huán)境較惡劣的場所。適用于礦山、冶金的機(jī)械工業(yè)[10]。 2、根據(jù)工作環(huán)境選擇電動機(jī)的結(jié)構(gòu) 電動機(jī)的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)當(dāng)適應(yīng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求。考慮到現(xiàn)場環(huán)境，可選用開啟式、防護(hù)式、封閉式、防腐式甚至是防爆式電動機(jī)。 3、根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的功率負(fù)載和轉(zhuǎn)矩負(fù)載選擇電動機(jī)的額定功率 首先根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的功率負(fù)載圖和轉(zhuǎn)矩負(fù)載圖預(yù)選一臺電動機(jī)；然后根據(jù)負(fù)載進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)，用檢驗(yàn)的結(jié)果修正預(yù)選的電動機(jī)，直到電動機(jī)容量得到充分利用(電動機(jī)的穩(wěn)定溫升接近其額定溫升)；最后再校驗(yàn)其過載能力與起動轉(zhuǎn)矩是否滿足拖動要求。 對輥機(jī)主電動機(jī)選擇YR250S-4，冷卻泵電動機(jī)選擇YR132M1-6，間隙調(diào)整電動機(jī)選擇Y90S-4。 電動機(jī)技術(shù)參數(shù)見表4. 1： 表4. 1 電動機(jī)技術(shù)參數(shù) 型 號 功 率（kw） 轉(zhuǎn) 速r/min 電 流(A) 效 率(%) 功 率因 素 額定轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)子電 流 轉(zhuǎn)子電 壓 質(zhì) 量（kg） YR250S-4 75 1453 141.1 90.5 0.89 2.5 449 105 440 YR132M1-6 3 955 8.20 80.5 0.69 2.8 206 9.5 80 Y90S-4 1.1 1400 2.2 78 0.78 2.3 27 4.3.2 電動機(jī)的起動、制動和反向要求 一般說來，由電動機(jī)完成設(shè)備的起動、制動和反向要比機(jī)械方法簡單容易。因此，機(jī)電設(shè)備主軸的起動、停止、正反轉(zhuǎn)運(yùn)動調(diào)整操作，只要條件允許最好由電動機(jī)完成。 機(jī)械設(shè)備主運(yùn)動傳動系統(tǒng)的起動轉(zhuǎn)矩一般都比較小。因此，原則上可采用任何一種起動方式。對于它的輔助運(yùn)動，在起動時往往要克服較大的靜轉(zhuǎn)矩，必要時也可選用高起動轉(zhuǎn)矩的電動機(jī)，或采用提高起動轉(zhuǎn)矩的措施。另外，還要考慮電網(wǎng)容量。對電網(wǎng)容量不大而起動電流較大的電動機(jī)，一定要采用限制起動電流的措施，如星形-三角形起動，串入電阻降壓起動等，以免電網(wǎng)電壓波動較大而造成事故。 星形-三角形起動僅適用于空載起動，轉(zhuǎn)子串電阻起動可用于負(fù)載起動?？紤]到工作中突然斷電的情況，故對輥機(jī)主電動機(jī)選用轉(zhuǎn)子串電阻起動。冷卻泵電動機(jī)和間隙調(diào)整電動機(jī)選用直接起動。異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電路及起動特性圖如下圖4.1。 圖4.1 異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電路及起動特性圖 4.4電氣線路中的保護(hù)措施 4.4.1 短路保護(hù) 常用的短路保護(hù)元器件有熔斷器和自動空氣開關(guān)。 熔斷器的熔體串聯(lián)在被保護(hù)的電路中，當(dāng)電路發(fā)生短路或嚴(yán)重過載時，熔斷器的熔絲自動熔斷，或自動空氣開關(guān)脫扣器感應(yīng)脫扣，從而切斷電路，達(dá)到保護(hù)的目的。 由于熔斷器的熔體受很多因素的影響，因此其動態(tài)值不太穩(wěn)定，所以通常熔斷器比較適合用于動作準(zhǔn)確度要求不高和自動化程度較低的系統(tǒng)中。如小容量的的籠型異步電動機(jī)及小容量的直流電動機(jī)中就廣泛地使用熔斷器。 自動空氣開關(guān)又稱自動空氣斷路器，有斷路、過載和欠壓保護(hù)作用。這種開關(guān)能在線路發(fā)生上述故障時快速地自動切斷電源，它是低壓配電重要的保護(hù)元件之一。線路出故障，斷路器跳閘，故障排除后只要重新合上斷路器即能重新工作。在正常情況下，常作低壓配電盤的總電源開關(guān)及電動機(jī)變壓器的合閘開關(guān)。 對輥機(jī)控制電路選用自動空氣開關(guān)作為短路保護(hù)元器件串聯(lián)接入電路中。 4.4.2 過載保護(hù) 常用的過載保護(hù)器件是熱繼電器。 電動機(jī)的負(fù)載突然增加，斷相運(yùn)行或電網(wǎng)電壓降低都會引起電動機(jī)過載。電動機(jī)長期過載運(yùn)行，繞組溫升超過其允許值，電動機(jī)的絕緣材料就要變脆，壽命就會減少，嚴(yán)重時電流越大，達(dá)到允許溫升的時間就越短。熱繼電器可以滿足這樣的要求：損害電動機(jī)。過載當(dāng)電動機(jī)為額定電流時，電動機(jī)為額定溫升，熱繼電器不動作；在過載電流較小時，熱繼電器要經(jīng)過較長時間才動作，過載電流較大時，熱繼電器則經(jīng)過較短時間就會動作。 由于熱慣性的原因，熱繼電器不會受電動機(jī)短時過載沖擊電流或短路電流的影響而瞬時動作，所以在使用熱繼電器作過載保護(hù)的同時，還必須設(shè)有短路保護(hù)。 對輥機(jī)控制電路選用熱繼電器作為過載保護(hù)元器件串聯(lián)接入電路中[6]。 4.4.3 過流保護(hù) 如果在直流電動機(jī)和交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)起動或制動時，限流電阻被短接，將會造成很大的起動或制動電流。另外，負(fù)載的加大也會導(dǎo)致電流增加。過大的電流將會使電動機(jī)或機(jī)械設(shè)備損壞。因此，對直流電動機(jī)或繞線異步異步電動機(jī)常采用過流保護(hù)。 過流保護(hù)常用電磁式過電流繼電器實(shí)現(xiàn)。當(dāng)電動機(jī)過流達(dá)到過電流繼電器的動作值時，繼電器動作，使串接在控制電路中的常閉觸點(diǎn)斷開，切斷控制電路，電動機(jī)隨之脫離電源并停轉(zhuǎn)，達(dá)到了過流保護(hù)的目的。一般過電流的動作值為起動電流的 1.2 倍。 短路、過流、過載保護(hù)雖然都是電流保護(hù)，但由于故障電流、動作值及保護(hù)特性、保護(hù)要求和使用元器件的不同，它們之間是不能相互取代的。 對輥機(jī)控制電路選用電流繼電器作為過流保護(hù)元器件串聯(lián)接入電路中。 4.4.4 零電壓和欠電壓保護(hù) 當(dāng)電動機(jī)正在運(yùn)行時，如果電源電壓因某種原因消失，那么在電源電壓恢復(fù)時，電動機(jī)就將自行起動，這就可能造成生產(chǎn)設(shè)備的損壞，甚至造成人身事故。為了防止電壓恢復(fù)時電動機(jī)自行起動的保護(hù)稱為零壓保護(hù)。 當(dāng)電動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，電源電壓過分地降低將引起一些電器釋放，造成控制線路不正常工作，可能發(fā)生事故；電源電壓過分降低也會引起電動機(jī)轉(zhuǎn)速下降甚至停轉(zhuǎn)。因此需要在電源電壓降到一定值以下時就將電源切斷，這就是欠壓保護(hù)。 一般常用零壓保護(hù)繼電器和欠電壓繼電器實(shí)現(xiàn)零壓保護(hù)和欠壓保護(hù)。在許多機(jī)床中不用控制開關(guān)操作，而是用按鈕操作，利用按鈕的自動恢復(fù)作用和接觸器的自鎖作用，可不必另加零壓保護(hù)繼電器了。當(dāng)電源電壓過低或斷電時，接觸器釋放，此時接觸器的主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)同時打開，使電動機(jī)電源切斷并失去自鎖。當(dāng)電源電壓恢復(fù)正常時，操作人員必須重新按下起動按鈕，才能使電動機(jī)起動。所以像這樣帶有自鎖環(huán)節(jié)的電路 本身已具備了零壓保護(hù)環(huán)節(jié)。 4.4.5 安全保護(hù) 對輥機(jī)的安全保護(hù)控制電路用光電開關(guān)和中間繼電器來完成。光電開關(guān)又稱光電斷續(xù)器、光電傳感器,它是將紅外發(fā)光元件和光電元件組裝在一起。它是利用被檢測物體對紅外光束的遮光或反射，由同步回路選通而檢測物體的有無。 4.5電氣元器件的選用 4.5.1 電阻的選擇 繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻起動。 主電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組每相電阻r2為[1]： r2＝ 式中sN＝＝＝0.0313； E2N，I2N為轉(zhuǎn)子的額定電動勢和額定電流。 r2＝＝＝0.0778Ω 取T1＝1.7TN，則 β＝＝＝2.659 故轉(zhuǎn)子每相各級總電阻為： R1=βr2=2.659×0.077=0.205Ω R2=β2r2=2.6592×0.077=0.544Ω R3=β3r2=2.6593×0.077=1.448Ω 轉(zhuǎn)子每相各段起動電阻為： R1=r2(β-1)=0.077×1.659=0.128Ω R2=βR1=2.659×0.128=0.34Ω R3=βR2=2.659×0.34=0.904Ω 轉(zhuǎn)子兩組串接的總電阻為： R1＋R2＋R3＝1.372Ω 選擇電阻為R1為ZX1-1/7；R2為ZX1-1/20；R3為ZX1-1/55。 4.5.2 各種按鈕、開關(guān)的選用 1、按鈕 按鈕通常是用來短時接通或斷開小電流控制電路的一種主令電器。其選用依據(jù)主要是根據(jù)需要的觸點(diǎn)對數(shù)、動作要求、結(jié)構(gòu)形式、顏色以及是否需要帶指示燈等要求。如啟動按鈕選綠色、停止按鈕選紅色、緊急操作選蘑菇式等。目前，按鈕產(chǎn)品有多種結(jié)構(gòu)形式、多種觸點(diǎn)組合以及多種顏色，供不同使用條件選用。按鈕的額定電壓有交流500V，直流440V，額定電流為5A。常選用的按鈕有LA2、LA10、LA19 及LA20 等系列。符合IEC 國際標(biāo)準(zhǔn)的新產(chǎn)品有LAY3 系列，額定工作電流為1.5A～8A。 2、自動開關(guān)(自動空氣開關(guān))[10] 對于要求動作快、靈敏度高的行程控制，可采用無觸點(diǎn)接近開關(guān)。特別是近年來出現(xiàn)的霍爾接近開關(guān)性能好，壽命長，是一種值得推廣使用的自動空氣開關(guān)。由于自動開關(guān)具有過載、欠壓、短路保護(hù)作用，故在電氣設(shè)計(jì)的應(yīng)用中越來越多。自動開關(guān)的類型較多，有框架式、塑料外殼式、限流式、手動操作式和電動操作式。在選用時，主要從保護(hù)特性要求、分?jǐn)嗄芰?、電網(wǎng)電壓類型、電壓等級、長期工作負(fù)載的平均電流、操作頻繁程度等幾方面來確定它的型號。常用的有DZ10 系列(額定電流分10、100、200、600A四個等級)。符合IEC標(biāo)準(zhǔn)的有3VE 系列(額定電流0.1A～63A) 。 主電動機(jī)IMN＝141.1A Iq＝==262.25A 額定電流IZ≥kIq 式中：k為安全系數(shù)，k取1.5～1.7，式中k取1.7； Iq為電動機(jī)起動電流。 IZ≥1.7×262.25=445.825A QF2選擇DZ20J－400 冷卻泵電動機(jī)IMN=8.20A Iq=7×IMN=57.4A Iz≥kIq 式中：q為安全系數(shù)，k取1.5～1.7，式中取1.7； Iq為電動機(jī)起動電流。 IZ≥1.7×57.4＝97.58A QF3選擇DZ20J－100 間隙調(diào)整電動機(jī)P=0.8kW TMN=0.8×2=1.6A Iq=1.6×7=11.2A Iz≥kIq 式中：q為安全系數(shù)，k取1.5～1.7，式中取1.7； Iq為電動機(jī)起動電流。 IZ≥1.7×11.2=19.04A QF4選擇K103 干路Iz≥k(Iq,max+Σer) 式中 ：k取1.5～1.7； Iq, max為一臺電動機(jī)最大的起動電流； Σer為其它電動機(jī)的額定電流之和。 IZ≥1.7×（262.25＋1.6×2＋8.20）＝465.205 QF1選擇DZ20J－630 4.5.3 接觸器的選擇 接觸器的額定電流或額定控制功率隨使用場合及控制對象的不同、操作條件與工作繁重程度不同而變化。接觸器分直流接觸器和交流接觸器兩大類，交流接觸器主要有CJ10及CJ20 系列，直流接觸器多用CZ0 系列。目前，符合IEC 和新國家標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品有LC1—D 系列，可與西門子3TB 系列互換使用的CJX1、CJX2 系列，這些新產(chǎn)品正逐步取代CJ和CZ0 系列產(chǎn)品。 在一般情況下，接觸器的選用主要依據(jù)是接觸器主觸點(diǎn)的額定電壓、電流要求，輔助觸點(diǎn)的種類、數(shù)量及其額定電流，控制線圈電源種類，頻率與額定電壓，操作頻繁程度和負(fù)載類型等因素。 對于長期運(yùn)行的電動機(jī)，接觸器額定電流一般應(yīng)選得大于或等于電動機(jī)額定電流的（1.3～2）倍。 IKN≥（1.3～2）IMN 主電動機(jī)IMN＝141.1A IKN≥（1.3～2）×141.1A＝183.43～282.2A 取IKN≥250A K1 ，K2，K3，K4選擇CJX4-265 冷卻泵電動機(jī)IMN=8.2A IKN≥（1.3～2）×8.2 A=10.66~16.4A 取IKN≥16.4A K5選擇CJX2-18 間隙調(diào)整電動機(jī)IMN＝1.6A IKN≥（1.3～2）×1.6 A＝2.08～3.2A 取IKN≥3.2A K6, K7, K8, K9選擇CJX4-6 4.5.4 繼電器的選擇 1、中間繼電器的選用 中間繼電器用于電路中傳遞與轉(zhuǎn)換信號，擴(kuò)大控制路數(shù)，將小功率控制信號轉(zhuǎn)換為大容量的觸點(diǎn)控制，擴(kuò)充交流接觸器及其他電器的控制作用。其選用主要根據(jù)觸點(diǎn)的數(shù)量及種類確定型號，同時注意吸引線圈的額定電壓應(yīng)等于控制電路的電壓等級。常用JZ7 系列，新產(chǎn)品有JDZ1 系列、CA2—DN1系列及仿西門子3TH 的JZC1系列等。本次課程設(shè)計(jì)選用型號為JZ7-22。 2、時間繼電器的選用 選用時應(yīng)考慮延時方式(通電延時或斷電延時)、延時范圍、延時精度要求、外形尺寸、安裝方式、價(jià)格等因素。常用的時間繼電器有空氣阻尼式、電磁式、電動式及晶體管式和數(shù)字時間繼電器等，在延時精度要求不高且電源電壓波動大的場合，宜選用價(jià)格低廉的電磁式或空氣阻尼式時間繼電器；當(dāng)延時范圍大，延時精度較高時，可選用電動式或晶體管式時間繼電器，延時精度要求更高時，可選用數(shù)字式時間繼電器，同時也要注意線圈電壓等級能否滿足控制電路的要求。JS7系列是應(yīng)用較多的空氣阻尼式時間繼電器，代替它的新產(chǎn)品是JSK1。本次課程設(shè)計(jì)選用時間繼電器型號為JSD1-1M。 3、熱繼電器的選用 對于工作時間較短、停歇時間長的電動機(jī)，如機(jī)床的刀架或工作臺的快速移動，橫梁升降、夾緊、放松等運(yùn)動以及雖長期工作但過載可能性很小的電動機(jī)如排風(fēng)扇等，可以不設(shè)過載保護(hù)，除此以外，一般電動機(jī)都應(yīng)考慮過載保護(hù)。 熱繼電器有兩相式、三相式及三相帶斷相保護(hù)等形式。對于星形聯(lián)結(jié)的電動機(jī)及電源對稱性較好的情況可采用兩相結(jié)構(gòu)的熱繼電器；對于三角形聯(lián)結(jié)的電動機(jī)或電源對稱性不夠好的情況則應(yīng)選用三相結(jié)構(gòu)或帶斷相保護(hù)的三相結(jié)構(gòu)熱繼電器；在重要場合或容量較大的電動機(jī)，可選用半導(dǎo)體溫度繼電器來進(jìn)行過載保護(hù)。 熱繼電器發(fā)熱元件額定電流，一般按被控制電動機(jī)的額定電流的0.95～1.05 倍選用，對過載能力較差的電動機(jī)可選得更小一些，其熱繼電器的額定電流應(yīng)大于或等于發(fā)熱元件的額定整定電流。過去常用的熱繼電器JR0 系列，新產(chǎn)品有JRS1 系列、LR1—D系列及西門子3UA 系列。 熱繼電器額定電流IFRN； 主電動機(jī)IMN=141.1A； IFRN=141.1/0.8=176.375A； FR1選擇T170； 冷卻泵電動機(jī)IMN=8.2A； IFRN=8.2/0.8=10.25A； FR2選擇T85； 間隙調(diào)整電動機(jī) IMN=1.6A； IFRN=1.6/0.8A＝2A； FR3,FR4選擇T16。 如遇到下列情況，選擇的熱繼電器元件的額定電流要比電動機(jī)額定電流高一些，以便保護(hù)設(shè)備。 (1) 電動機(jī)負(fù)載慣性轉(zhuǎn)矩非常大，起動時間長。 (2) 電動機(jī)所帶的設(shè)備，不允許任意停電。 (3) 電動機(jī)拖動的設(shè)備負(fù)載為沖擊性負(fù)載，如沖床、剪床等設(shè)備。 5 對輥機(jī)電氣控制板的設(shè)計(jì) 5.1電氣設(shè)備總體配置設(shè)計(jì) 各種電動機(jī)及各類電氣元器件根據(jù)各自的作用，都有一定的裝配位置，例如，拖動電動機(jī)與各種執(zhí)行元器件(電磁鐵、電磁閥、電磁離合器、電磁吸盤等)以及各種檢測元器件(限位開關(guān)、傳感器、溫度、壓力、速度繼電器等)必須安裝在生產(chǎn)機(jī)械的相應(yīng)部位。各種控制電器(接觸器、繼電器、電阻、自動開關(guān)、控制變壓器、放大器等)，保護(hù)電器(熔斷器、電流、電壓保護(hù)繼電器等)可以安放在單獨(dú)的電器箱內(nèi)，而各種控制按鈕、控制開關(guān)、各種指示燈、指示儀表、需經(jīng)常調(diào)節(jié)的電位器等，則必須安放在控制臺面板上。由于各種電氣元器件安裝位置不同，在構(gòu)成一個完整的自動控制系統(tǒng)時，必須劃分組件，同時要解決組件之間、電氣箱之間以及電氣箱與被控制裝置之間的連線問題。 劃分組件的原則是： 1、功能類似的元器件組合在一起。例如用于操作的各類按鈕、開關(guān)、鍵盤、指示檢測、調(diào)節(jié)等元器件集中為控制面板組件，各種繼電器、接觸器、熔斷器，照明變壓器等 控制電器集中為電氣板組件，各類控制電源、整流、濾波元器件集中為電源組件等； 2、盡可能減少組件之間的連線數(shù)量，接線關(guān)系密切的控制電器置于同一組件中； 3、強(qiáng)弱電控制器分離，以減少干擾； 4、力求整齊美觀，外形尺寸，重量相近的電器組合在一起； 5、使于檢查與調(diào)試，需經(jīng)常調(diào)節(jié)、維護(hù)和易損元器件組合在一起。 電氣控制設(shè)備的各部分及組件之間的接線方式通常有： 1、電器板、控制板、機(jī)床電器的進(jìn)出線一般采用接線端子(按電流大小及進(jìn)出線數(shù)選用不同規(guī)格的接線端子)； 2、電氣箱與被控制設(shè)備或電氣箱之間采用多孔接插件，便于拆裝、搬運(yùn)； 3、印制電路板及弱電控制組件之間宜采用各種類型標(biāo)準(zhǔn)接插件。 電氣設(shè)備總體配置設(shè)計(jì)任務(wù)是根據(jù)電氣原理圖的工作原理與控制要求，將控制系統(tǒng)劃分為幾個組成部分稱為部件。以龍門刨床為例，可劃分機(jī)床電器部分(各拖動電動機(jī)、各種行程開關(guān)等)、機(jī)組部件(交磁放大機(jī)組、電動發(fā)電機(jī)組等)以及電氣箱(各種控制電器、保護(hù)電器、調(diào)節(jié)電器等)。根據(jù)電氣設(shè)備的復(fù)雜程度，每一部分又可劃成若干組件，如印制電路組件、電器安裝板組件、控制面板組件、電源組件等。要根據(jù)電氣原理圖的接線關(guān)系整理出各部分的進(jìn)出線號，并調(diào)整它們之間的連接方式。 總體配置設(shè)計(jì)是以電氣系統(tǒng)的總裝配圖與總接線圖形式來表達(dá)的，圖中應(yīng)以示意形式反映出各部分主要組件的位置及各部分接線關(guān)系、走線方式及使用管線要求等。 總裝配圖、接線圖(根據(jù)需要可以分開，也可以并在一起畫)是進(jìn)行分部設(shè)計(jì)和協(xié)調(diào)各部分組成一個完整系統(tǒng)的依據(jù)?？傮w設(shè)計(jì)要使整個系統(tǒng)集中、緊湊，同時在場地允許條件下，對發(fā)熱厲害、噪聲和振動大的電氣部件，如電動機(jī)組、起動電阻箱等盡量放在離操作者較遠(yuǎn)的地方或隔離起來。對于多工位加工的大型設(shè)備，應(yīng)考慮兩地操作的可能?？傠娫淳o急停止控制應(yīng)安放在方便而明顯的位置?？傮w配置設(shè)計(jì)合理與否將影響到電氣控制系統(tǒng)工作的可靠性，并關(guān)系到電氣系統(tǒng)的制造、裝配質(zhì)量、調(diào)試、操作以及維護(hù)是否方便。 5.2元器件布置圖的設(shè)計(jì)及電器部件接線圖的繪制 電氣元器件布置圖是某些電氣元器件按一定原則的組合。電氣元器件布置圖的設(shè)計(jì)依據(jù)是部件原理圖(總原理圖的一部分)。同一組件中電氣元器件的布置要注意以下問題： 1、體積大和較重的電氣元器件應(yīng)裝在電器板的下面，而發(fā)熱元器件應(yīng)安裝在電器板的上面； 2、強(qiáng)電弱電分開并注意弱電屏蔽，防止外界干擾； 3、需要經(jīng)常維護(hù)、檢修、調(diào)整的電氣元器件安裝位置不宜過高或過低； 4、電氣元器件的布置應(yīng)考慮整齊、美觀、對稱、外形尺寸與結(jié)構(gòu)類似的電器安放在一起，以利加工、安裝和配線； 5、電氣元器件布置不宜過密，要留有一定的間距，若采用板前走線槽配線方式，應(yīng)適當(dāng)加大各排電器間距，以利布線和維護(hù)。 各電氣元器件的位置確定以后，便可繪制電器布置圖。布置圖是根據(jù)電氣元器件的外形繪制，并標(biāo)出各元器件間距尺寸。每個電氣元器件的安裝尺寸及其公差范圍，應(yīng)嚴(yán)格按產(chǎn)品手冊標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)注，作為底板加工依據(jù)，以保證各電器的順利安裝[12]。 5.3電氣箱及非標(biāo)準(zhǔn)零件圖的設(shè)計(jì) 在電氣控制系統(tǒng)比較簡單時，控制電器可以附在生產(chǎn)機(jī)械內(nèi)部，而在控制系統(tǒng)比較復(fù)雜或由于生產(chǎn)環(huán)境及操作的需要，通常都帶有單獨(dú)的電氣控制箱，以利制造、使用和維護(hù)。 電氣控制箱設(shè)計(jì)要考慮以下幾個問題： 1、根據(jù)控制面板及箱內(nèi)各電氣部件的尺寸確定電氣箱總體尺寸及結(jié)構(gòu)方式； 2、結(jié)構(gòu)緊湊外形美觀，要與生產(chǎn)機(jī)械相匹配，應(yīng)提出一定的裝飾要求； 3、根據(jù)控制面板及箱內(nèi)電氣部件的安裝尺寸，設(shè)計(jì)箱內(nèi)安裝支架，并標(biāo)出安裝孔或焊接安裝螺栓尺寸； 4、根據(jù)方便安裝、調(diào)整及維修要求，設(shè)計(jì)其開門方式； 5、為利于箱內(nèi)電器的通風(fēng)散熱，在箱體適當(dāng)部位設(shè)計(jì)通風(fēng)孔或通風(fēng)槽； 6、為便于電氣箱的搬動，應(yīng)設(shè)計(jì)合適的起吊勾、起吊孔、扶手架或箱體底部帶活動輪。 根據(jù)以上要求，先勾畫出箱體的外形草圖，估算出各部分尺寸，然后按比例畫出外形圖，再從對稱、美觀、使用方便等方面考慮進(jìn)一步調(diào)整各尺寸、比例。 外形確定以后，再按上述要求進(jìn)行各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制箱體總裝圖及各面門、控 制面板、底板、安裝支架、裝飾條等零件圖，并注明加工要求，視需要選用適當(dāng)?shù)拈T鎖。大型控制系統(tǒng)、電氣箱常設(shè)計(jì)成立柜式或工作臺式，小型控制設(shè)備則設(shè)計(jì)成臺式、手提式或懸掛式。電氣箱的品種繁多，造型結(jié)構(gòu)各異，在箱體設(shè)計(jì)中應(yīng)注意吸取各種形式的優(yōu)點(diǎn)。 非標(biāo)準(zhǔn)的電器安裝零件，如開關(guān)支架、電氣安裝底板、控制箱的有機(jī)玻璃面板、扶手、裝飾零件等，應(yīng)根據(jù)機(jī)械零件設(shè)計(jì)要求，繪制其零件圖，凡配合尺寸應(yīng)注明公差要求并說明加工要求如鍍鋅、涂裝、刻字等[13]。 電氣控制柜面板圖見圖5.1： 圖5.1 電氣控制柜面板圖 說明： 1、電氣控制柜尺寸：1600*800*400 ； 2、電氣控制柜材料：1.5mm冷軋鋼板； 3、烤漆，綠色； 4、等距，均勻分布。 結(jié)語 畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生畢業(yè)前最后一個重要實(shí)踐環(huán)節(jié)，是學(xué)習(xí)深化與升華的重要過程。它既是學(xué)生學(xué)習(xí)、研究與實(shí)踐成果的全面總結(jié)，又是對學(xué)生素質(zhì)與能力的一次全面檢驗(yàn)，而且還是對學(xué)生的畢業(yè)資格及學(xué)位資格認(rèn)證的重要依據(jù)。 通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我對輥機(jī)、機(jī)電一體化、電氣控制系統(tǒng)有了更為深刻的認(rèn)識，掌握了電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念和方法，加深了對機(jī)床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想的理解。設(shè)計(jì)與計(jì)算的過程也是個不斷學(xué)習(xí)、不斷完善自我的過程，在這次設(shè)計(jì)過程中，熟練掌握了AutoCAD 的作圖技能和畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書的書寫，對專業(yè)知識的進(jìn)一步理解和體會。 認(rèn)識到了一個兼顧工藝與經(jīng)濟(jì)效益的車床設(shè)備對提高能源利用率，降低消耗與污染 起到的不可磨滅的作用。在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)踐中，學(xué)到了很多專業(yè)知識，積累了不少寶貴的經(jīng)驗(yàn)，令我獲益匪淺。在今后的學(xué)習(xí)生活中，使我更有信心地面對各種困難，并在不久的將來，爭取為電氣一體化事業(yè)添磚加瓦。 致謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利的完成，得益于各位老師的認(rèn)真負(fù)責(zé)和幫助，使我有了完成論文所要求的知識積累和能夠很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)。正是有了教師們的悉心幫助和支持，才使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作順利完成，在此向老師表示由衷的謝意，感謝指導(dǎo)教師穆老師從選題的確定、論文資料的收集、論文框架的確定、開題報(bào)告準(zhǔn)備及論文初稿與定稿中對字句的斟酌傾注的大量心血，謝謝老師淵博的專業(yè)知識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，平易近人的人格魅力對我影響深遠(yuǎn)。這將一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣。 同樣我也離不開同學(xué)的幫助，在與他們相互討論中，我對所學(xué)的知識加深了印象，對課題有了更深刻的理解，這使我在畢業(yè)設(shè)計(jì)開始時就能較快地進(jìn)入課題。在合作過程中，與他們?nèi)谇⒌南嗵帪槲姨峁┝撕芎玫脑O(shè)計(jì)氛圍。在此，我表示非常高興能與他們合作，同時感謝他們對我的無私幫助。 參考文獻(xiàn) [1]羌予踐.電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ)教程[M].電子工業(yè)出版社.2008-5. 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