002第二章第一节B2012A型龙门刨床主电路分析

1第二章B2012A型龙门刨床龙门刨床是现代机械工业中的主要生产机械之一，是自动化程度较高的机床。主要用来加工各种平面、斜面、槽，更适合于加工大型而狭长的机械零件，如机床床身、导轨、箱体、立柱等。龙门刨床在进行刨削加工时，其主运动是工作台的直线往复运动。进给运动是刀具垂直于主运动的位移。辅助运动有横梁的夹紧、放松及升降运动等。近二十年来，龙门刨床的拖动系统有了很大的发展。最早是交流感应电动机加离合器组成的拖动装置，以后用交流感应电动机加液压来实现工作台正反转的装置。还发展了用自励放大机(转控机)和交磁放大机作调节器的直流发电机一电动机系统。目前使用最广泛的A系列龙门刨床就是以交磁放大机作调节器的直流发电机一电动机系统。本章将对B2012A型龙门刨床主传动的自动调速电路及控制线路的工作原理进行分析，并阐述其安装调试和常见故障及排除方法。第一节B2012A型龙门刨床主电路分析一、龙门刨床对电力拖动的要求在分析龙门刨床的自动控制系统之前，了解该机床切削时的工艺特点，明确对电力拖动的要求，对分析电路是十分必要的。龙门刨床对电力拖动的要求和切削时的工艺特点如下：1、调速范围龙门刨床工作时要求能适应不同的切削刀具，还要具有经济的切削速度，因此要求拖动系统具有一定的调速范围：B2012A型龙门刨床的主拖动系统采用直流电动机的调压调速，并加一级机械变速，从而保证工作台的调速范围达1:20。工作台低速挡的速度为6～60m／min；高速挡为9～90m／min。在低速挡和高速挡范围内，均能实现无级调速，以便使用时可选择最合理的切削速度。2、静差度在实际加工过程中，由于工件表面不平及材料不均匀度的影响，会导致切削力的变动。为保证工作台速度不致因切削力的变动而变化太大，以便保证加工精度，所以要求系统的静差度一般为5％～10％，B2012A龙门刨床为10％；静差度是用来衡量负载变动时转速变化的程度；它是电动机由理想空载到额定负载的转速降与理想空载转速的比值。S=（N0-Nn）/N0=ΔNn/N023、工作台的往复运动能适应切削工艺要求，当进行刨加工时，工作台应能自动进行往复运动。在切削速度较高时，为减小刀具切入工件时的冲击，应使刀具慢速切入工件，而后增加到规定的速度。若切削速度与冲击为刀具所能承受时，利用转换开关，可以取消慢速切入。在工作台前进与返回行程的末尾，工作台能自动减速，以保证刀具慢速离开工件，防止工件边缘剥裂，同时可减小工作台反向时的冲程和对电机、机械的冲击。当工作台的速度低于10m／min时，减速环节不起作用。这样，B2012A龙门刨床工作台能够得到三种速度图，如图2-1所示。4、满足磨削的要求随着龙门刨床工艺范围的扩大，不仅要求整个速度范围内能实现无级调速，还要求工作台速度能降低到lm／min，以适应磨削的要求。5．调速方案能满足负载性质的要求由于工作台在25m／min以下工作时为等切削力区，这时希望系统输出转矩恒定；而在高于25m／min工作时，则希望功率恒定。所以，B2012A龙门刨床采用机电联合调速。6．工作台正反向过渡过程要快，工作台运行要稳定。7．满足刀架运动的要求如刀架的移动、进刀、退刀、抬刀等动作要与工作台的运动作有机的配合。8．设置必要的联锁为保证各个部件的动作协调，工作安全可靠，避免因机床的误动作而引起事故，机床必须设置必要的联锁。9．系统的机械特性应具有下垂的特性当负荷过大时，能使拖动工作台的直流电动机的转速迅速下降，直至停止，从而达到保护电机及机械的目的。二、B2012A型龙门刨床的主拖动系统(一)主拖动系统的简介为满足上述龙门刨床对电力拖动系统的要求，B2012A型龙门刨床采用了交磁放大机—直流发电机一直流电动机系统。以交磁放大机作为直流发电机的励磁调节器，利用其控制绕组多的特点，可以在系统中加入多种反馈。从而，扩大了发电机一电动机行程υ切削速度行程行程行程返回速度慢速慢速慢速υυ图2-1工作台运行速度图（a）自动循环（b）没有慢速切入（c）速度低于10m/min3系统的调速范围，提高了系统的静特性，同时还改善了动特性。（二）主拖动系统的工作原理图2-2为主拖动系统的原理图。为了充分利用交磁放大机的控制绕组，将OⅢ控制绕组作为给定电压、电压负反馈和电流截止负反馈信号等综合使用；OⅡ控制绕组作为电流正反馈之用；OⅠ控制绕组作为动态校正之用。为便于分析系统的工作原理，将图2-2中的几个主要符号介绍如下：WEG1——发电机G1的励磁绕组；WEM——主电动机M的励磁绕组；WCMG1——发电机G1的换向极绕组；WCMM——主电动机M的换向极绕组；WCMK——交磁放大机K的换向极绕组；MCP——交磁放大机的补偿绕组；R—Q及R—H———王作台正反向调速电位器；KOC———过电流继电器；IK——交磁放大机负载电流；IL——发电机励磁电流；I——主回路电流；UGl—发电机端电压;Ug——给定信号电源电压；a2UG1——反馈电压；a1Ug，a1Ug`—前进工作速度及后退工作速度给定电压。为分析主拖动,系统的工作原理，需着重了解各控制绕组的作用及补偿环节的功能。，图2-2主拖动系统原理图41、OⅢ控制绕组OⅢ控制绕组的作用是综合给定电压、电压负反馈及电流截止负反馈信号。为分析方便起见，图2-3仅画出OⅢ控制绕组中给定及电压负反馈环节的电路图。1)给定信号的作用将直流电压Ug加在正反向调速电位器两端，如将调速电位器R—Q的手柄调至如图2-3所示的位置1，且让KQ线圈得电（其常闭触点打开）控制绕组OⅢ中就会有电流IOⅢ通过。其回路为从电源正极→R—Q调速位置1→R2(200)→S2-G1→OⅢ1→OⅢ2→b-Q→R1→R-H→电源负极(电流方向如图中实线箭头所示)。这时加在控制绕组OⅢ上的给定电压为a1Ug。电流IOⅢ在OⅢ绕组中产生磁势FmOⅢ。如果这时交磁放大机已由原动机带动旋转，那么放大机两端B1-K及H2-K就有正向电压供给发电机励磁绕组。当发电机G1由原动机MA带动旋转时，发电机两端即有正向电压输出给电动机，电动机M便运行在所选的速度上。将R—Q手柄向左或向右移动，就增大或减小了加于OⅢ绕组上的控制电压，使电动机电枢两端的电压发生变化，从而改变了电动机的转速。如果让KH线圈得电（其常闭触点打开）在OⅢ控制绕组中产生如虚线所示的电流，其回路为从电源正极→R—Q调速位置1→R1→b-Q→OⅢ2→OⅢ1→S2-G1→R2(200)→R-H→电源负极5(电流方向如图中虚线箭头所示)这时加在控制绕组OⅢ上的给定电压为d1Ug。电流IOⅢ在OⅢ绕组中产生磁势FmOⅢ。如果这时交磁放大机已由原动机带动旋转，那么放大机两端B1-K及H2-K就有反向的电压供给发电机励磁绕组。当发电机G1由原动机MA带动旋转时，发电机两端即有电压输出给电动机，电动机M便反向运行在所选的速度上。将R—H手柄向左或向右移动，就增大或减小了加于OⅢ绕组上的控制电压，使电动机电枢两端的电压发生变化，从而改变了电动机的转速。2)电压负反馈的加入①电压负反馈有自动稳速的作用(参看图2-3)是电压负反馈是通过发电机两端并联的电位器R2取得的，电压a2UG1与发电机的端电压成正比，同时a2UG1与给定电压。A1Ug极性相反，这样OⅢ控制绕组中的电流IOⅢ(单位为A)可由下式决定：IOⅢ3121RUaUaGg式中R3——控制绕组OⅢ电阻(n)。在OⅢ控制绕组中产生的磁势(单位为A)为：FMOⅢ3121RUaUaGgWOⅢ式中WOⅢ——控制绕组OⅢ的匝数。负反馈的作用为当龙门刨床在刨削加工时，主回路中电流会随着负载情况的不同而产生变化。当主回路中电流增大时，发电机电枢绕组上的压降增大，发电机的输出电压就会降低，导致电动机的转速下降。与此同时，与发电机端电压成比例的反馈电压。a2UG1也相应降低。如果a1Ug保持不变，则a1Ug—a2UG1便增大，OⅢ控制绕组中的电流IOⅢ也随之增大，致使交磁放大机的端电压增加；这就增加了发电机的励磁电压，发电机的输出电压就相应增大，使电动机的转速回升，这样就减少了由于负载电流的增大而引起电动机转速的下降。所以说，系统中加了电压负反馈以后，可以维持发电机的输出电压大致不变，也就可保持电动机的转速不随负载电流的变化而变化，或变化很小。当负载减小时，负反馈也起着相应的作用，阻碍发电机端电压的升高，迫使电动机的转速保持不变，或变化很小。这就是电压负反馈在系统中所起的自动稳速作用。除此以外，加入电压负反馈还可以改善系统的动特性，降低交磁放大机和发电机的剩磁，扩大调速范围。在起动、制动、反向过程中，可加快过渡过程。在停车过程中通常还以加强负反馈的作用来防止工作台的“爬行”。下面进一步说明之。②电压负反馈有防止工作台“爬行”的作用当工作台在前进行程时，时间继电器KT是吸合的。此时交磁放大机OⅢ控制绕组上所加的给定信号a1Ug、电压负反馈信号a2UG1、电流IOⅢ6及磁势FmOⅢ的方向如图1-3中实线所示。图中还标出了交磁放大机和发电机输出电压的极性。当按下工作台停止按钮时，时间继电器KT释放，经过0.9s的延时后，它的延时断开的动合触点断开，切断直流电源Ug，同时KT的延时闭合的动断触点闭合，这时加在OⅢ控制绕组的电压负反馈信号是电位器R2上280点与S2—G1之间的电压，OⅢ绕组成了单一的电压负反馈绕组。因为280点比200点电位高，故电压负反馈加强了，它在OⅢ控制绕组中产生的电流和磁势方向如图中虚线所示。它起到了削弱剩磁的作用，并有效地消除工作台由于剩磁的存在而产生的爬行。③电压负反馈有加快过渡过程的作用加快过渡过程的原理是这样的：为了保持工作台有一定的速度，OⅢ控制绕组应加有一定的励磁电压。因此，有反馈时的给定电压要比无反馈时的给定电压高得多。在起动瞬间，由于反馈电压尚未建立，故给定电压全部加在OⅢ控制绕组上，使绕组中流过一个比稳态时大很多(约7—10倍)的励磁电流。这个强励磁的控制电流迫使放大机端电压迅速上升，其数值可达到稳定时的3倍左右。这个电压对发电机强迫励磁，使发电机输出电压迅速增加，加大了起动转矩，电动机转速也随之迅速上升，缩短了起动过程的时间。电压负反馈量越大，强励磁的倍数也越大，过渡过程的时间就越短。同理，在减速、反向、停车等过程中，由于强励磁的结果，都能使过渡过程加快，工作台越位减小。3)电流截止负反馈的作用龙门刨床在加工过程中经常会遇到硬度不均匀的加工工件(如工件材质不良；或有砂眼等)。当进刀量和吃刀深度过大时，都易产生电机过载。如不采取适当措施，不仅电机会因过大的电流而烧坏，而且有时还会使机床的传动机构及整个机床的精度受到影响。另外，为了使主回路电流在强励磁作用下电枢电流不超过允许的换向条件，又要使过渡过程的电流曲线有较好的起动波形以缩短过渡过程。因此，在控制系统中必须设有限流环节，电流截止负反馈就能起到这一作用。当主回路中电流超过一定数值时，电流负反馈就起作用。由于加入的电流负反馈很强，当它起作用时，足以将给定信号的绝大部分抵消掉，迫使电动机转速暂时低下来，从而起到了保护电动机的作用。这种作用与用继电器作过流保护不同，它不会切断电源，也就无须重新起动。只要过载现象消失，电动机的转速又会重新升高，这是对生产有利的。①电流截止负反馈使系统获得挖土机特性电流截止负反馈的电路，如图2-4所示。当系统中有了电流截止负反馈以后，能使系统得到下垂特性，如图2-5所示。通常这种特性是挖土机这类机械所特有的，因此也称为“挖土机特性”。也就是说，系统在正常工作范围内有较硬的特性，一旦系统出现过载时，特性就变得很软而急剧下垂。电流截止负反馈环节是由主回路电流在换向极绕组上的压降Uab，小整流元件二极管V，比较电压Uc，及OⅢ控制绕组组成。在该回路中Uab与Uc，极性相反。图中实线所示方向为刨台正向7工作时的电流方向。工作台在运动时，当主回路中的电流大到一定值从而使UabUc，时，二极管V承受正向电压而导通，电流正反馈环节即起作用。我们称电流截止负反馈环节起作用时的主电流为截止电流jI。一般龙门刨床调整NjII4.1(NI为电动机的