液壓超凈工作臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)說(shuō)明

目前，常用的機(jī)械設(shè)備廣泛采用繼電器-接觸器控制，也稱(chēng)常規(guī)控制或傳統(tǒng)控制。盡管數(shù)控機(jī)床和可編程控制器控制的機(jī)床越來(lái)越多，但是，一方面?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)床擁有量現(xiàn)在仍占絕大多數(shù)，另一方面機(jī)床數(shù)控化有較長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程，而且一些簡(jiǎn)單系統(tǒng)根本不需要微機(jī)控制。因此，學(xué)習(xí)和掌握機(jī)床繼電器、接觸器電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是極為重要的。

1控制電路設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題

有時(shí)候，設(shè)計(jì)出來(lái)的實(shí)際線路會(huì)出現(xiàn)不正確、不合理、不經(jīng)濟(jì)等現(xiàn)象，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)注意：

1.避免“臨界競(jìng)爭(zhēng)和冒險(xiǎn)現(xiàn)象”的產(chǎn)生；

2.盡量減少電器元件觸點(diǎn)數(shù)量；

3.合理安排電器元件觸點(diǎn)位置；

4.盡量減少電氣線路的電源種類(lèi)，電源有交流和直流兩大類(lèi)，接觸器和繼電器等也有交直流兩大類(lèi)，要盡量采用同一類(lèi)電源；

5.盡量減少電器元件的品種、規(guī)格、數(shù)量和觸點(diǎn)。同一用途的電器元件，盡可能選用同一型號(hào)規(guī)格。實(shí)現(xiàn)同一控制功能的電路可以有多個(gè)，電器元件的觸點(diǎn)用得最少的電路最優(yōu)；

6.盡可能減少通電電器數(shù)量。例如，時(shí)間繼電器在完成延時(shí)控制功能以后就應(yīng)斷電，以利節(jié)能和延長(zhǎng)壽命。

2控制部分的設(shè)計(jì)

電動(dòng)機(jī)的功率較小，控制液壓泵實(shí)現(xiàn)超凈工作臺(tái)的運(yùn)作，所以電動(dòng)機(jī)采用單向自己?jiǎn)?dòng)的控制方式，用km控制在設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)該考慮過(guò)載保護(hù)，由熔斷器Fu進(jìn)行擔(dān)任具體如下圖所示

2.1控制電源的設(shè)計(jì)

考慮到安全可靠的滿足電動(dòng)機(jī)工作性能及實(shí)現(xiàn)超凈工作臺(tái)的正常的要求，利用室內(nèi)的電源供電，交流電220v，具體接線情況如圖所示。

2.2控制電路的設(shè)計(jì)

由于液壓系統(tǒng)的工作及其重要，考慮到操作方便，可在機(jī)床床頭操作板上或其主部位設(shè)置起動(dòng)和停止按鈕，SB、SB、SB和SB。進(jìn)行操縱實(shí)現(xiàn)其控制，并且為使其工作穩(wěn)定和操作方便，兩電磁鐵。

3繪制電氣控制電路圖

3.1起動(dòng)、停止控制線路

籠型三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、停止控制線路是應(yīng)用最廣泛、也最基本的控制線路。它由刀開(kāi)關(guān)QS、熔斷器FU、接觸器的主觸頭KM、熱繼電器FR的熱元件和電機(jī)M構(gòu)成主電路，由停止按鈕SB1、起動(dòng)按鈕?SB2、接觸器KM的線圈及其常開(kāi)輔助觸頭、熱繼電器FR的常閉觸頭構(gòu)成控制電路。較小容量的電機(jī)在起動(dòng)時(shí)一般采用全壓起動(dòng)。

線路的工作原理：起動(dòng)時(shí)，先合上刀開(kāi)關(guān)QS，引入三相電源。按下起動(dòng)按鈕SB2，指示燈變亮，交流接觸器KM的線圈通電，KM的主觸頭閉合，電動(dòng)機(jī)接通電源直接起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)，與SB2并聯(lián)的接觸器KM的常開(kāi)觸頭閉合，當(dāng)松開(kāi)SB2自動(dòng)復(fù)位時(shí)，接觸器KM的線圈仍可通過(guò)其常開(kāi)觸頭閉合而繼續(xù)通電，從而保持電動(dòng)機(jī)的連續(xù)運(yùn)行。這種依靠接觸器的自身輔助觸頭使其線圈保持通電的現(xiàn)象稱(chēng)為“自鎖”。

接著如果按下SB3按鈕，則KM2線圈得電，即1YA得電；若按下SB4按鈕時(shí)，SB3按鈕自動(dòng)復(fù)位，?KM2線圈失電，同時(shí)2YA得電。通過(guò)這樣，三位四通電磁換向閥就得到了控制。

電動(dòng)機(jī)M停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，只要按下停止按鈕SB1，控制電路即可斷開(kāi)，同時(shí)指示燈滅。按下?SB1時(shí)，線圈KM得電釋放，KM的三個(gè)常開(kāi)觸頭斷開(kāi)，從而切斷三相電源，電動(dòng)機(jī)M停止運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)松開(kāi)手，SB1雖然復(fù)位成常閉狀態(tài)，但KM的自鎖常開(kāi)觸頭已斷開(kāi)，KM線圈不能再依靠自鎖而通電了。

3.2控制線路

本次設(shè)計(jì)中，三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、停止；三位四通電磁換向閥的1YA、2YA的得失電，都需要得到控制，因此需要繪制其控制線路圖。三向異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、停止各用一個(gè)按鈕，1YA、2YA各用一個(gè)按鈕，總共需要四個(gè)按鈕。

本次設(shè)計(jì)的電路應(yīng)用在液壓升降臺(tái)液壓系統(tǒng)中。根據(jù)以上敘述，繪制其控制線路圖。

先閉合總開(kāi)關(guān)，當(dāng)按下SB1時(shí)KM得電KM的常閉柱頭斷開(kāi)，常開(kāi)柱頭閉合，則電機(jī)M得電。按下SB3則1YA得電1YA的常開(kāi)柱頭閉合，常閉柱頭斷開(kāi)，升降臺(tái)開(kāi)始上升。當(dāng)按下SB4則2YA得電，2YA的常閉柱頭斷開(kāi)，1YA失電并停上升，2YA常開(kāi)柱頭閉合發(fā)生自鎖則升降臺(tái)開(kāi)始下降。按下SB1則KM失電，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。

4電氣元件的選擇

電動(dòng)機(jī)的選擇實(shí)際是在機(jī)電設(shè)計(jì)密切結(jié)合下進(jìn)行的，實(shí)際試驗(yàn)情況下，定型的，現(xiàn)在我們來(lái)進(jìn)行其他元件的選擇：

1.電源開(kāi)關(guān)的選擇

電源開(kāi)關(guān)Qs的選擇主要考慮電動(dòng)機(jī)的額定電流和期待電流。

選擇電源開(kāi)關(guān)的注意事項(xiàng)：

（1）選用合適ude輸入電壓規(guī)格；選擇合適的功率；

（2）考慮負(fù)載特性；

（3）尚需考慮電源的工作環(huán)境溫度，以及有無(wú)額外的輔助散熱設(shè)備；

（4）根據(jù)應(yīng)用所需選擇各項(xiàng)功能，如保護(hù)功能、應(yīng)用功能等。

2.熔斷器的選擇

（1）熔斷器類(lèi)型的選擇

應(yīng)該根據(jù)使用場(chǎng)合選擇熔斷器的的類(lèi)型，電網(wǎng)一般

用刀型觸頭熔斷器（如HDLRT0?RT36系列）；電動(dòng)機(jī)的保護(hù)一般用螺旋式熔斷器；保護(hù)殼控制元件則應(yīng)選擇半導(dǎo)體保護(hù)用快速式熔斷器。

（2）熔斷器規(guī)格的選擇

1）對(duì)于變壓器等負(fù)載熔體的額定電流應(yīng)略大于或等于線路的安全電流

2）在電動(dòng)機(jī)回路中用作短路保護(hù)時(shí)，應(yīng)考慮到電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)條件，按電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)來(lái)選擇熔體的額定電流，對(duì)啟動(dòng)時(shí)間不長(zhǎng)的電動(dòng)機(jī)，可按下式?jīng)Q定熔體的額定電流:IN熔體=Ist（1.6～2）。

3接觸器的選擇

（1）選擇接觸器的類(lèi)型?：

根據(jù)電路中負(fù)載電流的種類(lèi)選擇。交流復(fù)雜應(yīng)選用交流接觸器，直流負(fù)載應(yīng)選擇直流接觸器，如果控制系統(tǒng)中主要是交流負(fù)載，直流電動(dòng)機(jī)或直流負(fù)載的容量較小，也可都選用交流接觸器來(lái)進(jìn)行控制，但出點(diǎn)的額定電流應(yīng)得選大一點(diǎn)。

（2）選擇接觸器主觸頭的額定電壓?：

應(yīng)等于或大于負(fù)載的額定電壓。

（3）選擇接觸器主觸頭的額定電流：

被選用接觸器主觸頭的額定電流應(yīng)不小于負(fù)載電路的額定電流。也可根據(jù)

控制的電動(dòng)機(jī)的的最大功率來(lái)進(jìn)行選擇。如果接觸器是用來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的頻繁啟動(dòng)正反或反接制動(dòng)等場(chǎng)合，應(yīng)將接觸器的主觸頭額定電流降低使用，一般可降低一個(gè)等級(jí)。

（4）根據(jù)控制電路要求確定吸引線圈工作電壓和輔助觸點(diǎn)的容量：

如果控制電路比較簡(jiǎn)單，所用接觸器的數(shù)量較少，則交流接觸器線圈的額定電壓一般直接選用380v或220v。如果控制線路比較復(fù)雜，使用的電器有比較多，為了安全起見(jiàn)，線圈的額定電壓可以選低一些，這時(shí)需要加一個(gè)控制變壓器，，直流接觸器線圈的額定電壓應(yīng)視控制電路的情況而定。而一系列同一容量等級(jí)的接觸器其線圈的額定電壓有好幾種，可以選用線圈的額定電壓和電流控制電路的電壓一致。直流接觸器的線圈時(shí)加直流電壓，交流接觸器的線圈一般是加交流電壓。有時(shí)為了提高接觸器的最大操作頻率，交流接觸器也有采用直流線圈的。如果把直流線圈的電壓加上交流電壓，因阻撓太大，電流太小，則接觸器往往不吸合。如果將交流電壓的線圈加上直流電壓，則因電阻太小，電流太大，回?zé)龎木€圈。

5熔斷器的選擇

熔斷器是一種應(yīng)用廣泛的最簡(jiǎn)單有效的短路保護(hù)電器。在使用時(shí)，熔斷器串接在所保護(hù)的電路中，當(dāng)電路發(fā)生短路或嚴(yán)重過(guò)載時(shí)，它的熔體能自動(dòng)迅速熔斷，從而切斷電路，使導(dǎo)線和電氣設(shè)備不致?lián)p壞。

熔斷器主要由熔體（俗稱(chēng)保險(xiǎn)絲）和安裝熔體的熔管（或熔座）兩部分組成。熔體一般由熔點(diǎn)低，易于熔斷、導(dǎo)電性能良好的合金材料制成。在小電流中，常用鉛合金或鋅做成的熔體（熔絲）。對(duì)大電流的電路，常用銅或銀做成片狀或籠狀的熔體。在正常負(fù)載情況下，熔體溫度低于熔斷所必須的溫度，熔體不會(huì)熔斷。當(dāng)電路發(fā)生短路或嚴(yán)重超載時(shí)，電流變大，熔體溫度達(dá)到熔斷溫度而自動(dòng)熔斷，切斷被保護(hù)的電路。熔體為一次性使用元件，再次工作必須更換新的熔體。

選擇熔斷器主要是選擇熔斷器的類(lèi)型、額定電壓、額定電流及熔體的額定電流。熔斷器的類(lèi)型應(yīng)根據(jù)線路要求和安裝條件來(lái)選擇。熔斷器的額定電壓應(yīng)大于或等于線路的工作電壓。熔斷器的額定電流應(yīng)大于或等于熔體的額定電流。熔體額定電流的選擇是熔斷器選擇的核心。

1．熔斷器類(lèi)型：熔斷器類(lèi)型應(yīng)根據(jù)電路要求、使用場(chǎng)合及安裝條件來(lái)選擇，其保護(hù)特性應(yīng)與被保護(hù)對(duì)象的過(guò)載能力相匹配。對(duì)于容量較小的照明和電動(dòng)機(jī)，一般是考慮它們的過(guò)載保護(hù)，可選用熔體熔化系數(shù)小的熔斷器，對(duì)于容量較大的照明和電動(dòng)機(jī)，除過(guò)載保護(hù)外，還應(yīng)考慮短路時(shí)的分?jǐn)喽搪冯娏髂芰?。若短路電流較小時(shí)，可選用低分?jǐn)嗄芰Φ娜蹟嗥?；若短路電流較大時(shí)，可選用高分?jǐn)嗄芰Φ腞L1系列熔斷器；若短路電流相當(dāng)大時(shí)，可選用有限流作用的Rh及RT12系列熔斷器。

2．熔斷器額定電壓和額定電流：熔斷器的額定電壓應(yīng)大于或等于線路的工作電壓，額定電流應(yīng)大于或等于所裝熔體的額定電流。

3．熔斷器熔體額定電流

對(duì)于照明線路或電熱設(shè)備等沒(méi)有沖擊電流的負(fù)載，應(yīng)選擇熔體的額定電流等于或稍大于負(fù)載的額定電流，即

????????????????????????????????????（5-1）

式中?????——熔體額定電流（A）；

——負(fù)載額定電流（A）。

對(duì)于長(zhǎng)期工作的單臺(tái)電動(dòng)機(jī)，要考慮電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)不應(yīng)熔斷，即

????????????????????????????（5-2）

輕載時(shí)系數(shù)取1.5，重載時(shí)系數(shù)取2.5。

對(duì)于頻繁起動(dòng)的單臺(tái)電動(dòng)機(jī)，在頻繁起動(dòng)時(shí)，熔體不應(yīng)熔斷，即

?????????????????????????????（5-3）

對(duì)于多臺(tái)電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期共用一個(gè)熔斷器，熔體額定電流為

???????????????????（5-4）

式中?????——容量最大電動(dòng)機(jī)的額定電流（A）；

——除容量最大電動(dòng)機(jī)外，其余電動(dòng)機(jī)額定電流之和（A）。

根據(jù)計(jì)算得，=10A，=3.8A?。

4．適用于配電系統(tǒng)的熔斷器：在配電系統(tǒng)多級(jí)熔斷器保護(hù)中，為防止越級(jí)熔斷，使上、下級(jí)熔斷器間有良好的配合，選用熔斷器時(shí)應(yīng)使上一級(jí)（干線）熔斷器的熔體額定電流比下一級(jí)（支線）的熔體額定電流大1~2個(gè)級(jí)差。

經(jīng)過(guò)上述，在此次設(shè)計(jì)中選用RL1系列螺旋式熔斷器，其型號(hào)為RL1-20，功率因數(shù)。

6開(kāi)關(guān)的選擇

刀開(kāi)關(guān)主要根據(jù)使用的場(chǎng)合、電源種類(lèi)、電壓等級(jí)、負(fù)載容量及所需極數(shù)來(lái)選擇。

1．根據(jù)刀開(kāi)關(guān)在線路中的作用和安裝位置選擇其結(jié)構(gòu)形式。

若用于隔斷電源時(shí)，選用無(wú)滅弧罩的產(chǎn)品；若用于分?jǐn)嘭?fù)載時(shí)，則應(yīng)選用有滅弧罩、且用杠桿來(lái)操作的產(chǎn)品。

2．根據(jù)線路電壓和電流來(lái)選擇。

刀開(kāi)關(guān)的額定電壓應(yīng)大于或等于所在線路的額定電壓；刀開(kāi)關(guān)額定電流應(yīng)大于負(fù)載的額定電流，當(dāng)負(fù)載為異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，其額定電流應(yīng)取為電動(dòng)機(jī)額定電流的1.5倍。

電壓電器的選擇中：對(duì)于保護(hù)單臺(tái)長(zhǎng)期工作的電機(jī)的熔斷器，考慮到電機(jī)的啟動(dòng)電流較大，一般選用4~7倍的額定電流。為使電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，熔體不被熔斷熔體的額定電流應(yīng)為電機(jī)額定電流的1.5~2.5倍。則

????????????????????????????（5-5）

根據(jù)計(jì)算得，=4A?。

如果電動(dòng)機(jī)輕載啟動(dòng)時(shí)間較短，系數(shù)可近似的取1.5；如果重載啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)或頻繁啟動(dòng)，系數(shù)可取2.5。在本次設(shè)計(jì)中，選用1.5。

選擇的熔斷器型號(hào)：RL8-16/4，額定電壓為380V，額定電流為16A，熔斷體的額定電流為4A。

7熱繼電器的選擇

熱繼電器是借助于電流通過(guò)發(fā)熱元件時(shí)所產(chǎn)生的熱，使不同線膨脹系數(shù)的兩個(gè)金屬片受熱彎曲而推動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作的一種電器。熱繼電器是具有反時(shí)限過(guò)載保護(hù)特性，它主要用作電動(dòng)機(jī)的過(guò)載、斷相和電流不平衡保護(hù)，也常用作電氣設(shè)備發(fā)熱狀態(tài)的控制。因此，應(yīng)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的形式、工作環(huán)境、起動(dòng)情況、負(fù)載情況、工作制及電動(dòng)機(jī)允許過(guò)載能力等綜合考慮。

1．熱繼電器結(jié)構(gòu)形式的選擇

對(duì)于星形聯(lián)結(jié)的電動(dòng)機(jī)，使用一般不帶斷相保護(hù)的三相熱繼電器能反映一相斷線后的過(guò)載，對(duì)電動(dòng)機(jī)斷相運(yùn)行能起保護(hù)作用。

對(duì)于三角形聯(lián)結(jié)的電動(dòng)機(jī)，則應(yīng)選用帶斷相保護(hù)的三相結(jié)構(gòu)熱繼電器。

2．熱繼電器額定電流的選擇

原則上按被保護(hù)電動(dòng)機(jī)的額定電流選取熱繼電器。對(duì)于長(zhǎng)期正常工作的電動(dòng)機(jī)，熱繼電器中熱元件的整定電流值為電動(dòng)機(jī)額定電流的0.95-1.05倍；對(duì)于過(guò)載能力較差的電動(dòng)機(jī)，熱繼電器熱元件整定電流值為電動(dòng)機(jī)額定電流的0.6-0.8倍。

對(duì)于不頻繁起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)保證熱繼電器在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中不產(chǎn)生誤動(dòng)作，若電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流不超過(guò)其額定電流的6倍，并且起動(dòng)時(shí)間不超過(guò)6S，可按電動(dòng)機(jī)的額定電流來(lái)選擇熱繼電器。

按電動(dòng)機(jī)的額定電流選取，即

?????????????????????????????（5-6）

式中????????——熱繼電器整定電流；

——電動(dòng)機(jī)額定電流。

根據(jù)計(jì)算得，=0.95，?=3.23A?。

熱繼電器的額定工作電流應(yīng)大于等于，因此選擇最佳的熱繼電器型號(hào)為JR16B-20/16。其額定電壓為660V，額定電流為16A，熱元件代號(hào)為5S。

以上是對(duì)各電氣元件型號(hào)的選擇，其總結(jié)如下表5-1所示。

表5-1??電氣元件的選擇

電氣元件	接觸器	熔斷器	開(kāi)關(guān)電器	熱繼電器
型號(hào)	CJ10-5	RL1-60	RL8-16/4	JR16B-20/16

8接觸器的選擇

接觸器是機(jī)床電氣控制系統(tǒng)中使用量大、涉及面廣的一種低壓控制電器，用來(lái)頻繁的接通和分?jǐn)嘟恢绷髦骰芈泛痛笕萘靠刂齐娐?。主要控制?duì)象是電動(dòng)機(jī)，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制，并具有欠（零）電壓保護(hù)。

1．接觸器的結(jié)構(gòu)和工作原理

接觸器主要由電磁系統(tǒng)、觸頭系統(tǒng)和滅弧裝置組成。

接觸器根據(jù)電磁工作原理，當(dāng)電磁線圈通電后，線圈電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，使靜鐵心產(chǎn)生電磁吸力吸引銜鐵，并帶動(dòng)觸頭動(dòng)作，使常閉觸頭斷開(kāi)，常開(kāi)觸頭閉合，兩者是聯(lián)通的。當(dāng)電磁線圈斷電時(shí)，電磁力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸頭復(fù)原，即常開(kāi)觸頭斷開(kāi)，常閉觸頭閉合。

2．交、直流接觸器的特點(diǎn)

接觸器按其主觸頭所控制主電路電流的種類(lèi)可分為交流接觸器和直流接觸器。

1）交流接觸器

交流接觸器線圈通以交流電，主觸頭接通、分?jǐn)嘟涣髦麟娐贰?/p>

2）直流接觸器

直流接觸器線圈通以直流電，主觸頭接通、切斷直流主電路。

3．接觸器型號(hào)選取

在此次設(shè)計(jì)中，對(duì)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算

?????????????????????????（5-7）

式中??????——流過(guò)接觸器主觸點(diǎn)電流（A）；

——電動(dòng)機(jī)的額定功率(kW)；

——電動(dòng)機(jī)的額定電壓(V)；

K——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取1~1.4。

根據(jù)計(jì)算得，A。

選擇接觸器的額定工作電流應(yīng)大于等于，所以接觸器的型號(hào)選CJ10-5。額定電流是5A，額定電壓220V，可控制電動(dòng)機(jī)最大功率2.2kW。

9其它元件的選擇

其它元件的選擇，根據(jù)要求參考《新編高低壓電器電子選用和維修手冊(cè)》，具體如下表5-2所示。

表5-2??行程開(kāi)關(guān)及按鈕的選擇

名????稱(chēng)	型號(hào)	額定電流	工作電壓
行程開(kāi)關(guān)	LX32-1S	0.79A	380V
按扭1，2，3，4	LA32-10D	0.63A	220V
電磁鐵	MFJ4-YC