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【工科论文】磨床意外断电安全防护装置的研究与设计

时间:2012-4-14 12:16:30 点击:

  核心提示:磨床是一种利用非金属的磨具对工件表面进行磨削加工的精密机床,大多数的磨床使用高速旋转的砂轮进行磨削加工, 通常磨具旋转为主运动, 工件的旋转与移动或磨具的移动为进给运动。磨床的种类很多, 主要有平面磨...

磨床是一种利用非金属的磨具对工件表面进行磨削加工的精密机床,大多数的磨床使用高速旋转的砂轮进行磨削加工, 通常磨具旋转为主运动, 工件的旋转与移动或磨具的移动为进给运动。磨床的种类很多, 主要有平面磨床, 外圆磨床和内圆磨床等,而平面磨床的应用在整个磨床家族中占有很大的比重。平面磨床加工工件时是利用安装在工作台上的电磁吸盘将工件吸住, 用砂轮的周边或端面磨削工件的表面,由于平面磨床吸持工件的特殊性(永磁吸盘除外),机床在加工过程中一旦外部意外断电, 电磁吸盘磁力将迅速消失, 而高速旋转的磨具由于惯性不可能瞬间停止运动,这就将有可能导致失去磁力吸持的工件沿磨具旋转的切线方向飞出,导致人员的意外伤害事故。为了有效的防止这一潜在隐患的发生, 笔者对磨床意外断电的安全防护进行了相关的研究和试验, 取得了预期的效果。

1 控制方案的确定

为了更好地提高磨床的使用效率和加工精度,目前中、高档平面磨床通常采用磁力大小可调的充退磁器来控制吸盘。充退磁器的电源输入为单相交流220V, 输出是精确可调的直流110V 电压。在电路设计时, 设备总电源开关接通时充退磁器的电源输入同时接通, 使吸盘开机即处于待充磁状态。

零件加工过程中,为了避免因外部突然断电而导致电磁吸盘失去磁力的问题, 只需要在失电的同时能够立即改由另一备用电源继续给充退磁器提供电能就可以解决, 而这个电能实际上也仅需持续12 分钟的时间,待主轴惯性停下后即可拆除, 这样就可以有效地达到断电安全保护的目的。

2 备用电源的选择

在控制方案的可行性论证时,我们经过多重比较和试验, 最终确定选用经济实用且可靠性高的UPS 不间断电源作为充退磁器的备用电源来维持吸盘的工作。UPS Uninterruptible Power Supply) 是一种含有储能装置、以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源,可以解决现有电力的断电、低电压、高电压、突波、杂讯等现象, 现在已经被广泛应用于计算机、通信、医疗、工业控制等行业。

我们以中美合资南通凯特机床股份有限公司的主导产品KGS1224 精密平面磨床为试验机型, 其充退磁器的输入电压为单相220V,电磁吸盘消耗容量是250VA,那么, UPS 规格选用单相220V 电源、容量300VA 的就可以满足作为后备电源的要求。

3 UPS 及其磨床断电保护工作原理简介

我们先了解一下UPS 的工作原理, 简单地说,就是把交流电经过滤波、整流转变成直流电储存在蓄电池中作为备用电源,使用时再经过逆变转化成交流电。设备配用UPS 时,将UPS 直接接入电源,而设备接到UPS 的输出上使用。当外部电源输入正常时,UPS 将外部电源稳压后再供给设备(相对于UPS 而言, 我们将这些设备称负载) 使用,此时的UPS 相当于一台交流电源稳压器,同时它还向自己的内置电池充电;当外部电源中断时, UPS 立即将内置电池的电能通过逆变转换的方法向负载继续提供交流电, 使负载维持正常的工作。在KGS1224 平面磨床上, 没有使用UPS 的时候,充退磁器的交流输入是直接接入单相变压器的次端使用的。用了UPS, 就必须将充退磁器的输入端以双路形式接入:保持原来接变压器次端的一路, 供电源正常时使用;另外,再将UPS 的输入接到变压器次端, 输出并接到充退磁器的输入上, 作为意外断电时接入后备电源之用。为了有效地选择供电电路, 两路输入与各自的电源之间均增加一控制开关,并且两开关之间形成互锁,如图1 所示。外部供电正常时,机床开始工作按启动按钮SB1后, 接触器触点KM0 -1 接通,此时充退磁器由外部电源经变压后产生的220V 供电,同时UPS 的输出与充退磁器输入之间的触点KM0-0 断开(即断开UPS 的负载) 使它仅向自己的内置电池充电; 当外部电源中断(例如停电) 时,接触器KM0 线圈失电, 触点KM0-0 恢复到闭合状态,UPS 立即将内置电池的电能通过逆变转换的方法向充退磁器继续提供220V 交流电, 使电磁吸盘保持原有的吸持力, 待主轴惯性停下后, 再切断后备电源, 从而完成

断电安全保护的全控制过程。

4 控制功能的实现

UPS 作为一个独立的不间断电源装置,工作时是由自身的开关来控制电源的输出的。当输入端接上电源而开关处于“断开” 位z39置具体控制流程是:机床总电源接通后,UPS在机床复位按钮SB1按下后自动投入工作,参照图2和图3:按下SB1 按钮后,接触器KM0、通电延时时间继电器KT1和断电延时时间继电器KT2KT3线圈同时得电,SW1开关的AB 两点通过KT1 的瞬动常开触点和延时断开常闭触点第一次接通,在KT1 设定的延时时间到达后,KT1 常闭触点断开,完成UPS 装置的接通过程;当外部意外断电时, UPS 通过KM0-0 提供充退磁器电源维持吸盘吸持力,断电保护结束后(KT3设置的延时时间即为保护时间),AB 两点通过KT1 瞬动常闭触点、KT2 延时断开常开触点和KT3 延时闭合常闭触点再次接通,待KT2 设置的延时时间到达后,AB 两点断开,完成UPS 装置的关断过程,为下一次机床正常工作做好准备。

6 参数的设置

电路中采用的时间继电器KT1 为通电延时型,KT2KT3 为断电延时型,为了正确、协调地工作,参数的设置是关键。本控制电路中:KT1 用于UPS 的自动开机, 延时时间设为3 秒;KT2 KT3 用于UPS 的自动关机,同时KT3 所设置的时间即为断电保护的时间,也就是后备电源的供电时间。KT3 的延时时间一般设为2 分钟,KT2 的延时时间必须至少大于KT3 的延时时间3 秒,否则系统将不能正常运行。

7 结束语

此研究设计的成果,历经了生产制造过程中各种模拟试验,其动作准确无误,达到了预期的效果,验证了设计原理应用的科学与正确性。现已作为公司平面磨床系列产品的特殊附件供用户选配,在随机床投放欧美市场经国外客户应用验证后,进一步证实了对磨床意外断电的保护性能安全、可靠。虽然目前国内很多客户还没意识到这种保护功能的必要性,但随着它的应用价值的体现, 这将是平面磨床今后作为常规配置的发展趋势。

作者:易代网 来源:网络
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