龍門刨床技術(shù)改造應(yīng)用分析

常汝剛

（山東金嶺礦業(yè)機械廠，山東 淄博 255081）

1 引言

原B2020 龍門刨床的工作臺驅(qū)動由交流機組、直流發(fā)電機組、直流電動機組及交磁擴大機組成，控制調(diào)速系統(tǒng)為接觸器-繼電器系統(tǒng)。因當時的技術(shù)條件限制，整個系統(tǒng)存在以下問題：（1）設(shè)備使用時間已久，電器控制元件嚴重老化，設(shè)備故障率高，維修量大，維修費用大。（2）調(diào)速范圍小，精度、加工工件的表面質(zhì)量差。（3）效率低，能耗高。（4）低速易爬行，不穩(wěn)定。（5）控制部分體積大，運行噪音大。為此，決定對該設(shè)備進行技術(shù)改造。

2 技術(shù)改造方案比較

目前舊龍門刨床的改造方案主要由主軸調(diào)速方案和相配套PLC 程序控制組成。主軸調(diào)速方案主要有可逆直流調(diào)速、交流變頻調(diào)速、開關(guān)磁阻調(diào)速電機調(diào)速三種方案。（1）直流調(diào)速改造方案。系統(tǒng)主要由PLC 程序控制器、直流電機、可逆直流調(diào)速器、測速發(fā)電機（數(shù)字編碼器）等組成，可保留刨臺傳動直流電機（或更換新的、效率較高Z4 系列直流電動機）。（2）交流變頻調(diào)速改造方案。系統(tǒng)由PLC 程序控制器、通用變頻器、交流電動機（如Y315S-8）、測速器等組成閉環(huán)系統(tǒng)。（3）開關(guān)磁阻調(diào)速電機調(diào)速方案。系統(tǒng)由PLC 程序控制器、開關(guān)磁阻調(diào)速電動機等組成，開關(guān)磁阻調(diào)速電動機（Switched Reluotance Drive，SRD），主要有開關(guān)磁阻電機、功率變換器、控制器與位置檢測器四部分組成。

按以上三種方案，以55kW 電機電氣控制、相同PLC配置成本、調(diào)速范圍、額定轉(zhuǎn)矩/低速轉(zhuǎn)矩、維護工作量、可靠性幾方面比較見表1。

3 技術(shù)方案具體實施

經(jīng)過綜合分析，擬采用直流調(diào)速改造方案，具體方案如下：主軸傳動采用全數(shù)字直流電機調(diào)速系統(tǒng)。采用PLC可編程序控制器控制。增加銑削功能。

表1

整個系統(tǒng)主要由PLC 程序控制器、直流電機、可逆直流調(diào)速器、測速發(fā)電機、銑刨一體變速箱、7.5kW 銑頭等組成。

（1）主軸調(diào)速部分。電機Z4-200-31直流電動機、ETD790全數(shù)字直流調(diào)速器、ZYS-100A 直流測速發(fā)電機做控制反饋、FX1N-60MR 編程序控制器等組成系統(tǒng)。因ETD790全數(shù)字直流調(diào)速裝置是直接三相交流輸入，直流輸出的邏輯無環(huán)流的可逆調(diào)速系統(tǒng)，需要配套三相交流進線電抗器，4只快速熔斷器及輸入接觸器。采用2只10kΩ 電位器分別用于前進和后退速度設(shè)定，而且速度可無級調(diào)節(jié)；另外保持正、反向點動及加減速的多段速度功能，點動速度可用軟件設(shè)定，加減速過程中的多段速度用內(nèi)部數(shù)學(xué)運算方式來實現(xiàn)。電動機正、反向換向采用回饋制動方式，電能回饋電網(wǎng)；正、反向自動多段斜坡加減速，減少機械沖擊。

（2）銑刨選擇。因銑削功能需要的變速范圍大，一般＞40，故選用銑刨一體變速箱，通過箱體上的操縱手柄來選擇銑或刨，通過控制按鈕站來控制7.5kW 銑頭。

（3）工作臺換向。工作臺換向的6個限位開關(guān)改為光控無觸點接近開關(guān)。

（4）電氣控制系統(tǒng)。原潤滑油泵電機的起動/停止，垂直刀架運動、側(cè)刀架運動、橫梁升降電機的起動/停止及自動回升的正反轉(zhuǎn)、與工作臺的保護聯(lián)鎖、時間聯(lián)鎖等，采用PLC 可編程序控制器及輸出繼電器模組。這樣，使用過程中可通過察看PLC的輸入/輸出指示燈很容易判斷各控制點的工作狀態(tài)，查找故障快捷方便。繼電器輸出模組帶有輸出指示、保護熔電器，熔斷器熔斷指示、阻容吸收保護，用于隔離PLC 輸出與負載，以及進行多重保護。

抬刀控制、垂直刀架與側(cè)刀架的工作與快移仍采用原來的工作方式，但由PLC 來完成聯(lián)鎖控制。

4 實施效果經(jīng)濟分析

4.1 設(shè)備改造涉及的主要技術(shù)經(jīng)濟指標

與原設(shè)備比較，主要技術(shù)經(jīng)濟指標有所提高：①交直流機組更換為高效直流電機，電氣效率由原來的58%提高到現(xiàn)在的88%，提高效率30%；②電機功率降低5kW；③故障率減少，大大降低了維護保養(yǎng)費用；④增加了銑削功能，可調(diào)速范圍大，提高了工件加工質(zhì)量及精度，提高設(shè)備綜合效率20%。

4.2 設(shè)備改造技術(shù)經(jīng)濟計算

按兩班制，龍門刨床一年運轉(zhuǎn)天數(shù)240d，工時單價50元/h，工業(yè)用電平均電價0.75元/kW·h。

（1）年節(jié)電量

降低功率節(jié)電量：

5kW/h×16h/d×240d/年×0.75元/kW·h=14400元/年

提高電氣效率：

［60kW/h×（1-58%）-55kW/h×（1-88%）］×16h/d×240d/年×0.75元/kW·h=53568元/年

年節(jié)電量：67968元/年

（2）提高設(shè)備綜合工時效率，增加產(chǎn)值

50元/h×16h/d×240d/年×20%=38400元/年

（3）故障率降低，節(jié)約維護費

據(jù)統(tǒng)計，年節(jié)約維護費5000元，與原設(shè)備比較年提高價值：111368元/年。

4.3 設(shè)備改造實施前后的統(tǒng)計數(shù)據(jù)對照及應(yīng)用效果

項目實施前、后的數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表2。

B2020 龍門刨床技術(shù)改造采用目前成熟的直流調(diào)速技術(shù)。從方案論證、設(shè)計選型、實施到現(xiàn)在已兩年，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，節(jié)能及效率提高明顯。項目數(shù)控改造投資8.9萬元，當年收回投資。

表2

5 結(jié)語

直流調(diào)速是目前成熟的技術(shù)，具有調(diào)速性能好、調(diào)速控制電路簡單、可靠的特點，B2020 刨床技術(shù)改造后比原系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：（1）電機的啟動電流小，啟動力矩大，對電網(wǎng)無沖擊。（2）系統(tǒng)閉環(huán)控制，動態(tài)響應(yīng)快，滿載無降速。（3）系統(tǒng)全數(shù)字控制，具有斷電保護功能，避免工作臺在意外停電時沖出床身；同時具有多種自保護功能，可靠性高。（4）制動轉(zhuǎn)矩大，換向時越位距離小，返程速度快，提高了加工效率，也為類似設(shè)備改造提供了借鑒。

［1］史步海，張選正.特種電動機調(diào)速控制技術(shù)及應(yīng)用［M］.廣州：華南理工大學(xué)出版社，2010.

［2］鄭萍.現(xiàn)代電氣控制技術(shù)［M］.重慶：重慶大學(xué)出版社，2001.