砂輪機(jī)防燒毀安全保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)與制作

袁功宙

（江蘇省溧陽中等專業(yè)學(xué)校，江蘇常州 213300）

0 引言

砂輪機(jī)是企業(yè)、各大中專院校機(jī)加工類實(shí)習(xí)車間必不可少的重要磨削設(shè)備。某公司共有16 臺(tái)砂輪機(jī)（老式和新型砂輪機(jī)各8 臺(tái)），2019 年僅半年時(shí)間的維修成本就達(dá)到2710 元，其中線圈燒毀的有10 臺(tái)，占維總修成本的65%。為解決上述問題，本文研發(fā)了砂輪機(jī)防燒毀多功能電源控制箱，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)過熱保護(hù)、無人狀態(tài)自動(dòng)關(guān)機(jī)以及電源鎖等功能，節(jié)約維修成本、降低設(shè)備能耗，使砂輪機(jī)的運(yùn)行更加節(jié)能、高效（圖1）。

圖1 多功能電源控制箱

1 砂輪機(jī)線圈燒毀的主要原因

1.1 工作環(huán)境

砂輪片的主要原料是剛玉、碳化硅加結(jié)合劑（石粉、陶土等）壓制、烘干燒制而成。車刀是金屬材料，如高速鋼、硬質(zhì)合金等。砂輪機(jī)在磨削工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量金屬粉塵和碳化硅顆粒粉塵，這些粉塵會(huì)散落到砂輪機(jī)內(nèi)部的三相開關(guān)、交流接觸器等部位。

某公司砂輪間共有16 臺(tái)砂輪機(jī)，其中8 臺(tái)是老式砂輪機(jī)，采用安裝在砂輪機(jī)底座的HY3-10/3 型三相開關(guān)控制砂輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)和停止（圖2）。如果金屬粉塵或砂輪片上磨下來的顆粒落入開關(guān)內(nèi)部，就會(huì)造成開關(guān)觸點(diǎn)接觸不良，造成開關(guān)接線端子處發(fā)熱、燒毀三相開關(guān)的其中一相，砂輪機(jī)就會(huì)缺相運(yùn)行，短時(shí)間砂輪機(jī)線圈溫度急速上升，燒毀線圈（圖3）。

圖2 老式砂輪機(jī)電機(jī)控制形式

圖3 HY3-10/3 型三相開關(guān)

另外8 臺(tái)是新型砂輪機(jī)，其主電路是通過三相交流接觸器來控制的。主電路控制箱為砂輪機(jī)背后的簡易電氣柜，工作環(huán)境惡劣，打開之后電氣元件上布滿了灰塵，同樣存在金屬粉塵或砂輪片顆粒落入接觸器內(nèi)部，影響接觸器正常工作的問題（圖4）。

由上述分析可知，砂輪機(jī)線圈燒毀的主要原因是開關(guān)缺相和交流接觸器橋式觸頭接觸不良，造成砂輪機(jī)缺相運(yùn)行，其根本原因是主電路元件內(nèi)部進(jìn)入金屬粉塵等異物、污染接觸點(diǎn)，導(dǎo)致接觸電阻增大，引起發(fā)熱，損壞三相開關(guān)或接觸器，造成砂輪機(jī)缺相運(yùn)行，最終導(dǎo)致燒毀線圈繞組。

新型砂輪機(jī)的三相接觸器除了存在主觸點(diǎn)污染問題，還存在吸合線圈鐵芯銹蝕、積塵，使電磁線圈芯吸力降低，導(dǎo)致吸合狀態(tài)不良的問題。接觸器吸合時(shí)觸點(diǎn)振動(dòng)，并發(fā)出強(qiáng)烈噪聲。此時(shí)，交流接觸器上、下銜鐵不能穩(wěn)定導(dǎo)通，從而造成砂輪機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)，線圈電流增大，進(jìn)而導(dǎo)致砂輪機(jī)線圈燒毀。

1.2 操作不當(dāng)

（1）磨車刀時(shí)方法不對(duì)、用力過大，導(dǎo)致電機(jī)長時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)行。同時(shí)存在設(shè)備無人值守，砂輪機(jī)長時(shí)間空轉(zhuǎn)運(yùn)行的情況，也會(huì)使電機(jī)過熱。

（2）砂輪機(jī)長時(shí)間過電流、過熱運(yùn)行、頻繁啟動(dòng)或制動(dòng)等，都會(huì)引起電機(jī)溫升過高。

（3）使用砂輪機(jī)打磨與車刀無關(guān)的物品，導(dǎo)致砂輪機(jī)砂輪片徑向受力比正常工作時(shí)成倍增大，甚至導(dǎo)致電機(jī)卡死，線圈電流急劇上升，從而使電機(jī)過熱，線圈繞組燒毀。

2 保護(hù)裝置設(shè)計(jì)

（1）針對(duì)老式砂輪機(jī)開關(guān)缺相、新式砂輪機(jī)接觸器主觸接觸不良造成的電機(jī)缺相運(yùn)行，燒毀線圈問題以及違規(guī)使用砂輪機(jī)，造成線圈負(fù)荷過大，燒毀線圈問題，采取增加熱繼電器的方式實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，避免電機(jī)長時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)行。同時(shí)采用密封性更好的控制箱，防止灰塵侵入接觸器內(nèi)部，改善砂輪機(jī)電氣元件的工作環(huán)境，從而杜絕由于接觸不良導(dǎo)致的砂輪機(jī)電機(jī)燒毀故障。

（2）為防止操作人員不關(guān)砂輪機(jī)電源就離開，造成砂輪機(jī)長時(shí)間空載運(yùn)行，加裝了紅外線傳感器和時(shí)間繼電器，在無人值守時(shí)自動(dòng)切斷電源。

（3）由于砂輪機(jī)是共用設(shè)備，操作人員較多，使用不規(guī)范也是砂輪機(jī)快速損壞的一個(gè)重要原因。在控制箱上加裝電源鎖，實(shí)現(xiàn)砂輪機(jī)的專人專用。

3 多功能電源控制箱主要功能

多功能電源控制箱可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)過載保護(hù)、自動(dòng)控制照明燈、換氣扇等功能。原砂輪機(jī)電路如圖5 所示，改進(jìn)后的多功能電源控制箱電路如圖6 所示。

圖5 原砂輪機(jī)主電路

圖6 多功能電源控制箱主電路

（1）在砂輪機(jī)主電路中加裝熱繼電器FR，實(shí)現(xiàn)電機(jī)過載保護(hù)，防止電機(jī)長時(shí)間過熱導(dǎo)致的線圈燒毀故障，降低設(shè)備維修成本。

（2）在控制電路中串聯(lián)紅外線傳感器來控制中間繼電器觸頭接通與斷開KA，有人在砂輪機(jī)前時(shí)（正對(duì)操作者）自動(dòng)接通，此時(shí)砂輪機(jī)處于可操作狀態(tài)。如果操作人員離開超過11 s，紅外傳感器配合時(shí)間繼電器斷開中間繼電器KA，切斷砂輪機(jī)主電路，并關(guān)閉照明燈、換氣扇等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗功能。

（3）由于砂輪機(jī)工作環(huán)境差、振動(dòng)大、灰塵多，主電路的三相開關(guān)經(jīng)常發(fā)生接觸不良的情況，容易導(dǎo)致電機(jī)缺相運(yùn)行。改進(jìn)控制邏輯，將三相開關(guān)直接控制主電路通斷的方式，改為由單相開關(guān)SB 控制接觸器線圈，控制交流接觸器的接通與斷開，進(jìn)而控制電機(jī)工作與停止，杜絕三相開關(guān)中某相故障引起因砂輪機(jī)缺相運(yùn)行而燒毀電機(jī)線圈的故障，降低設(shè)備維修成本。

（4）在砂輪機(jī)控制電路中增加鑰匙開關(guān)SA，用于控制接觸器。必須使用鑰匙才能啟動(dòng)砂輪機(jī)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備專人專用。設(shè)備由持有鑰匙的操作者使用、管理、維護(hù)，如果設(shè)備發(fā)生故障，可以通過設(shè)備鑰匙準(zhǔn)確找出責(zé)任人。

4 砂輪機(jī)防燒毀多功能電源控制箱操作流程

多功能電源控制箱控制砂輪機(jī)開機(jī)的工作流程為：在控制箱上把電源鎖開關(guān)SA 右旋（接通），解除砂輪機(jī)控制電路接觸器線圈的鎖定狀態(tài)。當(dāng)操作者到砂輪間之后，砂輪機(jī)上的紅外感應(yīng)電路自動(dòng)接通，中間繼電器KA 得電，常開觸點(diǎn)閉合。此時(shí)，操作者接通開關(guān)SB 即可使砂輪機(jī)控制電路接通，主電路交流接觸器KM 線圈得電，砂輪機(jī)主電路的接觸器主觸頭閉合，砂輪機(jī)電源接通，砂輪機(jī)正常工作。

如果在操作過程中電機(jī)出現(xiàn)過熱的情況，熱繼電器FR 常閉觸點(diǎn)自動(dòng)斷開，使主接觸器KM 線圈失電，進(jìn)而控制砂輪機(jī)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，防止電機(jī)線圈因長時(shí)間過熱而燒毀，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)過熱保護(hù)的功能。

關(guān)機(jī)流程與開機(jī)相反，斷開開關(guān)SB，砂輪機(jī)主電路交流接觸器KM 線圈失電，接觸器主觸頭斷開，電機(jī)停止工作。

操作結(jié)束后，操作者將控制箱上的電源鎖開關(guān)SA 左旋（斷開），并取下電源鎖鑰匙，此時(shí)該砂輪機(jī)控制電路被鎖定，即使接通開關(guān)SB，砂輪機(jī)主接觸器線圈不會(huì)得電、主電路不會(huì)導(dǎo)通，因此砂輪機(jī)不能啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了砂輪機(jī)的專人專用。

綜上所述，多功能電源控制箱實(shí)現(xiàn)了如下功能：

（1）過載保護(hù)：保護(hù)砂輪機(jī)的使用安全，防止電機(jī)線圈過熱燒毀，節(jié)約設(shè)備維修維護(hù)成本。

（2）節(jié)約能源：通過增加紅外線傳感器，在操作者離開后可自動(dòng)控制設(shè)備斷電停機(jī)，減少能源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

（3）專人專用：通過電源鎖開關(guān)鑰匙，實(shí)現(xiàn)設(shè)備專人專用，誰使用誰維護(hù)、誰損壞誰賠償。

（4）以人為本：降低砂輪機(jī)故障率，使可用設(shè)備增加，節(jié)省大量的等待時(shí)間和工人師傅的輔助時(shí)間。

5 結(jié)束語

據(jù)走訪調(diào)查，目前常州市企業(yè)的砂輪機(jī)大多數(shù)采用傳統(tǒng)的控制方法，不具備過熱、過載、自動(dòng)斷電等功能，設(shè)備故障率高，且損壞較嚴(yán)重，維修費(fèi)用居高不下。推廣普及砂輪機(jī)安全保護(hù)裝置，可以為企業(yè)節(jié)約維修成本。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，本文設(shè)計(jì)的砂輪機(jī)安全保護(hù)裝置可以節(jié)約維修成本、降低設(shè)備能耗，使砂輪機(jī)的運(yùn)行更加節(jié)能、高效。