普通车床电气控制线路识读排查

机床电气控制线路因机床的种类、功能及其加工工艺不同,除了各种切削运动及其辅助运动需电气控制外,还有照明、冷却等许多电气控制内容,电气控制线路较为复杂。

一、电气制图规则

采用国家标准规定的电器图形文字符号绘制而成的,用以表达电气控制系统原理、功能、用途以及电气元件之间的布置、连接和安装关系的图形称为电气图。主要有电气原理图、电气接线图和电气安装图。

电气图绘制必须遵守国家标准局颁布的最新电气制图标准。目前主要有GB/GT4728—1996~2000《电气简图用图形符号》、GB7159—1987《电气技术中的文字符号制定通则》、GB4026—1992《电器设备接线端子和特定导线线端的识别及应用字母数字系统通则》、GB/T6988.3-1997《电气制图、接线图和接线表》、GB/T6988.1~4—2002《电气技术文件的编制》等。此外还须遵守机械制图与建筑制图的相关标准。

1. 电气元件绘制规则

图1是CW6132车床的电气原理图。图中包括了该机床所有电气元件导电部件和接线端点之间的连接关系。

图1 CW6132车床电气原理图

1)触头图示状态

电气图中电气元件触头的图示状态应按该电器的不通电状态和不受力状态绘制。

对于接触器、电磁继电器触头按电磁线圈不通电时状态绘制；对于按钮、行程开关按不受外力作用时的状态绘制；对于低压断路器及组合开关按断开状态绘制；热继电器按未脱扣状态绘制；速度继电器按电动机转速为零时的状态绘制；事故、备用与报警开关等按设备处于正常工作时的状态绘制；标有“OFF”等多个稳定操作位置的手动开关则按拨在“OFF”位置时的状态绘制。

2)文字标注规则

电气图中文字标注遵循就近标注规则与相同规则。所谓就近规则是指电气元件各导电部件的文字符号应标注在图形符号的附近位置；相同规则是指同一电气元件的不同导电部件必须采用相同的文字标注符号(如图1中,交流接触器线圈、主触头及其辅助触头均采用同一文字标注符号KM)。

文字本身应符合GB4457.3-84《机械制图文件》的规定。汉字采用长仿宋体,字高有20,14,10,7,5,3.5,2.5等七种,字体宽度约等于字高的2/3,而数字和字母笔画宽度约为字高的1/10等。

2. 连线绘制规则

1)连线布置形式

垂直布置形式

设备及电器元件图形符号从左至右纵向排列,连接线垂直布置,类似项目横向对齐,一般机床电气原理图均采用此布置方法。

水平布置形式

设备及电器元件图形符号从上至下横向排列,连线水平布置,类似项目纵向对齐。

电气原理图绘制时采用的连线布置形式应与电气控制柜内实际的连线布置形式相符。

2)交叉节点的通断

十字交叉节点处绘制黑圆点表示两交叉连线在该节点处接通,无黑圆点则无电联系；T字节点则为接通节点,见图2。

3)线号与规格标注

图2 交叉节点的通断

a) 有黑圆点十字交叉节点 b)无黑圆点十字交叉节点 c)T字节点

线号用L1、L2、L3、U、V、W等标注,连线规格按就近原则采用引出线标注,例如图1中就采用了引出线标注,冷却电动机主电路分区中的引出线端点处标注的2.5mm2表示连线截面积为2.5mm2。连线规格标注过多,会导致图面混乱,可在电气元件明细表中集中标注。

4)节点数字符号标注

为了注释方便,电气原理图各电路节点处还可标注数字符号,见图1之照明电路区的4、5、6、7、8。数字符号一般按支路中电流的流向顺序编排。节点数字符号作用除了注释作用外,还起到将电气原理图与电气接线图相对应的作用。

3. 图幅分区规则

为了确定图上内容的位置及其用途,应对一些幅面较大、内容复杂的电气图进行分区。

1)分区方法及其标注

垂直布置电气原理图中,上方一般按主电路及各功能控制环节自左至右进行文字说明分区,并在各分区方框内加注文字说明,帮助机床电气原理的阅读理解；下方一般按“支路居中”原则从左至右进行数字标注分区,并在各分区方框内加注数字,以方便继电器、接触器等电器触头位置的查阅。“支路居中”原则是指各支路垂线应对准数字分区方框的中线位置。对于水平布置的电气原理图,则实现左右分区。左方自上而下进行文字说明分区,右方自上而下进行数字标注分区。

2)触头索引代号

电气原理图中的交流接触器与继电器,因线圈、主触头、辅助触头所起作用各不相同,为清晰地表明机床电气原理图工作原理,这些部件通常绘制在各自发挥作用的支路中。在幅面较大的复杂电气原理图中,为检索方便,就需在电磁线圈图形符号下方标注电磁线圈的触头索引代号,见图3。

图3 电磁线圈的触头索引代号

a)接触器触头索引代号 b)继电器触头索引代号

对于接触器触头索引代号分为左中右三栏,左栏数字表示主触头所在的数字分区号,中栏数字表示常开辅助触头所在的数字分区号,右栏则表示常闭辅助触头所在的数字分区号。

对于继电器触头索引代号分为左右两栏,左栏表示常开触头所在数字分区号,右栏表示常闭触头所在数字分区号。

4. 电气接线图绘制规则

表示电气控制系统中各项目(包括电气元件、组件、设备等)之间连接关系、连线种类和敷设路线等详细信息的电气图称为电气接线图,电气接线图是检查电路和维修电路不可缺少的技术文件,根据表达对象和用途不同,可细分为单元接线图、互连接线图和端子接线图等。

图4是CW6132车床电气互连接线图。接线图中各电气元件图形与文字符号均与图CW6132车床电气原理图保持一致,但各电气元件位置则按电气元件在控制柜、控制板、操作台或操纵箱中的实际位置绘制。图中左方的点划线方框表示CW6132车床的电气控制柜、中间小方框表示照明灯控制板、右方小方框则表示机床运动操纵板。

图4 CW6132车床电气互连接线图

电气控制柜内各电气元件可直接连接,而外部元器件与电气柜之间连接须经接线端子板进行,连接导线应注明导线根数、导线截面积等,一般不表示导线实际走线途径,施工时由操作者根据实际情况选择最佳走线方式。

二、C650车床电气控制

图5是C650型卧式车床电气控制原理图。该车床共有三台电动机:M1为主轴电动机,拖动主轴旋转并通过进给机构实现进给运动,主要有正转与反转控制、停车制动时快速停转、加工调整时点动操作等电气控制要求。M2是冷却泵电动机,驱动冷却泵电动机对零件加工部位进行供液,电气控制要求是加工时起动供液,并能长期运转。M3是快速移动电动机,拖动刀架快速移动,要求能够随时手动控制起动与停止。

图5 C650型卧式车床电气控制线路

1. 动力电路

1)主电动机电路

电源引入与故障保护

三相交流电源L1、L2、L3经熔断器FU后,由QS隔离开关引入C650车床主电路,主电动机电路中,FU1熔断器为短路保护环节,FR1是热继电器加热元件,对电动机M1起过载保护作用。

主电动机正反转

KM1与 KM2分别为交流接触器KM1与KM2的主触头。根据电气控制基本知识分析可知, KM1主触头闭合、KM2主触头断开时,三相交流电源将分别接入电动机的U1、V1、W1三相绕组中,M1主电动机将正转。反之,当KM1主触头断开、KM2主触头闭合时,三相交流电源将分别接入M1主电动机的W1、V1、U1三相绕组中,与正转时相比,U1与W1进行了换接,导致主电动机反转。

主电动机全压与减压状态

当KM3主触头断开时,三相交流电源电流将流经限流电阻R而进入电动机绕组,电动机绕组电压将减小。如果KM3主触头闭合,则电源电流不经限流电阻而直接接入电动机绕组中,主电动机处于全压运转状态。

绕组电流监控

电流表A在电动机M1主电路中起绕组电流监视作用,通过TA线圈空套在绕组一相的接线上,当该接线有电流流过时,将产生感应电流,通过这一感应电流间显示电动机绕组中当前电流值。其控制原理是当KT常闭延时断开触头闭合时,TA产生的感应电流不经过A电流表,而一旦KT触头断开,A电流表就可检测到电动机绕组中的电流。

电动机转速监控

KS是和M1主电动机主轴同转安装的速度继电器检测元件,根据主电动机主轴转速对速度继电器触头的闭合与断开进行控制。

2)冷却泵电动机电路

冷却泵电动机电路中FU4熔断器起短路保护作用,FR2热继电器则起过载保护作用。当KM4主触头断开时,冷却泵电动机M2停转不供液；而KM4主触头一旦闭合,M2将起动供液。

3)快移电动机电路

快移电动机电路中FU5熔断器起短路保护作用。KM5主触头闭合时,快移电动机M3起动,而KM5主触头断开,快移电动机M3停止。

主电路通过TC变压器与控制线路和照明灯线路建立电联系。TC变压器一次侧接入电压为380V,二次侧有36V、110V两种供电电源,其中36V给照明灯线路供电,而110V给车床控制线路供电。

2. 控制线路

控制线路读图分析的一般方法是从各类触头的断与合与相应电磁线圈得断电之间的关系入手,并通过线圈得断电状态,分析主电路中受该线圈控制的主触头的断合状态,得出电动机受控运行状态的结论。

控制线路从6区至17区,各支路垂直布置,相互之间为并联关系。各线圈、触头均为原态(即不受力态或不通电态),而原态中各支路均为断路状态,所以KM1、KM3、KT、KM2、KA、KM4、KM5等各线圈均处于断电状态,这一现象可称为“原态支路常断”,是机床控制线路读图分析的重要技巧。

1)主电动机点动控制

按下SB2,KM1线圈通电,根据原态支路常断现象,其余所有线圈均处于断电状态。因此主电路中为KM1主触头闭合,由QS隔离开关引入的三相交流电源将经KM1主触头、限流电阻接入主电动机M1的三相绕组中,主电动机M1串电阻减压起动。一旦松开SB2,KM1线圈断电,电动机M1断电停转。 SB2是主电动机M2的点动控制按钮。

2)主电动机正转控制

按下SB3,KM3线圈通电与KT线圈同时通电,并通过20区的常开辅助触头KM3闭合而使KA线圈通电,KA线圈通电又导致11区中的KA常开辅助触头闭合,使KM1线圈通电。而11~12区的KM1常开辅助触头与14区的KA常开辅助触头对SB3形成自锁。主电路中KM3主触头与KM1主触头闭合,电动机不经限流电阻R则全压正转起动。

绕组电流监视电路中,因KT线圈通电后延时开始,但由于延时时间还未到达,所以KT常闭延时断开触头保持闭合,感应电流经KT触头短路,造成A电流表中没有电流通过,避免了全压起动初期绕组电流过大而损坏A电流表。KT线圈延时时间到达时,电动机已接近额定转速,绕组电流监视电路中的KT将断开,感应电流流入A电流表将绕组中电流值显示在A表上。

3)主电动机反转控制

按下SB4,通过9、10、5、6线路导致KM3线圈与KT线圈通电,与正转控制相类似,20区的KA线圈通电,再通过11、12、13、14使KM2线圈通电。主电路中KM2、KM3主触头闭合,电动机全压反转起动。KM1线圈所在支路与KM2线圈所在支路通过KM2与KM1常闭触头实现电气控制互锁。

4)主电动机反接制动控制

正转制动控制

KS2是速度继电器的正转控制触头,当电动机正转起动至接近额定转速时,KS2闭合并保持。制动时按下SB1,控制线路中所有电磁线圈都将断电,主电路中KM1、KM2、KM3主触头全部断开,电动机断电降速,但由于正转转动惯性,需较长时间才能降为零速。

一旦松开SB1,则经1、7、8、KS2、13、14,使KM2线圈通电。主电路中KM2主触头闭合,三相电源电流经KM2使U1、W1两相换接,再经限流电阻R接入三相绕组中,在电动机转子上形成反转转矩,并与正转的惯性转矩相抵消,电动机迅速停车。

在电动机正转起动至额定转速,再从额定转速制动至停车的过程中,KS1反转控制触头始终不产生闭合动作,保持常开状态。

反转制动控制

KS1在电动机反转起动至接近额定转速时闭合并保持。与正转制动相类似,按下SB1,电动机断电降速。一旦松开SB1,则经1、7、8、KS1、2、3,使线圈KM1通电,电动机转子上形成正转转矩,并与反转的惯性转矩相抵消使电动机迅速停车。

5)冷却泵电动机起停控制

按下SB6,线圈KM4通电,并通过KM4常开辅助触头对SB6自锁,主电路中KM4主触头闭合,冷却泵电动机M2转动并保持。按下SB5,KM4线圈断电,冷却泵电动机M2停转。

6)快移电动机点动控制

行程开关由车床上的刀架手柄控制。转动刀架手柄,行程开关SQ将被压下而闭合,KM5线圈通电。主电路中KM5主触头闭合,驱动刀架快移的电动机M3起动。反向转动刀架手柄复位,SQ行程开关断开,则电动机M3断电停转。

7)照明电路

灯开关SA置于闭合位置时,EL灯亮。SA置于断开位置时,EL灯灭。C650卧式车床电气原理图中电气元件符号及名称见下表。

表 C650车床电气元件符号及名称

符号

名称

符号

名称

主电动机

SB1

总停按钮

冷却泵电动机

SB2

主电动机正向点动按钮

快速移动电动机

SB3

主电动机正转按钮

KM1

主电动机正转接触器

SB4

主电动机反转按钮

KM2

主电动机反转接触器

SB5

冷却泵电动机停转按钮

KM3

短接限流电阻接触器

SB6

冷却泵电动机起动按钮

KM4

冷却泵电动机起动接触器

控制变压器

KM5

快移电动机起动接触器

FU(1~6)

熔断器

中间继电器

FR1

主电动机过载保护热继电器

通电延时时间继电器

FR2

冷却泵电动机保护热继电器

快移电动机点动行程开关

限流电阻

开关

照明灯

速度继电器

电流互感器

电流表

隔离开关

三、工作任务

叙述普通车床电气控制线路的控制原理；通过测绘排查普通车床电气控制线路。

(责编: 杰 )

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