機(jī)電工程師專業(yè)論文

機(jī)電工程師專業(yè)論文摘要:本文通過(guò)分析量碼成圈機(jī)的性能要求和普通型量碼機(jī)的不足及形成原因,設(shè)計(jì)出一種用變頻器分段控制的電線量碼成圈機(jī)。它能夠準(zhǔn)確高速地完成量碼成圈工作,降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。關(guān)鍵詞:高速量碼成圈機(jī);變頻分段控制;杠桿式氣動(dòng)剎車;高效節(jié)能前言：目前在電線電纜行業(yè)中，電線的量碼成圈機(jī)主要有傳統(tǒng)老式和新式兩大類。我廠過(guò)去使用的是老式量碼機(jī)，采用電磁調(diào)速電機(jī)調(diào)速的主動(dòng)收線、被動(dòng)放線的方式，人工剎車裝置，計(jì)米以周長(zhǎng)為1m的輪式機(jī)械計(jì)米器。此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但性能差，計(jì)米不準(zhǔn)確，實(shí)際操作控制性差。市面上的新式量碼機(jī)多采用主動(dòng)收線、主動(dòng)放線加張力調(diào)節(jié)裝置的方式。此系統(tǒng)須要使用兩臺(tái)變頻器和兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，控制電路較復(fù)雜，雖然性能較好,但制造成本偏高。本文介紹我利用變頻器多段控制的電線量碼成圈機(jī),省去了主動(dòng)放線裝置。它性價(jià)比高，性能穩(wěn)定,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造成本低,適用于推廣應(yīng)用。1量碼成圈機(jī)性能的要求和問(wèn)題的分析1.1性能的要求電線的量碼成圈是電線制造過(guò)程中的最后一道工序，其對(duì)量碼機(jī)有以下主要要求：(1)量碼成圈過(guò)程中電線不拉伸變細(xì)；(2)放線盤(pán)放線時(shí)不發(fā)生垮筒；(3)長(zhǎng)度計(jì)量準(zhǔn)確，外觀整齊；(4)高壓火檢可靠,安全；(5)操作簡(jiǎn)便,生產(chǎn)效率高。1.2問(wèn)題的分析以下針對(duì)傳統(tǒng)的量碼機(jī)使用過(guò)程中普遍存在的問(wèn)題,分析其形成原因。(1)電線被拉細(xì)。成圈收線盤(pán)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)多采用普通的電磁調(diào)速電機(jī)或其他受控電機(jī),我在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)：一是啟動(dòng)時(shí)如采用人工控制收線速度，啟動(dòng)速度過(guò)快時(shí),就會(huì)對(duì)電線產(chǎn)生過(guò)大拉力,造成電線拉細(xì)。二是在簡(jiǎn)易被動(dòng)放線系統(tǒng)中,放線盤(pán)須施加可調(diào)摩擦阻力,以產(chǎn)生放線張力,如摩擦阻力調(diào)節(jié)過(guò)大,都會(huì)拉細(xì)電線。(2)放線盤(pán)垮筒。收線盤(pán)減速停車過(guò)程中,放線速度大于收線速度,造成放線盤(pán)上的電線松垮、上下層線交錯(cuò)纏繞,無(wú)法正常放線,造成電線垮筒。簡(jiǎn)易被動(dòng)放線系統(tǒng)中,放線盤(pán)利用人工剎車或可調(diào)摩擦阻力作用下減速。當(dāng)摩擦力不夠時(shí),放線盤(pán)的減速慢于成圈收線盤(pán)的減速,也會(huì)造成電線垮筒。主動(dòng)放線系統(tǒng)中,如運(yùn)轉(zhuǎn)速度過(guò)快,張力調(diào)節(jié)裝置無(wú)法使放線盤(pán)快速降速,也會(huì)造成電線垮筒。(3)長(zhǎng)度計(jì)量不準(zhǔn)確。原因一：老式量碼機(jī)多采用輪式機(jī)械計(jì)米器,即電線緊繞計(jì)米輪一圈帶動(dòng)計(jì)米輪計(jì)米，所以存在彎曲半徑誤差，線徑大小不同計(jì)量得不同的長(zhǎng)度。二：老式量碼機(jī)的機(jī)械計(jì)米器沒(méi)有輸出控制，沒(méi)法實(shí)現(xiàn)定長(zhǎng)停車控制或其它控制。依靠人工控制加減速或停機(jī)準(zhǔn)確性不高，出現(xiàn)長(zhǎng)短碼。(4)火檢控制不精確。由于舊式成圈機(jī)的控制（圖1），只要SQ斷開(kāi)，火花機(jī)立即失電，但驅(qū)動(dòng)電機(jī)由于慣性作用仍在收線，出現(xiàn)部分電線漏檢情況。要求火花機(jī)的高壓斷開(kāi)與量碼機(jī)停機(jī)必須同步。斷開(kāi)早,有一部分線會(huì)漏檢，斷開(kāi)晚,工人操作時(shí)有被電擊危險(xiǎn)。

圖1（改造前）成圈機(jī)電氣原理圖以上問(wèn)題,是目前不同機(jī)型的量碼成圈機(jī)均存在的主要問(wèn)題,也是影響其操作性能和工作效率的主要原因。根據(jù)我的工作經(jīng)驗(yàn)和對(duì)量碼成圈機(jī)進(jìn)行多次實(shí)踐試驗(yàn)，我個(gè)人對(duì)以上問(wèn)題的解決方案和措施如下。2解決的方案2.1電線拉細(xì)問(wèn)題的解決本被動(dòng)放線系統(tǒng),采用杠桿式張力儲(chǔ)線器（圖片1-1、2、3、4），和杠桿式氣動(dòng)剎車裝置（圖片2-1、2）。啟動(dòng)時(shí),使成圈機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)由零速開(kāi)始并以勻加速度運(yùn)行,緩慢升至高速。當(dāng)儲(chǔ)線器的動(dòng)滑輪被電線從下向上拉動(dòng)時(shí)，剎車慢慢松開(kāi)，動(dòng)滑輪杠桿處于水平位置（可調(diào)整）時(shí)剎車完全打開(kāi)，線盤(pán)自由放線，拉力很小,保證了此加速過(guò)程產(chǎn)生的拉力小于電線能承受的拉力,確保電線不被拉細(xì)。另外,在被放線架上設(shè)計(jì)一個(gè)上限減速裝置（上限位置可調(diào)），使動(dòng)滑輪不會(huì)拉到極限，電線不會(huì)被拉細(xì)。采用這些措施確保證整個(gè)量碼周期內(nèi),電線不被拉細(xì)（附有視頻）。2.2放線盤(pán)垮筒問(wèn)題的解決放線盤(pán)垮筒問(wèn)題主要是出現(xiàn)在停機(jī)的時(shí)候。在被動(dòng)放線架系統(tǒng)中采用杠桿式張力儲(chǔ)線器，和杠桿式氣動(dòng)剎車裝置。在停車時(shí)杠桿儲(chǔ)線器起到它主要儲(chǔ)線作用。另外，當(dāng)動(dòng)滑輪下滑低于水平位置時(shí)開(kāi)始剎車，在自動(dòng)儲(chǔ)線、氣動(dòng)剎車的有機(jī)配合下，放線盤(pán)在1-2秒鐘內(nèi)就能完全停止，杜絕了出現(xiàn)垮筒現(xiàn)象的發(fā)生（附有視頻）。2.3長(zhǎng)度計(jì)量不準(zhǔn)確問(wèn)題的解決電線的計(jì)量一定要在直線的狀態(tài)下計(jì)量是最準(zhǔn)確，所以電線是直線通過(guò)計(jì)米輪(圖片3直線計(jì)米裝置)。計(jì)米器采用加計(jì)、減計(jì)雙向電子計(jì)米。電子計(jì)米器設(shè)定的預(yù)置值到達(dá)時(shí)控制變頻低速運(yùn)行，定長(zhǎng)米數(shù)值到達(dá)時(shí)控制變頻器從低速運(yùn)行到停止，停機(jī)十分及時(shí)所以量碼準(zhǔn)確。2.4火檢控制不精確問(wèn)題的解決利用變頻器的“運(yùn)行中”繼電器BJ2輸出信號(hào),以反映電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài),控制火檢高壓?jiǎn)?dòng)和停止。在電機(jī)運(yùn)行時(shí),火檢高壓能準(zhǔn)確啟動(dòng)，電機(jī)停止時(shí),火檢高壓能快速斷開(kāi)。3設(shè)計(jì)的思路將整個(gè)量碼過(guò)程分段處理,與機(jī)械裝置配合進(jìn)行“分段控制”。如圖2所示的控制曲線。圖中N(f)為收線電機(jī)的轉(zhuǎn)速,由于N隨著輸入電源頻率的不同而變化,是頻率的函數(shù),所以用N(f)表示,單位為Hz；L為成圈電線的長(zhǎng)度(m)。T1、T2、T3為啟動(dòng)過(guò)程所用時(shí)間(s)，轉(zhuǎn)速由零至C點(diǎn)；T4為最高速運(yùn)行時(shí)間(s)，；T5、T6、T7為降速停止過(guò)程所用時(shí)間(s)，轉(zhuǎn)速由D點(diǎn)降至零速G點(diǎn)。圖2量碼成圈過(guò)程的控制曲線圖1中量碼過(guò)程的分段處理過(guò)程的分析如下:OC啟動(dòng)段，由OA、AB、BC段組成，變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)由零速按照加速時(shí)間Pd014比例加速，電子計(jì)米器實(shí)時(shí)計(jì)米。轉(zhuǎn)速上升（OA段）收線盤(pán)拉動(dòng)電線，放線架的杠桿式儲(chǔ)線器的動(dòng)滑輪組被電線拉動(dòng)向上運(yùn)動(dòng)，杠桿的另一端得到電線拉力的6*25倍力，克服杠桿式剎車的氣缸拉力自動(dòng)打開(kāi)放線盤(pán)剎車，從而電線輕松被從線盤(pán)拉出，不會(huì)拉細(xì)電線。為了避免電線承受過(guò)大拉力，防止電線拉細(xì)，在接近上限處(可調(diào))安裝的限位接近開(kāi)關(guān)Fe動(dòng)作，“上限減速”動(dòng)作電機(jī)保持在AB段“多段速1”頻率(實(shí)踐最佳值25Hz)運(yùn)行；當(dāng)放線盤(pán)轉(zhuǎn)速上升后接近開(kāi)關(guān)離開(kāi)鐵塊斷開(kāi)“上限減速”，變頻器繼續(xù)加速（BC段），C點(diǎn)最高速50Hz頻率運(yùn)行,動(dòng)滑輪穩(wěn)定在中上位置，完成啟動(dòng)。CD運(yùn)行段，電機(jī)驅(qū)動(dòng)收線盤(pán)保持最高速運(yùn)行從C至D點(diǎn)，保證量碼的工作效率。DE預(yù)置減速段，當(dāng)計(jì)米器的預(yù)置計(jì)米值到達(dá)D時(shí)，變頻器按照減速時(shí)間Pd015比例從D點(diǎn)降到E點(diǎn)“多段速2”(實(shí)踐最佳值10Hz)，為停機(jī)作準(zhǔn)備。此時(shí)杠桿式儲(chǔ)線器的動(dòng)滑輪向下運(yùn)動(dòng)自動(dòng)剎車，不會(huì)出現(xiàn)電線垮筒情況。EF過(guò)渡段，低速運(yùn)行段。以確保量碼到達(dá)實(shí)際計(jì)米值F點(diǎn)時(shí)，計(jì)米器輸出停止信號(hào)。FG停車段，變頻器得到停止信號(hào)后，從“多段速2”減至零停止輸出。由此可見(jiàn)以上的T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7都是不固定的，無(wú)須設(shè)置，量碼過(guò)程中自動(dòng)生成。4實(shí)施的方案三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n=60f(1-s)/p，其中f為電源頻率，s為轉(zhuǎn)差率，p為定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)，所以從這個(gè)公式就可以看出，要想改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以改變f，s，p這三個(gè)量中的任意一個(gè)，就能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)速，其中改變電源頻率f是比較方便和有效的方法，只要改變了電源頻率f就能夠改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。所以，我利用變頻器的調(diào)速控制和程序控制功能，實(shí)現(xiàn)以上運(yùn)行曲線最為簡(jiǎn)捷,而且可靠性高,控制線路簡(jiǎn)單。4.1電氣裝備的選用及參數(shù)的設(shè)置和機(jī)械結(jié)構(gòu)本文電氣選用：Y90L-4額定功率1.5KW三相異步電動(dòng)機(jī)作驅(qū)動(dòng)電機(jī)，譽(yù)強(qiáng)YQ3000-F7402P2G，額定功率為2.2KW變頻器，（選用變頻器的額定功率≥電機(jī)的額定功率*1.1倍，經(jīng)查閱該產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)選用額定功率為2.2KW較合適）。CT7-PS62B雙段智能電子計(jì)米器,通用火花機(jī)。機(jī)械采用杠桿式儲(chǔ)線器、杠桿式氣動(dòng)剎車裝置被動(dòng)放線架。根椐量碼過(guò)程的控制動(dòng)作曲線,設(shè)置以下參數(shù):變頻器參數(shù)設(shè)置，除下列參數(shù)外，所有參數(shù)保持出廠設(shè)置：Pd001=1“運(yùn)行命令通道”選擇“端子指令通道”P(pán)d002=1“頻率給定通道”選擇“端子給定”P(pán)d005=50“最高輸出頻率”設(shè)定為50HzPd014=8“加速時(shí)間”設(shè)定為8秒Pd015=1.5“減速時(shí)間”設(shè)定為1.5秒Pd025=0“起動(dòng)方式”選擇“由啟動(dòng)頻率開(kāi)始起動(dòng)”P(pán)d026=0“停機(jī)方式”選擇“減速停機(jī)”P(pán)d027=0.5“起動(dòng)頻率”設(shè)定為0.5HzPd028=0.5“停機(jī)頻率”設(shè)定為0.5HzPd044=2“多功能輸入端子FR功能選擇”選擇“正轉(zhuǎn)”P(pán)d045=19“多功能輸入端子RR功能選擇”選擇“多段速端子1”P(pán)d046=20“多功能輸入端子RST功能選擇”選擇“多段速端子2”P(pán)d047=9“多功能輸入端子SPH功能選擇”選擇“外控定時(shí)器啟動(dòng)”P(pán)d052=15“繼電器1輸出功能選擇”選擇“外控定時(shí)器到達(dá)”P(pán)d053=1“繼電器2輸出功能選擇”選擇“變頻器運(yùn)行中提示”P(pán)d063=3“外控定時(shí)器時(shí)間設(shè)定”設(shè)定為3秒Pd072=51“模擬量給定最大頻率”設(shè)定為51HzPd080=2“運(yùn)行方式選擇”選擇“外控多段速運(yùn)行”P(pán)d086=25“多段速1”設(shè)定為25HzPd087=10“多段速2”設(shè)定為10Hz2、計(jì)米器參數(shù)設(shè)置：HI=100“定長(zhǎng)成圈米數(shù)100米”LO=95“預(yù)置減速米數(shù)95米”P(pán)=0.0418“計(jì)米倍率值”為0.0418米，顯示計(jì)米值=輸入脈沖數(shù)*計(jì)米倍率值（計(jì)米輪直徑為0.08米，計(jì)米輪安裝6個(gè)脈沖點(diǎn)，計(jì)米倍率值為0.0418）IN=D“輸入模式”設(shè)為D模式，即：CP1輸入號(hào)越前CP2輸入信號(hào)則為加計(jì)米，CP2輸入號(hào)越前CP1輸入信號(hào)則為減計(jì)米OU=C“輸出模式”設(shè)為C模式，即計(jì)米器到達(dá)設(shè)定值HI時(shí)顯示自動(dòng)復(fù)位，重新計(jì)米HTIA=5設(shè)定繼電器HI輸出后延時(shí)復(fù)位時(shí)間為5秒LO=DHOLLO繼電器跟隨HI繼電器一起復(fù)位4.2量碼機(jī)電氣原理的設(shè)計(jì)與工作流程的設(shè)置量碼機(jī)電氣原理見(jiàn)圖3,工作流程如下:操作工人把計(jì)米器清零后，踩下SF腳踏開(kāi)關(guān)啟動(dòng)變頻器，同時(shí)線夾立即打開(kāi)，電機(jī)從零速起動(dòng)運(yùn)行拉動(dòng)電線成圈，經(jīng)過(guò)時(shí)間T1轉(zhuǎn)速升至A點(diǎn)時(shí)，上限減動(dòng)作控制變頻器保持25Hz轉(zhuǎn)速運(yùn)行(實(shí)踐最佳頻率25Hz，時(shí)間T2約2秒)，上限結(jié)束后變頻器繼續(xù)升速至最高速C點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，經(jīng)過(guò)時(shí)間T4后，計(jì)米器設(shè)定的預(yù)置值到達(dá)，LO控制變頻器從D點(diǎn)降速至E點(diǎn)10Hz運(yùn)行，經(jīng)過(guò)時(shí)間T6后，計(jì)米器設(shè)定的定長(zhǎng)成圈值到達(dá),（5秒后計(jì)米器的LO、HI輸出繼電器復(fù)位為下次工作做準(zhǔn)備）HI控制變頻器停止運(yùn)行。變頻器外控定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，3秒后接通氣動(dòng)線夾的電磁閥線圈，電線被夾緊，(在工人把電線剪斷后，電線不會(huì)被放線張力往后拉走)完成成圈工作（完成BV2.52電線成圈長(zhǎng)度為100m只須30秒）。整個(gè)成圈工作流程工人只須要踩下腳踏開(kāi)關(guān)就能完成，簡(jiǎn)單方便。圖3量碼機(jī)電氣原理圖QF-自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)（DZ47-10A）FU-熔斷器(3A)K1-控制電源開(kāi)關(guān)SF-腳踏開(kāi)關(guān)HJ-火花機(jī)擊穿輸出繼電器KA(1-4)-繼電器Fe-接近開(kāi)關(guān)（鐵感式AC220VNPN型）LO-計(jì)米器預(yù)置計(jì)米達(dá)到輸出繼電器HI-計(jì)米器實(shí)際計(jì)米達(dá)到輸出繼電器HL-米數(shù)達(dá)到停機(jī)指示K2-線夾選擇開(kāi)關(guān)BJ1-變頻器輸出繼電器1BJ2-變頻器輸出繼電器2YA-線夾電磁閥線圈HJ-火花機(jī)輸出斷電器TK-計(jì)米傳感器（TH-12PP4C）電氣元件清單4.3在調(diào)試過(guò)程中所要解決問(wèn)題和說(shuō)明(1)根據(jù)實(shí)際調(diào)試情況,運(yùn)行曲線中“FG”段對(duì)應(yīng)的電線長(zhǎng)度小于0.1米。100m成圈的電線,國(guó)標(biāo)公差為±5‰。實(shí)際長(zhǎng)度在公差范圍內(nèi),可以保證量碼精度。(2)花機(jī)的擊穿輸出繼電器HJ自帶延時(shí)5s復(fù)位功能。(3)在整個(gè)量碼過(guò)程中電線始終保持張力，利用電線自身的推力作用電線實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排線，無(wú)須人工排線操作，成圈后結(jié)實(shí)整齊美觀。（適用范圍0.5mm2—6mm2電線）5結(jié)束語(yǔ)此種結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)在于:(1)不需要主動(dòng)放線,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,有利于推廣。電線垮筒現(xiàn)象是制約連續(xù)生產(chǎn),影響生產(chǎn)效率的主要原因。利用主動(dòng)放線可以解決問(wèn)題,但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,可操作性差,并且不適于推廣。因?yàn)殡娋€量碼成圈機(jī)使用很廣,對(duì)一般小廠和私營(yíng)企業(yè)采用此系統(tǒng)存在技術(shù)和資金方面的困難。(2)計(jì)米準(zhǔn)確。利用雙段計(jì)米器,在預(yù)置計(jì)米到達(dá)進(jìn)行減速,到達(dá)定長(zhǎng)值時(shí)再停車，實(shí)現(xiàn)定長(zhǎng)停車。(3)電氣線路簡(jiǎn)單,可靠性高。利用變頻器的程序控制功能進(jìn)行控制,只需使用四個(gè)繼電器。(4)操作簡(jiǎn)便。操作工人只需踩下腳踏開(kāi)關(guān),即可自動(dòng)完成一個(gè)操作周期。此量碼機(jī)的關(guān)鍵在于將整個(gè)量程過(guò)程進(jìn)行分段處理,有針對(duì)性地設(shè)計(jì)各段的運(yùn)行曲線,并借助變頻器加以實(shí)現(xiàn)。提前減速停車,以保證計(jì)米準(zhǔn)確,也是有別于其他機(jī)型的地方。在我廠的實(shí)際使用中,