砂輪機防燒毀安全保護裝置的設(shè)計與制作

袁功宙

（江蘇省溧陽中等專業(yè)學(xué)校，江蘇常州 213300）

0 引言

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

圖1 多功能電源控制箱

1 砂輪機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。砂輪機在磨削工作時會產(chǎn)生大量金屬粉塵和碳化硅顆粒粉塵，這些粉塵會散落到砂輪機內(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 臺砂輪機，其中8 臺是老式砂輪機，采用安裝在砂輪機底座的HY3-10/3 型三相開關(guān)控制砂輪機的運轉(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，就會造成開關(guān)觸點接觸不良，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，砂輪機就會缺相運行，短時間砂輪機線圈溫度急速上升，燒毀線圈（圖3）。

圖2 老式砂輪機電機控制形式

圖3 HY3-10/3 型三相開關(guān)

另外8 臺是新型砂輪機，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，造成砂輪機缺相運行，其根本原因是主電路元件內(nèi)部進入金屬粉塵等異物、污染接觸點，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，造成砂輪機缺相運行，最終導(dǎo)致燒毀線圈繞組。

新型砂輪機的三相接觸器除了存在主觸點污染問題，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。接觸器吸合時觸點振動，并發(fā)出強烈噪聲。此時，交流接觸器上、下銜鐵不能穩(wěn)定導(dǎo)通，從而造成砂輪機運行不穩(wěn)，線圈電流增大，進而導(dǎo)致砂輪機線圈燒毀。

1.2 操作不當(dāng)

（1）磨車刀時方法不對、用力過大，導(dǎo)致電機長時間超負(fù)荷運行。同時存在設(shè)備無人值守，砂輪機長時間空轉(zhuǎn)運行的情況，也會使電機過熱。

（2）砂輪機長時間過電流、過熱運行、頻繁啟動或制動等，都會引起電機溫升過高。

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

2 保護裝置設(shè)計

（1）針對老式砂輪機開關(guān)缺相、新式砂輪機接觸器主觸接觸不良造成的電機缺相運行，燒毀線圈問題以及違規(guī)使用砂輪機，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現(xiàn)過載保護，避免電機長時間超負(fù)荷運行。同時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)致的砂輪機電機燒毀故障。

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

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

3 多功能電源控制箱主要功能

多功能電源控制箱可以實現(xiàn)電機過載保護、自動控制照明燈、換氣扇等功能。原砂輪機電路如圖5 所示，改進后的多功能電源控制箱電路如圖6 所示。

圖5 原砂輪機主電路

圖6 多功能電源控制箱主電路

（1）在砂輪機主電路中加裝熱繼電器FR，實現(xiàn)電機過載保護，防止電機長時間過熱導(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，有人在砂輪機前時（正對操作者）自動接通，此時砂輪機處于可操作狀態(tài)。如果操作人員離開超過11 s，紅外傳感器配合時間繼電器斷開中間繼電器KA，切斷砂輪機主電路，并關(guān)閉照明燈、換氣扇等設(shè)備，實現(xiàn)節(jié)能降耗功能。

（3）由于砂輪機工作環(huán)境差、振動大、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)致電機缺相運行。改進控制邏輯，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，進而控制電機工作與停止，杜絕三相開關(guān)中某相故障引起因砂輪機缺相運行而燒毀電機線圈的故障，降低設(shè)備維修成本。

（4）在砂輪機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砂輪機，實現(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，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開機的工作流程為：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，砂輪機上的紅外感應(yīng)電路自動接通，中間繼電器KA 得電，常開觸點閉合。此時，操作者接通開關(guān)SB 即可使砂輪機控制電路接通，主電路交流接觸器KM 線圈得電，砂輪機主電路的接觸器主觸頭閉合，砂輪機電源接通，砂輪機正常工作。

如果在操作過程中電機出現(xiàn)過熱的情況，熱繼電器FR 常閉觸點自動斷開，使主接觸器KM 線圈失電，進而控制砂輪機電機停止運轉(zhuǎn)，防止電機線圈因長時間過熱而燒毀，實現(xiàn)了電機過熱保護的功能。

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

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，此時該砂輪機控制電路被鎖定，即使接通開關(guān)SB，砂輪機主接觸器線圈不會得電、主電路不會導(dǎo)通，因此砂輪機不能啟動，實現(xiàn)了砂輪機的專人專用。

綜上所述，多功能電源控制箱實現(xiàn)了如下功能：

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

（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控制設(shè)備斷電停機，減少能源浪費，實現(xiàn)節(jié)能減排。

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

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

5 結(jié)束語

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