专用龙门刨床B2010A电气控制原理及维护指南

陈竹

B2010A系列龙门刨床是上世纪五十年代的产品，其调速系统采用旋转变流机组供电的F―D系统。该系统需要旋转变流机组，至少包含两台与调速电动机容量相当的旋转电机，还要一台励磁发电机，故存在设备多、体积大、费用高、效率低、安装须打地基、运行有噪声、维护不方便等缺点，但是系统的可逆运行很容易实现，且无论在正转还是反转减速时都能够实现回馈制动，因此在当时曾广泛地使用着，至今在尚未进行设备更新的地方仍使用着这种系统。笔者从网上了解到，不光是笔者所在单位有几台这样设备还在使用，其他单位确实也有这种设备还在使用。为了与广大同行交流维护经验，今以此文为引玉之砖。
1．概述
B2010A龙门刨床的电气控制原理如图1所示。整个电气控制系统由三相380V50Hz的交流电源供电。工作台由直流电机D拖动；油泵、冷却风机、电机放大机的原动机、直流发电机的原动机，分别由单独的三相交流异步电动机RB、FB、B、A拖动。其中交流异步电动机A由Y―Δ起动。
工作台拖动电动机D的速度，是通过电压负反馈，电流正反馈和电流截止负反馈的高电阻电桥系统来改变发电机的端电压，达到速度调节的。电机扩大机控制绕组采用磁差接法，分别将给定电压、电压负反馈、电流截止负反馈与电流正反馈接到扩大机单独的控制绕组0III与0II上。
全部控制电器装在三处，控制柜、悬挂操纵箱和机床上。操纵者使用操纵箱进行操作。工作台自动循环时，由安装在机床床身右侧的行程开关Q-JS1、Q-HX1和Q-HX2或H-JS1、H-HX1和H-HX2进行控制。极限开关1HXC和2HXC也安装在机床床身右侧。1HXC的接点在工作台前进超过极限位置时断开，2HXC的接点在工作台后退超过极限位置时断开。
整个电气线路可分为交流主回路-图1左上部分、交流控制回路-图1右半部分和直流主回路-图1左中间部分、直流控制回路-图1左下部分四部分。其中交流控制回路的电源由两相380V交流电通过熔断器2RL，供给机组的Y―Δ起动控制和控制变压器BK降压至127V。工作台的步进或步退、前进或后退、自动循环，以及润滑泵的控制电源由交流127V通过熔断器3RL提供。直流控制回路的电源是直流220V，由原动机交流异步电动机A拖动励磁机L整流通过熔断器1RL输出。用于控制发电机的输出端电压。（注：图1中继电器JI的触点[240]-[200]应为常闭触点）
2．机组启动
启动前，机组和控制系统应处于就绪状态，即图1中自动空气开关UZ、1UZ、2UZ都在合闸位置，所有接触器或中间继电器均在释释放状态。交流电源指示灯2e发亮，所有电机的靠背轮都可用手转动，此时就可以开机。（“[101]”内为线号；“↑”表示线圈吸合或触点闭合，“↓”则相反下同。）
按下悬挂操纵箱上的“起动”按钮2A —→ 接触器C-A吸合，时间继电器JS-A吸合，接触器Y吸合 —→ Y起动。随着电机A的旋转，励磁机L就有直流220V输出，使直流时间继电器JS-Δ吸合，其常闭延时释放触点[723]-[725]闭合；当时间继电器JS-A的常开延时触点[705]-[723]闭合，接触器C-B吸合。其常闭触点[717]-[719] 断开，Y接触器释放；常闭触点[H1-D]-[51] 断开，直流时间继电器JS-Δ释放；常开触点[717] -[721]闭合，Δ接触器吸合。时间继电器JS-A延时常闭触点[705]-[717] 断开；继电器JS-Δ常闭延时触点[705]-[717]闭合。完成主拖动电机的Y-Δ转换，机组启动完毕。
机组起动过程中各相关接触（继电）器或触点的动作过程如图2所示。JS-A的延时调节在3～4s，JS-Δ的延时为1s以下。一般使电动机A在Y联结起动至稳定转速后，立即断开Y联结，留出接触器转接时间，即刻转成Δ联结运转，这时JS-A、JS-Δ的延时时间认为是调节得合适的。


































图  1

机组起动结束后相关接触（继电）器的状态如下：C-A、JS-A、Δ、C-B吸合，Y、JS-Δ释放。
注意：继电器JS-Δ不吸合，主拖动电机不能从Y转换到Δ。
 
图2

3．步进或步退
机组启动完毕后且工作台不在换向位置，即在Q-HX1、2或H-HX1、2没有动作的情况下，方可进行步进或步退操作。以“步进”为例，下面分别对交流控制回路和直流控制回路作分析。
⑴交流控制回路  要使工作台步进，则按住悬挂操纵箱上的“步进”按钮8A，触点[111] —[113]闭合。电源通过[101] —→ [103] —→ [105] —→ [107] —→ [109] —→ [111] —→ [113] —→ [115]，加到“工作台前进”中间继电器Q的线圈上，使中间继电器Q吸合。其他中间继电器H、1Q、1H、J、JI处在释放状态。
松开“步进”按钮8A，则触点[111]-[113]断开，中间继电器Q释放。
⑵直流控制回路  工作台步进时，中间继电器Q吸合，常开触点[1]-[3]闭合 → 继电器JS吸合。JS的常闭触点[280]-[ OⅢ2]和[270]-[S1-K]断开，制动回路断开。但中间继电器H、1Q、1H、J、JI处在释放状态，此时直流控制回路的等效电路如图3（a）所示。为清楚起见再进一步将给定电压UI1和发电机反馈取样电压UF作等效，更简化的电路见图3（b）所示。图中RF、RI分别是2R、1R的等效电阻，其值固定，只有可变电阻器5RT可以改变其阻值。因此当UI和UF稳定时调节5RT阻值的大小，便可改变回路中的电流，即流过放大机控制绕组OⅢ1-OⅢ2的电流iw，从而改变行进的速度。因此工作台以给定电压UI低速向前移动。
  
图3（a）                            图3（b）
中间继电器Q释放，则工作台停止。
若工作台步退时，则按住悬挂操纵箱上的“步退”按钮12A，此时不是中间继电器Q吸合，而是中间继电器H吸合。其他与上面步进类似，这里不再重复。
步进（退）时有关接触（继电）器的状态如下：Q（H）、JS吸合。
注意：改变可变电阻器5RT或6RT的阻值，便可改变“步进”或“步退”的速度。
4．循环前进或后退
如前所说，机组启动完毕后且工作台不在换向位置，既Q-HX1、2或H-HX1、2没有动作的情况下，方可进行循环前进或后退操作。
⑴交流控制回路  要使工作台前进，则按住悬挂操纵箱上的“前进”按钮9A，触点[111] —[131]闭合。电源通过[101] —→ [103] —→ [105] —→ [107] —→ [109] —→ [111] —→ [131] —→ [133] —→  [135] —→  [137] —→  [139] ，加到“工作台自动工作与调整移动连锁”中间继电器JI的线圈上，使中间继电器JI吸合。中间继电器JI的触点[111] —[113]闭合，使中间继电器Q也吸合。中间继电器JI的触点[107] —[129]闭合，起自保作用。工作台快速向前移动。由此可见工作台在自动循环工作状态下，中间继电器JI和Q或H（后退）应同时吸合。
⑵直流控制回路  工作台在前进过程中，中间继电器JI和Q吸合。其余中间继电器H、1Q、1H、J处在释放状态，此时直流控制回路的等效电路如图4（a）所示。同样再进一步将给定电压UO2和发电机反馈取样电压UF2作等效，更简化的电路见图4（b）所示。图中RF2、RO2也分别是2R、1R的等效电阻，其值固定，而调速器R-Q和可变电阻器1RT可以改变其阻值。调节调速器R-Q可改变UO2和RO2或改变可变电阻器1RT的阻值，都能改变回路中的电流，即流过放大机K控制绕组OⅢ1-OⅢ2的电流，从而调节工作台行进的速度。
  
               图4（a）                                 图4（b）

工作台后退时，则按住悬挂操纵箱上的“后退”按钮11A，此时不是中间继电器Q吸合，而是中间继电器H吸合。即中间继电器JI和H同时吸合。其他与上面前进类似，这里不再重复。
循环前进（后退）有关接触（继电）器的状态如下：JI、Q（H）、JS吸合。
注意：调节调速器R-Q或R-H位置，便可改变“前进”或“后退”的速度。
5．减速和换向
为了实现工作台的平稳换向，工作台在换向前都先进行减速，降速后才换向。减速和换向的过程是通过安装在工作台底侧面的挡铁拨动安装在机床床身右侧的行程开关来实现的。每端各有两个Q-JS、Q-HX或H-JS、H-HX。
⑴交流控制回路  假定工作台在前进状态，当挡铁拨动“前进减速”行程开关Q-JS，其常开触点Q-JS1（[129]-[159]）闭合，中间继电器J吸合。
工作台减速前进。当挡铁拨动“前进换向”行程开关Q-HX，其常闭触点Q-HX1（[107]-[109]）断开，“工作台前进”中间继电器Q释放，“工作台后退”中间继电器H吸合。其常开触点Q-HX2（[129]-[155]）闭合，“前进换向” 中间继电器1H吸合。工作台开始换向。
⑵直流控制回路  中间继电器J吸合后，其常闭触点[223]-[225]断开，常开触点[225]-[237]闭合。加上行程开关Q-JS的常闭触点Q-JS2（[210]-[212]）断开。工作台随即进入低速移动。此时直流控制回路的等效电路如图5（a）所示。这时工作台移动的速度给定电压由R-Q的固定抽头[231]与1R中心的固定抽头[210]之间的电压UO3决定。速度调节可通过调节b-Q的位置，通过改变b-Q的阻值来改变流过放大机K控制绕组OⅢ1-OⅢ2的电流ik3到达。
工作台继续以低速前进。当“工作台前进”中间继电器Q释放，“工作台后退”中间继电器H吸合。“前进换向” 中间继电器1H吸合后。此时直流控制回路的等效电路如图5（b）所示。
  
               图5（a）                          图5（b）

注意：行程开关Q-JS未恢复原来状态，Q-JS1仍在闭合状态，即J仍吸合；Q-JS2仍在断开状态。
从图5中可以明显看出，原来由R-Q的固定抽头[231]通过3RT提供电压的，现在变成由R-H的固定抽头[232]通过4RT来提供电压了。此时工作台虽然同样处在低速移动，但因流过放大机控制绕组OⅢ1-OⅢ2的电流方向改变了，故工作台移动的方向变为后退了。若R-H的固定抽头[232]与1R 中心的固定抽头[210]之间的电压跟R-Q的固定抽头[231] 与1R 中心的固定抽头[210]之间的电压数值相同，只是方向相反的话，那么工作台低速移动的速度相同，而方向相反。变前进为后退，到达换向的目的。
随着工作台往回移，挡铁拨回“前进换向”行程开关Q-HX，以及“前进减速”行程开关Q-JS。工作台进入快速后退移动状态。前进换后退过程结束。
工作台在后退状态下，减速和换向的过程与上述类似，只是直流控制回路的等效电路从图5（b）到图5（a），与上面正好相反，这里不再重复。
减速时有关接触（继电）器的状态如下：JI、Q（H）、JS、J吸合。
换向时有关接触（继电）器的状态如下：JI、H（Q）、JS、J、1H（1Q）吸合。
6．速度调节及制动
速度调节分两种情况：人为的手动调节和受外界影响的自动调节。通常是在工作台自动循环工作状态下。
⑴人为的手动调节  以图4为例，假如要求工作台移动速度加快（或变慢）。调节调速器R-Q使UI升高（降低），由于发电机输出的电压还没有变，即UF电压还没有变，所以回路中的电流就增大（减小）。即流过放大机K控制绕组OⅢ1-OⅢ2的电流增大（减小），使放大机输出的电压也升高（降低），发电机励磁电流随即增大（减少），发电机输出电压升高（降低），直流电动机D的转速升高（降低），工作台移动速度加快（变慢）。因发电机输出电压升高（降低），使反馈采样得到的电压UF也升高（降低），使回路电流又逐渐减少，直到恢复至接近原来值。工作台在新的速度上稳定运行。
由图中可以看出，采样电压UF的极性始终与给定电压UI的极性相反，而电压UF是通过发电机输出反馈回来的，所以系统具有电压负反馈功能。使发电机输出电压，即工作台的运动速度得到稳定有了可靠保证。
由上可知，工作台的运动速度由R-Q和1RT或R-H和2RT的阻值决定。
⑵受外界影响的自动调节  仍以图4为例。
一种情况是假如在负载或其他因数的作用下，使直流电动机D的速度降低，那么直流电动机D反电势也降低，即UF降低了。因而加在放大机K控制绕组OⅢ1-OⅢ2两端的电压增大，这样一来放大机K将增加发电机的输出电压直到直流电动机D的转速恢复至接近原来值。
另一种情况是假如直流主回路中的电流增大，即图6中的ID增大，使得电压UID也随之增大。引起流过放大机K另一控制绕组OⅡ1-OⅡ2的电流增大。因该电流的方向与流过放大机K控制绕组OⅢ1-OⅢ2的电流方向相同，使放大机电势升高，发电机电压保持不便，电动机D转速不变。
由于流过控制绕组OⅡ1-OⅡ2的电流与流过控制绕组OⅢ1-OⅢ2的电流方向相同，这种功能称为电流正反馈。
 
       图6
⑶限流功能  由于电流正反馈功能的存在，补偿了直流主回路因电机D电流增大引起转速下降的不足，使电机D的转速保持平稳。但是当电机D旋转方向改变即换向时，因电机D的反电势方向还没有改变，而发电机输出的电压极性改变了。此时直流主回路中就会产生很大的与ID相反的电流ID1，如图5（b）所示。为了防止直流主回路中的电流超过所允许的整定电流，在线路中设有限流电路。当UID> U1R/2+Ub-Q+V2ZX时（忽略控制绕组0Ⅲ上的电压），二极管开始导通。控制绕组OⅢ流过相反的去磁电流IU1R。也就是说UID被箝位在U1R/2+Ub-Q+V2ZX上。保证直流主回路中的电流不超过所允许的数值。这就实现了系统的过电流保护。
从图5（b）中可以看出，由于IU1R的方向与正常的激磁电流IK4的方向相反，且随着电流ID1的增大，电压UID被箝定在U1R/2+Ub-Q+V2ZX上。这种作用被称为电流负反馈截止功能。
⑷停车制动  控制系统为了防止工作台爬行或振荡，分别采取了两级不同的制动方式。时间继电器JS的延时触点[1--203]和]2--204]动作之前为一级停车制动，延时触点动作动作之后为二级停车制动。
工作台运行中，按下停止按钮10A，“工作台自动工作与调整移动联锁”继电器JI、“工作台前进”或“工作台后退”继电器都释放时，直流时间继电器JS也释放。换向继电器Q或H和减速继电器J也都释放。此时各继电器都在自然状态，而时间继电器JS的延时触点[1--203]和]2--204]还没有断开，其直流控制回路的等效电路如图7（a）所示。
          
         图7（a）                                图7（b）
从图中可以看出，由于电路的对称性，此时速度给定电压UI=0V，而反馈电压UF还是原来的数值，因此放大机控制绕组0III中流过一个很大的反向励磁电流IUF，放大机反向励磁改变了放大机输出电压极性，从而使发电机反向励磁，发电机输出电压急剧下降。由于机械慣性，电动机的反电动势暂时不变，因此电动机的反电动势大于发电机电动势，主回路电流反向，电动机进行发电制动，使电动机转速迅速降低。为了加强停车的稳定作用，在8RT两端并联了一副JI的常闭触点。
改变电阻5RT或6RT的阻值，可以调节一级制动的强弱。阻值小，制动效果强。但必须保证这两个电阻阻值基本相同。
时间继电器JS的延时触点[1--203]和[2--204]动作即断开、[280--0III2]和[270--S1-K]闭合后，进入二级停车制动的电路见图7（b）。此时放大机和发电机的输出电压极性已改变。时间继电器JS的延时触点[280--0III2] 闭合，流过0III绕组的电流继续对放大机反向励磁。由于触点[270--S1-K]闭合，使流过放大机补偿绕组的电流被7RT分流一部分，进一步削弱了放大机补偿能力，减少了对发电机的反向励磁，缓和了停车制动。
增大7RT的阻值，可加强消磁，但会影响二级停车制动的强弱。
7．工作台拖动系统的保护
⑴电路短路保护：自动空气开关UZ、1UZ、2UZ，熔断器1RL、2RL、3RL。
⑵电机过载保护：热继电器JR-A、JR-B、JR-FB、JR-RB。
⑶润滑油压低：压力继电器Je。
⑷直流主回路过电流保护：直流电流继电器JL-F。
⑸工作台极限保护：限位开关1HXC、2HXC。




8．常见故障及检修流程
维修中需要关注的元器件（部件）有：Δ接触器，直流继电器JS，油压继电器Je，中间继电器JI，两只Q继电器，两只H继电器，中间继电器J，行程开关Q-HX、H-HX，速度调节器R-Q、R-H。
维修中需要测试电压的关键点有：[B1-K，H2-K]，[1，2]，[101，102]，[107，102]，[115，102]，[125，102]，[139，102]，[220，210]，[200，0III1]。
⑴常见故障
①故障现象：点动或自动工作台都不能移动。
检查处理：用万用表250VAC档测[107]与[102]间的电压，无电压；再测[105]与[102]间的电压，测得120V；切断电源，打开操纵箱检查，拆去停止按钮10A上的[107]线，用万用表电阻档RX1测按钮的常闭触点，不通；按动按钮，时通时断；更换按钮，故障排除。
②故障现象：点动或自动工作台不能前进，但能后退。
检查处理：先检查点动，按下点动按钮，检查继电器Q有没有吸。看到两个Q继电器中，只有一个吸合，另一个不动。用万用表250VAC档测[115]与[102]间的电压，有120V。切断电源，拆去不吸那只继电器线圈上的[115]连线，用万用表电阻档RX100测其线圈电阻，显示“∞”。取下继电器拆开，见线圈连线已断，用烙铁焊接后装上。故障排除。
③故障现象：工作台减速不明显，并有继电器发出的“吱吱”声。
检查处理：检查“吱吱”声的来源，估计是减速继电器J发出的。更换后故障消失。
④故障现象：工作台换向时有明显的撞击声。
检查处理：检查减速行程开关，及换向行程开关；并作适当调整。
⑵检修流程
由于实际生产中出现的故障五花八门，下面提供的检查流程只是一种思路方法，仅供参考。
①机组不能起动的检查流程见图8。
 
                                     图8
②工作台不能点动的检查流程见图9。
 
                                    图9
③工作台不能循环工作的检查流程见图10。
 
                                       图10
④工作台不能换向的检查流程：
继电器1Q或1H在换向时是否吸合 → H-HX1、2或Q-HX1、2触点及连线 → 挡铁。

⑤工作台不能减速的检查流程见图12。
 
                                    图12
9．电气调整说明
略


10．主要电气部件明细
略



联系邮箱：chen_jiee@yahoo.com.cn