3高级电工技能培训讲义A.docx
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3高级电工技能培训讲义A
第一章传统B2012A龙门刨床工作原理介绍
第一节龙门刨床的基本结构及组成
龙门刨床主要用于对大型工件进行各种外部磨削，在大型机械加工厂中较常见。
B2012A龙门刨床在上世纪六十年代就在各地络续出现，它加工精度较高，工作稳定可靠，成为许多机械加工厂的必备设备。
它的体积庞大，3.2米的高度，近10米的长度，令一些中小企业望而却步。
进入二十一世纪以后，龙门刨床的一些性能已跟不上时代发展的需要。
首先它的精度满足不了新的需要，其次它的能耗大，噪音大，效率低。
各地用新技术加以改造的动议提上了日程。
其中较为成功的尝试就是应用PLC技术，PID技术和可控硅技术，取代了交磁扩大机，直流发电机和部分继电器、接触器，较大地节省了投资，显著地提高了工作精度和能源效率。
下面是B2012A龙门刨床的结构示意图及各部件名称。
图1-1 B2012A龙门刨床结构示意图
图中：
1）、8）左右侧刀架；2）横梁；3）、7）左右立柱；4）顶梁；5）、6）两个垂直刀架；9）工作台；10）床身。
第二节龙门刨床的交流机组电路
B2012A龙门刨床的交流机组电路见附图1.1。
该电路在龙门刨床中的作用是：
一、用于电力拖动。
图中，主电机MA、扩大机电机MB均为拖动电机。
其中MA功率60千瓦，采用Y－Δ起动。
它采用联轴方式拖动两台电机—直流发电机MG和直流励磁机MGE。
主电机起动后，意味着直流电源已经建立，可以开始工作了。
MB功率为2千瓦，用于拖动扩大机，使扩大机正常工作。
二、用于实现对刀架进刀机构、横梁升降、横梁夹紧的操作。
由图中可以看出，三副刀架的拖动电机，横梁升降和横梁夹紧电机，都是独立控制的。
第三节龙门刨床的直流主拖动控制电路
B2012A龙门刨床的直流主拖动控制电路见附图1.2。
对该电路各部分的工作原理简述如下：
一、直流主电路：
通过拖动直流电机，实现对工作台的运行操作。
该电路位于直流主拖动控制电路上方的中间部分。
他励直流发电机MG的电枢部分，提供给它励直流电动机M驱动所需的工作电压，它的电压高低直接决定直流电动机的转速，电压的极性则决定直流电动机的转向。
主电路具有过流保护FA1。
二、直流控制电路：
通过继电器控制电路，实现对直流电机转速和转向的控制。
1、励磁发电机电路：
（见附图1.2右侧电路。
）
2、交磁扩大机电路：
（见图1-2及附图1.2左侧电路。
）
1）交磁扩大机基本结构和工作原理：
（见图1－2,图1－3。
）
2）交磁扩大机在本电路中的作用：
（见附图1.2）。
改变加在OⅢ绕组的电压大小和极性，可改变直流发电机的励磁电压，达到改变输出电压大小甚至极性的目的。
用较小的控制电压和控制电流，通过扩大机，去控制较大的输出电压，相当于电子电路中三极管的功率放大作用；又由于它利用了电机定子中的交轴磁场，故命名为“交磁扩大机”。
3、给定电压电路：
直流电动机在不同工作状态下给定电压电路各部分的电流通路如下：
图1－2 交磁扩大机工作原理图
图1－3 电机扩大机定子上各绕组的分布
图1－4 工作台自动循环工作时的速度图
1）高速进给：
正向给定电压取自221－210之间，通过（223－225－220－200）接到控制绕组OⅢ1端，从OⅢ2端出来，经（270－250－230－210）形成回路。
因此给定电压U221－210是正值，中间穿了电压负反馈Uf200-H ，加在控制绕组上的控制电压UC＝U221－210－Uf200-H。
2）反向高速：
反向高速给定电压取自222－210之间，而U222－210是负值，于是Uf200-H也是负值，这样加在OⅢ绕组上的就是负电压，即UC＝U222－210－Uf200-H是负值。
电流回路学员可以自己分析。
正反向高速的转速控制：
通过调节R－Q、R－H两个大磁盘上的旋臂来实现。
3）低速进给：
给定电压取自231－210之间，控制电压回路为（231-237-225-220-200-H-OⅢ绕组-270-250-230-210）。
4）反向低速：
给定电压取自232－210之间，控制电压回路为（232-238-226-220-200-H-OⅢ绕组-270-250-230-210）。
工作台自动循环工作时各段行程的速度见图1－4。
停车：
按SB10A按钮，由于KJI，KQ（或KH）失电释放，此时给定电压等于零，OⅢ绕组上的控制电压UC＝－Uf200-H，该负电压促使电机迅速停车。
KT延时约1秒。
其作用是当执行停车操作后，能使给定电压回路继续通电吸合约1秒，使其中的标准电压U205－210，U206－210继续存在，以防止电流截止负反馈发生作用。
为克服停车时的爬行现象，专门设置了图中的（KT－282－RT7）和（280－KT－270）两
条支路。
前一条支路的作用是把交磁放大器的输出直接短接，后一条支路的作用是给输入控制电压回路接入深度负反馈电压，从而把由于剩磁电压引起的爬行现象消除掉。
以下两条支路用于工作台停止自动运行时调整工位用：
5）正向点动：
给定电压取自207－210之间，控制电压回路为（207-241-240-200-H-OⅢ绕组-270-250-230-210）。
6）反向点动：
给定电压取自208－210之间，控制电压回路为（208-242-240-200-H-OⅢ绕组-270-250-230-210）。
4、各种稳定和反馈环节：
该直流电路采用了一系列的稳定工作点措施：
1）电压负反馈：
组成：
由R2的中心抽头（200）至（H）的这部分电阻组成；
作用：
稳定输出电压。
2）电流正反馈：
组成：
由绕组OⅡ及绕线电阻RT9、板型电阻R4组成；
作用：
在大负载情况下补偿电机的转速降落；
3）电流截止负反馈：
组成：
由大功率整流二极管VD1、VD2，及板型电阻R1组成；
作用：
当负载出现过载或短路时及时动作，限制过载电流在1.7倍额定电流以下；当过载或短路现象消失时，能自动恢复正常运行状态。
4）桥式稳定环节：
组成：
由绕组OⅠ及板型电阻R3，发电机励磁绕组WC，绕线电阻RT10组成；
作用：
起阻尼作用，克服整个系统可能出现的振荡现象。
以上各种反馈共同作用，才使得该设备具有反应灵敏，稳定可靠的优点。
5、抬刀电路：
本电路中以指示灯1T-4T代替实际电路中抬刀电磁铁的线圈。
第四节交流继电、接触器控制电路
B2012A龙门刨床的交流继电、接触器控制电路见附图1.3。
工作过程分析如下：
一、用按钮实现主机MA的起动控制：
其起动过程：
按SB2A→KCA吸合並自锁，同时KTA、KY通电吸合，主电机MAY接起动→延时3～5秒后→KTA（常闭延时断开）断，同时KTA（常开延时闭合）合，为Y－Δ转换作准备→当直流电源建立后，KT△通电吸合，KT△（常闭延时闭合）断开，KT△（常开延时断开）合→KY断电释放，同时KCB通电吸合並自锁，KT△断电，延时约1秒后，KT△（常闭延时闭合触点）闭合，K△通电吸合→主电机MAΔ接运行，扩大机投入运转，为直流电机起动运行作准备。
KTA的作用是，决定KY的吸合时间,一般设为3～5秒；KT△的作用是，在KY断开至K△吸合之间设置一个适当的延时时间，这个时间约为1秒，它可防止短路现象的发生。
二、用按钮实现工作台的自动往复循环和其它各种运行状态操作：
龙门刨床上设有一个按钮站，装有7个按钮，分别控制工作台的运行和横梁的升降。
这7个按钮分别是：
工作台的正向点动按钮SB8A，反向点动按钮SB12A，正向起动按钮SB9A，反向起动按钮SB11A，工作台停止按钮SB10A；横梁上升按钮SB6A，横梁下降按钮SB7A。
此外，龙刨床身上还装有润滑泵运行方式选择开关SA7和刀具慢速切入选择开关SA6。
在龙门刨床右侧，装有6个行程开关，工作台在运行中，各行程开关的状态在工作台撞块的撞击下不断翻转。
各行程开关的状态与工作台的位置和运行速度，其对应关系如图1-5所示。
图1－5 龙刨行程开关的状态与工作台速度对应图
注：
上图中：
①前进启动（慢速切入）；②工作行程（前进加速）；③工作行程（后退复位）；④前进减速；⑤前进换向转后退；⑤´工作台终止点；⑥后退加速；⑦后退行程（前进复位）；⑧后退减速；⑨后退换向（慢速切入，重复①）。
上图带“ ”下划线的行程开关表示工作台在起始位置时处于复位状态。
）
三、工作台各种运行状态分析：
1、以前进启动为例，分析工作台在按下前进启动按钮后的自动往复运行中，工作台的运行状态与电路各部分元器件的配合情况（见附图1.3，同时参考图1－5）：
在位置①时，按下SB9A→KJI通电吸合→KJI（107－129）闭合，实现自锁→由于SHH在工作台启动时处于动作（置位）状态，SHH（129－153）闭合，KIQ通电吸合→KIQ（303－305）闭合→KQC吸合，垂直刀架进刀机构进刀；又由于SHJ此时也处于置位状态，SHJ（129－157）闭合，通过KIQ（161－163）触点（此时已闭合）→KJ通电吸合；同时KJI（111－113）闭合→KQ通电吸合→直流电路中，KT吸合→接通直流给定电压电路，经过231－237－225－220－200－OⅢ1-OⅢ2－270－212－210，建立正向给定电压（U231－210）→工作台正向启动，进入慢速切入运行段；（左右侧刀架可与垂直刀架同时进刀，读者可自行分析。
以下分析同。
）
运行至位置②，SHH复位→SHH（129－153）断开→KIQ断电释放→KIQ（303－305）断开
→KQC断电释放；同时由于KIQ（161－163）断开，KJ断电释放→直流回路中，给定电压通路
变为从221－223－225－220－200－OⅢ1-OⅢ2－270－250－230－210，正向给定电压为
U221－210，工作台进入工作行程（其运行速度主要取决于大磁盘旋臂的位置）。
运行至位置③时，SHJ复位→SHJ（129－157）断开，SHJ（211－210）闭合。
由于KJ早已失电，回路（270－250－230－210）仍旧闭合，工作台的运行状态不改变，它的功能只是为后面的后退减速作准备，称为前进复位。
继续运行至位置④时，SQJ置位→SQJ（129－159）闭合→KJ通电吸合→直流电路中，KJ（270－250）断开，SQJ（212－210）断开，给定电压通路至这一段时，走（270－211－210）线；同时KJ（223－225）断，而KJ（237－225）闭合，此时给定电压为U231－210，与慢速切入速度差不多，进入前进减速运行段；
至位置⑤时，SQH置位→SQH（129－155）闭合→KIH通电吸合→KIH（305－307）闭合→KHC吸合→垂直刀架进刀机构复位操作；同时SQH（107－109）断开→KQ断电释放→KQ（123－125）闭合→KH通电吸合→直流通路中，KQ（225－220）断开，KH（226－220）闭合，施加于OⅢ绕组的给定电压变为负极性电压（U222－210<0），直流电机经反接制动进入后退行程，由于此时KIH（230－210）断开，给定电压通路至这一段时，走（270－211－210）线，后退开始段的稳定速度虽高于慢速切入速度，但低于后退中间段行程的速度；同时KH（1－5）闭合，KQ（5－7）闭合→K2H通电吸合→K2H（1－11）、K2H（12－2）闭合→抬刀电磁铁吸合→所有刀架的进刀机构在进入后退行程时处于抬刀状态；
至位置⑥时，SQH复位→SQH（129－155）断开→KIH断电释放→KIH（305－307）断开→KHC断电释放→进刀机构复位操作停止；同时直流电路中，KIH（230－210）闭合→给定电压通路至这一段时，走（270－250－230－210）线，后退加速；
至位置⑦时，SQJ复位→SQJ（129－159）断开，直流回路中SQJ（212－210）闭合，无运行状态改变，为前进减速作准备，称为后退复位；
至位置⑧时，SHJ置位→SHJ（129－157）闭合→经KQ（157－163）触点（早已闭合）→KJ通电吸合→直流电路中，KJ（270－250）断开，SHJ（211－210）断开，给定电压通路至这一段时，走（270－212－210）线；同时KJ（224－226）断，而KJ（238－226）闭合，此时给定电压为U232－210（﹤0），与慢速切入速度差不多，进入后退减速运行段；
至位置⑨时，SHH置位→SHH（107－119）断开→KH断电释放→KH（113－115）闭合→KQ通
电吸合；同时SHH（129－153）闭合→KIQ通电吸合→KIQ（303－305）闭合→KQC吸合，垂直刀架进刀机构进刀；又由于SHJ（129－157）闭合，KIQ（161－163）闭合，KJ继续吸合。
直流回
路中，KH（226－220）断开，KQ（225－220）闭合，给定电压为正极性，由于KJ（237－225）已闭合，给定电压大小为U231－210；又由于KQ（5－7）断开→K2H失电释放→K2H（1－11）、K2H（12－2）断开→抬刀电磁铁释放→所有刀架进刀机构进入工作状态；工作台经反向反接制动进入前进慢速切入运行段，状态与位置①同。
往下周而复始，进入往复循环。
为便于大家理解和归纳，把以上过程中各元件的状态列表如下：
表1－1 工作台自动循环工作时各元件的状态与过程对应关系表
过程
名 称
连续
运行
前进
后退
刀架
进刀
刀架
复位
低速
控制
刀架
进刀
刀架
复位
刀架
抬刀
后退
换向
后退
减速
前进
减速
前进
换向
KJI
KQ
KH
KIQ
KIH
KJ
KQC
KHC
K2H
SHH
SHJ
SQJ
SQH
①
前进启动
＋
＋
－
＋
－
＋
＋
－
－
＋
＋
－
－
②
工作行程
＋
＋
－
－
－
－
－
－
－
－
＋
－
－
③
前进复位
＋
＋
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
④
前进减速
＋
＋
－
－
－
＋
－
－
－
－
－
＋
－
⑤
前进换向
＋
－
＋
－
＋
－
－
＋
＋
－
－
＋
＋
⑥
后退加速
＋
－
＋
－
－
－
－
－
＋
－
－
＋
－
⑦
后退行程
＋
－
＋
－
－
－
－
－
＋
－
－
－
－
⑧
后退减速
＋
－
＋
－
－
＋
－
－
＋
－
＋
－
－
⑨
后退换向
＋
＋
－
＋
－
＋
＋
－
－
＋
＋
－
－
注：
上表中：
1、符号“＋” ：
对继电器，表示通电吸合；对行程开关，表示动作（置位）；
2、符号“－” ：
对继电器，表示断电释放；对行程开关，表示复位。
2、反向启动自动运行工作状态：
此时工作台应不在最左边的起始点位置，操作按钮是SB11A。
具体请读者自行分析。
3、正、反向步进工作状态：
操作按钮分别是SB8A和SB12A，此功能是用来微调工位的。
四、控制横梁升降和横梁夹紧的操作：
（见附图1.3）
横梁升降操作须在工作台停止运行的情况下进行，此时KJI（101-345）闭合。
图中S6HX是检测横梁是否夹紧的行程开关，当横梁处于夹紧状态时，S6HX处于复位状态。
按照设计，横梁的夹紧放松是随着横梁升降自动进行的。
操作横梁升降按钮时，横梁先自动放松；横梁升降结束后，又自动夹紧。
1、横梁上升操作：
持续按SB6A→SB6A（602－102）合，SB6A（608－102）断→KJOH通电吸合→KJOH（621-623）闭
合→KHJ通电吸合→夹紧电动机反转，执行横梁放松操作→放松完成，S6HX置位→S6HX（101-621）断开→KHJ断电释放；同时S6HX（101－601）闭合，由于KJOH（601－605）已闭合→KQH通电吸合→横梁上升→到预定位置时，松开SB6A→KJOH断电释放→KJOH（601－605）断开→KQH断电释放→横梁停止上升；同时由于KJOH（601－613）闭合，电流经（101－601－613－615）→KQJ通电吸合，並自锁（KQJ（617－1－601）闭合）→夹紧电动机正转，执行横梁夹紧操作→横梁初步夹紧→S6HX复位→S6HX（101－601）断开，S6HX（101－621）闭合→由于KQJ（617－1－601）的自锁，继续横梁夹紧操作→当横梁完全夹紧时，夹紧电动机出现过流，FA2（101－617）断开→KQJ断电释放→横梁夹紧过程结束。
2、横梁下降操作：
此时应持续按SB7A，过程分析与上述相似。
但当横梁停止下降后，随着夹紧操作的进行，有一个横梁回升过程，须提请读者注意。
与横梁回升有关的电路是附图3中的（601-603-605）及（101-191-102）这两条支路。
当横梁开始下降时，由于KHH的吸合→KHH（101-191）常开触点闭合→KTH吸合→KTH（603-605）触点闭合。
横梁下降结束时，KHH断电释放，横梁停止下降，同时KHH（101-191）常开触点断开→KTH断电，KTH（603-605）常开触点延时断开，其延时时间约在1秒左右。
在这段延时时间里，KQH经由（601-603-605）支路而通电吸合，横梁回升。
什么时候横梁结束回升，即KQH的重新断电，取决于（601-603-605）回路中的两个常开触点哪个先断开。
如果横梁的夹紧装置提前于KTH的延时时间而实现完全夹紧，KQJ（601-603）将先于KTH（603-605）触点断开，回升将提前结束。
横梁上升和下降操作整个流程总结如下：
第五节龙门刨床的各种保护环节
B2012A龙门刨床的保护功能十分齐全，现将电路中各种保护环节说明如下：
1、主机完成Δ接运行才能让工作台启动的联锁：
K△（101－103）；
2、过载保护：
其中（705－707－709－711）与（705－713－715－711）两条並联支路构成过载保护电路。
当过载保护动作时，能使工作台停止在起始位置，再全机停车。
3、工作台点动与连续运行、前进与后退的联锁：
KJI（240－200）、KJI（220－200）；SB8A、SB9A常开与常闭，SB12A、SB11A常开与常闭各自构成的机械互锁；KQ（123－125）与KH（113－115）构成的电气互锁；
4、刀架手动与工作台运行、横梁升降与工作台运行联锁：
KJI（101－345）；
5、润滑泵的过载保护FRRB（167－169）及油压保护KP（129－131）：
动作时使工作台回到起始位置再停车（主机不停车）；
6、直流电动机的过流保护：
FA1（103－105）；
7、夹紧电动机的过流保护：
FA2（101－617）；
8、横梁处于放松过程中或横梁尚未夹紧时工作台不能工作的联锁保护KQJ（135－137）、KHJ（137－139）；
9、欠、失压保护：
KCA（703－705）、KJI（107－129）；
10、各种限位保护：
1）S1HX、S2HX：
工作台前进或后退时限位保护；
2）S3HX：
横梁上升限位保护（装于固定梁上）；
3）S4HX、S5HX：
分别装于右侧和左侧横梁上，当右侧和左侧刀架上升或横梁下降时起限位
保护作用；
4）S6HX：
作为横梁夹紧机构完成放松操作和横梁初步夹紧检测元件。
S6HX复位时横梁初步夹紧，S6HX置位时横梁完成放松操作。
第一章习题
1．1标出工作台直流控制电路中正向点动，高速进给，低速进给，反向点动，反向高速，反向低速控制电路的回路标号？
1．2标出直流控制电路中电压负反馈电压的线路标号？
它在电路中起什么作用？
1．3直流控制电路中电流截止负反馈起什么作用？
标出正转控制电路电流截止负反馈起作用时的电流回路标号？
1．4列出直流控制电路中电流正反馈的组成元件，说明它的功能？
1．5工作台直流控制电路在克服停车爬行现象时采取了哪些措施？
1.6在主电机起动控制电路中，按下起动按钮后，各接触器动作的先后顺序如何？
1.7时间继电器KTA和KTΔ在电路中各起什么作用？
其量值一般取多少？
1.8电路中有两条由回路（705-707-709-711）和（705-713-715-711）组成的并联支路，其中的几个元件在这里起到了什么作用？
试分析工作原理。
1.9如果主电机起动过程中因励磁发电机的故障而不能建立直流励磁电压，主电机起动过程中会出现什么现象？
1.10按钮SB8A,SB9A,SB10A,SB11A,SB12A的功能分别是什么？
1.11继电器KQ,KH,KJI,KIQ,KIH,KJ的功能分别是什么？
1.12在工作台位于正向起始位置时，行程开关SQH,SHH,SHJ,SQJ分别处于什么状态（复位或置位），其常开和常闭触点的闭合情况各如何？
1.13在工作台运行至正中间位置时，行程开关SQH,SHH,SHJ,SQJ分别处于什么状态（复位或置位），其常开和常闭触点的闭合情况各如何？
1.14在工作台运行至前进结束（最右边）位置时，行程开关SQH,SHH,SHJ,SQJ分别处于什么状态（复位或置位），其常开和常闭触点的闭合情况各如何？
1．15横梁升降电路中继电（接触）器KJOH,KQJ,KHJ,KQH,KHH的功能是什么？
1．16限位开关S6HX在电路中起什么作用？
1.17说出当按下横梁下降按钮时，各继电接触器的动作顺序，实现的功能？
再当松开该按钮时，各继电接触器又如何动作，实现哪些功能？
1.18电路中S3HX,S4HX实现什么功能？
1．19支路（601-603-605）实现什么功能？
1．20支路（101-617-601）实现什么功能？
1．21支路（101-KJI—345）在电路中起什么作用？
第二章自动往复直流调速系统电气控制模拟装置原理分析
该模拟装置是专为高级电工的培训和考核而制作的，它保留了传统龙门刨床B2012A机床的一些基本功能。
由于它应用了一些新技术，如PLC技术，PID技术，可控硅技术等，取消了传统龙门刨床中的交磁扩大机及其老式的控制电路，笨重的直流发电机组，因此从外观上看，更显得轻盈，漂亮。
对于培训对象而言，由于要掌握一些新技术，无疑增加了难度。
但是掌握这些新技术，是时代的要求，也是考核大纲的要求。
下面对该模拟装置的工作原理进行全面分析。
（外形见下图。
为简便起见，下面简称“直流调速装置”。
（a）直流调速装置正面图（b）直流调速装置反面图
图2－1 自动往复直流调速模拟装置
该装置主要由以下几部分电路组成：
1、直流调速装置电气主接线图：
（见附图2.1）
2、直流调速装置电原理图：
（见附图2.2）
3、横梁升降、工作台运行PLC控制电路：
（见附图2.3）
4、直流电机自动调速控制系统（PID）电路图：
（见附图2.4）
5、触发电路：
（见附图2.5）。
下面重点分析直流电机自动调速部分（PID）电路和触发电路的工作原理。
第一节直流电机自动调速（PID）电路
该部分电路见附图2.4。
“P、I、D”的意思是：
P,表示比例；I，表示积分；D，表示微分。
PID电路也叫“PID控制电路”，是一种线性控制电路。
它将给定值与实际输出值之间的偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称“PID”控制电路。
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