5第三单元 常用生产机械的电气控制线路及其安装1.docx
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5第三单元常用生产机械的电气控制线路及其安装1
第三单元常用生产机械的电气控制线路
及其安装、调试与维修
在学习了常用低压电器及其拆装与维修、电动机基本控制线路及其安装、调试与维修的基础上，本单元将通过对普通车床、摇臂钻床、平面磨床、万能铣床、卧式镗床、桥式起重机等具有代表性的常用生产机械的电气控制线路及其安装、调试与维修进行分析和研究？
以提高在实际工作中综合分析和解决问题的能力。
课题一工业机械电气设备维修的一般要求和方法
－、工业机械电气设备维修的一般要求
电气设备在运行的过程中，由于各种原因难免会产生各种故障，致使工业机械不能正常工作，不但影响生产效率，严重时还会造成人身设备事故。
因此，电气设备发生故障后，维修电工能够及时、熟练、准确、迅速、安全地查出故障，并加以排除，尽早恢复工业机械的正常运行，是非常重要的。
对工业机械电气设备维修的一般要求是：
1．采取的维修步骤和方法必须正确，切实可行。
2．不得损坏完好的电器元件。
3．不得随意更换电器元件及连接导线的型号规格。
4．不得擅自改动线路。
5．损坏的电气装置应尽量修复使用，但不得降低其固有的性能。
6．电气设备的各种保护性能必须满足使用要求。
7．绝缘电阻合格，通电试车能满足电路的各种功能，控制环节的动作程序符合要求。
8．修理后的电器装置必须满足其质量标准要求。
电器装置的检修质量标准是：
（1）外观整洁，无破损和碳化现象。
（2）所有的触头均应完整、光洁、接触良好。
（3）压力弹簧和反作用力弹簧应具有足够的弹力。
（4）操纵、复位机构都必须灵活可靠。
（5）各种衔铁运动灵活，无卡阻现象。
（6）灭弧罩完整、清洁，安装牢固。
（7）整定数值大小应符合电路使用要求。
（8）指示装置能正常发出信号。
二、工业机械电气设备维修的一般方法
电气设备的维修包括日常维护保养和故障检修两方面。
1．电气设备的日常维护和保养
电气设备在运行过程中出现的故障，有些可能是由于操作使用不当、安装不合理或维修不正确等人为因素造成的，称为人为故障。
而有些故障则可能是由于电气设备在运行时过载、机械振动、电弧的烧损、长期动作的自然磨损、周围环境温度和湿度的影响、金属屑和油污等有害介质的侵蚀以及电器元件的自身质量问题或使用寿命等原因而产生的，称为自然故障。
显然，如果加强对电气设备的日常检查、维护和保养，及时发现一些非正常因素，并给予及时的修复或更换处理，就可以将故障消灭在萌芽状态，防患于未然，使电气设备少出甚至不出故障，以保证工业机械的正常运行。
电气设备的日常维护保养包括电动机和控制设备的日常维护保养。
（1）电动机的日常维护保养。
1）电动机应保持表面清洁，进、出风口必须保持畅通无阻，不允许水滴、油污或金属屑等任何异物掉人电动机的内部。
2）经常检查运行中的电动机负载电流是否正常，用钳形电流表查看三相电流是否平衡，三相电流中的任何一相与其三相平均值相差不允许超过10%。
3）对工作在正常环境条件下的电动机，应定期用兆欧表检查其绝缘电阻；对工作在潮湿、多尘及含有腐蚀性气体等环境条件的电动机，更应该经常检查其绝缘电阻。
三相380Ⅴ的电动机及各种低压电动机，其绝缘电阻至少为0.5MΩ方可使用。
高压电动机定子绕组绝缘电阻为1MΩ／kV，转子绝缘电阻至少为0.5MΩ，方可使用。
若发现电动机的绝缘电阻达不到规定要求时，应采取相应措施处理后，使其符合规定要求，方可继续使用。
4）经常检查电动机的接地装置，使之保持牢固可靠。
5）经常检查电源电压是否与铭牌相符，三相电源电压是否对称。
6）经常检查电动机的温升是否正常。
交流三相异步电动机各部位温度的最高允许值见表3—1。
表3－1三相异步电动机的最高允许温度（用温度计测量法，环境温度＋40℃）
绝缘等级
A
E
B
F
H
注明
最高允许
温度（℃）
定子和绕线转子绕组
定子铁心
滑环
95
100
100
105
115
110
110
120
120
125
140
130
145
165
140
对于滑动和滚动轴
承的最高允许温度分
别为80℃和95℃。
7）经常检查电动机的振动、噪声是否正常，有无异常气味、冒烟、启动困难等现象。
一旦发现，应立即停车检修。
8）经常检查电动机轴承是否有过热、润滑脂不足或磨损等现象，轴承的振动和轴向位移不得超过规定值。
轴承应定期清洗检查，定期补充或更换轴承滑滑脂（一般一年左右），电动机的常用润滑脂特性见表3—2。
9）对绕线转子异步电动机，应检查电刷与滑环之间的接触压力、磨损及火花情况。
当发现有不正常的火花时，需进一步检查电刷或清理滑环表面，并校正电刷弹簧压力。
一般电刷与滑环的接触面的面积不应小于全面积的75％；电刷压强应为15000～25000Pa；刷握和滑环间应有2～4mm间距；电刷与刷握内壁应保持0.1～0.2mm的游隙；对磨损严重者需更换。
表3—2电动机的常用润滑脂特性表
名称
钙基润滑脂
钠基润滑脂
钙钠基润滑脂
铝基润滑脂
最高工作温度（℃）
最低工作温度（℃〉
外观
适用电动机
70—85
≥－10
黄色软膏
封闭式、低速轻载的
电动机
120—140
≥－10
暗褐色软膏
开启式、高速重载的
电动机
115－125
≥－10
淡黄色、深棕色软膏
开启式及封闭式高速
重截的电动机
200
黄褐色皲膏
开启式及封闭式
高速的电动机
10）对直流电动机应检查换向器表面是否光滑圆整，有无机械损伤或火花灼伤。
若沾有碳粉、油污等杂物，要用干净柔软的白布蘸酒精擦去。
换向器在负荷下长期运行后，其表面会产生一层均匀的深褐色的氧化膜，这层薄膜具有保护换向器的功效，切忌用砂布磨去。
但当换向器表面出现明显的灼痕或因火花烧损出现凹凸不平的现象时，则需要对其表面用零号砂布进行细心的研磨或用车床重新车光，而后再将换向器片间的云母下刻1～1.5mm深，并将表面的毛刺、杂物清理干净后，方能重新装配使用。
11）检查机械传动装置是否正常，联轴器、带轮或传动齿轮是否跳动。
12）检查电动机的引出线是否绝缘良好、连接可靠。
（2）控制设备的日常维护保养
1）电气柜的门、盖、锁及门框周边的耐油密封垫均应良好。
门、盖应关闭严密，柜内应保持清洁，不得有水滴、油污和金属屑等进入电气柜内，以免损坏电器造成事故。
2）操纵台上的所有操纵按钮、主令开关的手柄、信号灯及仪表护罩都应保持清洁完好。
3）检查接触器、继电器等电器的触头系统吸合是否良好，有无噪声、卡住或迟滞现象，触头接触面有无烧蚀、毛刺或穴坑；电磁线圈是否过热；各种弹簧弹力是否适当；灭弧装置是否完好无损等。
4）试验位置开关能否起位置保护作用。
5）检查各电器的操作机构是否灵活可靠，有关整定值是否符合要求。
6）检查各线路接头与端子板的连接是否牢靠，各部件之间的连接导线、电缆或保护导线的软管，不得被冷却液、油污等腐蚀，管接头处不得产生脱落或散头等现象。
7）检查电气柜及导线通道的散热情况是否良妤。
8）检查各类指示信号装置和照明装置是否完好。
9）检查电气设备和工业机械上所有裸露导体件是否接到保护接地专用端子上，是否达到了保护电路连续性的要求。
（3）电气设备的维护保养周期
对设置在电气柜内的电器元件，一般不经常进行开门监护，主要是靠定期的维护保养，来实现电气设备较长时间的安全稳定运行。
其维护保养的周期，应根据电气设备的结构、使用情况以及环境条件等来确定。
一般可采用配合工业机械的一、二级保养同时进行其电气设备的维护保养工作。
1）配合工业机械一级保养进行电气设备的维护保养工作。
如金属切削机床的一级保养一般在一季度左右进行一次。
机床作业时间常在6～12h，这时可对机床电气柜内的电器元件进行如下维护保养：
①清扫电气柜内的积灰异物。
②修复或更换即将损坏的电器元件。
③整理内部接线，使之整齐美观。
特别是在平时应急修理处，应尽量复原成正规状态。
④紧固熔断器的可动部分，使之接触良好。
③紧固接线端子和电器元件上的压线螺钉，使所有压接线头牢固可靠，以减小接触电阻。
⑥对电动机进行小修和中修检查。
⑦通电试车，使电器元件的动作程序正确可靠。
2）配合工业机械二级保养进行电气设备的维护保养工作。
如金属切削机床的二级保养一般在一年左右进行一次，机床作业时间常在3～6天，此时可对机床电气柜内的电器元件进行如下维护保养：
①机床一级保养时，对机床电器所进行的各项维护保养工作，在二级保养时仍需照例进行。
②着重检查动作频繁且电流较大的接触器、继电器触头。
为了承受频繁切合电路所受的机械冲击和电流的烧损，多数接触器和继电器的触头均采用银或银合金制成，其表面会自然形成一层氧化银或硫化银，它并不影响导电性能，这是因为在电弧的作用下它还能还原成银，因此不要随意清除掉。
即使这类触头表面出现烧毛或凹凸不平的现象，仍不会影响触头的良好接触，不必修整锉平（但铜质触头表面烧毛后则应及时修平）。
但触头严重磨损至原厚度的1∕2及以下时应更换新触头。
③检修有明显噪声的接触器和继电器，找出原因并修复后方可继续使用，否则应更换新件。
④校验热继电器，看其是否能正常动作。
校验结果应符合热继电器的动作特性。
⑤校验时间继电器、看其延时时间是否符合要求。
如误差超过允许值，应调整或修理，使之重新达到要求。
2．电气故障检修的一般方法
尽管对电气设备采取了日常维护保养工作，降低了电气故障的发生率，但绝不可能杜绝电气故障的发生。
因此，维修电工不但要掌握电气设备的日常维护保养，同时还要学会正确的检修方法。
下面介绍电气故障发生后的一般分析和检修方法。
（1）检修前的故障调查当工业机械发生电气故障后，切忌盲目随便动手检修。
在检修前，通过问、看、听、摸来了解故障前后的操作情况和故障发生后出现的异常现象，以便根据故障现象判断出故障发生的部位，进而准确地排除故障。
问：
询问操作者故障前后电路和设备的运行状况及故障发生后的症状，如故障是经常发生还是偶尔发生；是否有响声、冒烟、火花、异常振动等征兆；故障发生前有无切削力过大和频繁地启动、停止、制动等情况；有无经过保养检修或改动线路等。
看：
察看故障发生前是否有明显的外观征兆，如各种信号；有指示装置的熔断器的情况；保护电器脱扣动作；接线脱落；触头烧蚀或熔焊；线圈过热烧毁等。
听：
在线路还能运行和不扩大故障范围、不损坏设备的前提下，可通电试车，细听电动机、接触器和继电器等电器的声音是否正常。
摸：
在刚切断电源后，尽快触摸检查电动机、变压器、电磁线圈及熔断器等，通过触摸感是否有过热现象。
（2）用逻辑分析法确定并缩小故障范围检修简单的电气控制线路时，对每个电器元件、每根导线逐一进行检查，一般能很快找到故障点。
但对复杂的线路而言，往往有上百个元件，成千条连线，若采取逐一检查的方法，不仅需耗费大量的时间，而且也容易漏查。
在这种情况下，若根据电路图，采用逻辑分析法，对故障现象作具体分析，划出可疑范围，提高维修的针对性，就可以收到准而快的效果。
分析电路时，通常先从主电路入手，了解工业机械各运动部件和机构采用了几台电动机拖动，与每台电动机相关的电器元件有哪些，采用了何种控制，然后根据电动机主电路所用电器元件的文字符号、图区号及控制要求，找到相应的控制电路。
在此基础上，结合故障现象和线路工作原理，进行认真分析排查，即可迅速判定故障发生的可能范围。
当故障的可疑范围较大时，不必按步就班地逐级进行检查，这时可在故障范围内的中间环节进行检查，来判断故障究竟是发生在哪一部分，从而缩小故障范围，提高检修速度。
（3）对故障范围进行外观检查在确定了故障发生的可能范围后，可对范围内的电器元件及连接导线进行外观检查，例如：
熔断器的熔体熔断；导线接头松动或脱落；接触器和继电器的触头脱落或接触不良，线圈烧坏使表层绝缘纸烧焦变色，烧化的绝缘清漆流出；弹簧脱落或断裂；电气开关的动作机构受阻失灵等，都能明显地表明故障点所在。
（4）用试验法进一步缩小故障范围经外观检查未发现故障点时，可根据故障现象，结合电路图分析故障原因，在不扩大故障范围、不损伤电气和机械设备的前提下，进行直接通电试验，或除去负载（从控制箱接线端子板上卸下）通电试验，以分清故障可能是在电气部分还是在机械等其他部分；是在电动机上还是在控制设备上；是在主电路上还是在控制电路上。
一般情况下先检查控制电路，具体做法是：
操作某一只按钮或开关时，线路中有关的接触器、继电器将按规定的动作顺序进行工作。
若依次动作至某一电器元件时，发现动作不符合要求，即说明该电器元件或其相关电路有问题。
再在此电路中进行逐项分析和检查，一般便可发现故障。
待控制电路的故障排除恢复正常后，再接通主电路，检查控制电路对主电路的控制效果，观察主电路的工作情况有无异常等。
在通电试验时，必须注意人身和设备的安全。
要遵守安全操作规程，不得随意触动带电部分，要尽可能切断电动机主电路电源，只在控制电路带电的情况下进行检查；如需电动机运转，则应使电动机在空载下运行，以避免工业机械的运动部分发生误动作和碰撞；要暂时隔断有故障的主电路，以免故障扩大，并预先充分估计到局部线路动作后可能发生的不良后果。
（5）用测量法确定故障点测量法是维修电工工作中用来准确确定故障点的一种行之有效的检查方法。
常用的测试工具和仪表有校验灯、测电笔、万用表、钳形电流表、兆欧表等，主要通过对电路进行带电或断电时的有关参数如电压、电阻、电流等的测量，来判断电器元件的好坏、设备的绝缘情况以及线路的通断情况。
随着科学技术的发展，测量手段也在不断更新。
例如，在晶闸管一电动机自动调速系统中，利用示波器来观察晶闸管整流装置的输出波形、触发电路的脉冲波形，就能很快判断系统的故障所在。
在用测量法检查故障点时，一定要保证各种测量工具和仪表完好，使用方法正确，还要注意防止感应电、回路电及其他并联支路的影响，以免产生误判断。
在第二单元中介绍了电压分阶测量法和电阻分阶测量法，下面再介绍几种常用的测量方法。
1）电压分段测量法首先把万用表的转换开关置于交流电压500V的挡位上，然后按如下方法进行测量。
先用万用表测量如图3－1所示0－1两点间的电压，若为380V，则说明电源电压正常。
然后一人按下启动按钮SB2，若接触器KM1不吸含，则说明电路有故障。
这时另一人可用万用表的红、黑两根表棒逐段测量相邻两点1－2、2—3、3—4、4—5、5—6、6—0之间的电压，根据其测量结果即可找出故障点，见表3－3。
表3－3电压分段测量法所测电压值及故障点
故障现象
测量状态
1－2
2—3
3—4
4—5
5—6
6—0
故障点
按下
SB2时，
KM1
不吸合
按下
SB2
不放
380V
0
0
0
0
0
0
380V
0
0
0
0
0
0
380V
0
0
0
0
0
0
380V
0
0
0
0
0
0
380V
0
0
0
0
0
0
380V
FR常闭触头接触不良
SB1触头接触不良
SB2触头接触不良
KM2常闭触头接触不良
SQ触头接触不良
KMl线圈断路
图3－1电压分段测量法
图3－2电阻分段测量法
2）电阻分段测量法测量检查时，首先切断电源，然后把万用表的转换开关置于倍率适当的电阻挡，并逐段测量如图3－2所示相邻号点1－2、2—3、3—4（测量时由一人按下SB2）、4－5、5－6、6－0之间的电阻。
如果测得某两点间电阻值很大（∞），即说明该两点间接触不良或导线断路，见表3－4。
电阻分段测量法的优点是安全，缺点是测量电阻值不准确时，易造成判断错误，为此应注意以下几点：
表3－4电阻分段测量法查找故障点
故障现象
测量点
电阻值
故障点
按下SB2时，KM1不吸合
1－2
2—3
3—4
4－5
5－6
6－0
∞
∞
∞
∞
∞
∞
FR常闭触头接触不良或误动作
SB1常闭触头接触不良
SB2常开触头接触不良
KM2常闭触头接触不良
SQ常闭触头接触不良
KM1线圈断路
①用电阻测量法检查故障时，一定要先切断电源。
②所测量电路若与其他电路并联，必须将该电路与其他电路断开，否则所测电阻值不准确。
③测量高电阻电器元件时，要将万用表的电阻挡转换到适当挡位。
3）短接法机床电气设备的常见故障为断路故障，如导线断路、虚连、虚焊、触头接触不良、熔断器熔断等。
对这类故障，除用电压法和电阻法检查外，还有一种更为简便可靠的方法，就是短接法。
检查时，用一根绝缘良好的导线，将所怀疑的断路部位短接，若短接到某处电路接通，则说明该处断路。
表3－5电阻分段测量法查找故障点
故障现象
测量点
电阻值
故障点
按下
SB2时，
KM1
不吸合
1－2
2—3
3—4
4－5
5－6
KM1吸合
KM1吸合
KM1吸合
KM1吸合
KM1吸合
FR常闭触头接触不良或误动作
SB1的常闭触头接触不良
SB2的常开触头接触不良
KM2的常闭触头接触不良
SQ的常闭触头接触不良
①局部短接法检查前，先用万用表测量如图3－3所示1－0两点间的电压，若电压正常，可一人按下启动按钮SB2不放，然后另一人用一根绝缘良好的导线，分别短接标号相邻的两点1－2、2－3、3－4、4－5、5—6（注意不要短接6－0两点，否则造成短路），当短接到某两点时，接触器KM1吸合，即说明断路故障就在该两点之间，见表3－5。
②长短接法长短接法是指一次短接两个或多个触头来检查故障的方法。
当FR的常闭触头和SB1的常闭触头同时接触不良时，若用局部短接法短接，如图3—4所示中的1－2两点，按下SB2，KM1仍不能吸合，则可能造成判断错误；而用长短接法将1—6两点短接，如果KM1吸合，则说明1—6这段电路上有断路故障；然后再用局部短接法逐段找出故障点。
图3－3局部短接法
图3－4长短接法
长短接法的另一个作用是可把故障点缩小到一个较小的范围。
例如，第一次先短接3—6两点，KM1不吸合，再短接1上3两点，KM1吸合，说明故障在1－3范围内。
可见，如果长短接法和局部短接法能结合使用，很快就可找出故障点。
用短接法检查故障时必须注意以下几点：
第一，用短接法检测时，是用手拿绝缘导线带电操作的，所以一定要注意安全，避免触电事故。
第二，短接法只适用于压降极小的导线及触头之类的断路故障。
对于压降较大的电器，如电阻、线圈、绕组等断路故障，不能采用短接法，否则会出现短路故障。
第三，对于工业机械的某些要害部位，必须保证电气设备或机械部件不会出现事故的情况下，才能使用短接法。
（6）检查是否存在机械、液压故障在许多电气设备中，电器元件的动作是由机械、液压来推动的，或与它们有着密切的联动关系，所以在检修电气故障的同时，应检查、调整和排除机械、液压部分的故障，或与机槭维修工配合完成。
以上所述检查分析电气设备故障的一般顺序和方法，应根据故障的性质和具体情况灵活选用，断电检查多采用电阻法，通电检查多采用电压法或电流法。
各种方法可交叉使用，以便迅速有效地找出故障点。
（7）修复及注意事项当找出电气设备的故障点后，就要着手进行修复、试运转、记录等，然后交付使用，但必须注意如下事项：
1）在找出故障点和修复故障时，应注意不能把找出的故障点作为寻找故障的终点，还必须进一步分析查明产生故障的根本原因。
例如：
在处理某台电动机因过载烧毁的事故时，决不能认为将烧毁的电动机重新修复或换上一台同型号的新电动机就算完事，而应进一步查明电动机过载的原因，到底是因负载过重，还是电动机选择不当、功率过小所致，因为两者都将导致电动机过载。
所以在处理故障时，修复故障应在找出故障原因并排除之后进行。
2）找出故障点后，一定要针对不同故障情况和部位相应采取正确的修复方法，不要轻易采用更换电器元件和补线等方法，更不允许轻易改动线路或更换规格不同的电器元件，以防止产生人为故障。
3）在故障点的修理工作中，一般情况下应尽量做到复原。
但是，有时为了尽快恢复工业机械的正常运行，根据实际情况也允许采取一些适当的应急措施，但绝不可凑合行事。
4）电气故障修复完毕，需要通电试运行时，应和操作者配合，避免出现新的故障。
5）每次排除故障后，应及时总结经验，并做好维修记录。
记录的内容可包括：
工业机械的型号、名称、编号、故障发生日期、故障现象、部位、损坏的电器、故障原因、修复措施及修复后的运行情况等。
记录的目的：
作为档案以备日后维修时参考，并通过对历次故障的分析，采取相应的有效措施，防止类似事故的再次发生或对电气设备本身的设计提出改进意见等。
课题二车床电气控制线路
车床是一种应用极为广泛的金属切削机床，能够车削外圆、内圆、端面、螺绞、螺杆以及车削定型表面等。
普通车床有两个主要的运动部分，一是卡盘或顶尖带动工件的旋转运动，也就是车床主轴的运动；另外一个是溜板带动刀架的直线运动，称为进给运动。
车床工作时，绝大部分功率消耗在主轴运动上。
下面以CA6140型和C5225型车床为例进行介绍。
一、CA6140车床电气控制线路
该车床型号意义
1．主要结构及运动形式
CA6140型车床为我国自行设计制造的普通车床，与C620－1型车床比较，具有性能优越、结构先进、操作方便和外形美观等优点。
CA6140型普通车床的外形图如图3－5所示。
图3－5CA6140型普通车床外形图
1一主轴箱2一纵溜板3—横溜板4一转盘5一方刀架6—小溜板7一尾架8一床身
9一右床座10一光杠11一丝杠12一溜板箱13一左床座14一进给箱15一挂轮架16一操纵手柄
CA6140型普通车床主要由床身、主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、丝杠、光杠、尾架等部分组成。
车床的切削运动包括工件旋转的主运动和刀具的直线进给运动。
车削速度是指工件与刀具接触点的相对速度。
根据工件的材料性质、车刀材料及几何形状、工件直径、加工方式及冷却条件的不同，要求主轴有不同的切削速度。
主轴变速是由主轴电动机经V带传递到主轴变速箱来实现的。
CA6140型车床的主轴正转速度有24种（10～1400r／min），反转速度有12种（14—1580r／min）。
车床的进给运动是刀架带动刀具的直线运动。
溜板箱把丝杠或光杠的转动传递给刀架部分，变换溜板箱外的手柄位置，经刀架部分使车刀做纵向或横向进给。
车床的辅助运动为车床上除切削运动以外的其他一切必需的运动，如尾架的纵向移动，工件的夹紧与放松等。
2．电力拖动特点及控制要求
（1）主拖动电动机一般选用三相笼型异步电动机，不进行电气调速。
（2）采用齿轮箱进行机械有级调速。
为减小振动，主拖动电动机通过几条v带将动力传递到主轴箱。
（3）在车削螺纹时，要求主轴有正、反转，由主拖动电动机正反转或采用机械方法来实现。
（4）主拖动电动机的启动、停止采用按钮操作。
（5）刀架移动和主轴转动有固定的比例关系，以便满足对螺纹的加工需要。
（6）车削加工时，由于刀具及工件温度过高，有时需要冷却，因而应该配有冷却泵电动机，且要求在主拖动电动机启动后，方可决定冷却泵开动与否，而当主拖动电动机停止时，冷却泵应立即停止。
（7）必须有过载、短路、欠压、失压保护。
（8）具有安全的局部照明装置。
3．电气控制线路分析
CA6140型卧式车床电路图如图3－6所示。
图3－6CA6140型卧式车床电路图
（1）绘制和阅读机床电路图的基本知识机床电路图所包含的电器元件和电气设备的符号较多，要正确绘制和阅读机床电路图，除第二单
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