龙门刨床改造

改造与更新技术版@文章编号:1671-0711(2010)020053-03龙门创床改造席红延,李野2,李德胜3(1.张家口市节能监测中心,河北张家口0750002清华大学电机系,北京1000843中煤张家口煤矿机械有限责任公司,河北张家口075025)摘要:分析龙门刨床工作台的负载特性和原K-F-D调速系统的调速特性,并对应用交流电机改造龙门刨床主拖动系统进行可行性分析,通过改变拖动方式降低了龙门刨床主拖动的装机容量,给出用交流异步电动机、变频器、步进电机和PLC改造龙门刨床的控制和电气实现方案,改造节电效果显著关键词:龙门刨床;K-F-D调速;变频器;步进电机;PLC中图分类号:TC55文献标识码:B1.原电气系统的传动原理及存在的问题步电动机应用变频器调速,当调节频率在额定频率以上时中煤张家口煤矿机械有限责任公司HDC60型龙门刨床也具有恒功率特性,因此,可利用交流电动机的调速特性工作台主运动拖动系统采用K-F-D调速系统。用交流电动降低拖动电机容量,提高效率。机M拖动直流发电机F1和励磁发电机F2,由F向拖动刨台该龙门刨床工作台直流电机最高转速为1000r/min,改的直流电动机D供电。F2一方面为直流发电机F1和直流电动造后选用同步转速为750rmin的8级变频交流异步电动机机D提供励磁电流,同时也为控制电路提供220V直流电源。变频电机在刨床最高转速时的运行频率为667Hz。当刨床工电机扩大机K由交流电动机M2拖动,它作为直流发电机F1作台在低速挡、交流的励磁调节器。系统采用电压负反馈和电流正反馈等,其电动机运行在50Hz传动原理及装机容量如图1所示。存在的主要问题:机组能时,对应的刨床工作耗大、效率低;控制器件老化,故障率高、维修困难;拖台运行速度为3375动、控制系统噪声大。由此可绘制2.采用出刨床工作台改用交交流调速取流异步电动机采用变代直流调速频调速后的调速特性的可行性分曲线,如图2所示。图2a中粗线1a与1b分图1龙门刨床KFD调速系统传动原理该龙门别表示交流调速系统g及装机容量示意图刨床主运动在低速挡与高速挡工“P的调速范围为201,工作台速度在45-90mmin的范围内为作时的M=f()调速无级调速,其中电气调速范围为10:1,齿轮变速箱的调速范特性(M为电动机转围为21。低速挡(45-45mmin)和高速挡(9-90mmin)距的调速是靠调节直流发电机F的输出电压达到的,属于恒速度)中国煤化工m转距性质。度而CNMH(文为交流调速系统后龙门刨床的负载在高速段具有恒功率特性,而交流异速。图2b中粗线1a与的调速特性与负载特性2010年02月|中国设备工程53@技术版改造与更新1b分别表示交流调速系统在低速挡与高速挡工作时的P=硅整流直流刀架步进电机∫()调速特性(P为电动机功率;V为工作台运行速度),电源供电m[工样电机功率随速度升高而增大。图2a与图2b中的细线2a与2b分别将按步进电机控制器变频器刨床负载在低速挡与高速挡工作时的M=f(v)调速特性和钮、行程开P=f(调速特性关等输入信行程开关刀架电机由图可看出,当低速挡在最高速度V=45mmn时,从号先用继电机械终端位}BC}气横果电机电气调速系统的调速特性来看交流异步电动机所需的功率器隔离,再按钮站按钮为P(FG),它与负载的最大功率P(BD,计算功率)比值输人PLC为PP=14。输出部分电控制柜旋钮由此可见,采用交流异步电动机应用变频器改造原直器件保持原图3龙门刨床控制系统原理图流调速系统后,调速特性与负载的速度特性相接近,大大标号不变减小了电机容量。PLC输入输出类型和名称如表1所示。3.交流异步电动机的容量计算将TD200可编程操作显示器和变频器操作面板安装在控交流异步电动机的容量是由刨床最大出力决定的,即制柜面板上,其他布置与原控制柜基本相同。由丁作台最大牵引力与计算速度决定的。在最大牵引力与(3)软件设计计算速度下切削时,负载所需要的切削功率P(单位:表1PLc输入输出类型和名称kW)为型名称范围类型名称60X102×7垂直刀架快速移动垂真刀架进刀垂直刀架自动进给垂直刀架退刀式中:F最大牵引力,kg;V计算速度,mmin;3刀架右侧刀架自动进斜刀架接歉侧/架前进右侧刀架快速移动右侧刀架后退传动机械效率;左侧刀架快速移动左侧刀架前进102—功率换算系数,1kW=102kg·m/s由于刨床工作台返回行程不切削,负荷很小,电动机567左侧刀架自动进给左侧刀架后退按钮在切削过程就允许过载,过负荷倍数为K。所以,考虑电松紧限位1升降紧机的工作制后,它的实际计算功率P=P。K8,经验证明横接触器限位横梁K#=14。该系列龙门刨床工作台最大牵引力F=8000kg,计开关松紧限位2放松算速度V为25mmin,传动机械效率为η=0.7。则由式(1)步进行指示灯得切削功率P为467kW,从而得出实际计算功率P=P∥KB=467/4=3336kW,采用交流异步电动机后其额定功率P=12步退前进前进继电器后退14xP=46.kW。后退后退行程抬刀4.龙门刨床的电气系统改造变频电机散热停止(1)改造方案及设备选型台接触器风机工①根据计算结果及现场经验,按电机产品系列选用8级前进减速润滑泵45kW变频交流异步电动机和45kW恒转距变频器替代原前进换向备妥指示灯K-F-D调速设备即可。②选用三台步进电机替代原设备的行程前进保护故障指示灯开关退减速左刀架、右刀架和垂直刀架电机。③设计、制作一台以变频器、步进电机控制器和PC为核心的控制柜,取代原控制21后退保护柜。龙门刨床控制系统原理图见图3。润滑油压保护(2)硬件设计L23慢速切入旋钮在控制柜中,主回路用变频器控制工作台变频电动机中国煤化工在变频器直流端加制动单元,并配上制动电阻,以释放电[26鄯YHCNMHG动机在换向时,工作台返送回变频器的能量。抬刀系统由27频器故障中国设备工程2010年02月改造与更新技术版@龙门刨床的PLC软件设计主要包括刀架移动、横梁升降改造后,工作台仍保持原有T作方式和曲线,自动循和工作台往返三部分。环、步进、步退、刨削和磨削与原来相同。工作台往5.改造节电效果及综合效益分析F数返自动循所的逦回工件刨床工作台采用交流异步电动机变频调速后,电机的实现,是由装调速特性与刨床负载的机械特性吏加贴近,减小了装机容2NC HX在床身的六个量,提高了电机效率;拖动系统的简化使损耗大为减小,行程开关行程开关来控节能效果显著。改造前,装机容量为60kW,实际功耗约制,碰撞行程50kW;改造后,装机容量降为45kW,经实测平均功耗约开关的制子和20kW。按刨床平均每天工作16h,每月工作26天,电费按图4制子和行程开关的工作情况行程开关的工06元kWh计算,则每年节省电费89856元。作情况如图4所示。按循环顺序,工作台动作分为七步。①龙门刨床的电气系统改造后,既保持了原有调速系统当设备送电,变频器备妥,横梁已夹紧,油泵已开动时,的功能,又提高了技术指标,使系统的技术参数、结构、按下前进按钮,则前进继电器吸合,变频器开始低频运行,功能和性能更优化,刨床工作更可靠。改善了系统静态工作台低速前进;后退行程抬刀继电器失电,刀具放下;动态特性,增强设备加T能力。特别是刀架电机由异步电刀架电机正转,开始进刀。②当制子D碰撞后退换向行程开机改为步进电机后,使刀架自动进刀精度大幅提高,控制关HHX时,刀架停止进刀,开始慢速切入。③当制子C碰机构更加简清灵活。同时也解决了设备电气系统老化、维撞后退减速行程开关H-JS时,开始高速前进。④前进至制护费用高等问题。现已成功改造四台龙门刨床,具有较好子A碰撞前进减速行程开关Q-s时,变频器降低输出频率,的社会效益和经济效益。工作台低速前进。⑤当制子B碰撞前进换向行程开关Q-HX参考文献时,前进继电器失电;后退继电器闭合,工作台开始高速[1l李恩林龙门刨床自动控制M1北京:科学出版社,1978返回;同时,后退行程抬刀继电器吸合,抬刀电磁铁得电,[2]刘金琪机床电气自动控制[M哈尔滨:哈尔滨工业大学出版刨刀抬起;刀架退刀接触器吸合,开始退刀。⑥高速返回至制子B碰撞前进换向行程开关QHX时,刀架退刀接触器3]闻家机械T业委员会机床电气控制设备围M]北京机械工业出断开,退刀结束。⑦后退至制子C碰撞后退减速行程开关版社,1987H-JS时,工作台开始低速返回。在后退过程中,当制子D碰{4万全禄浅谈SRD调速系统改造龙门刨床[机械,200,25撞后退换向行程开关H-HX时,又开始重复第①步的动作,到此工作台完成了第一次的往复运动,以下过程重复执行自动循环工作,直到按下停止按钮,工作台停止运行。收稿日期:200908-28胜利油田孤东采油厂采油厂从建立健全设备技术状态的监测管理网络,使技术质量监督站提高设备综合效益全厂设备技术监测工作逐步规范入手,出台了“孤东采油厂设畚技术状态监测管理规定”和“孤东采油厂能耗测试胜利油田孤东采油厂技术质量监督站以提高设备综合管理规定”,自上而下逐步形成了层层有人管、事事有人效益为重点,加大设备状态监测的工作力度,确保了设备抓、时时有人关心设备技术监测工作的良好氛围,实现了安全、低耗、长寿命、高效运行。全厂设备全过程的管理和监测。该站运用状态监测技术,及时发现设备故障,进一步同时,他们加强技术培训,全面提高全厂设备技术查找故障原因,为设备的维护保养与维修提供科学依据,状态监测人员的业务技能。采油厂还积极参加胜利油田组同时对企业设备管理起到了预警和向深层次推进的作用织的设备技术状态监测管理的培训与经验交流活动,加强该站设备质量监督人员从设备现场的状态质量入手,与油田技术检测中心设备质量检测站的信息沟通,引进新逐渐从过去的眼看、手摸、耳闻转变到以仪器对设备进行技术、新工艺,提高状态监测和维修水平。设备综合完好监测,通过状态监测查找出设备的事故隐患,对存在设备率高事故隐患的单位令其及时整改和维修,对提高设备综合效超过YH中国煤化工2济技术指标达到或CNMHG益起到积极作用。(通讯员朱益飞供稿)2010年02月|中国设备工程