葉世群

摘要：對(duì)電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)翻轉(zhuǎn)架驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選用型號(hào)進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)計(jì)算，并對(duì)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)控制進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，使設(shè)備自如起停、翻轉(zhuǎn)，達(dá)到提升設(shè)備自動(dòng)化的目的。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)架;電機(jī);選型;控制

0? 引言

發(fā)動(dòng)機(jī)翻轉(zhuǎn)臺(tái)架是發(fā)動(dòng)機(jī)維修過程中很重要的一種輔助設(shè)備，主要用于各高等院校的發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)室和各汽車維修廠，以便于拆裝維修汽車發(fā)動(dòng)機(jī)。目前市場(chǎng)上使用的發(fā)動(dòng)機(jī)翻轉(zhuǎn)架，基本都是手搖輸入動(dòng)力，再通過蝸輪蝸桿減速器來進(jìn)行控制，其借助的是蝸輪蝸桿的自鎖特性，從而使得發(fā)動(dòng)機(jī)在任意角度能夠?qū)崿F(xiàn)自鎖穩(wěn)定。這種驅(qū)動(dòng)方式簡(jiǎn)單，但費(fèi)時(shí)費(fèi)勁，對(duì)操作人員的體力要求高。現(xiàn)設(shè)計(jì)一款發(fā)動(dòng)機(jī)翻轉(zhuǎn)架，驅(qū)動(dòng)方式采用電動(dòng)機(jī)，能大大減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高翻轉(zhuǎn)架的實(shí)用效能。發(fā)動(dòng)機(jī)翻轉(zhuǎn)架采用電動(dòng)機(jī)輸入動(dòng)力，需對(duì)電動(dòng)機(jī)的選型進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)計(jì)算，以及對(duì)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行精確控制。

1? 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型

電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能否既經(jīng)濟(jì)又可靠地運(yùn)行，正確選用拖動(dòng)電機(jī)至關(guān)重要。而選擇電機(jī)是一項(xiàng)很復(fù)雜的工作，主要內(nèi)容包括：電動(dòng)機(jī)的種類、結(jié)構(gòu)形式、額定電壓、額定轉(zhuǎn)速、額定功率（容量）的選擇等。

在以上選擇項(xiàng)目中，功率的選擇是最重要的。一般情況下，為了安全起見，往往容易選擇功率偏大的電動(dòng)機(jī)，造成大馬拉小車的現(xiàn)象，這樣雖然電動(dòng)機(jī)不會(huì)過熱損壞，但也得不到充分利用，電機(jī)效率低，使設(shè)備的投資和運(yùn)行費(fèi)用偏高，經(jīng)濟(jì)性能低。反之，若電機(jī)的功率選擇過小，則可能不能拖動(dòng)負(fù)載，不能翻動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，或經(jīng)常使電機(jī)在過載下運(yùn)行，導(dǎo)致電機(jī)過熱和絕緣材料提前老化，縮短電機(jī)的使用壽命，這樣也不能充分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)翻轉(zhuǎn)架的生產(chǎn)能力。因此，合理選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)，對(duì)翻轉(zhuǎn)架具有十分重要的意義。

綜上所述，正確選擇電動(dòng)機(jī)容量的原則是：滿足生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載對(duì)電動(dòng)機(jī)提出的功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、調(diào)速、制動(dòng)和過載等要求的前提下，使電動(dòng)機(jī)既充分利用，又不超過允許溫升。

1.1 選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)類型

選擇電動(dòng)機(jī)種類的原則是在滿足生產(chǎn)機(jī)械的技術(shù)性能的前提下，優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、價(jià)格便宜、維修方便、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)的電動(dòng)機(jī)。從這個(gè)意義上講，交流電動(dòng)機(jī)優(yōu)于直流電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)優(yōu)于同步電動(dòng)機(jī)。當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行平穩(wěn)，對(duì)啟動(dòng)、制動(dòng)及調(diào)速性能要求不高時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用異步電動(dòng)機(jī)。

在本設(shè)計(jì)中，選用三相交流減速電機(jī)。它是由拖動(dòng)電機(jī)與齒輪減速裝置耦合而成，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、振動(dòng)小、效率高等特點(diǎn)，是理想的低速動(dòng)力源。

1.2 選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電壓等級(jí)

交流電動(dòng)機(jī)額定電壓的選擇主要按使用場(chǎng)所的供電電網(wǎng)等級(jí)選擇。一般低壓電網(wǎng)為380V，因此，中小型三相異步電動(dòng)機(jī)的額定電壓大多選擇380V（Y或D接法），220V/380V（Y/D接法）。本案中，選擇380V電網(wǎng)電壓，Y型接法。

1.3 選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速

電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)來選擇的。在一定功率時(shí)，電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速越高，其體積越小，重量越輕、價(jià)格越低、運(yùn)行效率越高。在本設(shè)計(jì)中，雖然翻轉(zhuǎn)架的輸出轉(zhuǎn)速低，但因選用了減速電機(jī)，其減速比大，故選用高速電動(dòng)機(jī)。選擇同步轉(zhuǎn)速為1500r/min的電動(dòng)機(jī)。

1.4 選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率（容量）

減速電機(jī)的功率應(yīng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)翻轉(zhuǎn)架所需要的功率來選擇，盡量使電機(jī)在額定負(fù)載下運(yùn)行，需要通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算來選擇，以免出現(xiàn)電機(jī)與負(fù)載不匹配的情況。

在發(fā)動(dòng)機(jī)翻轉(zhuǎn)架的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率選擇過程中，已知以下參數(shù)：四缸發(fā)動(dòng)機(jī)重量，本案中按500Kg計(jì)算;四缸發(fā)動(dòng)機(jī)的總寬度小于0.6米，本設(shè)計(jì)中按0.6米計(jì)算;發(fā)動(dòng)機(jī)翻轉(zhuǎn)速度，按1r/min計(jì)算，電機(jī)同步轉(zhuǎn)速為1500r/min，考慮蝸輪蝸桿傳動(dòng)比，減速電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速為60r/min，減速電機(jī)的減速比i為25。

計(jì)算電機(jī)功率時(shí)，由翻轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)所需的扭矩倒推而得。在本設(shè)計(jì)中，發(fā)動(dòng)機(jī)翻轉(zhuǎn)的速度很低，每分鐘只翻1轉(zhuǎn)，故可按靜功率計(jì)算，過程如下：

查電機(jī)手冊(cè)，選擇GV-22-400-25-S的減速電機(jī)，為立式電機(jī)，輸出軸22mm，輸出功率0.4kW，減速比i=25，380V三相交流。該減速電動(dòng)機(jī)能滿足翻轉(zhuǎn)架對(duì)電動(dòng)機(jī)功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、等要求，又能使電動(dòng)機(jī)充分利用，不浪費(fèi)資源。

2? 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制

在本設(shè)計(jì)中，發(fā)動(dòng)機(jī)翻轉(zhuǎn)架需要正反向翻轉(zhuǎn)，經(jīng)常起停，在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制電路時(shí)，要考慮到電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，且翻轉(zhuǎn)過程能自保持。圖1為發(fā)動(dòng)機(jī)翻轉(zhuǎn)架驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制電路圖。

電機(jī)要實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制，將其電源的相序中任意兩相對(duì)調(diào)即可，即換相。為了保證兩個(gè)接觸器動(dòng)作時(shí)能夠可靠調(diào)換電動(dòng)機(jī)的相序，接線時(shí)應(yīng)使接觸器的上口接線保持一致，在接觸器的下口調(diào)相。由于將兩相相序?qū)φ{(diào)，故須確保二個(gè)接觸器線圈不能同時(shí)得電，否則會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的相間短路故障，因此必須采取聯(lián)鎖控制。為安全起見，常采用按鈕聯(lián)鎖（機(jī)械）與接觸器聯(lián)鎖（電氣）的雙重聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制線路;使用了按鈕聯(lián)鎖，即使同時(shí)按下正反轉(zhuǎn)按鈕，調(diào)相用的兩接觸器也不可能同時(shí)得電，機(jī)械上避免了相間短路。另外，由于應(yīng)用的接觸器聯(lián)鎖，所以只要其中一個(gè)接觸器得電，其常閉觸點(diǎn)就不會(huì)閉合，這樣在機(jī)械、電氣雙重聯(lián)鎖的應(yīng)用下，電機(jī)的供電系統(tǒng)不可能相間短路，有效地保護(hù)了電機(jī)，同時(shí)也避免在調(diào)相時(shí)相間短路造成事故，燒壞接觸器。

在實(shí)際電路中，需要五個(gè)熔斷器，兩個(gè)三相交流接觸器，一個(gè)熱繼電器，兩個(gè)啟動(dòng)按鈕，一個(gè)停止按鈕。該設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)電機(jī)的自鎖和互鎖，在松開啟動(dòng)按鈕時(shí)，減速電機(jī)能持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

當(dāng)按下正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB2時(shí)，正轉(zhuǎn)交流接觸器的電磁線圈KM1通電吸合，使主回路的三個(gè)主觸頭KM1接通，電機(jī)正轉(zhuǎn)，同時(shí)使與SB2并聯(lián)的一對(duì)常開觸點(diǎn)KM1閉合，此時(shí)松開正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB1，因KM1的常開觸點(diǎn)通電閉合，正轉(zhuǎn)控制電路仍然接通，電機(jī)繼續(xù)正轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)自鎖，翻轉(zhuǎn)架持續(xù)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。因?yàn)檎D(zhuǎn)交流接觸器的一個(gè)常閉觸頭KM1接于反轉(zhuǎn)電路中，在電機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)，常閉觸點(diǎn)KM1斷開，從而使反轉(zhuǎn)控制線路斷開，實(shí)現(xiàn)互鎖。這樣可以避免誤操作而使電源短路。

當(dāng)需要翻轉(zhuǎn)架逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，可直接按下反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB3，反轉(zhuǎn)交流接觸器的電磁線圈KM2通電吸合，接通主回路中的反轉(zhuǎn)交流接觸器的主觸點(diǎn)KM2，輸入電機(jī)的三相交流電中的L1和L3兩根線互換，實(shí)現(xiàn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，而KM2閉合，電機(jī)反轉(zhuǎn)電路進(jìn)行自鎖，松開反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB3，電機(jī)仍然反轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)翻轉(zhuǎn)架仍然逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。同正轉(zhuǎn)互鎖電路原理一樣，電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，由于接于正轉(zhuǎn)電路中的KM2斷開，使正轉(zhuǎn)控制線路斷開，實(shí)現(xiàn)互鎖。

當(dāng)翻轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)到想要的位置時(shí)，按下停止按鈕SB1時(shí)，所有控制電路斷開，電機(jī)脫離電源而停轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)架停止于想要的位置。

在本案的驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制電路中，除了對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)和起停控制外，還能實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。將熱繼電器的常閉觸頭串聯(lián)在交流接觸器的電磁線圈的控制電路中，熱元件與電動(dòng)機(jī)的定子繞組串聯(lián)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，通過熱元件的電流即為電動(dòng)機(jī)的額定電流，熱繼電器的常閉觸頭處于閉合狀態(tài)，交流接觸器保持吸合，電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)過載時(shí)，繞組中電流增大，通過熱元件的電流增大，熱繼電器的雙金屬片受熱過大，超過正常值彎曲，推動(dòng)導(dǎo)板移動(dòng)，使接在控制電路中的常閉觸頭斷開，從而斷開電機(jī)電源，避免電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間過熱工作而損壞，直到保護(hù)電機(jī)的作用。待雙金屬片冷卻后，按下復(fù)位按鈕，熱繼電器的常閉觸頭閉合，電路又可以正常工作，翻轉(zhuǎn)架正常翻轉(zhuǎn)。

3? 結(jié)束語

通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)翻轉(zhuǎn)架驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型計(jì)算和控制設(shè)計(jì)，能很好的實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)翻轉(zhuǎn)架的驅(qū)動(dòng)和控制，提高翻轉(zhuǎn)架的自動(dòng)化能力，使維修人員從繁重的體力勞動(dòng)中解放出來，是一次不小的技術(shù)革新。

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