摘要 摘要 玻璃磨邊機是玻璃深加工必須的專用設備，其作用是根據需要將玻璃邊部磨 削成特定的形狀。本文論述了基于 S7-226PLC 實現的玻璃磨邊機設計。文章首先 介紹了玻璃磨邊機的現狀及其在設計中要實現的磨削花型。其磨削花型分別是 : 磨直線斜邊、磨靠邊基本波浪邊、磨直線波浪邊、磨雙直線波浪邊、磨樹葉型波 浪邊、磨直線樹葉波浪邊。隨后介紹了玻璃磨邊機控制系統的設計情況。其硬件 設計采用 S7-226PLC 作為控制核心，加上相應的接口電路、通訊裝置和智能化 軟 件設計，由其高速計數裝置并通過旋轉編碼器檢測電機轉速，通過 PLC 輸出控制 磨輪進給電機和磨輪旋轉電機進而控制磨削不同花型 :PLC 的程序完成了各種開 關量信號的采集，磨輪旋轉角度和磨輪進給參數的采集，磨輪旋轉角度和磨輪進 給參數的計算、輸出控制等功能，文章對其進行了分析。作者選用了 PWS1711 人 機界面對玻璃磨邊機進行實時監視和參數設置，文章介紹了玻璃磨邊機人機界面 軟件設計，包括主畫面、磨直線斜邊子畫面、參數設置畫面、控制畫面、手動調 整畫面、調試畫面等。為進一步提高磨削精度，作者將原方案中控制磨輪進 給的 普通電機改由伺服電機來完成，文章最后對其控制思想進行了討論，并給出了基 于 PLC 實現的模糊 PID 程序設計。 關鍵詞 :PLC；玻璃磨邊機 ；人機界面 :PID；磨輪 緒論 1 緒論 1.，課題來源及意義 上世紀 80 年代隨著交通、建筑和旅游業的迅速發展，對深加工玻璃的需求越 來越多，使玻璃深加工行業得到了較快的發展，玻璃深加工的產量上升較快。大批 浮法玻璃生產線的建成投產，給玻璃深加工提供了優質玻璃原片 :建筑業、交通業 發展的加快和檔次的提高，為深加工玻璃的應用開辟了廣闊的市場 ；但是，由于玻 璃加工機械 水平的影響，大部分玻璃深加工企業的生產能力并沒有充分發揮出來。 由于世界主要玻璃生產企業對平板玻璃以及其它品種的玻璃都在尋求新的利潤增 長點，產品創新、新工藝探索、降低成本、產生高附加值等己成為各大玻璃廠商 發展的目標。因此目前世界上 5096-60%的平板玻璃原片均進行深加工后再上市， 浮法玻璃原片己不再風光，而是向功能型、實用型、裝飾型、安全型、環保型五 大方向的深加工玻璃發展，這是 21 世紀平板玻璃創新產品不容爭議的目標。近年 來，我國玻璃深加工企業發展很快，數量不斷增加，規模越來越大，玻璃磨邊機 作為玻 璃深加工企業必須的專用設備，其市場需求也將越來越多。然而到目前為 止，國內玻璃磨邊設備還不很成熟，大多只適合單件加工，而不能應用于批量生 產線。大型玻璃深加工企業必須采用自動化程度高的智能玻璃磨邊機。 由于現階段國產玻璃磨邊機自動化程度較低，難以滿足玻璃深加工行業快速 發展的要求，因此安徽理工大學與方圓玻璃機械廠合作進行智能玻璃磨邊機研制。 1.2 玻玻磨邊機的主要種類及特點 目前國內玻璃深加工企業使用較多的幾種玻璃磨邊機如下 23 4 10 (l)單臂異形磨邊機 (簡稱異形機或單臂機 ) 異形機的最大特點是用途廣泛，異形機既可以磨直邊，也可磨圓邊、鴨嘴邊， 還可磨斜邊 ；既可以磨圓形工件，也可磨橢圓及異形工件。在獨立吸盤上裝上靠 模，用異形機可以磨一些形狀不規則的工件。 (2)直線磨邊機 直線磨邊機的特點有三個 :一是用途比較單一，只能磨各類直線邊 ；二是可 連續性磨削，生產效率較高 :三是可磨削尺寸較大的平板玻璃。 直線磨邊機是各類磨邊機中品種、規格最多的磨邊機，按能磨削的直線邊的 不同，它又可分為如下三種 : 1)直線磨邊機 (簡稱直邊機 ) 直邊機只能磨削玻璃的平底邊及 兩棱角，按磨頭數分，有三、五、八、九、 十、十三、十四磨頭等數種機型。一般來說，磨頭數越多，則磨削精度和生產效 率越高，相應地機器的價格也越高。而電腦控制的直邊機 (一般磨頭數都在十或 十以上 )價格更高。 近些年來，國內市場上又出現一種既可磨平底邊，又可磨 45 度底邊的兩用直 邊機，用量也比較多。另外還有可磨一組或兩組互成角度底邊的磨邊機，叫多級 磨邊機。這種機型磨頭較多，一般為計算機控制。 2)直線圓 (簡稱圓邊機 ) 圓邊機可以磨削玻璃的圓邊、鴨嘴邊等，在家具、玻璃的加工中用的較多。 圓邊機也有 三、五、六、七、八、九磨頭等數種機型。 3)直線斜邊機 (簡稱斜邊機 ) 斜邊機一般用于磨削玻璃 3-20 度的斜邊。現在，有的斜邊機也可磨削 45 度的斜邊。斜邊機按磨頭數分，也有七、八、九、十、十一、十四磨頭等機型。 近些年來又出現一種能在玻璃斜邊上磨出各種波浪花紋的斜邊機，叫波浪斜邊機。 (3)靠模磨邊機 (簡稱靠模機仿形機 ) 靠模機利用模板準確定位，可精確磨削圓形或異形玻璃的直邊、圓邊、鴨嘴 邊、斜邊等，這種磨邊機磨出的玻璃形狀準確，尺寸統一，生產效率較高。 使用靠模磨邊機需要制作專 門的模板，當生產品種較多時，不但制作模板費 用較高，而且管理、更換模板也較麻煩，因此這種機型適用于生產品種不多，但 生產批量很大的玻璃加工。 (4)內圓磨邊機 (簡稱內圓機 ) 內圓機的特點是結構簡單，價格低廉，但用途比較單一，主要適于加工圓周 邊 (可以是正圓，也可是橢圓或異形圓 )。現國內有些廠生產的內圓機，擺臂較長， 使磨頭的擺動范圍加大。這種機型不但可磨內圓，也可兼磨外圓，又稱為內外圓 磨邊機。 (5)直線雙邊磨邊機 (簡稱雙邊磨機 ) 雙邊磨機的特點是可同時磨削玻璃的兩條對邊，加工精度 好，生產效率高， 適用于大批量的玻璃磨邊生產。 雙邊磨機按使用性能分有雙直邊磨邊機和雙圓邊磨邊機兩種，其中雙直邊磨 邊機用的較多。 雙邊磨機按磨削玻璃寬度的不同可分為中小型和大型兩種。最大磨削寬度在 兩米以下的稱為中、小型雙邊磨機，磨頭配置有四、六、八、十二磨頭等。最大 磨削寬度在兩米及兩米以上的稱為大型雙邊磨機，磨頭配置有十六、二十、二十 二磨頭等。大型雙邊磨機一般為電腦控制，自動化程度較高，適于磨削大尺寸平 板玻璃，但是，這種設備的價格比較昂貴。 (6)其他磨邊機及專用磨邊機 除以上介紹 的磨邊機以外，還有一些結構簡單、用途單一的磨邊機，如倒角 機、小圓片機、拋光機等。另外還有一些專門加工某種產品的專用磨邊機，如汽 車后視鏡磨邊機、洗手盆磨邊機等。 1.3 國內外發展與應用情況 目前玻璃磨邊機設備不少是進口的，進口磨邊機主要來自意大利生產，另外 還有來自韓國、美國、臺灣等地的磨邊機用的也較多日。進口機的質量、精度、 生產效率和使用壽命都要比國內機好，但進口機價格昂貴，一般為國內同類機價 格的 3-10 倍。玻璃磨邊機目前仍以進口設備為主，雖然國外這方面的技術和設備 都很成熟，在國際 市場上也應用廣泛，但完全依賴進口設備的缺點也是明顯的， 首先進口設備價格昂貴，需花費大量的外匯 ；其次它的定貨周期、購買備品備件的 周期長，對正常生產造成一定的影響，特別是設備的控制軟件部分，由于保密性 強而無從深入了解，功能擴展性差，一旦出現問題就必須等國外的專家來維護和 調試，對正常生產有很大的影響，故研制和開發國產的智能玻璃磨邊機的重要性 是顯而易見的，不僅能夠提高玻璃加工技術水平和市場競爭力，而且隨著玻璃深 加工行業的迅猛發展，該設備的應用前景也是很廣闊的。 1.4 本文的主要工作 玻璃磨邊機的 作用是根據需要將玻璃邊部磨削成特定的形狀。其機械結構主 要由磨削進給系統和加工工作臺兩部分構成。加工工作臺上放置被加工的玻璃， 玻璃靠普通交流電機驅動在加工工作臺上移動，磨削砂輪的轉動也由普通交流電 機驅動 .，磨削進給系統也采用普通交流電機驅動，用以控制磨削砂輪的運動軌跡， 以便將玻璃邊部磨削成不同的形狀。這也是應方圓玻璃機械有限公司的要求而設 計的方案，本文第 3 章與第 5 章對其進行了詳細介紹。為了進一步提高磨削精 度， 作者對上述方案進行了改進，將普通電機的工作改由伺服電機完成，本文第 6 章 給予了分析。本文 主要工作包括 : 玻璃磨邊機的總體設計 玻璃磨邊機的電氣控制部分硬件設計 可編程控制器的選型、模塊設計 旋轉編碼器及高速計數器分析 人機界面選型、設計 PLC 與人機界面的程序設計 基于 PLC 的模糊 PID 設計等。 1.5 本章小結 本章對課題的來源和意義、玻璃磨邊機的結構組成、玻璃磨邊機的主要種類 及特點、目前國內外應用情況、玻璃磨邊機的主要參數以及本文的主要工作等做 了簡要介紹。 1 緒論 1.1 課題來源及意義 上世紀 80 年代隨著交通、建筑和旅游 業的迅速發展，對深加工玻璃的需求越來越多，使玻璃深加工行業得到了較快的發展，玻璃深加工的產量上升較快。大批浮法玻璃生產線的建成投產，給玻璃深加工提供了優質玻璃原片 :建筑業、交通業發展的加快和檔次的提高，為深加工玻璃的應用開辟了廣闊的市場 ；但是，由于玻璃加工機械水平的影響，大部分玻璃深加工企業的生產能力并沒有充分發揮出來。由于世界主要玻璃生產企業對平板玻璃以及其它品種的玻璃都在尋求新的利潤增長點，產品創新、新工藝探索、降低成本、產生高附加值等己成為各大玻璃廠商發展的目標。因此目前世界上 50%-60%的平板玻璃 原片均進行深加工后再上市，浮法玻璃原片己不再風光，而是向功能型、實用型、裝飾型、安全型、環保型五大方向的深加工玻璃發展，這是 21 世紀平板玻璃創新產品不容爭議的目標。 隨著工業生產發展和人民生活水平的提高，能源消耗量迅速增加，在我國建筑能耗占全國總能耗量的 1/4 以上。其中建筑門窗的能耗約占建筑物全部熱損失的 40%，從全球整個能源來看，在取暖或空調時期，其中 45%用于建筑物氣溫的控制，并且比重日益增長，因此節能是擺在我們面前的重要任務。 眾所周知，建筑物門窗中玻璃面積所占的比重越來越大。目前各種鋁合金門窗、塑鋼 門窗、玻璃鋼門窗中空玻璃約占總面積的 65%-70%。因此，開發使用節能玻璃對建筑節能起著重要的作用。 2003 年 12 月 4 日，國家發改委，建設部，國家質檢總局，國家工商總局等四部位委聯合發布建設安全玻璃管理規定 2004 年 1 月 1 日起實施，地市級以上 (含地市級 )城市的新建、擴建、改造、裝修及維修工程等建筑物，應按該規定要求使用安全玻璃。建設安全玻璃管理規定的實施旨在有效地保障人身和財產安全，規范安全玻璃的生產、使用和安裝，己受到社會各方面的關注。 門窗選用具有節能作用的鍍膜玻璃、鍍膜中空、鍍膜鋼化、鍍 膜夾層、低輻射中空玻璃是改善門窗的絕熱性的最好途徑。這些玻璃在生產過程中，要求玻璃的邊部必須經過磨邊處理。傳統意義上的砂布磨邊己滿足不了生產工藝和建筑市場的要求。生產效率低，生產成本提高。近年來，在很多行業，特別是在建筑行業，對玻璃的需求增長很快同時對玻璃的加工質量和加工效率也有了很高的要求，為了改善傳統的玻璃磨邊方式，降低生產成本，提高加工精度和提高生產效率。 近年來，我國玻璃深加工企業發展很快，數量不斷增加，規模越來越大，玻璃磨邊機作為玻璃深加工業必須的專用設備，其市場需求也將越來越多。然而到目前為止， 國內玻璃磨邊設備還不很成熟，大多只適合單件加工，而不能應用于批量生產線。大型玻璃深加工企業必須采用自動化程度高的智能玻璃磨邊機。 目前玻璃產品正向功能型、實用型、裝飾型等深加工發展，玻璃磨邊機作為玻璃深加工必須的專用設備，市場需求越來越多。玻璃磨邊機的作用是根據需要將玻璃邊部磨削成 特定的形狀。其機械結構主要由磨削進給系統和加工工作臺兩部分構成。加工工作臺上放置被加工的玻璃，玻璃靠普通交流電機驅動在加工工作臺上移動，磨削砂輪的轉動也由普通交流電機驅動。磨削進給系統采用交流伺服電機驅動，用以控制磨削砂輪的運動 軌跡，以便將玻璃邊部磨削成不同的形狀。 1.2 玻璃磨邊機的發展現狀 自 20 世紀 90 年代以來，由于材料科學的重大創新和突破，人們利用納米材料技術、表面處理技術和復合雜化技術等高新技術開發出了各種環保節能型、環保型、智能型等新型深加工玻璃，賦予了玻璃新的機械、電氣、光學、化學等功能，增加了玻璃的使用效果，改善了人類的工作與生活環境。雖然我國深加工玻璃的生產技術在某些領域接近或達到國外先進國家水平，但是，深加工玻璃的整體生產技術與國外相比有很大差距，尚未形成規模的專業產品研究與生產線，某些產品的產業化仍是空白。 目前玻璃磨邊機設備不少是進口的，進口磨邊機主要來自意大利生產，另外還有來自韓國、美國、臺灣等地的磨邊機用的也較多。進口機的質量、精度、生產效率和使用壽命都要比國內機好，但進口機價格昂貴，一般為國內同類機價格的 3 一 10 倍。玻璃磨邊機目前仍以進口設備為主，雖然國外這方面的技術和設備都很成熟，在國際市場上也應用廣泛，但完全依賴進口設備的缺點也是明顯的，首先進口設備價格昂貴，需花費大量的外匯 ；其次它的定貨周期、購買備品備件的周期長，對正常生產造成一定的影響，特別是設備的控制軟件部分，由于保密性強而無從深入了解，功 能擴展性差，一旦出現問題就必須等國外的專家來維護和調試，對正常生產有很大的影響，故研制和開發國產的智能玻璃磨邊機的重要性是顯而易見的，不僅能夠提高玻璃加工技術水平和市場競爭力，而且隨著玻璃深加工行業的迅猛發展，該設備的應用前景也是很廣闊的。 我國從 2001 年以后又進一步研發玻璃磨邊機設備，目前存在的主要是玻璃的對角線誤差、玻璃加工尺寸精度問題從調研情況來看磨邊機設備目前仍以進口設備為主，國產機上處于研制開發階段，其性能與進口設備相比仍有較大差距。隨著我國數控技術的發展，數控機床的應用，我國的設備完全可以替代 進口設備，開發出能夠滿足國內建筑市場需求的設備。 1.3 玻玻磨邊機的主要種類及特點 玻璃磨邊機是玻璃深加工設備中產生最早且用量最大的機械設備之一。近些年來，隨著玻璃深加工產業的不斷發展和壯大，玻璃磨邊機的種類和規格也越來越多，并且技術越來越先進，功能越來越全面。 目前國內玻璃深加工企業使用較多的幾種玻璃磨邊機如下： (l)單臂異形磨邊機 (簡稱異形機或單臂機 ) 異形機的最大特點是用途廣泛，異形機既可以磨直邊，也可磨圓邊、鴨嘴邊，還可磨斜邊 ；既可以磨圓形工件，也可磨橢圓及異形 工件。在獨立吸盤上裝上靠模，用異形機可以磨一些形狀不規則的工件。 異形機結構簡單，制造成本相對較低，所以價格也比較便宜 。 (2)直線磨邊機 直線磨邊機的特點有三個 :一是用途比較單一，只能磨各類直線邊 ；二是可連續性磨削，生產效率較高 :三是可磨削尺寸較大的平板玻璃。 直線磨邊機是各類磨邊機中品種、規格最多的磨邊機，按能磨削的直線邊的不同，它又可分為如下三種 : 1)直線磨邊機 (簡稱直邊機 ) 直邊機只能磨削玻璃的平底邊及兩棱角，按磨頭數分，有三、五、八、九、十、十三、十四磨頭等數種機型。一般來說，磨頭 數越多，則磨削精度和生產效率越高，相應地機器的價格也越高。而電腦控制的直邊機 (一般磨頭數都在十或十以上 )價格更高。 近些年來，國內市場上又出現一種既可磨平底邊，又可磨 45 度底邊的兩用直邊機，用量也比較多。另外還有可磨一組或兩組互成角度底邊的磨邊機，叫多級磨邊機。這種機型磨頭較多，一般為計算機控制。 2)直線圓 (簡稱圓邊機 ) 圓邊機可以磨削玻璃的圓邊、鴨嘴邊等，在家具、玻璃的加工中用的較多。圓邊機也有三、五、六、七、八、九磨頭等數種機型。 3)直線斜邊機 (簡稱斜邊機 ) 斜邊機一般用于磨削玻 璃 3-20 度的斜邊。現在，有的斜邊機也可磨削 45 度的斜邊。斜邊機按磨頭數分，也有七、八、九、十、十一、十四磨頭等機型。近些年來又出現一種能在玻璃斜邊上磨出各種波浪花紋的斜邊機，叫波浪斜邊機。 (3)靠模磨邊機 (簡稱靠模機仿形機 ) 靠模機利用模板準確定位，可精確磨削圓形或異形玻璃的直邊、圓邊、鴨嘴邊、斜邊等，這種磨邊機磨出的玻璃形狀準確，尺寸統一，生產效率較高。 使用靠模磨邊機需要制作專門的模板，當生產品種較多時，不但制作模板費用較高，而且管理、更換模板也較麻煩，因此這種機型適用于生產品種 不多，但生產批量很大的玻璃加工。 (4)內圓磨邊機 (簡稱內圓機 ) 內圓機的特點是結構簡單，價格低廉，但用途比較單一，主要適于加工圓周邊 (可以是正圓，也可是橢圓或異形圓 )。現國內有些廠生產的內圓機，擺臂較長，使磨頭的擺動范圍加大。這種機型不但可磨內圓，也可兼磨外圓，又稱為內外圓磨邊機。 (5)直線雙邊磨邊機 (簡稱雙邊磨機 ) 雙邊磨機的特點是可同時磨削玻璃的兩條對邊，加工精度好，生產效率高，適用于大批量的玻璃磨邊生產。 雙邊磨機按使用性能分有雙直邊磨邊機和雙圓邊磨邊機兩種 ，其中雙直邊磨邊機用的較多。 雙邊磨機按磨削玻璃寬度的不同可分為中小型和大型兩種。最大磨削寬度在兩米以下的稱為中、小型雙邊磨機，磨頭配置有四、六、八、十二磨頭等。最大磨削寬度在兩米及兩米以上的稱為大型雙邊磨機，磨頭配置有十六、二十、二十二磨頭等。大型雙邊磨機一般為電腦控制，自動化程度較高，適于磨削大尺寸平板玻璃，但是，這種設備的價格比較昂貴。 (6)其他磨邊機及專用磨邊機 除以上介紹的磨邊機以外，還有一些結構簡單、用途單一的磨邊機，如倒角機、小圓片機、拋光機等。另外還有一些專門加工某種產品的專用磨邊 機，如汽車后視鏡磨邊機、洗手盆磨邊機等。 本機 結構簡介及主要工作原理 2.1 本機的結構簡介 玻璃磨邊機的外形如圖所示： 圖 2.1 玻璃磨邊機外形 玻璃磨邊機主要結構： （ 1）主傳動機構； （ 2）玻璃夾緊機構彈性夾持機構； （ 3）上下料機構和皮帶輸送機構； （ 4）角度調整調整機構； （ 5）橫梁進給機構； （ 6）磨頭電機進給機構； （ 7）磨頭電機的結構； （ 8）端面磨頭調整機構； （ 9）底座和靠架； （ 10）機的電控及機器的輔助設備； 玻璃磨邊機的作用是根據需要玻璃邊部磨削成 特定的形狀 。 其機械結構主要 由磨削進給系統 和加工工作臺兩部分構成 。 加工工作臺上放置被加 工的玻璃， 玻璃靠普通交流電機驅動在加工工作臺上移動，磨削砂輪的轉動和磨削進給系統亦由電機驅動，用以控制磨削砂輪的運動軌跡，從而將玻璃邊部磨削成不同的形狀。磨削砂輪的轉動也由普通交流電機驅動。主傳動機構是由交流異步驅動電機、聯軸器和蝸輪蝸桿減速器組成；玻璃夾緊機構由齒輪、皮帶和彈性襯板等組成 ； 上下料機構和皮帶輸送機構由皮帶輪、皮帶、齒輪、鏈條等組成。角度調整調整機構變頻調速電機、滾珠絲杠、錐齒輪、鏈輪、鏈條 等結構組成；磨頭電機進給機構是通過錐齒輪和燕尾槽鋼導軌組成，通過錐齒輪的變向功能，使磨頭電機在鋼導軌內前后移動；端面磨頭調整機構是通過螺栓、彈簧和鉸鏈之間的相互關系的改變而實現的。 本臺玻璃磨邊機是一臺集以上所述粗磨、精磨及拋光為一體的具有現代化水平的大型玻璃深加工設備。本機采用電機驅動，電機為變頻調速電機，取代了以往的所用的機械無級變速器。首先由送料機構將玻璃自動輸送到夾持機構入口位置處，夾持機構采用特殊彈性夾持裝置夾持玻璃，并夾持玻璃前進；使玻璃分別經過粗磨、精磨、端磨、拋光等工序一次即可完成玻璃單邊的 全部磨拋工作，然后由接料機構接住并送出。本機共設有 3 個粗磨輪、 3 個精磨輪、 1 個端磨輪、 3 個拋光氈輪，其進給的調整可通過絲杠，導軌機構來完成。 2.2 本機的工作原理 玻璃的磨削本身包括兩個加工階段：粗磨與精磨，與其密切相關的是拋光工藝，拋光能最終使制品磨削表面平整并恢復玻璃表面的透明和光亮。玻璃表面相互作用產生水解現象而生成覆蓋表面的薄膜，此薄膜主要是膠態硅氧組成，由于研磨或拋光的作用而使薄膜破壞，并露出新鮮的表面，新的表面與水繼續作用而生成新的保護膜覆蓋表面，上述過程如此不斷的重復進行，直至 最終達到研磨和拋光。 2.3 主要技術參數 玻璃直線雙邊磨邊機控制系統的基本要求 玻璃直線磨邊機是玻璃深加工的設備中最先進的設備之一，其要求磨削質量好、加 工精度高、生產效率高、操作簡便，適用于磨削不同尺寸和厚度的平板玻璃。其系統設 計的基本原則是安全、可靠、高效率、低成本。具體要求如下 : 1.能保證系統長期穩定運行。 2.實用性 :直邊的粗磨、半精磨、精磨 ；粗拋、半精拋、精拋、倒角精磨、拋光 等工序一次完成。 3.操作性 :控制系統的人機界面便于操作，畫面直觀，全部過程采用中文顯示， 實時監控生產過程。 4.維護功能 :系統具有自我診斷、報警功能，維護方便。 5.價格 :系統投資合理，成本低，便于推廣使用。 6.主要技術指標 : (l)速度范圍 :0 一 Slnjmin (2)單邊最大磨削量 :4mm (3)加工玻璃寬度 :300 一 400Omm (4)加工玻璃厚度 :32smm (5)總功率 :50kw (6)電壓 /頻率 :380V/50Hz (7)倒角角度 :45“士 3“ 夾持膠帶運行速度： V=0.4 - 2.7m/min 許用玻璃厚度： =3 20mm 可磨玻璃之尺寸范圍： 150 150 2000x2000mm 斜邊角度范圍： 5 - 45 斜邊寬度： B 30mm 2.4 本機的基本設計方案、傳動系統及特點要求 2.4.1 本機的基本設計方案 （ 1）主傳動采用變頻器調速，使電機獲得各種所需轉速； （ 2）玻璃的夾緊方式采用兩條橡塑帶彈性夾持； （ 3）玻璃取立位安放； （ 4）手工上下料，同步齒形帶輸送； （ 5）角度調整為電動，面板上有相應的數字顯示； （ 6）寬度進給即可電動也可手動，面板上置有數字顯示裝置； （ 7）各磨頭電機均有相應的電流表顯示工作電流大小。 2.4.2 方案確定的依據及其特點 2.4.2.1 主動機構 本設計要求： 1、雙帶夾持玻璃； 2、怠速 N=0.3 - 2.7 變頻調速； 3、適用玻璃厚度 =3 20mm。 為此，本設計方案采用的傳動方式如圖所示： 圖 2.2 主傳動系統 減速器 3 前帶 5 傳動順序：主電機 1 主電機 2 減速器 4 后帶 6 主電機采用普通電機，以電機的變頻調速代替機械的無級調 速。其主要目的是 : 變頻調速電機價格適中，與機械無級調速成本相差較小且提高了本機的數字化程度。減速器 3.4 速度比相同，轉向相反，以保證帶速一致，且帶的夾緊側運行方向相同。考慮到安裝與調整，兩帶之間，主動輥與減速器之間以萬向聯軸結相連接。為適應玻璃厚度變化之需要，后帶的支撐架置于滑動導軌之上，可用相應的手輪調整其與前帶的距離。 2.4.2.2 夾緊方式與特點 本方案如圖 2.3 所示采用兩條橡膠帶夾持玻璃，后帶夾緊側后面有一剛性支撐板，后帶夾緊，側后面有一剛性的支撐板，玻璃通過夾持帶靠在支撐板上，依此在 Y 向 定位，前帶夾緊側的后面則以彈性輥圖 3 支撐，這樣剛性定位，彈性夾持，既能保持定位的精度又能減低玻璃的破損率，橡膠帶輪軸向采用外球面軸承支撐，使主動、被動帶輪的傳動得以保證。如圖 2.4。 圖 2.3 膠輥 圖 2.4 2.4.2.3 玻璃安放位置選擇 玻璃安放位置取位為立式、斜置，相對垂直面后傾 5，這樣選取的主要目的是充分利用加工車間的有效空間而減小占地面積。玻璃后傾 5，理由是本機磨削角度范圍為 5 - 45，當它后傾 5時，各磨頭軸線正好處于水平 位置，這樣便于設計與校核。 2.4.2.4 上下料方式的確定 由于本機上下料不是自動，且玻璃的規格及形狀各異，所以設計方案中采用手工上下料，輸送則由兩條同步齒形帶來完成。齒形帶的帶速與夾持帶的帶速基本相同，以保證上下料的連續性。為保證上下料及運輸過程中玻璃的穩定性，除玻璃后傾 5外，還有有靠架加以支撐。 2.4.2.5 角度的調整 由于磨削角度為 5 - 45，因此有角度調整機構。角度的調整見圖 2.5。圖中 C為橫梁擺動的支撐點， B 鉸鏈處為動力輸入軸。 A 點處為螺旋副，螺母鉸接于橫梁上（可以繞鉸接點 轉動）。 圖 2.5 轉角機構 轉角機構工作原理： ABC 組成一個三角形， BC=a,AC=b,兩條線的長度保持不變。邊 AB=c，由絲杠傳動，它的長度可調。由于 AB的長度 c 的變化，引起角 的改變，因 b 桿與橫梁剛性連接，這橫梁以及其上面的磨頭也作相應的角度改變，以此來達到調整角度的目的。它的計算公式，即為余弦定理 : c2=a2+b2-2bccos 2.1 式中 a、 b 不變， c 變化時 角也變化，依據此公式即可制定出相應的表格供使用。為簡化機構， 本方案中的轉角機構采用單獨的電機驅動。 由于采用單獨的電機驅動，用機械顯示角度大小不便，所以本設計決定采用數碼顯示以及比較裝置，并將其安裝于面板上，以便觀察與調整。 為保證轉角精度，轉角電機設有斷電制動裝置。 為安裝起見，在 5、 45兩個極限位置，設有限位開關。 3 夾持機構設計 3.1 夾持帶主要參數的選擇與計算 3.1.1 主驅動系統 （如圖 2.2） 圖 3.1 夾持原理 設計要求 :帶速 V=0.4 2.7m/min 變頻調速變速 3.1.2 電機 功率的選擇確定 理論上本機的主電機功率為 1.5kw，考慮到相關因素，使用系數取為 2.0， 因此選用電機的功率 N=1.5 2.0=3kw 3.1.3 型號的確定 Y132s 6 型電機有恒扭矩與恒功率兩種，根據我們的使用條件，首選應當保證在不同速度條件下，扭矩應當是沒有太大變化，功率是次要的。因此我們選擇恒扭矩調速電機。 3.1.4 夾持帶厚及輥子直徑的選取 帶厚 =10mm，夾持帶主動輥直徑選為 380mm。 3.1.5 減速器總速比及分配 已知：帶速 Vmax =2.7m/min 輥子直徑 D=380mm 帶厚 =10mm 調速機 nmax =1000rpm 所以總減速比 I=（ D+2） nmax /Vmax =465.2 ,參照減速器樣本，選取適當的減 速器比分配速度比。 公用減速器： 型號： WSJ 120型桿式減速器，速度比： i=15.5 。 后夾持帶用減速器： 型號： WSJ 150 型（左旋），速度比： i=30 。 前夾持帶用減速器： 型號： WSJ 150 型（右旋） ,速度比： i=30 。 3.1.6 校核夾持帶實際速度 最大線速度 : Vmax =（ D+2） nmax /I 3.1 式中 D=380mm , =10mm , nmax =1000rpm 當 I=15.5 30=465 時 , 計算則得 Vmax =2.7m/min 。 最小線速度： Vmin =（ D+2） nmin /I 3.2 式中 nmin =165rpm , 則速度 Vmin =0.45m/min 。 結論：夾持帶 的線速度符合設計要求，因此，減速器的選擇及速度比分配合理。 3.2 帶的設計 3.2.1 帶的要求 在本設計中，帶是很重要的，所以對帶的要求也很高： （ 1） 要有足夠的拉伸強度和彈性模量 ,以達到在所要求的距離內輸送材料所需要的傳輸功率以及在負載狀態下允許最低裝載所產生的運轉伸長率。 （ 2） 有良好的負載支撐及足夠的寬度，以滿足運輸物料所需要的類型和體積。 （ 3）要有柔性，目的在于在長方向上能圍繞滾筒彎曲，如果需要的話，希望在橫向形成槽形。 （ 4）要有尺寸穩定性，使輸送帶平穩。 （ 5）承載面的覆蓋要經 受得起承載物體的負載沖擊，并且能幫助恢復彈性，傳動時覆蓋膠能與滾筒有足夠的摩擦力。 （ 6）組分之間有良好的粘合力，避免脫層。 （ 7）耐撕裂性能好，耐損傷。 （ 8）能聯接成環形。 3.2.2 帶的材料及帶的組成分析 帶一般由三個部分組成： 1. 覆蓋層上覆蓋層和下覆蓋層 2. 帶 芯單層和多層 3. 隔離層帶芯的粘結介質 負荷驟然升高，環境溫度，濕度及物料的特性也會對輸送帶產生腐蝕作用，造成輸送帶的強度降低。因此，在計算帶強度時必須有一定的儲備系數（安全系數 ） .帶的伸長包括彈性伸長和永久伸長。中輕負載輸送帶伸長量可取 4。一般公認的輸送帶的彈性伸長量為： 輸送帶 材 料 棉帆布 尼龍帆布 滌綸帆布 整體編 織 芯 鋼繩芯 芳綸織布 伸長量 1.5 1.2 0.8 2.0 0.2 0.2 表 3.1 鋼繩芯輸送帶的初始伸長很小，在周期循環張力作用下伸長上。尼龍輸送帶在周期的運行中永久伸長很大。滌棉帶于尼龍比較，在最大額定工作載荷下的伸長為：滌綸帶1，尼龍帶 2.5。運行 24 小時后，滌棉 帶為 1.5，棉綸帶達到 4.6。因而，在要求拉緊行程小的地方，選擇滌綸或滌棉帶是必要的。但是在需要彎曲拉伸彈性時，尼龍帶又是適宜的。 在一些應用中，輸送帶的使用壽命受磨損的影響較小，而受沖擊的影響相當大，常見的沖擊破壞，一種是明顯的蓋膠破損，輸送帶穿透；另一種是隱性破壞，覆蓋膠無明顯的破損，而內部帶則已受損，強度降低。輸送帶的耐沖擊性能主要決定于橡膠蓋于層間膠的性能與厚度，并與帶芯材料，種類，組織結構及帶的剛性密切相關。因為能量的吸收主要發生在覆蓋層內，層間膠對緩沖能力的影響一般小于覆蓋膠，層間膠在受沖擊時的變形受到織物更多的限制。故承受全沖擊負載的織物芯帶覆蓋膠厚度應以 8 10mm較好。對沖擊載荷及有銳利棱角切劃傷和撕裂作用的物料具有最大抵抗力的膠料是合成天然橡膠和天然橡膠。輸送帶的剛性增大時，耐沖擊性能會有所降低，當輸送帶的剛度和層間厚度一定時，增加覆蓋層的總厚度，抗沖擊性能增大。而當覆蓋層厚度一定時輸送帶的剛度越抵抗沖擊性越好。織物芯輸送帶的抗縱向撕裂主要與芯層織物緯向纖維種類，強度和密度有關。抗沖擊能力依次為：棉，混紡線，合成纖維線，其中棉的能力最低。一般提高緯向的織物強度可以增加輸送帶的抗沖擊和防 撕裂性能，同時有利于機械接頭，當緯向強度達到經向強度的 60以上時，其機械接頭的強度可近似于硫化接頭強度。鋼繩芯輸送帶的抗沖擊能力隨繩徑，間距，上下覆蓋層的厚度而變化。較厚的覆蓋層對提高鋼繩芯輸送帶的抗沖擊性能時有利的。鋼繩芯輸送帶由于結構上無橫向骨架對抗沖擊和撕裂存在先天不足，故提高其抗沖擊和抗撕裂性能的有效方法時在其上下覆蓋層一面或兩面采用橫向加強機構，其形式有細鋼繩增強式和合成纖維增強式。其中以兩面采用合成纖維橫向增強的效果最好，另外，在下覆蓋層中置入合成纖維繩可減小輸送帶運行過程中的壓陷人阻力，有利 于節省能源。 3.2.3 帶的磨損 帶的正常壽命取決于輸送帶的磨損情況，覆蓋層的磨損時由于輸送帶與對象的相對滑動而產生的。驅動滾筒與輸送帶下覆蓋膠的摩擦：輸送帶的下覆蓋膠壓到驅動滾筒上隨著驅動滾筒的運轉在運輸線上運行，驅動滾筒面和輸送帶下覆蓋膠由摩擦傳遞動力，如果沒有相對滑動輸送機就不能運轉。正因為由了這一滑動，使輸送帶和滾筒之間發生摩擦，由滑動摩擦而出現的故障時有發生，除輸送帶內表面的局部磨損，滾筒包膠剝離外，甚至也有斷帶的現象發生，因而必須采用阻燃帶并進行相應的檢查。 輸送帶跑偏帶邊與機架的摩擦磨 損。輸送帶應該在托輥組的中心線上運行，但由于輸送機的制造，安全，使用造成的缺陷，輸送帶時常要偏離中心線發生跑偏。一般地，輸送帶在帶寬方向上允許有 5地跑偏量，當跑偏過多時，輸送帶與托輥支架，機架接觸而造成邊膠磨損。 裙板造成的輸送帶磨損。如前所述，裙板對輸送帶的磨損是一種特殊的磨損，如對裙板的設計方法改進并注意維護，這種磨損差不多可以防止。在裝載點為了防止撒落裝設堅固的剛性橡膠，而且具有很大的壓力壓向膠帶是發生磨損的主要原因。有時，在安裝時僅考慮減小裙板對輸送帶的壓力著手，當裙板磨到一定的程度，物料進入輸送 帶和裙板之間更加加劇了磨損。 托輥的磨損。輸送帶的下覆蓋膠也要受到調心托輥以及前傾槽形托輥的摩擦，在槽形托輥到滾筒是過渡段和輸送機彎曲的凸起處都有磨損產生。當托輥，滾筒因某種原因轉動不好時，也會加劇摩擦輸送帶的下覆蓋膠。 3.3 滾筒的設計計算 3.3.1 滾筒的選擇 滾筒式帶式輸送機最最重要的組成部分，按在輸送機中所起的作用可分為傳動滾筒和該向滾筒兩大類。傳統滾筒的作用是將驅動裝置的扭矩傳到輸送帶上，改向滾筒包括用于輸送機端部的改向，增加傳動滾筒包角的導向滾筒，拉緊滾筒和用于拉緊裝置的導向滾 筒。滾筒的最主要的參數即直徑，選用大直徑的滾筒對輸送帶的傳動及使用很有利。但是，但滾筒直徑增大后，驅動滾筒的質量，驅動裝置減速器的減速比，減速器的質量和尺寸都需要相應增大。選擇滾筒直徑主要考慮以下因素： 1、輸送帶繞過滾筒時輸送帶的彎曲應力； 2、輸送帶發生彎曲的頻次（與導繞方式，繞過滾筒的速度，運距和速度有關）； 3、輸送帶與滾筒面間的最大或平均比壓； 4、輸送帶許用強度利用率（簡稱 RMBT，它是輸送帶最大張力與輸送帶許用張力 之比的百分數）； 5、輸送帶的安裝地點和使用條 件（例如：地面，井下，露天，移動，固定等）； 6、包膠和包膠的變形量。 3.3.2 輸送帶許用比壓的滾筒直徑 D=360(T1+T2)/3.1415PAb 3.3 式中： P輸送帶許用比壓，鋼絲芯帶 P 0.6MPa,織物帶 P 0.4 MPa； a輸送帶圍包角； T1輸送帶緊邊張力（ N）； T2輸送帶松邊張力（ N）。 根據計算以及有限元分析，選取主動輥上的滾筒直徑為 380mm，被動輥上的滾筒直徑為 360mm。 3.3.3 滾筒的 厚度 滾筒的厚度取決于滾筒的直徑，滾筒長度，輸送帶張力，制動時的磨損等因素。關于筒殼厚度的計算十分困難，并且計算值一般便小。而且考慮到耐磨損和易于制造，筒殼的厚度一般都比較厚。 4 輸送料機構設計 4.1 輸送料傳動工作原理 由于所加工的玻璃的規格及形狀各異，所以設計方案中采用手工上下料，輸送則由兩條同步齒形帶來完成。同步齒形帶是一種工作面齒形的環形傳動帶，一般采用伸長率小，抗拉與抗彎疲勞強度高的鋼絲繩（小功率時可用滌綸繩）為強力層，其外面包覆重量輕，比一般橡膠強度高、耐油、耐磨，摩擦系數大的液 體澆注型聚氨酯材料。在帶背的內表面開有工藝凹槽，能改善帶的柔性，同時在運轉過程中，可使齒間的截流空氣溢出，以消除噪聲。同步齒形帶傳動具有傳動比準確，不打滑，效率高，初張力小，對軸及軸承的壓力小，速度及功率的范圍廣，不需要潤滑，耐油，耐損，以及允許較小的帶輪直徑、較短的軸間距，較大的速比，傳動系統的結構緊湊等優點。一般參數如下： 線速 v： 5 50；功率 N： 100KW 速比 i： 10； 效率： 0.92 0.98； 工作溫度： -20 80 . 此齒形帶之帶速與夾持帶相同，以 保證上下料之連續性。其工作原理圖如下： 圖 4.1 輸送機構 送料與輸料帶傳動方式相同，區別僅在于送料動力來源于前帶被動輥，輸料帶動力來源于前帶主動輥。因此，此處略去送料帶，僅對接料帶予以分析。 4.1.1 傳動系統 動力由前帶主動輥下部的鏈輪 1，傳給換向器主動軸的鏈輪 2，換向后經鏈輪 3 傳給與輸料帶的主動帶輪連成一體的鏈輪 4，從而帶動輸料帶運轉。 4.2 速度比的計算 4.2.1 速度比確定 為使工作連續、平穩，輸接料帶帶速應與夾持帶帶速相同，即所謂同步。這就是 速度比的計算依據。 由 于夾持帶前主動輥直徑為 380mm，被動輥直徑為 360mm，因此接送料帶傳動的速度比是不同的。 由圖 8 可知輸料帶速度比： i 接 =i1 i2 i3 4.1 送料帶速度比： i 送 =360/380 i1 i2 i3 =0.94 i 接 4.2 齒形轉速： n 輸 =n 夾 /i 輸 4.3 n 送 = n 夾 /i 送 4.4 夾持帶帶 輪轉速： n 夾主 =n 電機 /465 4.5 齒形帶帶速與轉速的關系為： n 齒帶 =V 齒帶 /( D 主齒 +2 齒帶 ) =4.6r/min 4.6 式中： n 夾主 夾持帶主動 n 接 接料帶主動齒形帶輪轉速 n 送 送料帶主動齒形帶輪轉速 n 電機 主驅動電機轉速 n 齒帶 齒形帶轉速 D 主齒 齒形帶主動輪直徑 V 齒帶 齒形帶線速度 齒帶 齒形帶厚度（ 4.85mm） 計算中，當按 n 電 =1000rpm 考慮時 , n 夾主 = n 電機 /465=2.15rpm 將 V 齒帶 =2.7m/min , D 主齒 =176.60mm, 齒帶 =4.85mm 則得 i 輸 =i1 i2 i3 =0.46 4.7 則得 i 送 =0.94i 輸 =0.43 4.8 4.2.2 速度比分配 a 輸料帶 取 i1=21/31 ， i2= 1 ， i3= 17/25 此時，實際速度比 i 輸 =i1 i2 i3=0.46 實際帶速 V 輸 =n 夾主 （ D 主齒 +2 齒帶 ） /i 輸 =2.73m/min 4.9 b 送料帶 取 i1=20/32 ， i2=1 ， i3=17/25 此時，實際速度比 i 送 = 0.94i1 i2 i3=0.43 實際帶速 V 送 =n 夾被 （ D 主齒 +2 齒帶 ） /i 送 =2.92m/min 4.10 式中 n 夾被 =n 夾主 /0.94=2.29 4.3 同步齒形帶設計 設計玻璃磨邊機的輸送同步齒形帶傳動。電機為 Y132s 6，其功率為 3KW，滿載轉速 960r/min，傳動比 i=0.44,軸間距約為 1960mm，每天一班制工作（按 8 小時計）。 4.3.1 帶的數據計算 設計功率 Pb由 2表 3-4查得 KA 1.0， KA 為使用系數 Pb KAP=1.0 3 3 （ KW） 4.11 1. 選定帶型和節距： 根據 Pb 3KW 和 n1 960r/min，由 6圖 5.2-22確定為 XH 型，節距 pb 22.185 mm 由于本機同步齒形帶是大帶輪為主動輪，而且只作接送玻璃用，故以大帶輪為基準計算。 大帶輪齒數 Z1根據帶型 XH 和轉速 n1 5r/min，由【 1】表 22.1 51 查得最小齒數Z1min 18，此處取 Z1 25。 2. 大帶輪節圓直徑 d1： mmpZd b 63.17614.3 185.222511 4.12 由 6表 22.1 56 查得其外徑 da1 174.07mm， d1 選用標準值 176.60 mm。 3. 小帶輪齒數 Z1： Z2 i Z1 0.46 25 11.5 4.13 4. 小帶輪節圓直徑 d2： mmpZd b 25.8114.3 185.225.1112 5. 帶速： m in/76.2100060 560.17614.3100060 11 mndV 4.14 6. 初定軸間距 a0 ： 取 a0 1960mm 7. 帶長及其齒數： 帶型 節距 pb 齒形角 2 齒根厚 s 齒高 ht 帶高 hs 齒根圓角半徑rr 齒頂圓角半徑ra XH 22.185 40 12.57 6.35 11.2 1.57 1.19 mma ddddaL 98.432519604 )25.8160.176()25.8160.176(214.3196024 )()(22202122100 4.15 由 6表 22.1 47 查得，應選用帶長代號為 1750 的 XH 型同步帶，其節線長 Lp4330.00mm，節線長上的齒數為 Z 200。 8. 實際軸間距 a： 此軸間距可調整 mmLLaa p 01.19622 98.4325433019602 00 4.16 9. 大帶輪嚙合齒數 Zm： 12)1225(01.19622 25185.22225)(22 2122 11 e n tZZaZpZe n tZ tm 4.17 10. 基本額定功率 P0： 1000 )(20vmvTP a 4.18 由 6表 22.1 53 查得， Ta 4050 Nm， m 1.484 Kg/m， KWP 147.111000 76.2)76.2484.14050( 20 11. 所需帶寬 bs： 14.100 PKPbbZdss 4.19 由 6表 22.1 52 查得， XH型帶 bs0 101.6 mm， Zm 12， KZ 1， mmb s 77.36147.11 36.101 14.1 取整后 bs=40 4.3.2 帶輪結構和尺寸 傳動選用的同步帶為 1750XH200 型； 大帶輪： Z1 25， d1 176.60 mm， da1 174.07 mm， df1 159.29 mm 考慮到小帶輪的根切，不便于加工，為確保帶輪傳動，選擇將小帶輪加工成輪轂形式，輪的直徑為小帶輪的根圓直徑： d 63.58 mm。 4.3.2.1 大帶輪的結構及尺寸 齒槽底寬： bw 7.90 0.015 mm 齒 高： hg 7.14 mm 槽 半 角： 20 齒根圓角半徑： rf 1.98 mm 齒頂圓角半徑： ra 2.39 mm 節 頂 距： 2 2.794 mm 外圓直徑： da d 2 174.07 mm 根圓直徑： df da 2hg 159.79 mm 4.4 鏈傳動的設計 4.4.1 鏈傳動的特點 與帶傳動相比鏈傳動的優點是：沒有彈性滑動和打滑動現象，故平均傳動比準確：傳動效率較高：張緊力小， 所以壓軸力較小：能在溫度高，灰塵多，濕度大及有腐蝕等惡劣條件下工作；工況相同時，鏈傳動的結構較為緊湊。與齒輪傳動相比，其優點是：制造安裝精度要求低，成本低；適用的中心距范圍大（可達幾十米），結構簡單，重量輕。鏈傳動的缺點 是：瞬時傳動比不恒定，傳動不平穩 a 作時有噪聲；磨損后易發生跳齒；不宜在載荷變化很大和急速反傳動中工作；只適用平行軸傳動。 4.4.2 鏈的類型 按工作性質不同，鏈分為傳動鏈，起重鏈和拽引鏈。在一般機械傳動中，常用傳鏈，而起重鏈和拽引鏈主要用在起重機械和運輸機械中。 按傳動鏈結構形式主要分為：短節距精密滾子鏈，簡稱滾子鏈；短節距精密套筒鏈，簡稱套筒鏈；齒形鏈又稱無聲鏈以及成型鏈，而前三種都已經標準化了。 4.4.3 輸料帶鏈輪設計 由于要保持夾持帶與輸料帶線速度一致，因此夾持帶主動輥與輸料 帶之間的傳動比要求相當精確。所以我選擇鏈輪來進行傳動。 取 i1=21/31 ， i2= 1 ， i3= 17/25 此時，實際速比： i 輸 i1 i2 i3 0.46 實際帶速 V 輸 n 夾主 （ D 主齒 2 齒帶 ） /I 輸 2.73m/min i1 21/31 用鏈傳動其選擇的鏈號為 08A 參數見表 4-1 主動鏈輪齒數 Z 接 1 取 31 從動鏈輪齒數 Z 接 2 取 21 所以： 動鏈輪節圓直徑 mmpZd 38.12514.3 7.1231*11 輸輸 4.20 從動鏈輪直徑 mmpZd 93.8414.3 7.1221*22 輸輸 從動輪速 rpmnn 4 .0 0i1 主輸從 錐齒輪傳動 傳動比： 1： 1 效率： 0.94-0.97 取 0.95 8 級精度（稀油潤滑） i3=17/25 用鏈傳動其選擇的鏈號為 08A 參數見表 4-1 主動鏈輪齒數 Z 接 1取 25 從動鏈輪齒數 Z 接 2取 17 所以： 主動鏈輪節圓直徑 mmpd 11.10114.3 7.1225*Z1 輸輸 從動鏈輪直徑 mmpd 75.6814.3 7.1217*Z 21 輸輸 4.4.4 送料帶鏈輪設計 取 i1=20/32 ， i2=1 ， i3=17/25 此時，實際速比 i 送 0.94i1 i2 i3 0.43 實際帶速 v 送 n 夾被 （ D 主齒 2 齒帶 ） /i 送 2.92m/min 式中 n 夾被 n 夾主 /0.94=2.29rpm， i1=20/32。 用鏈傳動其選 擇的鏈號為 08A 參數見表 4-1 主動鏈輪齒數 Z 送 1 取 32 從動鏈輪齒數 Z 送 2 取 20 所以： 主動鏈輪節圓直徑 mmpd 42.12914.3 7.1232*Z 11 送送 從動鏈輪直徑 mmpd 89.8014.3 7.1220*Z 22 送送 錐齒輪傳動傳動比： 1： 1 效率： 0.94-0.97 取 0.95 8 級精度（稀油潤滑） i3 17/25 用鏈傳動其選擇的鏈號為 08A 參數見表 4-1 主動鏈輪齒數 Z 送 1取 25 從動鏈輪齒數 Z 送 2取 17 所以： 主動鏈輪節圓直徑 mmpd 11.10114.37.1225*Z 11送送 從動鏈輪直徑 mmpd 6 8 . 7 514.37.1217*Z 2 2 送送 從上述計算得知，三帶帶速基本相同，技術上可行。送料帶帶速略低，便連續送料，接料帶帶速略高。可防止下料的堆積。 5 轉角機構的計算 5.1 轉角機構初始條件 轉角機構的傳動系統如圖 5.1 所示，其原理前面已介紹過，此處從略，下面僅就計算問題作一下說明。當磨削玻璃的斜角為 5時，該機構處于本如圖 5.1 所示狀態。 圖 5.1 轉角機構傳動系統 此時，磨頭中心線呈水平位置。且 a=625mm ,b=530mm,c=660mm, BAC= . 當電機轉動并通過傳動機構而使絲杠長度 c 發生變化時，由于 a、 b 不變，因此角 將發生變化，由 變為 + 。因為 AC 桿與橫梁剛性連接，因此橫梁連同磨頭也將與初始位置發生 角度的變化，此 就是我們所要求的轉角改變量。 。該 的大小取決于電機轉數，因此，只要控制電機轉數 n 就可以控制 ，本方案中的電機轉數是由小 型編碼所發出的脈沖數控制，編碼器控制電機，電機控制轉角。 5.2. 轉角與電機轉數關系 與電機轉數之間的關系計算按以下幾步進行（參見圖 5.2）。 1、 求初始角 在圖 10中，已知，利用余弦定理可求 ， cos =ab cba 2222 5.1 代入數值，求得 =69.14 求當 x = - x 時，對應邊 Cx的長度 圖 5.2 仍利用余弦定理 求得 Cx2=a2+b2-2abcos x 5.2 式中： a=625mm, b=530mm x = - x , =69.14 x=1； 3； 5； 7； 9； 11； 13； 15； 17； 19； 21； 23；25； 27； 29； 31； 33； 35； 37； 40 求與相對應的 nx邊改變 求與 cx 相對應的電機轉數 已知：鏈傳動 i1 =37/21,斜齒輪傳動 i2 =27/27=1 絲杠螺距 t=10mm 設與電機轉數相對應的絲杠轉數為 nG 則有： cx= nG t, 5.3 由于 i1 i2= nx/nG , 所以 nG= nx/ i1 i2 , 將 n、 G代入式（ 10）中， 得 cx=( nx/ i1 i2) t 所以 nx= cx i1 i2 /t= cx/5.676 5.4 綜上所述，當已知 x后，即可按下述程序求電機轉數 nx : x x cx cx nx , 以上計算均可略去。 2、電機轉數 n 與小型編碼器脈沖數 N 之間 的關系。 本機所用的編碼器為 30 脈沖 /轉， 它與電機之間速度比為 1，所以二者之間的關系為：N=n 30. 5.3 轉角誤差分析 5.3.1 最大誤差值的確定 轉角電機每轉，絲杠的行程 s=5.676mm。電機每轉，編碼器的電脈沖數為 30 ， 所以，每脈沖絲杠的改變量 c=5.676/30=0.1892mm，有角度調整原理可知， cx與 x 不成線性關系， cx與 x也非線性關系，所以與 cx 相對應的脈沖數也很難正好為整數 ，為此計算出的脈沖均作為四舍五入的處理，這樣就造成的脈沖的誤差，其最大值為 0.5 個脈沖。由此而引起的 cx 最大誤差 cmax為 : cmax=0.1892 0.5=0.0946mm 最大轉角誤差 amax 的計算首先應確定 a、 b、 cx三桿處于哪一位置時， cx長度變化對轉角 x的 影響最大。 圖 5.3 由圖 5.3 可以看出，當 b、 cx 二桿之間的夾角成直角時， c 對轉角誤差影響最大，即此時如果 c取得最大值 cmax ，轉角誤差也取得最大值 max 圖 10 最大轉角誤差分析圖，此時： cx= 22 ba = 25.331530625 22 mm 01.32)2c o s (222 abcbaar xx 5.5 由 ACD（或 ACD）可知 max=arctg (bcmax) 5.6 將： cmax 及 b 值代入該式，則得 max=36。 此 時所磨玻璃的斜角為： =5 +69.14 -32.01 =42.13 即當 =42.13時，可能出現的最大轉角誤差， 且其值 max=36 . 6 步進電機的原理介紹及選用 6.1 步進電機簡介和分類 6.1.1 步進電機的定義 步進電機是一種將電脈沖信號變為相應的直流位移或角位移的數字 /模態變換器。一般的電機是連續傳動的，而步進電機則是每當電機繞組接收一個脈沖時，轉子就轉過一個相應得角度（稱為步距）。低頻運行時，明顯可見電機轉軸是使一步一步地轉動的，因此，稱為步進電機。 步進電機的角位移量和輸入的脈沖的個數嚴格成正比。在時間上與輸入脈沖同步，因而只要控制輸入脈沖的量、頻率和電機繞組的相序，即可獲得所需轉角的轉速和轉動方向。 6.1.2 步進電機的分類 步進電機大致分為三類： 第一類型為可變磁組式 (VR)步進電機，轉子無繞組，不僅運行是由定子繞組通電勵磁產生的反應力矩作用來實現的。因而也稱反應式步進電機。這類電機結構簡單，工作可靠，運行頻率高，步距角小（ 0.75 0.9）。目前有些數控機床及工業機器人的控制采用這些電機。 第二類為永磁型（ PM）步進電機，轉子采用永磁鐵，在圓周上采用多極磁化，它的轉動靠于定子繞組所產生的電磁力相互吸引和排斥來實現，這類電機控制功率小，效率高，造價低。轉子為永磁鐵，因而無勵磁也具有保持力，但由于轉子極對數受磁鋼加工限制，因而步距角較大（ 7.5 18），電機頻響應較低，常使用在記錄儀，空調機等地速度的場合。 第三種為混合型（ HB）步進電機，也稱永磁反應式步進電機，其定子與 VR型類似，磁極上有控制繞組，極靴表面上有小齒，轉子由永磁鐵盒鐵芯構成，同樣貼有小齒。由于是永磁鐵，轉子齒帶有固定極性。這類電機既具有 VR 型步距 角小。工作頻率高的特點又有 PM 型控制功率小，無勵磁時具有轉矩定位的優點。但其結構復雜，成本也較高。 6.2 步進電機的工作原理 6.2.1 步進電機的基本工作原理 步進電機的基本工作原理，結合圖 6.1 的結構示意圖進行敘述。 圖 6.1 四相可變磁阻型步進電機結構示意圖 圖 6.1 是一種四相可變磁阻型的步進電機結構示意圖。這種電機定子上有八個凸齒，每一個齒上有一個線圈。線圈繞組的連接方式，是對稱齒上的兩個線圈進行反相連接，如圖中所示。八個齒構成四對，所以稱為四相步進電機。 它的 工作過程是這樣的：當有一相繞組被激勵時，磁通從正相齒，經過軟鐵芯的轉子，并以最短的路徑流向負相齒，而其他六個凸齒并無磁通。為使磁通路徑最短，在磁場力的作用下，轉子被強迫移動，使最近的一對齒與被激勵的一相對準。在圖 12(a)中 A相是被激勵，轉子上大箭頭所指向的那個齒，與正向的 A 齒對準。從這個位置再對 B相進行激勵，如圖 12 中的 (b)，轉子向反時針轉過 15。若是 D 相被激勵，如圖 1 中的(c)，則轉子為順時針轉過 15。下一步是 C 相被激勵。因為 C 相有兩種可能性：ABCD 或 ADCB。一種為反時針轉動；另一 種為順時針轉動。但每步都使轉子轉動 15。電機步長 (步距角 )是步進電機的主要性能指標之一，不同的應用場合，對步長大小的要求不同。改變控制繞組數 (相數 )或極數 (轉子齒數 )，可以改變步長的大小。它們之間的相互關系，可由下式計算： L 360 PN 6.1 式中： L 為步長； P 為相數； N 為轉子齒數。在圖 12 中，步長為 15，表示電機轉一圈需要 24 步。 6.3 步進電機的主要特性 6.3.1 主要性能指標 （ 1）步距 角 每輸入一個電脈沖信號，轉子所轉過的角度稱為步距角，用 表示 =PZK360 6.2 式中 P 步進電機相數； Z 步進電機轉子的步數； K 通電方式，等于導電拍數和相數的比值，即 K=Pm 6.3 例如三相三拍導電方式時， K=1，三相六拍導電方式時， K=2。 （ 2）步進角精度 a 指理論步距角和實際步距角之差，（）表示。隨電機制造精度而異，一般為 0 左右。但由于步進電機每轉一轉又恢復到原來位置，故誤差不會積累。 （ 3）最高起動頻率 fq 即步進電機從靜止狀態不丟步地突然起動的最高頻率，反映了電機跟蹤的快速性。它與負載慣量有關，隨負載慣量的增長而下降。 （ 4）最高連續工作頻率 fmax 進步電機在額定狀態下逐漸升速，所能達到的不丟步的最高連續工作頻率。 fmax 遠大于 fq，通常為 fq 的十幾倍。 6.3.2 靜態 特性 轉子不動時的狀態稱為靜態。空載時，當步進電機某項始終導通時轉子的齒與該項定子對齊。這時轉子上沒有力矩輸出，如果此時轉子承受一定負載，定子和轉子之間有一角位移角 ，稱為失調角。電機即產生一抗衡負載轉矩的電磁轉矩 Mj 以保持平衡。 Mj、 的關系曲線稱為距角特性，如圖，在某一通電方式下各項距角總和稱為距角特性族。通常，矩角特性族的每一曲線一次錯開電角度為 ： m2 6.4 式中 一次供 電順序內的拍數。 圖 6.2 矩角特性 例如，但三相通電時 2 3：；三相六拍通電時： 3 距角特性曲線上最到轉矩值稱為最大靜態轉矩 。距角特性曲線和曲線的交點對應的力矩 是步進運行狀態的最大啟動轉矩。通常可采用增加電機電機相數及采用不同的運行方式來提高 。 6.3.3 動態特性 步進電機動態特性隊快速動作及工作可靠性影響很大，預期本身的特性、負載特性、驅動方式有關。 在運行狀態下轉矩即為動態轉矩，它隨控制脈沖頻率的不同改變。脈沖頻率增加，動態轉矩減小。動態 轉矩與脈沖頻率的關系稱為距 頻特性如圖。 圖 6.3 矩頻特性 6.3.4 步進電機的靜態指標術語 1. 相數： 產生不同對極 N、 S 磁場的激磁線圈對數。常用 m表示。 2. 拍數： 完成一個磁場周期性變化所需脈沖數或導電狀態用 n 表示，或指電機轉過一個齒距角所需脈沖數 。 3. 步距角： 對應一個脈沖信號，電機轉子轉過的角位移用 表示。 =360度（轉子齒數 J*運行拍數），以常規二、四相，轉子齒為 50 齒電機為例。四拍運行時步距角為 =360度 /（ 50 4） =1.8 度（ 俗稱整步），八拍運行時步距角為 =360度 /（ 50 8） =0.9 度（俗稱半步）。 4. 定位轉矩： 電機在不通電狀態下，電機轉子自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的） 5. 靜轉矩： 電機在額定靜態電作用下，電機不作旋轉運動時，電機轉軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機體積（幾何尺寸）的標準，與驅動電壓及驅動電源等無關。 雖然靜轉矩與電磁激磁安匝數成正比，與定齒轉子間的氣隙有關，但過份采用減小氣隙，增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的，這樣會造成電機的發熱及機械噪音。 6.3.5 步進 電機動態指標及術語 1、步距角精度： 步進電機每轉過一個步距角的實際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差 /步距角*100%。不同運行拍數 的 值不同，四拍運行時應在 5%之內，八拍運行時應在 15%以內。 2、失步： 電機運轉時運轉的步數，不等于理論上的步數。稱之為失步。 3、失調角： 轉子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉必存在失調角，由失調角產生的誤差，采用細分驅動是不能解決的。 4、最大空載起動頻率： 電機在某種驅動形式、電壓及額定電流下，在不加負載的情況下， 能夠直接起動的最大頻率。 5、最大空載的運行頻率： 電機在某種驅動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負載的最高轉速頻率。 6、運行矩頻特性： 電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關系的曲線稱為運行矩頻特性，這是電機諸多動態曲線中最重要的，也是電機選擇的根本依據。如下圖所示： 圖 6.4 其它特性還有慣頻特性、起動頻率特性等。 電機一旦選定，電機的靜力矩確定，而動態力矩卻不然，電機的動態力矩取決于電機運行時的 平均電流（而非靜態電流），平均電流越大，電機輸出力矩越大，即電機的頻率特性越硬。如下圖所示： 圖 6.5 其中，曲線 3 電流最大、或電壓最高 ；曲線 1 電流最小、或電壓最低，曲線與負載的交點為負載的最大速度點。 要使平均電流大，盡可能提高驅動電壓，使采用小電感大電流的電機。 7、電機的共振點： 步進電機均有固定的共振區域，二、四相感應子式步進電機的共振區一般在180-250pps 之間（步距角 1.8 度）或在 400pps 左右（步距角為 0.9 度）， 電機驅動電壓越高，電機電流越大，負載越輕，電機體積越小，則共振區向上偏移，反之亦然，為使電機輸出電矩大，不失步和整個系統的噪音降低，一般工作點均應偏移共振區較多。 6.3.6 驅動控制系統組成 使用、控制步進電機必須由環形脈沖，功率放大等組成的控制系統，其方框圖如下： 圖 6.6 1、脈沖信號的產生 脈沖信號一般由單片機或 CPU 產生，一般脈沖信號的占空比為 0.3-0.4 左右，電機轉速越高，占空比則越大。 2、功率放大 功率放大是驅動系統最為重要的部分。步進電機在一定轉 速下的轉矩取決于它的動態平均電流而非靜態電流（而樣本上的電流均為靜態電流）。平均電流越大電機力矩越大，要達到平均電流大這就需要驅動系統盡量克服電機的反電勢。因而不同的場合采取不同的的驅動方式，到目前為止，驅動方式一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅動、恒流、細分數等。 為盡量提高電機的動態性能，將信號分配、功率放大組成步進電機的驅動電源。二相恒流斬波驅動電源與單片機及電機接線圖如下： 圖 6.7 說明： CP 接 CPU 脈沖信號（負信號，低電平有效） OPTO 接 CPU+5V FREE 脫機，與 CPU 地線相接，驅動電源不工作 DIR 方向控制，與 CPU 地線相接，電機反轉 VCC 直流電源正端 GND 直流電源負端 A 接電機引出線紅線 接電機引出線綠線 B 接電機引 出線黃線 接電機引出線藍線 步進電機一經定型，其性能取決于電機的驅動電源。步進電機轉速越高，力距越大則要求電機的電流越大，驅動電源的電壓越高。電壓對力矩影響如下： 圖 6.8 3、細分驅動器 在步進電機步距角不能滿足使用的條件下，可采用細分驅動器來驅動步進電機，細分驅動器的原理是通過改變相鄰（ A， B）電流 的大小，以改變合成磁場的夾角來控制步進電機運轉的。 圖 6.9 6.3.7 步進電機的應用 6.3.7.1 步進電機的選擇事項 步進電機有步距角（涉及到相數）、靜轉矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進電機的型號便確定下來了。 1. 步距角的選擇 電機的步距角取決于負載精度的要求，將負載的最小分辨率（當量）換算到電機軸上，每個當量電機應走多少角度（包括減速）。電機的步距角應等于或小于此角度。目前市場上步進電機的步距角一般有 0.36 度 /0.72 度（五相電機）、 0.9 度 /1.8 度（二、四相電機）、 1.5 度 /3 度 （三相電機）等。 2. 靜力矩的選擇 步進電機的動態力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據是電機工作的負載，而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種。單一的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的。直接起動時（一般由低速）時二種負載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負載，恒速運行進只要考慮摩擦負載。一般情況下，靜力矩應為摩擦負載的 2-3 倍內好，靜力矩一旦選定，電機的機座及長度便能確定下來（幾何尺寸） 3. 電流的選擇 靜力矩一樣的電 機，由于電流參數不同，其運行特性差別很大，可依據矩頻特性曲線圖，判斷電機的電流（參考驅動電源、及驅動電壓） 綜上所述選擇電機一般應遵循以下步驟： 圖 6.10 4. 力矩與功率換算 步進電機一般在較大范圍內調速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下： P= M 6.5 =2 n/60 6.6 P=2 nM/60 6.7 其 P 為功率單位為瓦，為每秒角速度，單位為弧度， n 為每分鐘轉速， M 為力矩單位為牛頓米 P=2 fM/400(半步工作） 6.8 其中 f為每秒脈沖數（簡稱 PPS) 6.3.7.2 應用中的注意點 1、步進電機應用于低速場合 -每分鐘轉速不超過 1000 轉，（ 0.9 度時 6666PPS)，最好在 1000-3000PPS(0.9 度）間使用，可通過減速裝置使其在此間工作，此時電機工作效率高，噪音低。 2、步進電機最好不使用整步狀態，整步狀態時振動大。 3、由于歷史原因，只有標稱為 12V 電壓的電機使用 12V 外，其他電機的電壓值不是驅動電壓伏值 ，可根據驅動器選擇驅動電壓，當然 12 伏的電壓除 12V 恒壓驅動外也可以采用其他驅動電源， 不過要考慮溫升。 4、轉動慣量大的負載應選擇大機座號電機。 5、 電機在較高速或大慣量負載時，一般不在工作速度起動，而采用逐漸升頻提速，一電機不失步，二可以減少噪音同時可以提高停止的定位精度。 6、高精度時，應通過機械減速、提高電機速度 ,或采用高細分數的驅動器來解決，也可以采用 5 相電機，不過其整個系統的價格較貴，生產廠家少，其被淘汰的說法是外行話。 7、電機不應在振動區內工作，如若必須可通過改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。 8、電機在 600PPS（ 0.9 度）以下工作，應采用小電流、大電感、低電壓來驅動。 9、應遵循先選電 機后選驅動的原則。 6.3.8 步進電機機控制系統的選擇 6.3.8.1 步進電機的選擇 轉角機構采用絲杠傳動，并且進給量的調解要非常的精確所以要求發出指令后，能準確實現對整個磨頭的工作臺的轉角。以往我們用的是普通的是通過外加控制系統來實現對工作臺轉角的控制。這樣，這樣不僅令機械構造復雜、冗繁，在加工過程中，對工人的技術要求也很高，既要熟練又要精，不僅如此，對控制系統編程時，也是絲毫不能出錯。由于這個控制系統與電機驅動系統是兩部分，在整體的配合上難免會出現誤差。在本設計中，所以，我們采用了步進電 機作為驅動力機構。 步進電機在不同的機器中的工作狀況大不相同，因此需要選擇不同類的步進系統。通常我們根據所需轉矩的大小確定所需步進電機的大小，既可以通過計算來獲取轉矩值，也可以通過參考類似的相關設備所用電機的大小來確定自所用的電機。當所需轉矩值確定后，就可以選擇步進電機和驅動器了，選擇時要考慮保留一定的余量并且要考慮步進電機距頻特性 電機轉速的升高轉矩下降，盡量不用 25Nm以上的電機，可以通過減速裝置來降低所選電機的轉矩。 通過參考類似相關設備所用電機的大小、空間環境和經濟性、及選型參考，根據轉矩 Tmax=9.5Nm，選用型號 VRDM31117/LWB 德國百格拉公司生產的三相系列步進電機。其保證扭矩為 13.92Nm,額定扭矩為 12Nm，步距角 b=0.9，每轉步數可設為200/400/500/1000/2000/4000/5000/10000 步，滿足要求。 6.3.8.2 控制卡的選擇 DMC300 控制卡是基于 PC 機 ISA 總線的步進電機或數字式伺服電機的上尉控制單元，它與 PC 機構構成主從式控制結構。 DMC300 卡主要完成運動控制的所有細節（包括脈沖和方向信號的書櫥、自動升降速的處理、原點和 限位燈信號的檢測等等）。每塊DMC300 卡可控制 3 軸步進電機或數字式伺服電機，并且支持多卡共用，以實現多于三個運動軸的控制；每軸均可輸出脈沖和方向信號，以實現回原點、保護等功能。各種開關信號由 DMC300 卡自動檢測并作出反應。 DMC300 卡有 A、 B 兩種類型： DMC300A、 DMC300B。 DMC300A 采用更先進的控制芯片，具有 S 型升減速曲線，最高輸出頻率可達 2.4MHZ，帶有編碼器反饋端子，主要適用于數字式交流伺服系統或閉環的步進電機控制系統； DMC300B 具有梯形升降速曲線，最高輸出頻率可達 100KHZ，主要適用于開環的步進電機控制系統。從卡的型號中我們還可以知道它的可以控制的軸數。例如： DMC300A 表示控制卡的型號為 DMC300，控制軸數為一，控制卡類型為 A 型 2.4M。 6.3.9 步進電機及其驅動器的選定 綜上所述，根據實際轉矩，選用型號為 VRDM31117/LWB 的德國百格拉公司生產的三相系列步進電機。其相電壓 325VAC,相電流 2.5A，額定扭矩 12Nm，保持扭矩為13.92Nm，最高啟動速度 5.3r/s, 轉動慣量 10.5kgcm2, 步距角 b=0.9，每轉步數 可設為 200/400/500/1000/2000/4000/5000/10000 步，精度滿足。 選用驅動器型號為 WD3 008 的驅動器，他們主要驅動 2Nm 12Nm 三相混合式步進電機，輸入電壓 220VAC,控制信號電壓 5VDC,與百格拉電機匹配性能最佳。控制系統選擇型運動控制卡，它具有梯形升降速曲線，便于達到更精確的定位。 變頻調速器的選定 7.1 變頻調速器調速原理 變頻調速器是通過改變定子供電頻率來改變同步轉速實現對異步電機的調速，在調速過程中從高速到低速都可以保證有限的轉差率，因 而具有高效率、寬范圍和高精度的調速性能。可以認為，變頻調速是異步電機的一種比較合理的和理想的調速方法。變頻調速所采用的變頻電源有交 交變頻器、交 直 交電壓型變頻器、交 直 交電流型變頻器、脈寬調制型以及矢量控制系統等。根據定子端電壓和定子電源頻率的不同比例關系，有不同的變頻調速方式：恒轉矩調速、恒磁通調速、恒功率調速、恒電流調速。在異步電動機變頻調速系統中，為了得到寬的調速范圍，可以將恒轉矩變頻調速和恒功率變頻調速結合起來使用。在電機低于額定轉速時，采用恒轉矩變頻調速，高于額定轉速時，采用恒功率 調速。 變頻調速器是給異步電機提供頻率及電壓可變的電源裝置，可以對電機實現恒轉矩或恒功率調速控制。在變頻調速系統中，變頻器的負載通常是異步電機。根據要求，選用變頻調速器的型號。 7.2 變頻器用途 7.2.1 變頻調速器的應用范圍 變頻器是在保證電機原有性能的情況下，通過改變電機的供電頻率和電壓的方式，實現電機轉速的調節現代電力電子設備。 它根據電機不同負載可分別實現節能、提高生產效率、提高產品質量、實現自動化、增加設備使用壽命并使設備小型化等用途，廣泛應用在鋼鐵、輕工、化學、纖維、汽車、電機（機械）、機床、食品、造紙、水泥、礦業、煤氣、交通、裝卸搬運、工廠建筑、農業、生活服務、電力、試驗研究、石油等領域。 7.2.2 調速傳動行業的發展趨勢 n 交流調速電氣傳動將完全取代直流調速電氣傳動，交流調速成為必然的發展趨勢； n 交流變頻調速傳動因其優異的調速傳動性能而代替傳統的變極調速、定子電壓調速、轉差離合調速等傳統的交流調速方式，變頻調速傳動必將成為交流調速傳動的主要方式。 進入九十年代 , 變頻器在國內電動機調速系統中已逐步得到了應用。本文闡述了變頻器的控制方式、功能特點 , 它與 電磁調速相比 , 具有效率高、能耗低的優點 ,。 交流電力傳動與控制技術是目前發展最為迅速的技術之一 , 這與電力電子器件制造技術、交流技術、控制技術以及微型計算機和大規模集成電路的飛速發展密切相關 , 通用變頻器正是這種世界高速經濟發展的產物。 7.3 變頻器的控制方式 通用變頻器的控制方式 , 從電壓空間矢量控制、矢量控制、轉矩控制一直到今天的脈寬調制 (PWM ) 技術。 PWM 控制技術是變頻技術的核心技術 , 它大致可分為三大類 : 正弦 PWM、優化 PWM 以及隨機 PWM 技術。 (1) 正弦 PWM 已為 人們熟知 , 由于它可以同時實現變頻變壓及抑制諧波的特點 ,因此在交流傳動及其它能量變換系統中得到了廣泛的應用。 (2) 優化 PWM 能夠實現電流諧波畸變率 (THD) 最小、電壓利用率最高、效率最優、 轉矩脈沖最小以及其它特定優化目標。 (3) 隨機 PWM 則是利用改變頻率電機電磁噪聲近似為限帶白噪聲 , 它在載波頻率必須限制在較低頻率的場合有著一定的地位。 7.4 變頻系統的構成 變頻器具有較齊全的控制功能和保護功能 , 在功率很小的一般場合往往加上一個斷 路器就可構成一個變頻調速系統。 (1) 電源開 關 這是一種常用的開關裝置 , 它必須具有短路、過電流等保護功能 , 且應有明顯的閉合和斷開的狀態標志。我們選用斷路器作為電源開關 , 如圖 1 所示。 (2) 主接觸器 變頻器是與其它電氣設備集中在一起使用的 , 且控制方式選用內 外混合控制方式 , 故在電源側加接一個主接觸器 ,以增加系統的安全性。當變頻器供電電源帶電的時候 , 可斷開此接觸器讓變頻器與電網隔離 ； 而當其它條件準備就緒 , 需讓變頻器投入運行時 , 可通過操縱臺上的按鈕讓接觸器閉合 , 接通變頻器電源。值得說明的是 , 在需要瞬時斷電自動再啟動的應用場 合 , 應取消接觸器 K。變頻器故障時 , 接觸器自動斷開 , 如果此時變頻器控制電源也失電 , 變頻器就無法保持故障報警信號。但由于變頻器都有一個輔助電源端子 , 因此也就解決了這個問題。除具有良好的正弦波輸出 , 很好的轉矩特性和快速響應外 , 還具有多種保護功能。如電機的過流、過壓、欠壓和缺相保護等 , 并能在操作面板上顯示故障代碼 , 維修較為方便。我們采用內 外混合控制方式 , 既可由鍵盤操作 , 也可遠距離控制。給定頻率可通過鍵盤任意設定 ,也可由外接電位器來模擬設定 , 并可以在操作面板上查看轉速、電壓、電流、轉矩等參數 。圖中 R0、 T 0 是兩個輔助電源輸入端 , 將其用導線連接到接觸器 K 上游側三相電源的任兩相。在變頻器進線電壓正常時 , 控制電源由直流中間環節 P (+ )、 N (- ) 兩端獲得 ,經隔離二極管、 DCD C 開關電源變流環節 ,提供所需各檔直流控制電壓 ； 當主接觸器 K 斷開 , 直流中間環節失電時 , 控制電源就由 R0、 T 0 端經線電壓單橋電路整流濾波后獲得。 7.5 變頻器實際運用中的一些問題 7.5.1 數據紊亂 在變頻器的運行當中 , 偶爾會遇到數據紊亂的現象 , 我們采取讓變頻器斷電后重新開機 , 使程 序初始化的方法 , 或采用恢復出廠