一種簡(jiǎn)易行程開關(guān)實(shí)驗(yàn)裝置的研發(fā)

段明忠DUAN Ming-zhong；張鍵ZHANG Jian

（武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，武漢 430080）

（Wuhan Engineering Institute，Wuhan 430080，China）

0 引言

機(jī)電工程類專業(yè)有許多專業(yè)課如《機(jī)床電氣與PLC》、《測(cè)量技術(shù)》、《數(shù)控機(jī)床的故障診斷與維修》、《機(jī)電設(shè)備安裝與調(diào)試》等課程中都涉及到行程開關(guān)這種裝置。此裝置在工業(yè)控制領(lǐng)域和機(jī)械加工行業(yè)得到了非常廣泛的應(yīng)用。但是由于大部分學(xué)生缺乏到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)識(shí)的機(jī)會(huì)，很難對(duì)行程開關(guān)的原理及用途有感性的認(rèn)識(shí)和領(lǐng)悟，更談不上今后在生產(chǎn)實(shí)踐中進(jìn)行運(yùn)用。針對(duì)學(xué)生們對(duì)行程開關(guān)性能認(rèn)識(shí)不足的問題，本文提出了設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)易行程開關(guān)實(shí)驗(yàn)裝置的想法，讓學(xué)生們通過這種實(shí)驗(yàn)裝置的演示來了解幾種常見的行程開關(guān)的用途和性能，同時(shí)增強(qiáng)他們對(duì)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)興趣。

1 行程開關(guān)的工作原理

首先對(duì)行程開關(guān)作簡(jiǎn)要的介紹。行程開關(guān)又稱限位開關(guān)或位置開關(guān)，就是一種由物體的位移來決定電路通斷的開關(guān)。它是一種根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的行程位置而切換電路工作狀態(tài)的控制電器。行程開關(guān)的動(dòng)作原理與控制按鈕相似。在機(jī)床設(shè)備中，事先將行程開關(guān)根據(jù)工藝要求安裝在一定的行程位置上，部件在運(yùn)行過程中，裝在其上的撞塊壓下行程開關(guān)的頂桿，使行程開關(guān)的觸點(diǎn)動(dòng)作而實(shí)現(xiàn)電路的切換，達(dá)到控制運(yùn)動(dòng)部件行程位置的目的。在日常生活中最常見的例子就是電冰箱。當(dāng)你打開冰箱時(shí)，冰箱里面的燈會(huì)亮起來，而關(guān)上門燈又熄滅了。這是因?yàn)殚T框上有個(gè)開關(guān)，當(dāng)開關(guān)被門壓緊時(shí)燈的電路便斷開，而門一打開會(huì)自動(dòng)使電路閉合，燈就亮了。這個(gè)開關(guān)就是行程開關(guān)。行程開關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，許多電器里都有它的身影。這么簡(jiǎn)單的開關(guān)能起到什么作用呢？它主要起連鎖保護(hù)的作用。

最常見的例子莫過于其在洗衣機(jī)和錄音機(jī)（錄相機(jī)）中的應(yīng)用了。在洗衣機(jī)的脫水（甩干）過程中轉(zhuǎn)速很高，如果此時(shí)有人打開洗衣機(jī)的門或蓋后，再把手伸進(jìn)去，很容易對(duì)人造成傷害。為了避免這種事故的發(fā)生，在洗衣機(jī)的門或蓋上裝了個(gè)電接點(diǎn)，一旦有人開啟洗衣機(jī)的門或蓋時(shí)，就自動(dòng)把電機(jī)斷電，甚至還要靠機(jī)械辦法聯(lián)動(dòng)，使門或蓋一打開就立刻“剎車”，強(qiáng)迫轉(zhuǎn)動(dòng)著的部件停下來，避免傷害人身。在錄音機(jī)和錄像機(jī)中，我們常常使用到快進(jìn)或者倒帶，磁帶急速地轉(zhuǎn)動(dòng)，但是當(dāng)?shù)竭_(dá)磁帶的端點(diǎn)時(shí)會(huì)自動(dòng)停下來。在這里行程開關(guān)又一次發(fā)揮了作用，不過這一次不是靠碰撞而是靠磁帶的張力的突然增大引起動(dòng)作的。行程開關(guān)真正的用武之地是在工業(yè)上，在那里它與其它設(shè)備配合，組成更復(fù)雜的自動(dòng)化設(shè)備。在機(jī)床上也有很多這樣的行程開關(guān)，用它控制工件運(yùn)動(dòng)或自動(dòng)進(jìn)刀的行程，避免發(fā)生碰撞事故。有時(shí)利用行程開關(guān)使被控物體在規(guī)定的兩個(gè)位置之間自動(dòng)換向，從而得到不斷的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。比如自動(dòng)運(yùn)料的小車到達(dá)終點(diǎn)碰著行程開關(guān)，接通了翻車機(jī)構(gòu)，就把車?yán)锏奈锪戏钩鰜恚⑶彝嘶氐狡瘘c(diǎn)。到達(dá)起點(diǎn)之后又碰著起點(diǎn)的行程開關(guān)，把裝料機(jī)構(gòu)的電路接通，開始自動(dòng)裝車。這樣不斷循環(huán)便形成了一條自動(dòng)生產(chǎn)線，不用人管也可以日以繼夜地工作，節(jié)省了人的體力勞動(dòng)。

2 實(shí)驗(yàn)裝置原理的介紹與研制

我們主要想通過這套裝置讓學(xué)生了解行程開關(guān)的用途和性能。裝置的結(jié)構(gòu)示意圖見圖1，主要由變頻電機(jī)、滑塊、滑座、E 字形擋鐵、滾動(dòng)軸承、偏心套、開關(guān)壓鐵和底板等幾部分組成。

圖1 結(jié)構(gòu)示意圖

具體的工作原理為：偏心套的一端與變頻電機(jī)主軸聯(lián)接，另一端與軸承內(nèi)圈聯(lián)接，一旦電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)起來，軸承就會(huì)在偏心套的帶動(dòng)下作偏心轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)滑塊就會(huì)在滑座上左右來回滑動(dòng)，如圖2 所示。在滑塊上部固定安裝了一塊E字形擋鐵，擋鐵隨著滑塊一起運(yùn)動(dòng)，如圖3 所示。在擋鐵兩側(cè)的壓鐵上可以安裝幾種常見的行程開關(guān)，如光電式行程開關(guān)，電容式行程開關(guān)，電感式行程開關(guān)和霍爾元件式行程開關(guān)等。由于擋鐵隨著變頻電機(jī)來回運(yùn)動(dòng)，我們便可以通過擋鐵兩側(cè)的行程開關(guān)來測(cè)出動(dòng)作的行程和頻率，從而了解行程開關(guān)的性能和用途。

圖3 E 形塊連接示意圖

此實(shí)驗(yàn)裝置的關(guān)鍵部件是偏心套。因?yàn)橛眯谐涕_關(guān)測(cè)得的動(dòng)作頻率也就是變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，而行程的大小直接由偏心套來決定。如果想增大行程，可以使偏心套的偏心距離增大一些。于是我們制作了幾種不同偏心距的偏心套，用于改變行程的大小。此外，偏心套一端與軸承內(nèi)圈配合，另一端與電機(jī)主軸配合，要求其有一定的加工精度和表面粗糙度。

在提出了整體設(shè)計(jì)思路之后，我們首先根據(jù)總體要求購買了一臺(tái)變頻電機(jī)和一個(gè)滾動(dòng)軸承，然后圍繞這兩個(gè)主要部件來繪制其他零件草圖。圖紙出來以后，經(jīng)過小組成員一起協(xié)商討論確定實(shí)驗(yàn)裝置各部件尺寸，接下來就是尋找合適的材料進(jìn)行加工。為了使滑塊的移動(dòng)靈活輕便，我們選擇尼龍快來加工滑塊和滑座。由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩不是很大，電機(jī)主軸上的偏心套也用尼龍棒來加工。根據(jù)需要我們?cè)O(shè)計(jì)了幾種不同偏心距的偏心套，而底座、調(diào)整墊鐵、擋鐵和行程開關(guān)的固定壓鐵均用4～8mm 厚的鋼板來制作。在這些零部件的加工過程中，我們用到了數(shù)控車床、數(shù)控銑床、臺(tái)式鉆床以及其他一些鉗工工具。當(dāng)然，實(shí)驗(yàn)裝置裝置不是一次就能全部加工好的，其中反反復(fù)復(fù)進(jìn)行了不少改動(dòng)和調(diào)整。經(jīng)過不懈努力，經(jīng)過了一個(gè)多月的時(shí)間將整個(gè)裝置組裝調(diào)試完畢，并達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)束語

我們通過自己動(dòng)手制作實(shí)驗(yàn)裝置，取得了以下幾點(diǎn)成果：①提高了科研和動(dòng)手能力。實(shí)驗(yàn)裝置裝置從設(shè)計(jì)到加工、從組裝調(diào)試到正常運(yùn)行全部由我們自己完成，提高了小組各成員的科研和動(dòng)手能力；②提高了學(xué)生對(duì)行程開關(guān)的認(rèn)識(shí)水平。這套行程開關(guān)實(shí)驗(yàn)裝置盡管比較簡(jiǎn)單，但通過在教學(xué)中的演示，學(xué)生們普遍認(rèn)為比以往純粹的紙上談兵更能讓人接受和理解，對(duì)幾種常見行程開關(guān)的性能和用途也有了深刻地認(rèn)識(shí)；③節(jié)約了教學(xué)經(jīng)費(fèi)。這套裝置購買的變頻電機(jī)和滾動(dòng)軸承共花費(fèi)700 元，其余部件都是利用實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的邊角余料加工出來的。根據(jù)目前的市場(chǎng)行情，購買類似的教學(xué)裝置大約需要4000 元左右，而我們這套裝置節(jié)約經(jīng)費(fèi)3000 多元。

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