砂輪機防燒毀安全保護裝置的設計與制作

袁功宙

（江蘇省溧陽中等專業學校，江蘇常州 213300）

0 引言

砂輪機是企業、各大中專院校機加工類實習車間必不可少的重要磨削設備。某公司共有16 臺砂輪機（老式和新型砂輪機各8 臺），2019 年僅半年時間的維修成本就達到2710 元，其中線圈燒毀的有10 臺，占維總修成本的65%。為解決上述問題，本文研發了砂輪機防燒毀多功能電源控制箱，實現了電機過熱保護、無人狀態自動關機以及電源鎖等功能，節約維修成本、降低設備能耗，使砂輪機的運行更加節能、高效（圖1）。

圖1 多功能電源控制箱

1 砂輪機線圈燒毀的主要原因

1.1 工作環境

砂輪片的主要原料是剛玉、碳化硅加結合劑（石粉、陶土等）壓制、烘干燒制而成。車刀是金屬材料，如高速鋼、硬質合金等。砂輪機在磨削工作時會產生大量金屬粉塵和碳化硅顆粒粉塵，這些粉塵會散落到砂輪機內部的三相開關、交流接觸器等部位。

某公司砂輪間共有16 臺砂輪機，其中8 臺是老式砂輪機，采用安裝在砂輪機底座的HY3-10/3 型三相開關控制砂輪機的運轉和停止（圖2）。如果金屬粉塵或砂輪片上磨下來的顆粒落入開關內部，就會造成開關觸點接觸不良，造成開關接線端子處發熱、燒毀三相開關的其中一相，砂輪機就會缺相運行，短時間砂輪機線圈溫度急速上升，燒毀線圈（圖3）。

圖2 老式砂輪機電機控制形式

圖3 HY3-10/3 型三相開關

另外8 臺是新型砂輪機，其主電路是通過三相交流接觸器來控制的。主電路控制箱為砂輪機背后的簡易電氣柜，工作環境惡劣，打開之后電氣元件上布滿了灰塵，同樣存在金屬粉塵或砂輪片顆粒落入接觸器內部，影響接觸器正常工作的問題（圖4）。

由上述分析可知，砂輪機線圈燒毀的主要原因是開關缺相和交流接觸器橋式觸頭接觸不良，造成砂輪機缺相運行，其根本原因是主電路元件內部進入金屬粉塵等異物、污染接觸點，導致接觸電阻增大，引起發熱，損壞三相開關或接觸器，造成砂輪機缺相運行，最終導致燒毀線圈繞組。

新型砂輪機的三相接觸器除了存在主觸點污染問題，還存在吸合線圈鐵芯銹蝕、積塵，使電磁線圈芯吸力降低，導致吸合狀態不良的問題。接觸器吸合時觸點振動，并發出強烈噪聲。此時，交流接觸器上、下銜鐵不能穩定導通，從而造成砂輪機運行不穩，線圈電流增大，進而導致砂輪機線圈燒毀。

1.2 操作不當

（1）磨車刀時方法不對、用力過大，導致電機長時間超負荷運行。同時存在設備無人值守，砂輪機長時間空轉運行的情況，也會使電機過熱。

（2）砂輪機長時間過電流、過熱運行、頻繁啟動或制動等，都會引起電機溫升過高。

（3）使用砂輪機打磨與車刀無關的物品，導致砂輪機砂輪片徑向受力比正常工作時成倍增大，甚至導致電機卡死，線圈電流急劇上升，從而使電機過熱，線圈繞組燒毀。

2 保護裝置設計

（1）針對老式砂輪機開關缺相、新式砂輪機接觸器主觸接觸不良造成的電機缺相運行，燒毀線圈問題以及違規使用砂輪機，造成線圈負荷過大，燒毀線圈問題，采取增加熱繼電器的方式實現過載保護，避免電機長時間超負荷運行。同時采用密封性更好的控制箱，防止灰塵侵入接觸器內部，改善砂輪機電氣元件的工作環境，從而杜絕由于接觸不良導致的砂輪機電機燒毀故障。

（2）為防止操作人員不關砂輪機電源就離開，造成砂輪機長時間空載運行，加裝了紅外線傳感器和時間繼電器，在無人值守時自動切斷電源。

（3）由于砂輪機是共用設備，操作人員較多，使用不規范也是砂輪機快速損壞的一個重要原因。在控制箱上加裝電源鎖，實現砂輪機的專人專用。

3 多功能電源控制箱主要功能

多功能電源控制箱可以實現電機過載保護、自動控制照明燈、換氣扇等功能。原砂輪機電路如圖5 所示，改進后的多功能電源控制箱電路如圖6 所示。

圖5 原砂輪機主電路

圖6 多功能電源控制箱主電路

（1）在砂輪機主電路中加裝熱繼電器FR，實現電機過載保護，防止電機長時間過熱導致的線圈燒毀故障，降低設備維修成本。

（2）在控制電路中串聯紅外線傳感器來控制中間繼電器觸頭接通與斷開KA，有人在砂輪機前時（正對操作者）自動接通，此時砂輪機處于可操作狀態。如果操作人員離開超過11 s，紅外傳感器配合時間繼電器斷開中間繼電器KA，切斷砂輪機主電路，并關閉照明燈、換氣扇等設備，實現節能降耗功能。

（3）由于砂輪機工作環境差、振動大、灰塵多，主電路的三相開關經常發生接觸不良的情況，容易導致電機缺相運行。改進控制邏輯，將三相開關直接控制主電路通斷的方式，改為由單相開關SB 控制接觸器線圈，控制交流接觸器的接通與斷開，進而控制電機工作與停止，杜絕三相開關中某相故障引起因砂輪機缺相運行而燒毀電機線圈的故障，降低設備維修成本。

（4）在砂輪機控制電路中增加鑰匙開關SA，用于控制接觸器。必須使用鑰匙才能啟動砂輪機，實現設備專人專用。設備由持有鑰匙的操作者使用、管理、維護，如果設備發生故障，可以通過設備鑰匙準確找出責任人。

4 砂輪機防燒毀多功能電源控制箱操作流程

多功能電源控制箱控制砂輪機開機的工作流程為：在控制箱上把電源鎖開關SA 右旋（接通），解除砂輪機控制電路接觸器線圈的鎖定狀態。當操作者到砂輪間之后，砂輪機上的紅外感應電路自動接通，中間繼電器KA 得電，常開觸點閉合。此時，操作者接通開關SB 即可使砂輪機控制電路接通，主電路交流接觸器KM 線圈得電，砂輪機主電路的接觸器主觸頭閉合，砂輪機電源接通，砂輪機正常工作。

如果在操作過程中電機出現過熱的情況，熱繼電器FR 常閉觸點自動斷開，使主接觸器KM 線圈失電，進而控制砂輪機電機停止運轉，防止電機線圈因長時間過熱而燒毀，實現了電機過熱保護的功能。

關機流程與開機相反，斷開開關SB，砂輪機主電路交流接觸器KM 線圈失電，接觸器主觸頭斷開，電機停止工作。

操作結束后，操作者將控制箱上的電源鎖開關SA 左旋（斷開），并取下電源鎖鑰匙，此時該砂輪機控制電路被鎖定，即使接通開關SB，砂輪機主接觸器線圈不會得電、主電路不會導通，因此砂輪機不能啟動，實現了砂輪機的專人專用。

綜上所述，多功能電源控制箱實現了如下功能：

（1）過載保護：保護砂輪機的使用安全，防止電機線圈過熱燒毀，節約設備維修維護成本。

（2）節約能源：通過增加紅外線傳感器，在操作者離開后可自動控制設備斷電停機，減少能源浪費，實現節能減排。

（3）專人專用：通過電源鎖開關鑰匙，實現設備專人專用，誰使用誰維護、誰損壞誰賠償。

（4）以人為本：降低砂輪機故障率，使可用設備增加，節省大量的等待時間和工人師傅的輔助時間。

5 結束語

據走訪調查，目前常州市企業的砂輪機大多數采用傳統的控制方法，不具備過熱、過載、自動斷電等功能，設備故障率高，且損壞較嚴重，維修費用居高不下。推廣普及砂輪機安全保護裝置，可以為企業節約維修成本。經實際應用驗證，本文設計的砂輪機安全保護裝置可以節約維修成本、降低設備能耗，使砂輪機的運行更加節能、高效。