砂轮机防烧毁安全保护装置的设计与制作

袁功宙

（江苏省溧阳中等专业学校，江苏常州 213300）

0 引言

砂轮机是企业、各大中专院校机加工类实习车间必不可少的重要磨削设备。某公司共有16 台砂轮机（老式和新型砂轮机各8 台），2019 年仅半年时间的维修成本就达到2710 元，其中线圈烧毁的有10 台，占维总修成本的65%。为解决上述问题，本文研发了砂轮机防烧毁多功能电源控制箱，实现了电机过热保护、无人状态自动关机以及电源锁等功能，节约维修成本、降低设备能耗，使砂轮机的运行更加节能、高效（图1）。

图1 多功能电源控制箱

1 砂轮机线圈烧毁的主要原因

1.1 工作环境

砂轮片的主要原料是刚玉、碳化硅加结合剂（石粉、陶土等）压制、烘干烧制而成。车刀是金属材料，如高速钢、硬质合金等。砂轮机在磨削工作时会产生大量金属粉尘和碳化硅颗粒粉尘，这些粉尘会散落到砂轮机内部的三相开关、交流接触器等部位。

某公司砂轮间共有16 台砂轮机，其中8 台是老式砂轮机，采用安装在砂轮机底座的HY3-10/3 型三相开关控制砂轮机的运转和停止（图2）。如果金属粉尘或砂轮片上磨下来的颗粒落入开关内部，就会造成开关触点接触不良，造成开关接线端子处发热、烧毁三相开关的其中一相，砂轮机就会缺相运行，短时间砂轮机线圈温度急速上升，烧毁线圈（图3）。

图2 老式砂轮机电机控制形式

图3 HY3-10/3 型三相开关

另外8 台是新型砂轮机，其主电路是通过三相交流接触器来控制的。主电路控制箱为砂轮机背后的简易电气柜，工作环境恶劣，打开之后电气元件上布满了灰尘，同样存在金属粉尘或砂轮片颗粒落入接触器内部，影响接触器正常工作的问题（图4）。

由上述分析可知，砂轮机线圈烧毁的主要原因是开关缺相和交流接触器桥式触头接触不良，造成砂轮机缺相运行，其根本原因是主电路元件内部进入金属粉尘等异物、污染接触点，导致接触电阻增大，引起发热，损坏三相开关或接触器，造成砂轮机缺相运行，最终导致烧毁线圈绕组。

新型砂轮机的三相接触器除了存在主触点污染问题，还存在吸合线圈铁芯锈蚀、积尘，使电磁线圈芯吸力降低，导致吸合状态不良的问题。接触器吸合时触点振动，并发出强烈噪声。此时，交流接触器上、下衔铁不能稳定导通，从而造成砂轮机运行不稳，线圈电流增大，进而导致砂轮机线圈烧毁。

1.2 操作不当

（1）磨车刀时方法不对、用力过大，导致电机长时间超负荷运行。同时存在设备无人值守，砂轮机长时间空转运行的情况，也会使电机过热。

（2）砂轮机长时间过电流、过热运行、频繁启动或制动等，都会引起电机温升过高。

（3）使用砂轮机打磨与车刀无关的物品，导致砂轮机砂轮片径向受力比正常工作时成倍增大，甚至导致电机卡死，线圈电流急剧上升，从而使电机过热，线圈绕组烧毁。

2 保护装置设计

（1）针对老式砂轮机开关缺相、新式砂轮机接触器主触接触不良造成的电机缺相运行，烧毁线圈问题以及违规使用砂轮机，造成线圈负荷过大，烧毁线圈问题，采取增加热继电器的方式实现过载保护，避免电机长时间超负荷运行。同时采用密封性更好的控制箱，防止灰尘侵入接触器内部，改善砂轮机电气元件的工作环境，从而杜绝由于接触不良导致的砂轮机电机烧毁故障。

（2）为防止操作人员不关砂轮机电源就离开，造成砂轮机长时间空载运行，加装了红外线传感器和时间继电器，在无人值守时自动切断电源。

（3）由于砂轮机是共用设备，操作人员较多，使用不规范也是砂轮机快速损坏的一个重要原因。在控制箱上加装电源锁，实现砂轮机的专人专用。

3 多功能电源控制箱主要功能

多功能电源控制箱可以实现电机过载保护、自动控制照明灯、换气扇等功能。原砂轮机电路如图5 所示，改进后的多功能电源控制箱电路如图6 所示。

图5 原砂轮机主电路

图6 多功能电源控制箱主电路

（1）在砂轮机主电路中加装热继电器FR，实现电机过载保护，防止电机长时间过热导致的线圈烧毁故障，降低设备维修成本。

（2）在控制电路中串联红外线传感器来控制中间继电器触头接通与断开KA，有人在砂轮机前时（正对操作者）自动接通，此时砂轮机处于可操作状态。如果操作人员离开超过11 s，红外传感器配合时间继电器断开中间继电器KA，切断砂轮机主电路，并关闭照明灯、换气扇等设备，实现节能降耗功能。

（3）由于砂轮机工作环境差、振动大、灰尘多，主电路的三相开关经常发生接触不良的情况，容易导致电机缺相运行。改进控制逻辑，将三相开关直接控制主电路通断的方式，改为由单相开关SB 控制接触器线圈，控制交流接触器的接通与断开，进而控制电机工作与停止，杜绝三相开关中某相故障引起因砂轮机缺相运行而烧毁电机线圈的故障，降低设备维修成本。

（4）在砂轮机控制电路中增加钥匙开关SA，用于控制接触器。必须使用钥匙才能启动砂轮机，实现设备专人专用。设备由持有钥匙的操作者使用、管理、维护，如果设备发生故障，可以通过设备钥匙准确找出责任人。

4 砂轮机防烧毁多功能电源控制箱操作流程

多功能电源控制箱控制砂轮机开机的工作流程为：在控制箱上把电源锁开关SA 右旋（接通），解除砂轮机控制电路接触器线圈的锁定状态。当操作者到砂轮间之后，砂轮机上的红外感应电路自动接通，中间继电器KA 得电，常开触点闭合。此时，操作者接通开关SB 即可使砂轮机控制电路接通，主电路交流接触器KM 线圈得电，砂轮机主电路的接触器主触头闭合，砂轮机电源接通，砂轮机正常工作。

如果在操作过程中电机出现过热的情况，热继电器FR 常闭触点自动断开，使主接触器KM 线圈失电，进而控制砂轮机电机停止运转，防止电机线圈因长时间过热而烧毁，实现了电机过热保护的功能。

关机流程与开机相反，断开开关SB，砂轮机主电路交流接触器KM 线圈失电，接触器主触头断开，电机停止工作。

操作结束后，操作者将控制箱上的电源锁开关SA 左旋（断开），并取下电源锁钥匙，此时该砂轮机控制电路被锁定，即使接通开关SB，砂轮机主接触器线圈不会得电、主电路不会导通，因此砂轮机不能启动，实现了砂轮机的专人专用。

综上所述，多功能电源控制箱实现了如下功能：

（1）过载保护：保护砂轮机的使用安全，防止电机线圈过热烧毁，节约设备维修维护成本。

（2）节约能源：通过增加红外线传感器，在操作者离开后可自动控制设备断电停机，减少能源浪费，实现节能减排。

（3）专人专用：通过电源锁开关钥匙，实现设备专人专用，谁使用谁维护、谁损坏谁赔偿。

（4）以人为本：降低砂轮机故障率，使可用设备增加，节省大量的等待时间和工人师傅的辅助时间。

5 结束语

据走访调查，目前常州市企业的砂轮机大多数采用传统的控制方法，不具备过热、过载、自动断电等功能，设备故障率高，且损坏较严重，维修费用居高不下。推广普及砂轮机安全保护装置，可以为企业节约维修成本。经实际应用验证，本文设计的砂轮机安全保护装置可以节约维修成本、降低设备能耗，使砂轮机的运行更加节能、高效。