齊劍平，羅自力

（1.湖北汽車工業(yè)學(xué)院 機(jī)械工程系，湖北 十堰 442002；2.東風(fēng)商用車公司 車身廠內(nèi)二作業(yè)部技術(shù)組，湖北 十堰 442000）

1 方案的確定

因?yàn)镈310駕駛室前面罩（圖1）貼膜工藝的需要，需對(duì)現(xiàn)有貼膜工作臺(tái)（圖2）進(jìn)行改造，增加加熱功能，以滿足工件表面溫度大于18℃的工藝要求。

1.1 工藝要求

1）貼膜工作臺(tái)臺(tái)面溫度可加熱到50℃，其上工件溫度可加熱到18～35℃，溫度可調(diào)，初始升溫時(shí)間小于20min，臺(tái)面軟化、耐溫、阻燃、無異味。

2）所涉及到的電氣、機(jī)械改造應(yīng)符合相應(yīng)的國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)人的安全、防護(hù)等勞動(dòng)保護(hù)條款符合非標(biāo)制造國家和行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3）改造工作臺(tái)4個(gè)。

1.2 加熱元件選擇

為達(dá)到工藝要求，先后用3種加熱元件進(jìn)行了加熱試驗(yàn)。3種加熱元件為1）鰭片式電熱管，每支規(guī)格：1kW/220VAC，Ф18，L1000 mm； 2） 紅外電暖燈，每個(gè)規(guī)格：275W/220VAC，E27；3）遠(yuǎn)紅外石英加熱管，每支規(guī)格：1kW/220VAC，Ф14，L600mm。

試驗(yàn)條件：加熱功率為1kW，電壓為220VAC，環(huán)境溫度為12℃，工件離加熱元件距離為500mm，測(cè)溫計(jì)選取KT201。表1為送電加熱20min后的溫度測(cè)試值。

表1 送電加熱20min后的溫度測(cè)試值

由表1試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，遠(yuǎn)紅外石英加熱管的加熱效果最好，并能達(dá)到工藝要求溫度。根據(jù)工作臺(tái)臺(tái)面面積的大小適當(dāng)增加遠(yuǎn)紅外石英加熱管的數(shù)量，即可達(dá)到加熱面積的要求。

1.3 功率調(diào)節(jié)方式的確定

隨著季節(jié)的不同環(huán)境溫度差異較大，貼膜工作臺(tái)所需的加熱功率也不同，這就需要對(duì)電加熱系統(tǒng)的功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，考慮到的方案有3種，各自的優(yōu)缺點(diǎn)見表2。

表2 3種調(diào)功方式的優(yōu)缺點(diǎn)

綜合表2中3種調(diào)功方式的優(yōu)缺點(diǎn)，最后確定如下功率調(diào)節(jié)控制方案：根據(jù)臺(tái)面及工件的大小選用6支遠(yuǎn)紅外石英加熱管（每支功率1kW）作加熱器件，將其分為2組，3支為一組。其中一組為基本加熱單元KM1，只有接通全功率加熱和斷開停止加熱2種工作方式；另一組加熱單元KM2為功率可調(diào)加熱工作方式，3支遠(yuǎn)紅外石英加熱管各對(duì)應(yīng)一個(gè)可控硅調(diào)功模塊，可單獨(dú)對(duì)其加熱功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。

1.4 電加熱系統(tǒng)控制方式

電加熱系統(tǒng)分自動(dòng)和手動(dòng)2種工作方式。

在自動(dòng)工作方式下，基本加熱單元KM1直接投入加熱，即使達(dá)到預(yù)定的加熱時(shí)間，它也一直保持通電加熱狀態(tài)，起到保溫作用。另一組加熱單元KM2則由一定時(shí)器控制加熱時(shí)間，加熱時(shí)間長短由人工在定時(shí)器上設(shè)定，定時(shí)范圍為0.00～99.99h，定時(shí)時(shí)間到后聲光提示到時(shí)，同時(shí)加熱單元KM2停止加熱，在此工作方式下，該加熱單元中的每支遠(yuǎn)紅外石英加熱管功率通過各自的可控硅調(diào)功模塊進(jìn)行調(diào)節(jié)，以補(bǔ)償環(huán)境溫度的變化。

在手動(dòng)工作方式下，2組加熱單元的6支遠(yuǎn)紅外石英加熱管完全獨(dú)立由各自的開關(guān)控制接通或斷開，在此工作方式下，第2組加熱單元KM2中的3支遠(yuǎn)紅外石英加熱管功率仍可通過各自的可控硅調(diào)功模塊進(jìn)行調(diào)節(jié)，以補(bǔ)償環(huán)境溫度的變化。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

內(nèi)飾分裝作業(yè)人員要在高800 mm的貼膜工作臺(tái)上進(jìn)行貼膜及分裝作業(yè)。裝有6支遠(yuǎn)紅外石英加熱管的加熱器若直接裝在臺(tái)面的正上方，因其離臺(tái)面只有500mm左右的距離，會(huì)與分裝作業(yè)人員發(fā)生干涉，若加熱器離臺(tái)面過高（大于550 mm）則加熱效果不好，達(dá)不到工藝要求。如何解決這一矛盾是首先要考慮的問題，考慮了2種解決方案：

1）加熱器做成滑動(dòng)式的，加熱工件時(shí)將加熱器滑到貼膜工作臺(tái)正上方，加熱完成后將加熱器推到工作臺(tái)后上方，然后進(jìn)行分裝及貼膜作業(yè)。

2）將加熱器通過支架固定在貼膜工作臺(tái)后上方一定高度上（高度可調(diào)范圍為150 mm），在工作臺(tái)面上增加一個(gè)50mm厚的滑臺(tái)。工件放到滑臺(tái)上推到工作臺(tái)后方去加熱，加熱完成后將滑臺(tái)拉到前面進(jìn)行貼膜和分裝作業(yè)。

這2種方案都能解決加熱器位置與作業(yè)人員干涉的問題，考慮到加熱器上布置有加熱器件、電氣線路、照明燈具和控制面板，加熱器以固定方式安裝較安全，故選用第2）個(gè)方案，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

加熱器中遠(yuǎn)紅外石英加熱管上部和側(cè)面加裝反射板，將收集的熱量反射到下方的工件上，反射板與加熱器框架間加裝隔熱纖維棉進(jìn)行隔熱處理。

考慮到熱輻射對(duì)工件加熱強(qiáng)度的影響，加熱器支架設(shè)計(jì)成可調(diào)式的，調(diào)節(jié)范圍為150 mm。作業(yè)人員可根據(jù)溫度的需要來調(diào)節(jié)加熱器的高度。這也是該系統(tǒng)中控制溫度的一種方式，適合于溫度粗調(diào)。

2.2 電氣設(shè)計(jì)

2.2.1 主回路設(shè)計(jì)

主回路由負(fù)載（遠(yuǎn)紅外石英加熱管）、調(diào)功模塊、接觸器、空氣開關(guān)組成。負(fù)載中的6支遠(yuǎn)紅外石英加熱管分2組各3支按Y形連接，線電流等于相電流，電流值計(jì)算如式（1）：

再加上插座照明的容量以及一定的余量，該系統(tǒng)總電源開關(guān)選擇25 A的漏電保護(hù)開關(guān)DZ47LE－32 D25A；由于控制回路中要用到接觸器的一對(duì)輔助常閉觸點(diǎn)，接觸器選用 B16－30－01/220 V；由于各組加熱單元中的單相負(fù)載只有1支1kW/220 V的遠(yuǎn)紅外石英加熱管，負(fù)載電流為4.55 A，其單路控制開關(guān)選用10A的單極空氣開關(guān)DZ47－60 C10。

6支遠(yuǎn)紅外石英加熱管在加熱器中的布置：基本加熱單元KM1中的3支遠(yuǎn)紅外石英加熱管布置為前2后1布置，這樣布置主要考慮在自動(dòng)工作方式下，加熱時(shí)間到后，該加熱單元起保溫作用時(shí)也能較好的熱輻射到工件上需貼膜的部位；另一組加熱單元KM2中的3支遠(yuǎn)紅外石英加熱管布置則為前1后2布置，使輻射溫度場(chǎng)均勻。

2.2.2 調(diào)功模塊設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)出一款較為簡單實(shí)用的可控硅調(diào)功電路見圖4。調(diào)節(jié)電位器RP可以控制雙向可控硅VS在電網(wǎng)電壓正、負(fù)2個(gè)半周的導(dǎo)通角，以改變遠(yuǎn)紅外石英加熱管EH的工作電壓，達(dá)到調(diào)節(jié)功率的目的。

觸發(fā)電路的工作原理：接通電源后，電源電壓通過RP、R1向C1充電，當(dāng)C1兩端的電壓達(dá)到等于雙向二極管的導(dǎo)通電壓時(shí)，雙向二極管導(dǎo)通，從而雙向可控硅VS被觸發(fā)導(dǎo)通。調(diào)節(jié)電位器RP時(shí)，改變了電容的充電速度，VS的導(dǎo)通角也發(fā)生變化，加在遠(yuǎn)紅外石英加熱管EH兩端的電壓也隨之改變，因而加熱功率也改變了。

圖4中雙向可控硅VS的型號(hào)為KS或BT137，其主要參數(shù)：正向平均電流IF為20A，正向阻斷峰值電壓VPF為400 V。此電路中的R2和C2是可控硅保護(hù)電路，防止可控硅VS在承受過電壓時(shí)遭到損壞。

2.2.3 控制回路設(shè)計(jì)

控制回路的核心是巧妙地應(yīng)用一萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)SA實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)工作方式的切換，系統(tǒng)控制面板見圖5。

當(dāng)萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)SA切換到自動(dòng)工作方式時(shí)，接觸器KM3和KM4閉合短接單極空氣開關(guān)QF11～QF16進(jìn)出端，使其失去控制作用，基本加熱單元KM1開始通電加熱，若滑臺(tái)帶工件推到工作臺(tái)后方加熱位置時(shí)，觸動(dòng)行程開關(guān)SQ閉合，時(shí)間繼電器KT得電，根據(jù)人工設(shè)定的時(shí)間開始定時(shí)，調(diào)功加熱單元KM2開始定時(shí)加熱。加熱時(shí)間到后KM2失電，調(diào)功加熱單元停止加熱，聲光提醒作業(yè)人員工件加熱完成，此時(shí)基本加熱單元KM1繼續(xù)加熱保溫。

當(dāng)萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)SA切換到手動(dòng)工作方式時(shí)，接觸器KM1和KM2得電吸合，接觸器KM3和KM4失電斷開，6支遠(yuǎn)紅外石英加熱管完全由各自的單極空氣開關(guān)QF1～QF6人工控制通斷。

當(dāng)萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)SA處于中間停止位置時(shí)，則電加熱系統(tǒng)不工作。

2.2.4 安全防護(hù)設(shè)計(jì)

加熱器的過熱保護(hù)：在加熱器的上部分別串聯(lián)安裝了2個(gè)溫度開關(guān)ST1、ST2。當(dāng)加熱器外殼過熱超過60℃時(shí)，溫度開關(guān)動(dòng)作切斷控制回路，使加熱系統(tǒng)停止工作，防止?fàn)C傷及火災(zāi)事故的發(fā)生；當(dāng)溫度下降后，溫度開關(guān)自動(dòng)復(fù)位，加熱系統(tǒng)又可投入正常工作。

防漏電保護(hù)：工作臺(tái)臺(tái)面雖有黑橡皮軟化絕緣，但整體為鋼結(jié)構(gòu)。為保護(hù)作業(yè)人員免受觸電傷害，工作臺(tái)可靠接地，系統(tǒng)設(shè)計(jì)總電源進(jìn)線由三相漏電保護(hù)開關(guān)控制，選取IΔn為30mA、t不大于0.1s，當(dāng)發(fā)生漏電事故時(shí)，該開關(guān)立刻跳閘切斷電源。

3 制造與調(diào)試

制造環(huán)節(jié)除進(jìn)行常規(guī)的控制箱配盤外，重點(diǎn)是要處理好加熱器中高溫環(huán)境下的導(dǎo)線及走線布置問題。在加熱器范圍內(nèi)的走線采用耐高溫導(dǎo)線；在遠(yuǎn)紅外石英加熱管端頭接線處采用磁管護(hù)套；在加熱器向下輻射的那一面采用護(hù)網(wǎng)保護(hù)，防止作業(yè)人員意外碰到遠(yuǎn)紅外石英加熱管燙傷。

系統(tǒng)調(diào)試前，確認(rèn)無誤后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行絕緣測(cè)試，確認(rèn)系統(tǒng)絕緣良好后才能進(jìn)行下一步的調(diào)試。

總電源開關(guān)QFn合閘前，萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)SA旋到中間停止位置，各加熱支路開關(guān)QF11～QF16處于斷開位置。

以上工作確認(rèn)無誤后，合上總電源開關(guān)QFn，將萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)SA左旋到手動(dòng)工作位置，通過開關(guān)QF11～QF16分別對(duì)各加熱支路進(jìn)行單獨(dú)送電加熱調(diào)試。各加熱支路都能正常工作后，將定時(shí)器設(shè)定為2min，隨后將萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)SA右旋到自動(dòng)工作位置，這時(shí)基本加熱單元KM1開始通電加熱，將滑臺(tái)推到工作臺(tái)后方加熱位置時(shí)，觸動(dòng)行程開關(guān)SQ閉合，時(shí)間繼電器KT得電，根據(jù)人工設(shè)定的時(shí)間開始定時(shí)，調(diào)功加熱單元KM2開始定時(shí)加熱。加熱時(shí)間到后KM2失電，調(diào)功加熱單元停止加熱，聲光提示，基本加熱單元KM1繼續(xù)加熱保溫。根據(jù)加熱器輻射加熱強(qiáng)度及工作臺(tái)面測(cè)試的溫度，適當(dāng)調(diào)整加熱器的高度。最后萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)SA旋回中間停止位置，系統(tǒng)停止工作。

另外再測(cè)試一下照明開關(guān)QFm能否正?？刂迫展鉄鬍L亮滅，插座是否有電。

4 結(jié)束語

在安全防護(hù)的設(shè)計(jì)上基本滿足要求，采用遠(yuǎn)紅外加熱設(shè)備主要考慮到節(jié)能、快速加熱，同時(shí)由于采用自動(dòng)和手動(dòng)操作方式，使用更加方便可靠。經(jīng)使用該系統(tǒng)達(dá)到了工藝要求，較好解決了貼膜工藝中溫度對(duì)膜粘結(jié)強(qiáng)度的影響，完善了D310駕駛室生產(chǎn)的工藝裝備。

［1］ GB4064－83，電氣設(shè)備安全設(shè)計(jì)導(dǎo)則［S］.

［2］ 董傳岱.電工與電子基礎(chǔ)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987.

［3］ 李良洪.電工手冊(cè)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2005.

［4］ 李仁.電器控制［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.

［5］ 技工學(xué)校機(jī)械類通用教材編審委員會(huì).電工工藝學(xué)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2001：52－63，210－236.