HB－3000 型布氏硬度計(jì)換向系統(tǒng)的改造

王菊青，王衛(wèi)東，王坤

(內(nèi)蒙古北方重工業(yè)集團(tuán)有限公司計(jì)量檢測(cè)技術(shù)研究院，內(nèi)蒙古 包頭014033)

0 引言

HB－3000 型布氏硬度計(jì)用于測(cè)量鋼材、鑄鐵、有色金屬及軸承合金等材料的硬度，由于構(gòu)造堅(jiān)固、剛性好、精確、可靠、耐用，測(cè)試效率高，廣泛應(yīng)用于航空、航天、兵器、船舶等工業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，但某些工作現(xiàn)場(chǎng)，環(huán)境極其惡劣，經(jīng)常出現(xiàn)電機(jī)被燒毀的現(xiàn)象，查找原因是由于機(jī)械式換向開關(guān)導(dǎo)致的，基于此類情況，對(duì)該硬度計(jì)的換向系統(tǒng)進(jìn)行了改造。

1 改造前HB－3000 型布氏硬度計(jì)的換向系統(tǒng)

改造前的HB－3000 型布氏硬度計(jì)電氣線路圖如圖1 所示。由圖1 可知，該硬度計(jì)的換向系統(tǒng)就是用機(jī)械式換向開關(guān)K1控制加載電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)加載和卸除試驗(yàn)力，而保持試驗(yàn)力機(jī)構(gòu)的控制(即保荷控制)是通過固定撥板、調(diào)節(jié)盤、活動(dòng)撥板及換向開關(guān)配合來完成的。在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，要求換向開關(guān)K1的兩對(duì)觸點(diǎn)1 －2，3 －4 必須同時(shí)接觸(或5 －6，7 －8 必須同時(shí)接觸)，這樣才能保證電機(jī)的供電，使電機(jī)正常工作，否則若有某對(duì)觸點(diǎn)接觸不良，都會(huì)造成電機(jī)缺少一相電源，導(dǎo)致工作電流過大使電機(jī)出現(xiàn)故障。在硬度計(jì)的工作現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，噪聲干擾嚴(yán)重，使得當(dāng)電機(jī)因缺相而發(fā)出嗡嗡聲時(shí)，操作人員不能盡早發(fā)現(xiàn)而及時(shí)關(guān)閉電機(jī)，使電機(jī)缺相時(shí)間過久而燒毀。

在工作過程中，很難保證兩對(duì)觸點(diǎn)1 －2，3 －4(或5 －6，7 －8)同時(shí)接通，原因有如下三點(diǎn):①由于硬度計(jì)不停地處于加載和卸除試驗(yàn)力的循環(huán)中，因此換向開關(guān)K1的動(dòng)作頻繁;②換向開關(guān)的電源由變壓器提供，開關(guān)的觸點(diǎn)工作于感性負(fù)載之下，開關(guān)的觸點(diǎn)易氧化過熱;③開關(guān)的拉緊彈簧的彈力變?nèi)鯐r(shí)，就很難保證換向開關(guān)的觸點(diǎn)接觸良好。由于以上三方面原因，因此電機(jī)的缺相很難避免。

圖1 HB－3000 型布氏硬度計(jì)電氣線路圖

同時(shí)，工作時(shí)保持試驗(yàn)力機(jī)構(gòu)與換向開關(guān)的撥桿是通過活動(dòng)撥板和固定撥板來撥動(dòng)的，其間的配置必須恰到好處，否則難以正常運(yùn)行，在修理時(shí)較為費(fèi)事。此外，換向開關(guān)是HB－3000 布氏硬度計(jì)專用開關(guān)，購置要從原廠家定制，周期較長，會(huì)導(dǎo)致硬度計(jì)無法正常使用，故對(duì)該硬度計(jì)提出了改造方案。

2 改造后HB－3000 型布氏硬度計(jì)換向系統(tǒng)

改造后的布氏硬度計(jì)換向系統(tǒng)電氣線路圖如圖2所示。其加荷、保荷、卸荷采用電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)完成的。該系統(tǒng)由兩個(gè)接觸器ZC、FC 分別控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，采用一個(gè)時(shí)間繼電器S 控制保荷時(shí)間，兩個(gè)行程開關(guān)X1，X2分別控制電機(jī)的換向和停止，采用一個(gè)斷相保護(hù)器BH 來防止因缺相時(shí)間過長而燒毀電機(jī)。

改造后的硬度計(jì)符合HB－3000 型布氏硬度計(jì)的使用要求，其工作程序如下:當(dāng)接通電源后，三相電源指示燈亮，一按下啟動(dòng)按鈕AN 后繼電器ZC 工作，ZC1，ZC2，ZC3，ZC4，ZC5接通，ZCI斷開，加荷指示燈R 亮，進(jìn)入加荷階段，電機(jī)正轉(zhuǎn)，壓頭壓向工件，施加試驗(yàn)力。當(dāng)加上試驗(yàn)力后，此時(shí)行程開關(guān)X1的常閉觸點(diǎn)斷開，繼電器ZC 斷電，加荷指示燈R 滅，而X1的常開觸點(diǎn)被接通，時(shí)間繼電器S 工作，進(jìn)入保荷階段，保荷指示燈Y 亮。在保荷15 s 之后，時(shí)間繼電器的延時(shí)觸點(diǎn)接通，繼電器FC 工作，F(xiàn)C1，F(xiàn)C2，F(xiàn)C3，F(xiàn)C4，F(xiàn)C5接通，F(xiàn)CI斷開卸荷指示燈G 亮進(jìn)入卸荷階段，電機(jī)反轉(zhuǎn)，行程開關(guān)X1恢復(fù)原態(tài)，保荷指示燈Y 滅，支撐桿上升，被測(cè)件開始卸試驗(yàn)力. 當(dāng)壓頭離開試件后，行程開關(guān)X2斷開，繼電器FC 斷電，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)停止，卸荷指示燈G 滅，一次試驗(yàn)結(jié)束。

圖2 改造后的布氏硬度計(jì)電氣線路圖

3 調(diào)試與校準(zhǔn)

按圖2 線路改裝完畢后，在調(diào)試過程中，時(shí)間繼電器的選擇不合適，不能保證正常的保持試驗(yàn)力的時(shí)間。經(jīng)過多次試驗(yàn)，選定了恰當(dāng)?shù)睦^電器，最終運(yùn)行正常。待加載電機(jī)能正常工作后，按JJG150 －2005 金屬布氏硬度計(jì)檢定規(guī)程對(duì)該硬度計(jì)示值、試驗(yàn)力及加試驗(yàn)力時(shí)間等各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了校準(zhǔn)，示值誤差不超過±2%，試驗(yàn)力的示值誤差不超過±1%，試驗(yàn)力循環(huán)時(shí)間不超過±0.5 s，均符合規(guī)程要求，調(diào)試成功。

4 結(jié)束語

本次改進(jìn)采用電器元件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，可靠性高。改進(jìn)后，三相電源指示燈的使用，在一接通電源后就能夠確切知道電源供電電路是否正常，監(jiān)督電源是否缺相，有效防止因電源缺相所引發(fā)的故障，便于及時(shí)處理。由圖2 可知，正轉(zhuǎn)繼電器ZC 和反轉(zhuǎn)繼電器FC控制有互鎖功能，可以防止發(fā)生誤操作引起電器短路。保荷時(shí)間采用繼電器控制，控時(shí)比較精確。硬度計(jì)加荷、保荷及卸荷都有相應(yīng)指示燈，可以清楚地了解工作過程。利用斷相保護(hù)器確保在缺相狀態(tài)下電機(jī)不能啟動(dòng)，從而保護(hù)了電機(jī)。在改造時(shí)，將按鈕也進(jìn)行了相應(yīng)的更換，用電器按鈕開關(guān)取代了原硬度計(jì)的機(jī)械式按鈕，避免了原來的卡鉤彈簧片易變形或斷裂所引發(fā)的設(shè)備故障。

通過以上技術(shù)改造，解決了HB－3000 布氏硬度計(jì)在惡劣環(huán)境下電機(jī)缺相的問題，改進(jìn)后該產(chǎn)品性能穩(wěn)定，且易于被安裝在硬度計(jì)外側(cè)的罩殼內(nèi)，維修十分方便，保證電機(jī)處于正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的正常工作狀態(tài)，確保電機(jī)安全。

［1］JJG150 －2005 金屬布氏硬度計(jì)檢定規(guī)程［S］.

［2］國防科工委科技與質(zhì)量司組織. 力學(xué)計(jì)量［M］. 北京:原子能出版社.

［3］王世英，錢明宣. HB－3000 型布氏硬度計(jì)換向系統(tǒng)的改造［J］. 航空計(jì)測(cè)技術(shù)，2000.