第二章碳刷生产用到的主要设备及简要工艺

第二章碳刷生产用到的主要设备及简要工艺

2.1 碳刷生产用到的主要设备

它们是:加压成型机，工业电炉，旋转旋转加工机等。

2.2 碳刷生产的简要工艺

2.2.1 成型

将碳粉、铜粉、及一些微量化学品等，粉末类原材料充分搅拌均匀，装入加压成型机的原料筒内；开启加压成型机后，填冲机构会自动将粉末加入模具型腔；加压成型机的上冲头向下运动，与定位在模具型腔底部的下冲头，共同将粉末压制成一定的尺寸和形状的、有一定密度和强度的压坯，也就是碳块。

2.2.2 烧结

将成型好的碳块均匀地散放到烘盘里，尽量不要相互挤压；把烘盘推入工业电炉里，关炉门；选择合适地温度曲线，通过特定的加温，使它能达到规定的电学要求和机械性能。

2.2.3 加工

将烧结好的碳块送到旋转旋转加工机上，按图纸尺寸进行加工。如：研磨、切削、钻空,栽植引线、点胶。

第三章加压成型机用的机电一体化产品及其功能分析

在加压成型机中用变频器来调控驱动电机的速度特性，它使驱动环节的性能得到极大的提升；主动侧的驱动力由组合式空压离合器的分合状态，灵活地耦合了到被动側；加压成型机在一个动作周期中、也就是被动側凸轮轴转动一周中，由角度编码器与可编程凸轮控制器组合，把凸轮轴的转角信号输入ＰＬＣ；由压力传感器与压力比较控制仪组合，把碳块受压制的压力信号状态输入ＰＬＣ；通过人机介面实现人机对话。

3.1 变频器的设定和相关安全对策

变频器是由微处理器控制，IGBT驱动的变频式电机变速器。它是一种精密的电力电子产品，使用前要充分考虑到相关安全事项和措施；要对功能参数进行准确的理解和设定。

3.1.1 相关的安全事项和措施方面

（１）变频器的使用环境对其功能的发挥，及其使用寿命会有直接影响。因此必须满足安装环境的要求。○1、周围温度-10ºC~+40ºC，控制盘内安装了多台变频器时，要加装散热风扇。○2、防止雨水，湿气和直接日晒。○3、防止腐蚀性液体或气体，尘埃及金属细屑。○4防止振动和电磁干扰。

（２）为了保证操控人员的人身安全。在电路中装配变频器时，必须正确的接地，一般规定接地电阻为１０欧以下；变频器投入电源后、或者在电源刚切断而“危险”灯未熄灭前，内部电容器仍在放电。不能进行配线，不能触摸电路。

（３）针对供电系统发生停电及瞬间停电的情况，变频器的内部参数也要进行适当的设

定，以此来控制电机的停机再起动状态。

（４）为保护变频器防止它被损坏。选用时，电压等级和容量要符合系统要求；配线时，绝对不能将它的电源输入端与它的输出端位置接错；由于半导体元件容易受高电压破坏，所以不能对变频器内部组件进行耐压测试；变频器控制基板的CMOS IC易受静电影响及破坏，不要触摸基板；送电中不能插拔变频器上的连接器，以避免控制板内，因插拔产生的浪涌电压冲击造成损环；尽可能在输入侧加装AC电抗器，以抑制突波电流可能对变频器的损坏。

（５）为保证不受电源干扰，须在输入侧加装噪声滤波器，同时在输出侧加装零相杂讯滤波器以降低变频器对外产生的辐射干扰。

3.1.2 变频器的功能参数设定

（１）运转控制的相关参数：

运转指令方式的输入：通过操作面板的“RUN”按键进行操作；把外电路的控制接点信号加到运转输入端口和相应的公共端口；通过RS-485通讯网络中的上位机进行设定输入。

频率指令方式的输入：通过操作面板的数位键进行加减设定；把外电路的0~10V电压信号或4~20mA电流信号，通过相应的频指令端口输入；或者接电位器把模拟电压由相应的频率指令端口输入。用RS-485通讯网络中的上位机进行设定输入。

正反运转方式输入：在变频器上，通常由正反输入端子的信号状态，来控制电机的运转方向。2个端子的控制信号在重叠期间，变频器会提供两种运转控制方式供选择，这在使用中需要注意。并且变频器反转指令禁止的参数也须选定。

（２）起动和停止时段的相关参数是系统最需要调控的。

加速时间是频率由0增加到最大的上升时间。该时间长电机启动的就慢；时间短启动的就快。减速时间是频率由最大减小到0的下降时间。同理。

V/F曲线选择是依据负载的启动转矩需要而定。如：风力水力机械可选递减转矩选项；皮带传动，减速器传动可选用一般用途选项；还有高起动转矩供选。还有转矩补偿参数可选定。

停止方式参数中有：自由停止与减速停止的选项。选定减速停止时：需要对直流制动时间、直流制止开始频率、直流制动准位的数值进行设定。

（３）多功能输入接点及多功能输出

使用多功能输入接点时，要通过参数修改设定。在控制信号满足条件时能完成点动、多段速度控制、紧急停止，外部遮断、复归等多种控制功能。当然完成有些功能时相应参数也需要设定。如点动的频率、各段速度频率。

使用多功能输出，相当于使用状态继电器。变频器有三种输出状态：○1、一旦运行中就有动作。○2、频率到达设定频率时动作。○3有故障时动作。外部配电控制电路，利用它的接点信号完成控制动作。

（４）保护相关的参数：

载波频率的设定：IGBT驱动型变频器处于高载波状态，会产生高频漏电流，有可能造成外部电子器件受干扰的情况；甚至与电机搭配时会造成振动现象，此时可通过调整载波频率来消除这些危害。

电子热保护器用来保护电机。其设定值为：电机额定电流／变频器额定电流。保护器动作后，变频器会立刻遮断；并有提示信息，在复旧后才可以断续运转。

当供电系统停电时；或者供电系统有较大地负载起动，造成电压下降至低电压保护准位时，变频器会立刻停止输出。但恢复供电后或电压达到低电压保护准位以上时，是否再启动的问题，涉及到机器生产过程的特性及操作人员的安全等方面，在变频器中它由功能参数选项来决定。将它分为几种情况

○1、由电源瞬停再启动控制选项中的参数，来设定是否可自动再启动。设定为瞬停可自动再启动时：当瞬停时间小于2S，变频器会在复电0.5S后以速度寻找方式重新起动；当瞬停时间超过2秒，但变频器还没失去供电电源时变频器能否用启动取决于自动再启动次次数选项的设定值。

○2、当停电时间很久，变频器已经失去供电电源后。再恢复供电的情况下视为重新开机启动。如果运转控制选项中设定的是操作面板“RUN”键控制时不会自动启动；如果设定的是外部接点控制时，由接点状态及电源开关、运转开关的状态决定，与瞬停再启动控制选项及自动再启动次数选项的设定无关。所以出于安全考虑，要在停电后将电源开关、运转转开关关断。避免突然恢复供电后，机械意外启动对人身及设备造成的损害。

（５）故障显示：变频器具有很多的异常信息显示及保护机能。

有故障发生时，异常原因会显示在操作面板的显示窗内，同时异常输出端子会动作，变频器停止输出。

当自我诊断出有异常情况时，发生警告并在显示窗上闪烁显示警告内容，异常输出端子不动作，变频器仍可运转。

3.1.3 性能优化

老式的加压成型机的驱动环节用的是齿轮箱式变速器，或者是用变速皮带类无段速调速机构。它们的调速要通过转动手柄来模糊地完成；需要经常性的对机械转动部位，进行润滑等方面的保养；发生故障的机会较多；使用中的噪声大。与其相比变频器没有这些缺陷；它对驱动电机实行数字化控制，正确设定后可进行多段速及曲线速度运行；在显示屏上，运转状态的参数和自诊断结果，都能直观地显示出来。极大的提高了操控人员对机器及周边件的故障处理效率；用通讯接口可进行网络化管理。变频器因品牌不同，容量不同，各接线端口的标记和内部的功能参数代码的差别很大，使用之前一定要仔细阅读该产品的说明书。调试过程要谨慎，尽可能先让电机不带负载试运转。

3.2 组合式空压离合器的传动耦合特点

3.2.1 驱动与传动的耦合

加压成型机的传动机构由主动侧的皮带轮、皮带、飞轮和被动侧的离合器轴、中间轴、凸轮轴，曲轴，滑动上加压部件等组成。主动侧的驱动力由组合式空压离合器的分合状态，灵活地耦合了到被动側。当控制气阀打开时，一定压力的空气进入离合器气室，离合器“合”状态，驱动力经离合器传动到被动侧的传动机构上，滑动上加压部件进行上下往复运动。安装在固定位置上的下冲头与安装在上加压部件底端的上冲头，在模具型腔中完成对碳素混合粉末的压制动作。

3.2.2 空压离合器的特性

可通过空气压力的调整，在很大范围内改变转矩。适当的调整能使加压成型机的传动机构，在机器启动时具有较好的柔和特性，能消除启动机器时的冲击。在制动停止时，能有准确平稳的制止效果。

散热面大，散热效果好，磨擦板厚，磨损很小。时间的延滞非常小，在0.01以下。适合高转矩，高负荷，高频度的传动场合。加压成型机在一个动作周期中，可根据生产工艺的需要进行动作的暂停延时设定。在生产充填量很大的碳块时，通过在预压位置点上使用加压暂停功能（即空压离合器迅速分断、机械动作暂停），能把型腔中的空气完全的挤排出去，碳块表面出现气包的不良现象就可以消除了。生产中能把主机速度提高，来弥补暂停时间对生产进度的影响。充填暂停，加压暂停等的设定，广泛扩展了断续性动作进行的方式。

3.2.3 性能优化