0 引言 发动机翻转台架是发动机维修过程中很重要的一种辅助设备，主要用于各高等院校的发动机实训室和各汽车维修厂，以便于拆装维修汽车发动机。目前市场上使用的发动机翻转架，基本都是手摇输入动力，再通过蜗轮蜗杆减速器来进行控制，其借助的是蜗轮蜗杆的自锁特性，从而使得发动机在任意角度能够实现自锁稳定。这种驱动方式简单，但费时费劲，对操作人员的体力要求高。现设计一款发动机翻转架，驱动方式采用电动机，能大大减轻工作人员的劳动强度，提高翻转架的实用效能。发动机翻转架采用电动机输入动力，需对电动机的选型进行严谨计算，以及对电动机的旋转进行精确控制。 1 驱动电机的选型 电机驱动系统能否既经济又可靠地运行，正确选用拖动电机至关重要。而选择电机是一项很复杂的工作，主要内容包括：电动机的种类、结构形式、额定电压、额定转速、额定功率（容量）的选择等。 在以上选择项目中，功率的选择是最重要的。一般情况下，为了安全起见，往往容易选择功率偏大的电动机，造成大马拉小车的现象，这样虽然电动机不会过热损坏，但也得不到充分利用，电机效率低，使设备的投资和运行费用偏高，经济性能低。反之，若电机的功率选择过小，则可能不能拖动负载，不能翻动发动机，或经常使电机在过载下运行，导致电机过热和绝缘材料提前老化，缩短电机的使用寿命，这样也不能充分发挥发动机翻转架的生产能力。因此，合理选择驱动电机，对翻转架具有十分重要的意义。 综上所述，正确选择电动机容量的原则是：满足生产机械负载对电动机提出的功率、转矩、转速、调速、制动和过载等要求的前提下，使电动机既充分利用，又不超过允许温升。 1.1 选择驱动电机类型 选择电动机种类的原则是在满足生产机械的技术性能的前提下，优先选用结构简单、工作可靠、价格便宜、维修方便、运行经济的电动机。从这个意义上讲，交流电动机优于直流电动机，异步电动机优于同步电动机。当生产机械运行平稳，对启动、制动及调速性能要求不高时，应优先选用异步电动机。 在本设计中，选用三相交流减速电机。它是由拖动电机与齿轮减速装置耦合而成，具有结构紧凑、体积小、重量轻、振动小、效率高等特点，是理想的低速动力源。 1.2 选择驱动电机的电压等级 交流电动机额定电压的选择主要按使用场所的供电电网等级选择。一般低压电网为380V，因此，中小型三相异步电动机的额定电压大多选择380V（Y 或D 接法），220V/380V（Y/D 接法）。本案中，选择 380V 电网电压，Y 型接法。 1.3 选择驱动电机的额定转速 电动机的额定转速是根据生产机械传动系统来选择的。在一定功率时，电动机的额定转速越高，其体积越小，重量越轻、价格越低、运行效率越高。在本设计中，虽然翻转架的输出转速低，但因选用了减速电机，其减速比大，故选用高速电动机。选择同步转速为1500r/min 的电动机。 1.4 选择驱动电机的功率（容量） 减速电机的功率应根据发动机翻转架所需要的功率来选择，尽量使电机在额定负载下运行，需要通过严谨的计算来选择，以免出现电机与负载不匹配的情况。 在发动机翻转架的驱动电机的功率选择过程中，已知以下参数：四缸发动机重量，本案中按500Kg 计算；四缸发动机的总宽度小于0.6 米，本设计中按0.6 米计算；发动机翻转速度，按1r/min 计算，电机同步转速为1500r/min，考虑蜗轮蜗杆传动比，减速电机的输出转速为60r/min，减速电机的减速比i 为25。 计算电机功率时，由翻转发动机所需的扭矩倒推而得。在本设计中，发动机翻转的速度很低，每分钟只翻1转，故可按静功率计算，过程如下： 输入输出功率关系如下式： 其中： P入：翻转架的输入功率，也即是减速电机的输出功率，单位：kW； P出：翻转架的输出功率，单位：kW； η：翻转架蜗轮蜗杆的传动效率，需自锁，取数值为0.5。 功率和转矩的关系如下式： 按式（2）先计算出翻转架的输出功率： G=mg=500×9.8=4900N R=0.6÷2=0.3m 将 G 和 R 的值代入式（3），得： T翻=1470N·m n 是翻转发动机的速度，设计为1r/min。 将T翻和n 代入式（2），得翻转架的输出功率： P出=0.154kW 将 P出=0.154kW，η=0.5 代入式（1），计算得： P入=0.308kW 查电机手册，选择GV-22-400-25-S 的减速电机，为立式电机，输出轴22mm，输出功率0.4kW，减速比i=25，380V 三相交流。该减速电动机能满足翻转架对电动机功率、转矩、转速、等要求，又能使电动机充分利用，不浪费资源。 2 驱动电机的控制 在本设计中，发动机翻转架需要正反向翻转，经常起停，在设计驱动电机的控制电路时，要考虑到电机的正反转，且翻转过程能自保持。图1 为发动机翻转架驱动电机控制电路图。 电机要实现正反转控制，将其电源的相序中任意两相对调即可，即换相。为了保证两个接触器动作时能够可靠调换电动机的相序，接线时应使接触器的上口接线保持一致，在接触器的下口调相。由于将两相相序对调，故须确保二个接触器线圈不能同时得电，否则会发生严重的相间短路故障，因此必须采取联锁控制。为安全起见，常采用按钮联锁（机械）与接触器联锁（电气）的双重联锁正反转控制线路；使用了按钮联锁，即使同时按下正反转按钮，调相用的两接触器也不可能同时得电，机械上避免了相间短路。另外，由于应用的接触器联锁，所以只要其中一个接触器得电，其常闭触点就不会闭合，这样在机械、电气双重联锁的应用下，电机的供电系统不可能相间短路，有效地保护了电机，同时也避免在调相时相间短路造成事故，烧坏接触器。 图1 发动机翻转架驱动电机控制电路 在实际电路中，需要五个熔断器，两个三相交流接触器，一个热继电器，两个启动按钮，一个停止按钮。该设计能实现电机的自锁和互锁，在松开启动按钮时，减速电机能持续运转。 当按下正转启动按钮SB2 时，正转交流接触器的电磁线圈KM1 通电吸合，使主回路的三个主触头KM1 接通，电机正转，同时使与SB2 并联的一对常开触点KM1 闭合，此时松开正转启动按钮SB1，因KM1 的常开触点通电闭合，正转控制电路仍然接通，电机继续正转，实现自锁，翻转架持续顺时针旋转。因为正转交流接触器的一个常闭触头KM1 接于反转电路中，在电机正转运行时，常闭触点KM1 断开，从而使反转控制线路断开，实现互锁。这样可以避免误操作而使电源短路。 当需要翻转架逆时针旋转时，可直接按下反转启动按钮SB3，反转交流接触器的电磁线圈KM2 通电吸合，接通主回路中的反转交流接触器的主触点KM2，输入电机的三相交流电中的L1 和L3 两根线互换，实现电机反转，而KM2 闭合，电机反转电路进行自锁，松开反转启动按钮SB3，电机仍然反转，驱动翻转架仍然逆时针旋转。同正转互锁电路原理一样，电机反转时，由于接于正转电路中的KM2 断开，使正转控制线路断开，实现互锁。 当翻转架旋转到想要的位置时，按下停止按钮SB1时，所有控制电路断开，电机脱离电源而停转，翻转架停止于想要的位置。 在本案的驱动电机控制电路中，除了对电机实现正反转和起停控制外，还能实现过载保护。将热继电器的常闭触头串联在交流接触器的电磁线圈的控制电路中，热元件与电动机的定子绕组串联。当电动机正常工作时，通过热元件的电流即为电动机的额定电流，热继电器的常闭触头处于闭合状态，交流接触器保持吸合，电动机正常运行。当电机出现过载时，绕组中电流增大，通过热元件的电流增大，热继电器的双金属片受热过大，超过正常值弯曲，推动导板移动，使接在控制电路中的常闭触头断开，从而断开电机电源，避免电机长时间过热工作而损坏，直到保护电机的作用。待双金属片冷却后，按下复位按钮，热继电器的常闭触头闭合，电路又可以正常工作，翻转架正常翻转。 3 结束语 通过对发动机翻转架驱动电机的选型计算和控制设计，能很好的实现发动机翻转架的驱动和控制，提高翻转架的自动化能力，使维修人员从繁重的体力劳动中解放出来，是一次不小的技术革新。 [1]姜渭.机架辊驱动电机选型及工况分析[J].现代冶金，2019，47（05）：50-51. [2]陈涛，张丽.电动式发动机翻转台架的设计[J].机电产品开发与创新，2017，30（05）：60-61. [3]周云波.三相异步电机实验的改进[J].新疆石油教育学院学报，2003（03）：82-83. 0 引言发动机翻转台架是发动机维修过程中很重要的一种辅助设备，主要用于各高等院校的发动机实训室和各汽车维修厂，以便于拆装维修汽车发动机。目前市场上使用的发动机翻转架，基本都是手摇输入动力，再通过蜗轮蜗杆减速器来进行控制，其借助的是蜗轮蜗杆的自锁特性，从而使得发动机在任意角度能够实现自锁稳定。这种驱动方式简单，但费时费劲，对操作人员的体力要求高。现设计一款发动机翻转架，驱动方式采用电动机，能大大减轻工作人员的劳动强度，提高翻转架的实用效能。发动机翻转架采用电动机输入动力，需对电动机的选型进行严谨计算，以及对电动机的旋转进行精确控制。1 驱动电机的选型电机驱动系统能否既经济又可靠地运行，正确选用拖动电机至关重要。而选择电机是一项很复杂的工作，主要内容包括：电动机的种类、结构形式、额定电压、额定转速、额定功率（容量）的选择等。在以上选择项目中，功率的选择是最重要的。一般情况下，为了安全起见，往往容易选择功率偏大的电动机，造成大马拉小车的现象，这样虽然电动机不会过热损坏，但也得不到充分利用，电机效率低，使设备的投资和运行费用偏高，经济性能低。反之，若电机的功率选择过小，则可能不能拖动负载，不能翻动发动机，或经常使电机在过载下运行，导致电机过热和绝缘材料提前老化，缩短电机的使用寿命，这样也不能充分发挥发动机翻转架的生产能力。因此，合理选择驱动电机，对翻转架具有十分重要的意义。综上所述，正确选择电动机容量的原则是：满足生产机械负载对电动机提出的功率、转矩、转速、调速、制动和过载等要求的前提下，使电动机既充分利用，又不超过允许温升。1.1 选择驱动电机类型选择电动机种类的原则是在满足生产机械的技术性能的前提下，优先选用结构简单、工作可靠、价格便宜、维修方便、运行经济的电动机。从这个意义上讲，交流电动机优于直流电动机，异步电动机优于同步电动机。当生产机械运行平稳，对启动、制动及调速性能要求不高时，应优先选用异步电动机。在本设计中，选用三相交流减速电机。它是由拖动电机与齿轮减速装置耦合而成，具有结构紧凑、体积小、重量轻、振动小、效率高等特点，是理想的低速动力源。1.2 选择驱动电机的电压等级交流电动机额定电压的选择主要按使用场所的供电电网等级选择。一般低压电网为380V，因此，中小型三相异步电动机的额定电压大多选择380V（Y 或D 接法），220V/380V（Y/D 接法）。本案中，选择 380V 电网电压，Y 型接法。1.3 选择驱动电机的额定转速电动机的额定转速是根据生产机械传动系统来选择的。在一定功率时，电动机的额定转速越高，其体积越小，重量越轻、价格越低、运行效率越高。在本设计中，虽然翻转架的输出转速低，但因选用了减速电机，其减速比大，故选用高速电动机。选择同步转速为1500r/min 的电动机。1.4 选择驱动电机的功率（容量）减速电机的功率应根据发动机翻转架所需要的功率来选择，尽量使电机在额定负载下运行，需要通过严谨的计算来选择，以免出现电机与负载不匹配的情况。在发动机翻转架的驱动电机的功率选择过程中，已知以下参数：四缸发动机重量，本案中按500Kg 计算；四缸发动机的总宽度小于0.6 米，本设计中按0.6 米计算；发动机翻转速度，按1r/min 计算，电机同步转速为1500r/min，考虑蜗轮蜗杆传动比，减速电机的输出转速为60r/min，减速电机的减速比i 为25。计算电机功率时，由翻转发动机所需的扭矩倒推而得。在本设计中，发动机翻转的速度很低，每分钟只翻1转，故可按静功率计算，过程如下：输入输出功率关系如下式：其中：P入：翻转架的输入功率，也即是减速电机的输出功率，单位：kW；P出：翻转架的输出功率，单位：kW；η：翻转架蜗轮蜗杆的传动效率，需自锁，取数值为0.5。功率和转矩的关系如下式：按式（2）先计算出翻转架的输出功率：G=mg=500×9.8=4900NR=0.6÷2=0.3m将 G 和 R 的值代入式（3），得：T翻=1470N·mn 是翻转发动机的速度，设计为1r/min。将T翻和n 代入式（2），得翻转架的输出功率：P出=0.154kW将 P出=0.154kW，η=0.5 代入式（1），计算得：P入=0.308kW查电机手册，选择GV-22-400-25-S 的减速电机，为立式电机，输出轴22mm，输出功率0.4kW，减速比i=25，380V 三相交流。该减速电动机能满足翻转架对电动机功率、转矩、转速、等要求，又能使电动机充分利用，不浪费资源。2 驱动电机的控制在本设计中，发动机翻转架需要正反向翻转，经常起停，在设计驱动电机的控制电路时，要考虑到电机的正反转，且翻转过程能自保持。图1 为发动机翻转架驱动电机控制电路图。电机要实现正反转控制，将其电源的相序中任意两相对调即可，即换相。为了保证两个接触器动作时能够可靠调换电动机的相序，接线时应使接触器的上口接线保持一致，在接触器的下口调相。由于将两相相序对调，故须确保二个接触器线圈不能同时得电，否则会发生严重的相间短路故障，因此必须采取联锁控制。为安全起见，常采用按钮联锁（机械）与接触器联锁（电气）的双重联锁正反转控制线路；使用了按钮联锁，即使同时按下正反转按钮，调相用的两接触器也不可能同时得电，机械上避免了相间短路。另外，由于应用的接触器联锁，所以只要其中一个接触器得电，其常闭触点就不会闭合，这样在机械、电气双重联锁的应用下，电机的供电系统不可能相间短路，有效地保护了电机，同时也避免在调相时相间短路造成事故，烧坏接触器。图1 发动机翻转架驱动电机控制电路在实际电路中，需要五个熔断器，两个三相交流接触器，一个热继电器，两个启动按钮，一个停止按钮。该设计能实现电机的自锁和互锁，在松开启动按钮时，减速电机能持续运转。当按下正转启动按钮SB2 时，正转交流接触器的电磁线圈KM1 通电吸合，使主回路的三个主触头KM1 接通，电机正转，同时使与SB2 并联的一对常开触点KM1 闭合，此时松开正转启动按钮SB1，因KM1 的常开触点通电闭合，正转控制电路仍然接通，电机继续正转，实现自锁，翻转架持续顺时针旋转。因为正转交流接触器的一个常闭触头KM1 接于反转电路中，在电机正转运行时，常闭触点KM1 断开，从而使反转控制线路断开，实现互锁。这样可以避免误操作而使电源短路。当需要翻转架逆时针旋转时，可直接按下反转启动按钮SB3，反转交流接触器的电磁线圈KM2 通电吸合，接通主回路中的反转交流接触器的主触点KM2，输入电机的三相交流电中的L1 和L3 两根线互换，实现电机反转，而KM2 闭合，电机反转电路进行自锁，松开反转启动按钮SB3，电机仍然反转，驱动翻转架仍然逆时针旋转。同正转互锁电路原理一样，电机反转时，由于接于正转电路中的KM2 断开，使正转控制线路断开，实现互锁。当翻转架旋转到想要的位置时，按下停止按钮SB1时，所有控制电路断开，电机脱离电源而停转，翻转架停止于想要的位置。在本案的驱动电机控制电路中，除了对电机实现正反转和起停控制外，还能实现过载保护。将热继电器的常闭触头串联在交流接触器的电磁线圈的控制电路中，热元件与电动机的定子绕组串联。当电动机正常工作时，通过热元件的电流即为电动机的额定电流，热继电器的常闭触头处于闭合状态，交流接触器保持吸合，电动机正常运行。当电机出现过载时，绕组中电流增大，通过热元件的电流增大，热继电器的双金属片受热过大，超过正常值弯曲，推动导板移动，使接在控制电路中的常闭触头断开，从而断开电机电源，避免电机长时间过热工作而损坏，直到保护电机的作用。待双金属片冷却后，按下复位按钮，热继电器的常闭触头闭合，电路又可以正常工作，翻转架正常翻转。3 结束语通过对发动机翻转架驱动电机的选型计算和控制设计，能很好的实现发动机翻转架的驱动和控制，提高翻转架的自动化能力，使维修人员从繁重的体力劳动中解放出来，是一次不小的技术革新。参考文献：[1]姜渭.机架辊驱动电机选型及工况分析[J].现代冶金，2019，47（05）：50-51.[2]陈涛，张丽.电动式发动机翻转台架的设计[J].机电产品开发与创新，2017，30（05）：60-61.[3]周云波.三相异步电机实验的改进[J].新疆石油教育学院学报，2003（03）：82-83.

文章来源：电机与控制应用 网址: http://djykzyy.400nongye.com/lunwen/itemid-6435.shtml

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