摘要：繩鋸機是一種石材礦山開采機械,用于開采花崗巖.大理石等石礦,采用一臺主電機帶動鋸繩沿近似跑道型的軌跡運行,鋸繩套在已經(jīng)鑿開縫的石頭山上,一臺移動電機經(jīng)減速器帶動整個鋸床以一定的速度沿石頭被鋸開的方向向后移動,移動速度必須根據(jù)主電機的負(fù)荷狀況和鋸繩所需的張緊力適時進(jìn)行調(diào)整.

金剛石繩鋸是用來做什么的：

      金剛石繩鋸按照切割對象一般分為混凝土系、大理石系、花崗巖系、異性系等四個系列，主要起鋸切作用，是鋸的一種，理論上講，如果配合足夠的機械裝置和足夠長的金剛石繩鋸，完全可以把地球切成平均的兩半，因為繩鋸上面的串珠里面含有的金剛石是自然界中硬度最高的物質(zhì)，他能切削任何材料。

       混凝土系金剛石繩鋸與傳統(tǒng)鋸片相比，他不受建筑物大小限制，可任意方向切割，如橫切、豎向、對角線方向等等，擺脫了施工震動、噪音、灰塵及其他環(huán)境問題，效率極高，并且可以遠(yuǎn)距離控制進(jìn)行水下切割；

       大理石系金剛石繩鋸的用途目前非常廣泛了，如今全世界大部分的大理石礦山均采用金剛石繩鋸工藝進(jìn)行開采，這種開采方法與傳統(tǒng)的爆炸法相比，具有了質(zhì)的飛躍，不但保護了環(huán)境，而且對資源的利用達(dá)到了最大限度的節(jié)約。目前我國仍然有部分稀有石材采用爆炸法開采，不但對環(huán)境造成了極大影響，而且對珍貴資源是一種很大的浪費。這種繩鉅通常采用彈簧固定，在水平或豎直方向鉆兩個垂直的孔將繩子穿進(jìn)去，然后用機械帶動進(jìn)行切割，可以根據(jù)實際需求來切割不同的大小，代表將來礦山開采的一種趨勢。

       花崗巖系金剛石繩鋸的用途類似大理石系金剛石繩鋸，不過花崗巖系上面的金剛石串珠里面所含的金剛石品質(zhì)要好，價格要高，所以成本也更高一些。目前在花崗巖礦山開采中也有越來越多的采用繩鋸切割工藝，他能大大減少浪費，并且安全、效率更高，雖然購買成本較高，但是長期來看，綜合成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的爆炸法所產(chǎn)生的成本。

       異型系金剛石繩鋸可以根據(jù)客戶的特殊要求制定，主要是加工用金剛石鋸片等其他鋸切工具不能完成的鋸切任務(wù)，一般是直徑較大或體積較大的石材產(chǎn)品。

       由于繩鋸的特殊性能，目前，在繩鋸的基礎(chǔ)上又發(fā)展出一種很有市場前景的新型工具，他是微型的繩鋸，業(yè)內(nèi)名稱叫“金剛石線鋸”，線鋸的直徑能做到0.2mm，他可以加工高精度電路板線槽，并且沒有毛邊，精度非常高，不受工件大小的限制。這是一種新型工具，將來在電路板、電器等行業(yè)將會發(fā)揮超乎想象的作用。



一、概述

       繩鋸機是一種石材礦山開采機械,用于開采花崗巖.大理石等石礦,采用一臺主電機帶動鋸繩沿近似跑道型的軌跡運行,鋸繩套在已經(jīng)鑿開縫的石頭山上,一臺移動電機經(jīng)減速器帶動整個鋸床以一定的速度沿石頭被鋸開的方向向后移動,移動速度必須根據(jù)主電機的負(fù)荷狀況和鋸繩所需的張緊力適時進(jìn)行調(diào)整.

       如果移動速度太快,主電機負(fù)載增大,甚至過載,鋸繩承受的張力也會增大,如不及時調(diào)整速度就會繃斷鋸繩;反之如果移動速度太慢, 鋸繩張力太小,鋸繩會在石頭上打滑,切割效率降低,并且松馳的鋸繩還會打絞,以至絞斷鋸繩,所以在保證主電機負(fù)荷基本均勻和鋸繩合適的張緊力下提高鋸機切割效率是控制的關(guān)鍵,由于礦山形狀的不規(guī)則性,橫切面自然也時大時小,鋸床移動速度必須相應(yīng)調(diào)整.

       目前福建,河南,山東,廣東云浮及湖南長沙等地都有生產(chǎn),主機功率一般從11KW到55KW都有,以30KW, 37KW和45KW居多,大都采用PLC經(jīng)電流互感器讀取主機電流,然后根據(jù)切割過程電流的變化趨勢輸出0-10VDC來調(diào)整移動電機速度,變頻器只作為執(zhí)行機構(gòu).

有兩種電氣配置:

1)主機采用Y-△啟動,只有移動電機采用變頻控制, 目的是為了降低成本, 但必須外加電流互感器和PLC來進(jìn)行控制負(fù)荷控制和移動電機的速度控制等,國內(nèi)早期很多是這種配置,一次投資少,但能耗高,現(xiàn)在已很少采用.

2)主機和移動電機都采用變頻器控制, 也必須外加電流互感器PLC來進(jìn)行控制負(fù)荷控制和移動電機的速度控制,還有斷繩立即停機等保護動作.

以上兩種方案的缺點：

1)、電流互感器和模擬量輸入輸出模塊在礦山水,粉塵等惡劣環(huán)境下易損壞, 且配置較繁瑣,接線多,故障點也多；

2)、調(diào)試麻煩,必須要PLC編程人員參與,整機成本也較高。

二、易驅(qū)變頻器的控制方案

       充分利用易驅(qū)矢量型變頻器的獨特功能:

1、多功能模擬量輸出和脈沖輸出口可以直接監(jiān)視電機運行電流,監(jiān)視主機負(fù)荷無須另加電流互感器;

2、具有靈活的頻率源疊加方式,輔助頻率源可以相對主頻率源或最大頻率調(diào)整;

3、真正的電流矢量變頻器,極好的低頻力矩特性,0.5Hz即可滿轉(zhuǎn)矩輸出;

4、在速度控制模式下,采用電流矢量控制時,可對輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行調(diào)節(jié);

       基于以上功能我們可以完全不用電流互感器和PLC即可完成繩鋸機的控制,主電機的負(fù)荷和鋸繩的張緊度是兩個控制指標(biāo),能否合理利用電機輸出功率是保證最大切割效率的關(guān)鍵,有兩種方案可以達(dá)到控制要求,但從方案的簡單易用性方面考慮,在滿足控制要求的前提下,

易驅(qū)方案：采用專用PID和AI1疊加控制方式:

       將主電機實際運行電流經(jīng)模擬量AO1輸出口給移動變頻器AI2作為專用PID反饋值,PID作為主頻率源；手動調(diào)節(jié)電位器經(jīng)模擬量AI1端口給移動變頻器作為輔助頻率源,將兩頻率源疊加作為移動電機輸出頻率,即主頻率源加輔助頻率源,移動電機移動速度根據(jù)主機PID反饋值隨時調(diào)節(jié)頻率，保證主機電流恒定,主機轉(zhuǎn)速可另外由電位器給定。

方案優(yōu)點:負(fù)載控制平穩(wěn),精確, 能根據(jù)切割面的變化,及時調(diào)整移動速度，系統(tǒng)波動??；

(1)、繩鋸機實物及易驅(qū)變頻器在繩鋸機上的運用：


(2)、使用易驅(qū)變頻器的繩鋸機在現(xiàn)場使用的圖片：


(3)、電器控制柜接線圖：


(4)、參數(shù)設(shè)置表：

       主機在運行過程中，當(dāng)主機的實際電流大于給定電流時，從機將停止向后運動，待主機實際電流小于給定電流后，從機開始向后運動，在此切割期間，從機的運動速度始終保持與主機給定電流PID平衡，從而達(dá)到平穩(wěn)切割。

       主電機運行最大速度取決于金剛繩的質(zhì)量，金剛繩質(zhì)量好的話，主機的最大運行速度為49M/min，主機的給定電流起車時，給定的值為29A，在九江現(xiàn)場的主機給定電流最大為43A左右，主機最大運行速度為31M/min。


(5）、繩鋸機正確操作：

起車操作：


       打開電源后，將手動和自動開關(guān)打到手動檔，向任意方向打開從機運行方向開關(guān)，旋轉(zhuǎn)從機運行頻率旋鈕，確認(rèn)從機運行方向后（從機運行方向那邊是退那邊是進(jìn)，后退是張緊金剛繩，前進(jìn)時松懈金剛繩），需將從機調(diào)至金剛繩松懈狀態(tài)適宜（松懈程度是當(dāng)主機動盤轉(zhuǎn)動時，不要讓金剛繩從主機動盤上脫落），此時將從機運行方向選擇開關(guān)打到中間位置，從機此時不運行，將主機運行頻率旋鈕調(diào)至最小頻率，向任意方向打開主機運行方向選擇開關(guān)，開始旋轉(zhuǎn)主機運行頻率旋鈕遞增主機運行頻率，直至主機運行速度上限（根據(jù)金剛繩的質(zhì)量定主機的最大運行速度，速度過大會讓金剛繩斷裂，現(xiàn)場的最大運動速度為31M/min），將自動或手動開關(guān)調(diào)至自動側(cè)，將從機運行方向開關(guān)調(diào)至向后退的方向（拉緊金剛繩的方向），觀察主電機的實際運行電流和給定電流此時是否一致，當(dāng)達(dá)到一致或主機實際電流小于給定電流時，開始慢慢遞增主機給定電流旋鈕（以每3-5A為一個加載等級，例如：當(dāng)時給定電流為29A時，慢慢遞增主機給定電流至32-34A之間，每一次調(diào)整的跨度不要太大，根據(jù)金剛繩的質(zhì)量來決定），直至主機最大工作電流加載到43A左右，這個數(shù)值是現(xiàn)場根據(jù)使用的金剛繩的質(zhì)量來決定的最佳工作狀態(tài)的一個給定電流，主機的運行速度以及給定電流最終取決于金剛繩的質(zhì)量。

停車操作：

       將從機運行方向選擇開關(guān)打到中間檔，然后將主機的運行方向選擇開關(guān)打到中間檔，按下停止或斷電開關(guān)，完成停車操作。

四、結(jié)束語:

       以上方案已在長沙生產(chǎn)的串珠金剛石繩鋸機上驗證完全可以滿足工況現(xiàn)場控制要求,目前已采用的方案,將他們原有方案大大簡化,是一個性價比很高的方案,并且能夠充分體現(xiàn)我司矢量變頻器的低頻力矩特性,值得推廣。