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,鋸繩套在已經鑿開縫的石頭山上,一臺移動電機經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)主電機的負荷狀況和鋸繩所需的張緊力適時進行調整.

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，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，并且可以遠距離控制進行水下切割；

       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行開采，這種開采方法與傳統(tǒng)的爆炸法相比，具有了質的飛躍，不但保護了環(huán)境，而且對資源的利用達到了最大限度的節(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去，然后用機械帶動進行切割，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，綜合成本要遠遠低于傳統(tǒng)的爆炸法所產生的成本。

       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，一般是直徑較大或體積較大的石材產品。

       由于繩鋸的特殊性能，目前，在繩鋸的基礎上又發(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,鋸繩套在已經鑿開縫的石頭山上,一臺移動電機經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)主電機的負荷狀況和鋸繩所需的張緊力適時進行調整.

       如果移動速度太快,主電機負載增大,甚至過載,鋸繩承受的張力也會增大,如不及時調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調整.

       目前福建,河南,山東,廣東云浮及湖南長沙等地都有生產,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來調整移動電機速度,變頻器只作為執(zhí)行機構.

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來進行控制負荷控制和移動電機的速度控制等,國內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來進行控制負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)、調試麻煩,必須要PLC編程人員參與,整機成本也較高。

二、易驅變頻器的控制方案

       充分利用易驅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,可對輸出轉矩進行調節(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,主電機的負荷和鋸繩的張緊度是兩個控制指標,能否合理利用電機輸出功率是保證最大切割效率的關鍵,有兩種方案可以達到控制要求,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；手動調節(jié)電位器經模擬量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反饋值隨時調節(jié)頻率，保證主機電流恒定,主機轉速可另外由電位器給定。

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

(1)、繩鋸機實物及易驅變頻器在繩鋸機上的運用：


(2)、使用易驅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)設置表：

       主機在運行過程中，當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，從而達到平穩(wěn)切割。

       主電機運行最大速度取決于金剛繩的質量，金剛繩質量好的話，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，將手動和自動開關打到手動檔，向任意方向打開從機運行方向開關，旋轉從機運行頻率旋鈕，確認從機運行方向后（從機運行方向那邊是退那邊是進，后退是張緊金剛繩，前進時松懈金剛繩），需將從機調至金剛繩松懈狀態(tài)適宜（松懈程度是當主機動盤轉動時，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打到中間位置，從機此時不運行，將主機運行頻率旋鈕調至最小頻率，向任意方向打開主機運行方向選擇開關，開始旋轉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），將自動或手動開關調至自動側，將從機運行方向開關調至向后退的方向（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，當達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，每一次調整的跨度不要太大，根據(jù)金剛繩的質量來決定），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量。

停車操作：

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

四、結束語:

       以上方案已在長沙生產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。