一种简易行程开关实验装置的研发

段明忠DUAN Ming-zhong；张键ZHANG Jian

（武汉工程职业技术学院，武汉 430080）

（Wuhan Engineering Institute，Wuhan 430080，China）

0 引言

机电工程类专业有许多专业课如《机床电气与PLC》、《测量技术》、《数控机床的故障诊断与维修》、《机电设备安装与调试》等课程中都涉及到行程开关这种装置。此装置在工业控制领域和机械加工行业得到了非常广泛的应用。但是由于大部分学生缺乏到生产现场认识的机会，很难对行程开关的原理及用途有感性的认识和领悟，更谈不上今后在生产实践中进行运用。针对学生们对行程开关性能认识不足的问题，本文提出了设计一种简易行程开关实验装置的想法，让学生们通过这种实验装置的演示来了解几种常见的行程开关的用途和性能，同时增强他们对相关课程的学习兴趣。

1 行程开关的工作原理

首先对行程开关作简要的介绍。行程开关又称限位开关或位置开关，就是一种由物体的位移来决定电路通断的开关。它是一种根据运动部件的行程位置而切换电路工作状态的控制电器。行程开关的动作原理与控制按钮相似。在机床设备中，事先将行程开关根据工艺要求安装在一定的行程位置上，部件在运行过程中，装在其上的撞块压下行程开关的顶杆，使行程开关的触点动作而实现电路的切换，达到控制运动部件行程位置的目的。在日常生活中最常见的例子就是电冰箱。当你打开冰箱时，冰箱里面的灯会亮起来，而关上门灯又熄灭了。这是因为门框上有个开关，当开关被门压紧时灯的电路便断开，而门一打开会自动使电路闭合，灯就亮了。这个开关就是行程开关。行程开关的应用领域很广，许多电器里都有它的身影。这么简单的开关能起到什么作用呢？它主要起连锁保护的作用。

最常见的例子莫过于其在洗衣机和录音机（录相机）中的应用了。在洗衣机的脱水（甩干）过程中转速很高，如果此时有人打开洗衣机的门或盖后，再把手伸进去，很容易对人造成伤害。为了避免这种事故的发生，在洗衣机的门或盖上装了个电接点，一旦有人开启洗衣机的门或盖时，就自动把电机断电，甚至还要靠机械办法联动，使门或盖一打开就立刻“刹车”，强迫转动着的部件停下来，避免伤害人身。在录音机和录像机中，我们常常使用到快进或者倒带，磁带急速地转动，但是当到达磁带的端点时会自动停下来。在这里行程开关又一次发挥了作用，不过这一次不是靠碰撞而是靠磁带的张力的突然增大引起动作的。行程开关真正的用武之地是在工业上，在那里它与其它设备配合，组成更复杂的自动化设备。在机床上也有很多这样的行程开关，用它控制工件运动或自动进刀的行程，避免发生碰撞事故。有时利用行程开关使被控物体在规定的两个位置之间自动换向，从而得到不断的往复运动。比如自动运料的小车到达终点碰着行程开关，接通了翻车机构，就把车里的物料翻倒出来，并且退回到起点。到达起点之后又碰着起点的行程开关，把装料机构的电路接通，开始自动装车。这样不断循环便形成了一条自动生产线，不用人管也可以日以继夜地工作，节省了人的体力劳动。

2 实验装置原理的介绍与研制

我们主要想通过这套装置让学生了解行程开关的用途和性能。装置的结构示意图见图1，主要由变频电机、滑块、滑座、E 字形挡铁、滚动轴承、偏心套、开关压铁和底板等几部分组成。

图1 结构示意图

具体的工作原理为：偏心套的一端与变频电机主轴联接，另一端与轴承内圈联接，一旦电机运转起来，轴承就会在偏心套的带动下作偏心转动，这时滑块就会在滑座上左右来回滑动，如图2 所示。在滑块上部固定安装了一块E字形挡铁，挡铁随着滑块一起运动，如图3 所示。在挡铁两侧的压铁上可以安装几种常见的行程开关，如光电式行程开关，电容式行程开关，电感式行程开关和霍尔元件式行程开关等。由于挡铁随着变频电机来回运动，我们便可以通过挡铁两侧的行程开关来测出动作的行程和频率，从而了解行程开关的性能和用途。

图3 E 形块连接示意图

此实验装置的关键部件是偏心套。因为用行程开关测得的动作频率也就是变频电机的转动频率，而行程的大小直接由偏心套来决定。如果想增大行程，可以使偏心套的偏心距离增大一些。于是我们制作了几种不同偏心距的偏心套，用于改变行程的大小。此外，偏心套一端与轴承内圈配合，另一端与电机主轴配合，要求其有一定的加工精度和表面粗糙度。

在提出了整体设计思路之后，我们首先根据总体要求购买了一台变频电机和一个滚动轴承，然后围绕这两个主要部件来绘制其他零件草图。图纸出来以后，经过小组成员一起协商讨论确定实验装置各部件尺寸，接下来就是寻找合适的材料进行加工。为了使滑块的移动灵活轻便，我们选择尼龙快来加工滑块和滑座。由于电机的转速和转矩不是很大，电机主轴上的偏心套也用尼龙棒来加工。根据需要我们设计了几种不同偏心距的偏心套，而底座、调整垫铁、挡铁和行程开关的固定压铁均用4～8mm 厚的钢板来制作。在这些零部件的加工过程中，我们用到了数控车床、数控铣床、台式钻床以及其他一些钳工工具。当然，实验装置装置不是一次就能全部加工好的，其中反反复复进行了不少改动和调整。经过不懈努力，经过了一个多月的时间将整个装置组装调试完毕，并达到了设计要求。

3 结束语

我们通过自己动手制作实验装置，取得了以下几点成果：①提高了科研和动手能力。实验装置装置从设计到加工、从组装调试到正常运行全部由我们自己完成，提高了小组各成员的科研和动手能力；②提高了学生对行程开关的认识水平。这套行程开关实验装置尽管比较简单，但通过在教学中的演示，学生们普遍认为比以往纯粹的纸上谈兵更能让人接受和理解，对几种常见行程开关的性能和用途也有了深刻地认识；③节约了教学经费。这套装置购买的变频电机和滚动轴承共花费700 元，其余部件都是利用实训教学中的边角余料加工出来的。根据目前的市场行情，购买类似的教学装置大约需要4000 元左右，而我们这套装置节约经费3000 多元。

[1]闻邦椿.机械设计手册（第5 版）[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2]王浩.数控机床电气控制[M].北京：清华大学出版社，2006.

[3]郑微丹.行程开关触碰控制装置[P].中国专利:CN203562329U,2014-04-23.