王菊青，王卫东，王坤

(内蒙古北方重工业集团有限公司计量检测技术研究院，内蒙古 包头014033)

0 引言

HB－3000 型布氏硬度计用于测量钢材、铸铁、有色金属及轴承合金等材料的硬度，由于构造坚固、刚性好、精确、可靠、耐用，测试效率高，广泛应用于航空、航天、兵器、船舶等工业领域的生产现场，但某些工作现场，环境极其恶劣，经常出现电机被烧毁的现象，查找原因是由于机械式换向开关导致的，基于此类情况，对该硬度计的换向系统进行了改造。

1 改造前HB－3000 型布氏硬度计的换向系统

改造前的HB－3000 型布氏硬度计电气线路图如图1 所示。由图1 可知，该硬度计的换向系统就是用机械式换向开关K1控制加载电机，从而实现加载和卸除试验力，而保持试验力机构的控制(即保荷控制)是通过固定拨板、调节盘、活动拨板及换向开关配合来完成的。在电机运转过程中，要求换向开关K1的两对触点1 －2，3 －4 必须同时接触(或5 －6，7 －8 必须同时接触)，这样才能保证电机的供电，使电机正常工作，否则若有某对触点接触不良，都会造成电机缺少一相电源，导致工作电流过大使电机出现故障。在硬度计的工作现场环境恶劣，噪声干扰严重，使得当电机因缺相而发出嗡嗡声时，操作人员不能尽早发现而及时关闭电机，使电机缺相时间过久而烧毁。

在工作过程中，很难保证两对触点1 －2，3 －4(或5 －6，7 －8)同时接通，原因有如下三点:①由于硬度计不停地处于加载和卸除试验力的循环中，因此换向开关K1的动作频繁;②换向开关的电源由变压器提供，开关的触点工作于感性负载之下，开关的触点易氧化过热;③开关的拉紧弹簧的弹力变弱时，就很难保证换向开关的触点接触良好。由于以上三方面原因，因此电机的缺相很难避免。

图1 HB－3000 型布氏硬度计电气线路图

同时，工作时保持试验力机构与换向开关的拨杆是通过活动拨板和固定拨板来拨动的，其间的配置必须恰到好处，否则难以正常运行，在修理时较为费事。此外，换向开关是HB－3000 布氏硬度计专用开关，购置要从原厂家定制，周期较长，会导致硬度计无法正常使用，故对该硬度计提出了改造方案。

2 改造后HB－3000 型布氏硬度计换向系统

改造后的布氏硬度计换向系统电气线路图如图2所示。其加荷、保荷、卸荷采用电气自动控制系统完成的。该系统由两个接触器ZC、FC 分别控制电机的正反转，采用一个时间继电器S 控制保荷时间，两个行程开关X1，X2分别控制电机的换向和停止，采用一个断相保护器BH 来防止因缺相时间过长而烧毁电机。

改造后的硬度计符合HB－3000 型布氏硬度计的使用要求，其工作程序如下:当接通电源后，三相电源指示灯亮，一按下启动按钮AN 后继电器ZC 工作，ZC1，ZC2，ZC3，ZC4，ZC5接通，ZCI断开，加荷指示灯R 亮，进入加荷阶段，电机正转，压头压向工件，施加试验力。当加上试验力后，此时行程开关X1的常闭触点断开，继电器ZC 断电，加荷指示灯R 灭，而X1的常开触点被接通，时间继电器S 工作，进入保荷阶段，保荷指示灯Y 亮。在保荷15 s 之后，时间继电器的延时触点接通，继电器FC 工作，FC1，FC2，FC3，FC4，FC5接通，FCI断开卸荷指示灯G 亮进入卸荷阶段，电机反转，行程开关X1恢复原态，保荷指示灯Y 灭，支撑杆上升，被测件开始卸试验力. 当压头离开试件后，行程开关X2断开，继电器FC 断电，电机转动停止，卸荷指示灯G 灭，一次试验结束。

图2 改造后的布氏硬度计电气线路图

3 调试与校准

按图2 线路改装完毕后，在调试过程中，时间继电器的选择不合适，不能保证正常的保持试验力的时间。经过多次试验，选定了恰当的继电器，最终运行正常。待加载电机能正常工作后，按JJG150 －2005 金属布氏硬度计检定规程对该硬度计示值、试验力及加试验力时间等各项指标进行了校准，示值误差不超过±2%，试验力的示值误差不超过±1%，试验力循环时间不超过±0.5 s，均符合规程要求，调试成功。

4 结束语

本次改进采用电器元件实现自动化，可靠性高。改进后，三相电源指示灯的使用，在一接通电源后就能够确切知道电源供电电路是否正常，监督电源是否缺相，有效防止因电源缺相所引发的故障，便于及时处理。由图2 可知，正转继电器ZC 和反转继电器FC控制有互锁功能，可以防止发生误操作引起电器短路。保荷时间采用继电器控制，控时比较精确。硬度计加荷、保荷及卸荷都有相应指示灯，可以清楚地了解工作过程。利用断相保护器确保在缺相状态下电机不能启动，从而保护了电机。在改造时，将按钮也进行了相应的更换，用电器按钮开关取代了原硬度计的机械式按钮，避免了原来的卡钩弹簧片易变形或断裂所引发的设备故障。

通过以上技术改造，解决了HB－3000 布氏硬度计在恶劣环境下电机缺相的问题，改进后该产品性能稳定，且易于被安装在硬度计外侧的罩壳内，维修十分方便，保证电机处于正转或反转的正常工作状态，确保电机安全。

［1］JJG150 －2005 金属布氏硬度计检定规程［S］.

［2］国防科工委科技与质量司组织. 力学计量［M］. 北京:原子能出版社.

［3］王世英，钱明宣. HB－3000 型布氏硬度计换向系统的改造［J］. 航空计测技术，2000.