橋式起重機床電氣控制案例分析

1、20/5t橋式起重機電氣控制案例分析起重機是一種用來起吊和放下重物并使重物在短距離內(nèi)水平移動的起重設(shè)備，起重機按結(jié)構(gòu)分有橋式、塔式、門式、旋轉(zhuǎn)式和纜索式等。不同形式的起重機分別應(yīng)用在不同場合，如車站貨場使用的門式；建筑工地使用的塔式起重機；碼頭、港口使用的旋轉(zhuǎn)式起重機；生產(chǎn)車間常用的是橋式起重機，又稱為天車、行車或吊車。常見的橋式起重機5噸、10噸單鉤及15/3噸、20/5噸雙鉤等。20/5 t橋式起重機是一種電動雙梁式吊車，廣泛用于車間內(nèi)重物的起吊搬運。一、20/5t橋式起重機基本結(jié)構(gòu)、運動形式和主要技術(shù)參數(shù)1主要結(jié)構(gòu)及運動形式起重機雖然種類很多，但在結(jié)構(gòu)上看，都具有提升機構(gòu)和運行機構(gòu)。以橋

2、式起重機為例，主要有橋架（大車）、小車及提升機構(gòu)三部分組成。大車的軌道敷設(shè)在沿車間兩側(cè)的立柱上，大車可以在軌道上沿車間縱向移動；大車上有小車軌道供小車橫向移動，提升機構(gòu)安裝在小車上上下運動。根據(jù)工作需要，可安裝不同的取物裝置， 例如吊鉤、夾鉗、抓斗起重電磁鐵等。有的起重機根據(jù)需要，可以安裝兩個提升機構(gòu)，分為主鉤和副鉤，主鉤用來提升重物，副鉤除可提升輕物外，可用來協(xié)同主鉤傾轉(zhuǎn)和翻倒工件用。但不允許兩鉤同時提升兩個物件，每個吊鉤在單獨工作時均只能起吊重量不超過額定重量的重物，當兩個吊鉤同時工作時，物件重量不允許超過主鉤起重量。這樣，起重機就可以在大車能夠行走的整個車間范圍內(nèi)進行起重運輸了。如圖1所

3、示。1駕駛室 2小車導(dǎo)電滑線 3小車 4端梁5主滑線 6主梁 7副鉤 8主鉤圖1 205 t橋式起重機外形圖220/5t橋式起重機的型號含義橋式起重機型號的含義為：橋式起重機的主要運動有大車的縱向運動、小車的橫向運動及主鉤、副鉤的升降運動，橋式起重機上各部件分布如圖2所示。圖2 20/5 t橋式起重機各部件分布圖3橋式起重機的主要技術(shù)參數(shù)橋式起重機的主要技術(shù)參數(shù)有起重量、跨度、提升高度、移行速度和工作類型。（1）額定起重量 是指起重機允許吊起的物品連同可分吊具重量的總和，以噸為單位。我國生產(chǎn)的橋式起重機起重量有5t，10t，15/3t，20/5t，30/5t，50/10t，75/20t，150

4、/30t，250/30t等。其中，分子為主鉤起重量，分母為副鉤起重量。（2）跨度 起重機主梁兩端車輪中心線間的距離，即大車軌道中心線間的距離。（3）提升高度 吊具的上極限位置與下極限位置之間的距離，以米為單位。（4）工作速度 包括起升速度和及大、小車運行速度。起升速度是指吊物或取物裝置在穩(wěn)定運動狀態(tài)下，額定載荷時的垂直位移速度。中小型起重機的起升速度一般為820m/ min。大、小車的運行速度為拖動電動機額定轉(zhuǎn)速下運行的速度。小車運行速度一般為4060m/min,大車運行速度一般為100135m/min。（5）工作類型 起重機按其載重量可分為三級：小型210t，中興1050t，重型50t以上。

5、按其負載率和繁忙程度可分為：輕級 工作速度較低，使用次數(shù)也不多，滿載機會比較少，負載持續(xù)率約為15% 。如主電室，維修車間用的起重機。中級 經(jīng)常在不同負載條件下，以中等速度工作，使用不太頻繁，負載持續(xù)率約為25% 。如一般機械加工和裝配車間用起重機。重級 經(jīng)常處于額定負載下工作，使用頻繁，負載持續(xù)率為40%以上。如冶金和鑄造車間用的起重機。特重級 基本上處于額定負載下工作，使用更為頻繁，環(huán)境溫度高，保證冶金車間工藝過程進行的起重機，屬于特重級。二、橋式起重機的供電、電氣控制的特點和要求1橋式起重機的供電三相電源是從沿著平行于大車軌道方向敷設(shè)在車間廠房一側(cè)的三根主滑觸線上，通過滑動集電刷引入；小

6、車上電氣設(shè)備的供電以及電氣設(shè)備之間的連接是通過在橋架的一側(cè)裝設(shè)的21根小車導(dǎo)電滑線并經(jīng)滑動集電刷引人。 21根小車導(dǎo)電滑線的作用是：用于主鉤部分10根，其中3根連接主鉤電動機M5的定子繞組(5U、5V、5W)接線端，3根連接轉(zhuǎn)子繞組與轉(zhuǎn)子外接電阻器5R，主鉤電磁抱閘制動器YB5、YB6接交流電磁控制柜2根，主鉤上升位置開關(guān)SQ5接交流電磁控制柜與主令控制器2根；用于副鉤部分6根，其中3根連接副鉤電動機M1的轉(zhuǎn)子繞組與轉(zhuǎn)子外接電阻器1R，2根連接定子繞組(1U、1W)接線端與凸輪控制器ACl，另1根將副鉤上升位置開關(guān)SQ6接在交流保護柜上；用于小車部分5根，其中3根連接小車電動機M2的轉(zhuǎn)子繞組與

7、轉(zhuǎn)子外接電阻器2R，2根連接M2定子繞組(2U、2W)接線端與凸輪控制器AC2?；|線通常采用角鋼、圓鋼、V形鋼或工字鋼等剛性導(dǎo)體制成。2.起重用電動機的特點橋式起重機工作環(huán)境惡劣，工作性質(zhì)為短時重復(fù)工作制，拖動電動機經(jīng)常處于起動、制動、調(diào)速和反轉(zhuǎn)狀態(tài)；負載很不規(guī)律，經(jīng)常承受大的過載和機械沖擊；要求有一定的調(diào)速范圍；為此，專門設(shè)計制造了YZR系列起重及冶金用的三相感應(yīng)電動機。電動機按斷續(xù)工作設(shè)計制造，其代號為S3。在斷續(xù)工作狀態(tài)下，用負載持續(xù)率FC%來表示。 FC% = 負載持續(xù)時間/周期時間×100%一個周期通常為10，標準的負載持續(xù)率有15%、25%、40%、60%等幾種。具有較

8、大的起動轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩，適應(yīng)重載下的起動、制動和反轉(zhuǎn)。電動機轉(zhuǎn)子制成細長型，轉(zhuǎn)動慣量小，減小了起、制動時的能量損耗。制成封閉性，具有較強的機械結(jié)構(gòu)，有較大的氣隙，以適應(yīng)較多的灰塵和較大機械沖擊的工作環(huán)境；具有較高的耐熱絕緣等級，允許溫升較高。我國生產(chǎn)的冶金起重用電動機，分交流和直流兩大類。交流有JZR及JZ2兩種型號，前者為繞線型，后者為籠型。由于機械強度大，過載能力強，定子與轉(zhuǎn)子間隙大，所以，空載電流大，機械特性軟。直流電動機有ZZK及ZZ系列，都有并勵、串勵和復(fù)勵三種方式，全封閉結(jié)構(gòu)，額定電壓有220V和440V兩種。3.提升機構(gòu)與移動機構(gòu)對電力拖動自動控制的要求為提高起重機的生產(chǎn)效率和生

9、產(chǎn)安全，對起重機提升機構(gòu)電力拖動自動控制提出如下要求：（1）具有合理的升降速度?？蛰d最快，輕載稍慢，額定負載時最慢。（2）具有一定的調(diào)速范圍，普通起重機的調(diào)速范圍一般為3:1, 要求較高時為（510）。（3）提升第一擋作為預(yù)備級，以消除傳動間隙，拉緊鋼絲繩，避免過大的機械沖擊。該級起動轉(zhuǎn)矩一般限制在額定轉(zhuǎn)矩的一半以下。（4）下放重物時，依據(jù)負載的大小，拖動電動機可運行在下放電動狀態(tài)（輕載下放）、倒拉反接制動狀態(tài)（重載下放）和再生發(fā)電制動狀態(tài)，以滿足對不同負載不同下降速度的要求。（5）為保證安全可靠地工作，必須使用機械抱閘制動實現(xiàn)機械制動，或同時使用電氣制動，以減少抱閘磨損。大車和小車的運行機構(gòu)

10、對電力拖動自動控制的要求比較簡單，要求有一定的調(diào)速范圍，分幾擋進行控制；為實現(xiàn)準確停車，采用機械制動。橋式起重機應(yīng)用廣泛，起重機的電氣控制設(shè)備已經(jīng)系列化、標準化。常用的電氣設(shè)備有控制器、控制箱和控制站，可以依據(jù)拖動電機的容量、工作頻繁程度及對可靠性的要求來選擇決定。4觀摩操作為加深對橋式起重機的結(jié)構(gòu)、元器件的位置、元器件的功能、橋式起重機的操作的認識，在教師的指導(dǎo)和監(jiān)護下進行觀摩操作。(1)識別橋式起重機的主要部件，清楚其作用。(2)弄清各限位開關(guān)、安全開關(guān)安裝位置，弄清各電氣設(shè)備的安裝位置，熟悉保護控制柜、交流電磁控制柜中元器件位置，熟悉線路布線走向。(3)觀察大車、小車、吊鉤的操作和運行。

11、提示橋式起重機屬于高空作業(yè)，觀摩和檢修時必須確保安全，防止墜落事故發(fā)生；在起重機移動時不準走動，停車時走動也應(yīng)手扶欄桿，防止意外；在起重機上應(yīng)防止高空墜物造成傷人事故；參觀和檢修時應(yīng)在起重機停止作業(yè)并在切斷電源下進行。三、20/5t橋式起重機電路工作原理20/5 t橋式起重機的電路原理如圖3所示：圖3 205 t橋式起重機的電路原理圖120/5t橋式起重機電氣設(shè)備及保護裝置橋式起重機的大車橋架跨度較大，兩側(cè)裝置兩個主動輪，分別由兩臺同型號、同規(guī)格的電動機M3和M4驅(qū)動，兩臺電動機的定子并聯(lián)在同一電源上，由凸輪控制器AC3控制，沿大車軌道縱向兩個方向同速運動。位置開關(guān)SQ3和SQ4作為大車前后兩

12、個方向的終端限位保護，安裝在大車端梁的兩側(cè)。YB3和YB4分別為大車兩臺電動機的電磁抱閘制動器，當電動機通電時，電磁抱閘制動器的線圈獲電，使閘瓦與閘輪分開，電動機可以自由旋轉(zhuǎn)；當電動機斷電時，電磁抱閘制動器失電，閘瓦抱住閘輪使電動機被制動停轉(zhuǎn)。小車移動機構(gòu)由電動機M2驅(qū)動，由凸輪控制器AC2控制，沿固定在大車橋架上的小車軌道橫向兩個方向運動。YB2為小車電磁抱閘制動器，位置開關(guān)SQl、SQ2為小車終端限位提供保護，安裝在小車軌道的兩端。副鉤升降由電動機M1驅(qū)動，由凸輪控制器ACl控制。YBl為副鉤電磁抱閘制動器，位置開關(guān)SQ6為副鉤提供上升限位保護。主鉤升降由電動機M5驅(qū)動，主令控制器AC4配

13、合交流電磁控制柜(PQR)完成對主鉤電動機M5的控制。YB5、YB6為主鉤三相電磁抱閘制動器，位置開關(guān)SQ5為主鉤上升限位保護。起重機的保護環(huán)節(jié)由交流保護控制柜(GQR)和交流電磁控制柜(PQR)來實現(xiàn)，各控制電路用熔斷器FUl、FU2作為短路保護。總電源及各臺電動機分別采用過電流繼電器KA0、KAl、KA2、KA3、KA4、KA5實現(xiàn)過載和過流保護，過電流繼電器的整定值一般整定在被保護的電動機額定電流的22525倍?？傠娏鬟^載保護的過電流繼電器KA0串接在公用線的W12相中，它的線圈將流過所有電動機定子電流的和，它的整定值一般整定為全部電動機額定電流總和的1.5倍。為了保障維修人員的安全，在

14、駕駛室艙門蓋上裝有安全開關(guān)SQ7；在橫梁兩側(cè)欄桿門上分別裝有安全開關(guān)SQ8、SQ9；為了在發(fā)生緊急情況時操作人員能立即切斷電源，防止事故擴大，在保護控制柜上裝有一只單刀單擲的緊急開關(guān)QS4。上述各開關(guān)在電路中均使用常開觸頭，與副鉤、小車、大車的過電流繼電器及總過流繼電器的常閉觸頭相串聯(lián)，這樣，當駕駛室艙門或橫梁欄桿門開啟時，主接觸器KM線圈不能獲電運行，或在運行中也會斷電釋放，使起重機的全部電動機都不能啟動運轉(zhuǎn)，保證了人身安全。電源總開關(guān)QSl、熔斷器FUl與FU2、主接觸器KM、緊急開關(guān)QS4以及過電流繼電器KA0KA5都安裝在保護控制柜中。保護控制柜、凸輪控制器及主令控制器均安裝在駕駛室內(nèi)

15、，以便于司機操作。交流電磁控制柜、繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串聯(lián)的電阻箱安裝在大車橋架上。起重機的接地保護接于大車軌道上。2主接觸器KM的控制在啟動接觸器KM之前，應(yīng)將副鉤、小車、大車凸輪控制器的手柄置于“O”位，零位聯(lián)鎖觸頭ACl7、AC27、AC37(9區(qū))處于閉合狀態(tài)；關(guān)好橫梁欄桿門(SQ8、SQ9閉合)及駕駛艙門蓋(SQ7閉合)，合上緊急開關(guān)QS4。在各過電流繼電器沒有保護動作 (KA0KA4常閉觸點處于閉合狀態(tài))的情況下，按下啟動按鈕SB，接觸器KM線圈得電，主觸點閉合(2區(qū))，兩副常開輔助觸點(7區(qū)、9區(qū))閉合自鎖。KM線圈得電路徑如下：KM吸合，將兩相電源(U12、V12)引入各凸輪

16、控制器，另一相電源經(jīng)總過電流繼電器KA0后(W13)直接引入各電動機定子接線端。此時由于各凸輪控制器手柄均在零位，電動機不會運轉(zhuǎn)。3副鉤控制電路副鉤凸輪控制器ACl共有11個位置，中間位置是零位，左、右兩邊各有5個位置，用來控制電動機M1在不同轉(zhuǎn)速下的正、反轉(zhuǎn)，即用來控制副鉤的升、降。ACl共用了12副觸頭，其中4對常開主觸頭控制M1定子繞組的電源，并換接電源相序以實現(xiàn)M1的正反轉(zhuǎn)；5對常開輔助觸頭控制M1轉(zhuǎn)子電阻1R的切換；三對常閉輔助觸頭作為聯(lián)鎖觸頭，其中ACl5和ACl6為M1正反轉(zhuǎn)聯(lián)鎖觸頭，AC17為零位聯(lián)鎖觸頭。(1)副鉤上升控制在主接觸器KM線圈獲電吸合的情況下，轉(zhuǎn)動凸輪控制器AC

17、l的手輪至向上“1”檔，ACl的主觸頭V131W和U131U閉合，觸頭ACl5閉合、AC1一6和ACl7斷開，電動機M1接通三相電源正轉(zhuǎn)，同時電磁抱閘制動器線圈YBl獲電，閘瓦與閘輪分開，M1轉(zhuǎn)子回路中串接的全部外接電阻器1R啟動，M1以最低轉(zhuǎn)速、較大的啟動力矩帶動副鉤上升。轉(zhuǎn)動ACl手輪，依次到向上的“2”“5”檔位時，ACl的5對常開輔助觸頭(2區(qū))依次閉合，短接電阻1R51R1，電動機M1的提升轉(zhuǎn)速逐漸升高，直到預(yù)定轉(zhuǎn)速。由于ACl撥置向上檔位，ACl6觸頭斷開，KM線圈自鎖回路電源通路只能通過串人副鉤上升限位開關(guān)SQ6(8區(qū))支路，副鉤上升到調(diào)整的限位位置時SQ6被擋鐵分斷，KM線圈失

18、電，切斷M1電源；同時YBl失電，電磁抱閘制動器在反作用彈簧的作用下對電動機M1進行制動，實現(xiàn)終端限位保護。(2)副鉤下降控制凸輪控制器ACl的手輪轉(zhuǎn)至向下檔位時，觸頭V131U和U131W閉合，改變接入電動機M1的電源的相序，M1反轉(zhuǎn)，帶動副鉤下降。依次轉(zhuǎn)動手輪，ACl的5對常開輔助觸頭(2區(qū))依次閉合，短接電阻lR51R1，電動機M1的下降轉(zhuǎn)速逐漸升高，直到預(yù)定轉(zhuǎn)速。將手輪依次回撥時，電動機轉(zhuǎn)子回路串入的電阻增加，轉(zhuǎn)速逐漸下降。將手輪轉(zhuǎn)至“0”位時，ACl的主觸頭切斷電動機M1電源，同時電磁抱閘制動器YBl也斷電，M1被迅速制動停轉(zhuǎn)。 提示終端限位位置應(yīng)手動調(diào)整、試驗，避免發(fā)生頂撞事故。4

19、小車控制電路小車的控制與副鉤的控制相似，轉(zhuǎn)動凸輪控制器AC2手輪，可控制小車在小車軌道上左右運行。提示小車的左右兩端裝有終端限位保護，限位位置、方向應(yīng)手動調(diào)整和檢驗，確保正確可靠；小車軌道較短，應(yīng)控制小車速度，尤其是在吊鉤處于下放位置或吊有重物狀態(tài)下，以防纜繩摔動發(fā)生危險。5大車控制電路大車的控制與副鉤和小車的控制相似。由于大車由兩臺電動機驅(qū)動，因此，采用同時控制兩臺電動機的凸輪控制器AC3，它比小車凸輪控制器多五副觸頭，以供短接第二臺大車電動機的轉(zhuǎn)子外接電阻。大車兩臺電動機的定子繞組是并聯(lián)的，用AC3的四副觸頭進行控制。提示兩臺大車電磁抱閘制動器的抱閘力度調(diào)成一致，短接的電阻保持一致，確保兩

20、臺大車運行速度、運行方向一致；大修、更換電動機或凸輪控制器時應(yīng)先調(diào)試好兩臺電動機轉(zhuǎn)向，再將電動機與離合器相連，避免產(chǎn)生相反的扭力矩而發(fā)生危險。6主鉤控制電路主鉤電動機是橋式起重機容量最大的一臺電動機，一般采用主令控制器配合電磁控制柜進行控制，即用主令控制器控制接觸器，再由接觸器控制電動機。主令控制器類似凸輪控制器，不過它的觸頭小，操作較靈活，可操作頻率高，其觸頭開合表如圖123d所示。為提高主鉤電動機運行的穩(wěn)定性，在切除轉(zhuǎn)子外接電阻時，采取三相平衡切除，使三相轉(zhuǎn)子電流平衡。(1)主鉤啟動準備合上電源開關(guān)QSl (1區(qū))、QS2 (12區(qū))、QS3 (16區(qū))，接通主電路和控制電路電源，將主令控

21、制器AC4手柄置于零位，觸頭S1(18區(qū))處于閉合狀態(tài)，電壓繼電器KV線圈(18區(qū))得電吸合，其常開觸頭(19區(qū))閉合自鎖，為主鉤電動機M5啟動控制做好準備。KV為電路提供失壓與欠壓保護以及主令控制器的零位保護。(2)主鉤上升控制主鉤上升與副鉤凸輪控制器的上升動作基本相似，但它是由主令控制器AC4通過接觸器控制的?？刂屏鞒倘缦拢喝魧C4手柄逐級扳向“2”“3”“4”“5”“6”檔，主令控制器的常開觸頭S8、S9、S10、S11、S12逐次閉合，依次使交流接觸器KM5KM9線圈得電，接觸器的主觸點對稱短接相應(yīng)段主鉤電動機轉(zhuǎn)子回路電阻5R55R1，使主鉤上升速度逐步增加。(3)主鉤下降控制主鉤下

22、降有6檔位置?！癑”“1”“2”檔為制動下降位置，防止在吊有重載下降時速度過快，電動機處于倒拉反接制動運行狀態(tài)；“3”“4”“5”檔為強力下降位置，主要用于輕負載時快速強力下降。主令控制器在下降位置時，6個檔次的工作情況如下：制動下降“J”檔制動下降“J”檔是下降準備檔，雖然電動機M5加上正相序電壓，由于電磁抱閘未打開，電動機不能啟動旋轉(zhuǎn)。該檔停留時間不宜過長，以免電動機燒壞。制動下降“l(fā)”檔主令控制器AC4的手柄扳到制動下降“1”檔，觸頭S3、S4、S6、S7閉合，和主鉤上升“1”檔觸頭閉合一樣。此時電磁抱閘器松開，電動機可運轉(zhuǎn)于正向電動狀態(tài)(提升重物)或倒拉反接制動狀態(tài)(低速下放重物)。當

23、重物產(chǎn)生的負載倒拉力矩大于電動機產(chǎn)生的正向電磁轉(zhuǎn)矩時，電動機M5運轉(zhuǎn)在負載倒拉反接制動狀態(tài)，低速下放重物；反之，則重物不但不能下降反而被提升，這時必須把AC4的手柄迅速扳到制動下降“2”檔。接觸器KM3通電吸合后，與KM2和KMl輔助常開觸點(25區(qū)、26區(qū))并聯(lián)的KM3的自鎖觸點(27區(qū))閉合自鎖，以保證主令控制器AC4從制動下降“2”檔向強力下降“3”檔轉(zhuǎn)換時，KM3線圈仍通電吸合，電磁抱閘制動器YB5和YB6保持得電狀態(tài)，防止換檔時出現(xiàn)高速制動而產(chǎn)生強烈的機械沖擊。制動下降“2”檔主令控制器觸頭S3、S4、S6閉合，觸頭S7分斷，接觸器KM4線圈斷電釋放，外接電阻器全部接人轉(zhuǎn)子回路，使電

24、動機產(chǎn)生的正向電磁轉(zhuǎn)矩減小，重負載下降速度比“1”檔時加快。強力下降“3”檔下降速度與負載質(zhì)量有關(guān)，若負載較輕(空鉤或輕載)，電動機M5處于反轉(zhuǎn)電動狀態(tài)；若負載較重，下放重物的速度會很高，可能使電動機轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速，電動機M5將進人再生發(fā)電制動狀態(tài)。負載越重，下降速度越大，應(yīng)注意操作安全。強力下降“4”檔主令控制器AC4的觸頭在強力下降“3”檔閉合的基礎(chǔ)上，觸頭S9又閉合，使接觸器KM6(29區(qū))線圈得電吸合，電動機轉(zhuǎn)子回路電阻5R4被切除，電動機M5進一步加速反向旋轉(zhuǎn)，下降速度加快。另外KM6輔助常開觸點(30區(qū))閉合，為接觸器KM7線圈獲電做好準備。強力下降“5”檔主令控制器ACA的觸頭在強力下降“4”檔閉合的基礎(chǔ)上，又增加了觸頭S10、S11、S12閉合，接觸器KM7KM9線圈依次得電吸合，電動機轉(zhuǎn)子回路電阻5R3、5R2、5R1依次逐級切除，以避免過大的沖擊電流，同時電動機M5旋轉(zhuǎn)速度逐漸增加，待轉(zhuǎn)子電阻全部切除后，電動機以最高轉(zhuǎn)速運行，負載下降速度最快。此檔若下降的負載很重，當實際下降速度超過電動機的同步轉(zhuǎn)速時，電動