第4章 桥式起重机电气控制.ppt

第4章 桥式起重机电气控制,起重机是具有起重吊钩或其它取物装置（如抓斗、电磁吸铁、集装箱吊具等）在空间内实现垂直升降和水平运移重物的起重机械，广泛应用于工矿企业、车站、港口、仓库、建筑工地等部门。它对减轻工人劳动强度、提高劳动生产率、促进生产过程机械化起着重要作用，是现代化生产中不可缺少的工具。按结构的不同，起重机可分为桥式起重机、门式起重机、塔式起重机、旋转起重机及缆索起重机等。其中桥式起重机是机械制造工业和冶金工业中最广泛使用的起重机构，又称“天车”或“行车”，是一种横架在固定跨间上空用来吊运各种物件的设备。,4.1 概述,4.1.1 桥式起重机的结构,1-驾驶室 2-辅助滑线架 3-交流磁力控制盘 4-电阻箱 5-起重小车 6-大车拖动电机 7-端梁 8-主滑线 9-主梁,1桥架主梁外侧装有走台并设有安全栏杆。驾驶室一侧的走台上装有大车移行机构，另一侧走台上装有往小车电气设备供电的装置，即辅助滑线。主梁上方铺有导轨，供小车移动。,2大车移行机构大车移行机构由大车拖动电动机、传动轴、联轴节、减速器、车轮及制动器等部件构成。，整个起重机在大车移动机构驱动下，沿车间长度方向前后移动。3小车小车由小车架、小车移行机构和提升机构组成。小车架由钢板焊成，其上装有小车移行机构、提升机构、栏杆及提升限位开关。小车可沿桥架主梁上的轨道左右移行。在小车运动方向的两端装有缓冲器和限位开关。小车移行机构由电动机、减速器、卷筒、制动器等组成。4提升机构 提升机构由提升电动机、减速器、卷筒、制动器等组成。提升电动机经联轴节、制动轮、与减速器联接，减速器的输出轴与缠绕钢丝绳的卷筒相联接，钢丝绳的另一端装有吊钩，当卷筒转动时，吊钩就随钢丝绳在卷筒上的缠绕或放开而上升或下降。为小车机构传动示意图。对于起重量在15t及以上的起重机，备有两套提升机构，即主卷扬与副卷扬。,5操纵室操纵室是操纵起重机的吊舱，又称驾驶室，操纵室内有大、小车移行机构控制装置、提升机构控制装置以及起重机的保护装置等。 桥式起重机的运动形式有三种，即大车拖动电动机驱动的前后运动，小车拖动电动机驱动的左右运动以及提升电动机驱动的重物升降运动。可实现重物在垂直、横向、纵向三个方向的运动，把重物移至车间任一位置。每种运动都要求有极限位置保护。,4.1.2 桥式起重机对电力拖动和电气控制的要求,起重机处于断续工作状态，因此拖动电动机经常处于起动、制动、正反转之中；负载很不规律，时重时轻并经常承受过载和机械冲击。起重机工作环境恶劣，所以对起重机用电动机、提升机构及移行机构电力拖动提出了如下要求。具有合适的升降速度，空钩能实现快速升降，以减少辅助工时，轻载提升速度大于重载时的提升速度。具有一定的调速范围，普通起重机调速范围为3：1，对要求较高的起重机，其调速范围可达（510）：1。具有适当的低速区，在提升之初或重物接近预定位置附近时，都需要低速运行，因此，升降控制应将速度分为几档，以便灵活操作。提升第一档的作用是为了消除传动间隙，使钢丝绳张紧，为避免过大的机械冲击，这一档电动机的起动转矩不能过大，一般限制在额定转矩的一半以下。,在负载下降时，根据重物的大小，拖动电动机的转矩可以是电动转矩，也可以是制动转矩，两者之间的转换是自动进行的。为确保安全，要采用电气与机械双重制动，既减小机械抱闸的磨损，又可防止突然断电而使重物自由下落造成设备和人身事故。大车与小车移行机构对电力拖动自动控制的要求比较简单，要求有一定的速度范围，为实现准确停车，必须采用制动停车。根据拖动电动机容量的大小，常用的控制方式有两种：一种采用凸轮控制器直接控制电动机的起停、正反转、调速和制动。这种控制方式由于受到控制器触点容量的限制，故只适用于小容量起重电动机的控制。另一种采用主令控制器与磁力控制盘配合的控制方式，适用于容量较大，调速要求较高的起重电动机和工作十分繁重的起重机。对于15t以上的桥式起重机，一般同时采用两种控制方式，主提升机构采用主令控制器配合控制盘控制的方式，而大车小车移动机构和副提升机构则采用凸轮控制器控制方式。,4.2 起重机电动机的工作状态,起重机的拖动电动机是专为起重机设计的交、直流电动机，具有较高的机械强度和较大的过载能力，以适应重复短时工作制、重载下频繁起动及正反转、制动、调速要求，为减小起动和制动时的能量损失，电枢做成细长，既减小转动惯量、同时也加快过渡过程，提高电枢绕组的热能品质指标。中型起重机主要使用交流电动机，我国生产的交流起重用电动机有YZR（绕线转子型）与YZ（笼型）系列。大型起重机则主要使用直流电动机，有ZZK和ZZ系列。起重机大车和小车运行机构电动机的负载转矩为运行传动机构和车轮滚动时的摩擦阻力矩，其值为一常数，方向始终与运动方向相反。因此，大车与小车来回移动时，拖动电动机处于正向与反向电动状态运行。提升机构电动机则不然，其负载转矩除一小部分由摩擦产生的阻转矩外，主要为重物产生的重力转矩。1.当提升重物时，重力转矩起阻转矩作用；2.下放重物时，重力转矩则起原动转矩作用。3. 在空钩或轻载下放时，还可能出现重力转矩小于摩擦力矩，需要强 力下放。所以提升机构电动机将视重力负载大小不同、提升与下放的 不同，电动机将运行在不同的运行状态下。,4.2.1 提升物品时电动机的工作状态,提升物品时，电动机负载转矩TL由重力转矩TW 及提升机构摩擦阻转矩Tf两部分组成，当电动机电磁转矩T克服TL时，重物被提升；当T= TL时，重物以恒定速度提升。由此出发，可作出如图4.3所示特性，此时电动机处于正向电动状态。,4.2.2 下降物品时电动机工作状态,1.反转电动状态当空钩或轻载下放时，由于负载重力转矩小于提升机构摩擦阻转矩，此时依靠重物自身重量不能下降。为此，电动机必须向着重物下降方向产生电磁转矩，并与重力转矩一起共同克服摩擦阻转矩，强使空钩或轻载下放，这在起重机中常叫做强力下降。电动 机工作在反转电动状态，电动机运行在-na下，以na速度下放重物。,2再生制动状态 在中载或重载长距离下降重物时，可将提升电动机按反转相序接线，产生下降方向的电磁转矩T，此时T与重力转矩TW方向一致，仍如图4.4a所示，使电动机很快加速并超过电动机的同步转速。此时，转子绕组内感应电动势和电流均改变方向，产生阻止重物下降的电磁转矩。当T=TW -Tf时，电动机以高于同步转速的速度稳定运行，所以可称为超同步制动，电动机工作在再生制动状态下，以nb 转速下降重物。,3倒拉反接制动状态 在下放重型载荷时，为获得低速下降，确保起重机工作安全平稳，常采用倒拉反接制动。此时，电动机定子仍按正转提升相序接线，但在转子电路中串接较大电阻，这时电动机起动转矩小于负载转矩TL ，因此电动机就被载荷拖动，迫使电动机反转，反转以后电动机的转差率增大，转子的电动势和电流都加大，转矩也随之加大，直至T=TL ，如图4.4c所示，在nc稳定运行。此时若处于轻载下放TW时，将会出现不但不下降反而上升之后果，d点工作，以nd上升。,4.3 凸轮控制器控制原理,图4.5为凸轮控制器的结构原理图。当转轴在手柄扳动下转动时，固定在轴上的凸轮同轴一起转动，当凸轮的凸起部位支住动触点杠杆上的滚子时，将动触点与静触点分开；当转轴带动凸轮转动至凸轮凹处与滚子相对时，动触点在弹簧作用下，与静触点紧密接触，实现触点接通与断开的目的。在方轴上可以叠装不同形状的凸轮块，使一系列动触点按预先安排的顺序接通与断开。将这些触点接到电动机电路中，便可实现控制电动机的目的。,1-静触点 2-动触点 3-触点弹簧 4-复位弹簧 5-滚子 6-绝缘方轴 7-凸轮,4.3.3 凸轮控制器控制电路,1电路特点（1）可逆对称电路。凸轮控制器左右各有五个档位，采用对称接法，即手柄处在正转和反转的相应位置时，电动机工作情况完全相同。 (2) 为减少转子电阻段数及控制转子电阻的触点数，采用凸轮控制器控制绕线型电动机时，转子串接不对称电阻。（3）用于控制提升机构电动机时，提升与下放重物，电动机处于不同的工作状态。在提升重物时，控制器第一档位为预备级，第二至第五档位提升速度将逐级提高，电动机工作于电动状态。在重载下放时，电动机工作在再生发电制动状态。此时，应将控制器手柄由零位直接扳至下降第五档位，而且途径中间档位不许停留。往回操作时，也应从下降第五档位快速扳回零位，不然将引起重载高速下降，这是不允许的。轻载下放时，重物太轻，重力矩小于摩擦转矩，电动机应工作在强力下降状态。所以，该电路不能获得重载或轻载时的低速下降。为了获得下降时准确定位，采用点动操作，将控制器手柄在下降第一档与零位之间来回操作，并配合电磁抱闸来实现。,图4.8为凸轮控制器控制提升电动机的机械特性。由图可知，提升特性与下降特性对称，但“上1”特性为预备级；下降特性中A1A5各点为重载下放重物时，电动机处于再生发电制动状态的稳定工作点；B点为轻载强力下放时，电动机处于反转电动状态的稳定工作点，这些稳态工作点的转速都较高。,2控制线路分析,（1）主电路分析 Q为电源开关，YB为电磁制动器，当其电磁线圈通电时，依靠电磁力将制动器松开，当断电时，制动器将电动机刹住。电动机转子回路串联调速电阻。在控制器的不同控制位置，凸轮控制器控制转子各相电路接入不同的电阻，可得到不同的转速，实现一定范围的调速。 由图4.7可知，凸轮控制器SA在零位时有9对常开触点，3对常闭触点。其中4对触点用于电动机正反转控制；另5对触点用于接入与切除电动机转子不对称电阻。 凸轮控制器操作手柄使电动机定子和转子电路同时处在左边或右边对应各档控制位置。左右两边转子回路接线完全一样。当操作手柄处于第一档时，各对触点都不接通，转子电路电阻全部接入，电动机转速最低。而处在第五档时，5对常开触点全部接通 ，转子电路电阻全部短接，电动机转速最高。,（2）控制电路分析 凸轮控制器的另外三对触点串接在接触器KM的控制回路中，当操作手柄处于零位时，触点1-2、3-4、4-5接通，此时若按下SB则接触器得电吸合并自锁，电源接通，电动机的运行状态由凸轮控制器控制。 （3）保护联锁环节分析 控制器3对常闭触点用来实现零位保护、并配合两个运动方向的行程开关SQ1、SQ2实现限位保护。 控制电路设有过电流继电器KA1KA3实现电动机过电流保护，操纵室顶端舱口开关SQ4实现大车顶上无人且舱口关好才可开车的安全保护等。操作凸轮控制器时应注意：当控制器手柄由左扳到右，或由右扳到左时，中间必须通过零位，为减少反向冲击电流，应在零位档稍作停留，使传动机构获得平稳的反向过程。另外，在进行重载下降操作时，应先将手柄直接扳至下降第五档位，以获得重载下降的最低速度，然后再根据下降速度要求逐级将手柄扳回所需下降速度的档位。,4.4 主令控制器工作原理,4.4.1 主令控制器的结构主令控制器是用来频繁地按顺序切换多个控制电路的主令电器。它与磁力控制盘配合，可实现对起重机、轧钢机及其他生产机械的远距离控制。 主令控制器的结构示意图。它的触头较小，并采用桥式结构，触点由银质材料制成，所以操作轻便，每小时允许接电次数较多。,图4.9 主令控制器的结构示意图 1、7-凸轮块 2-接线柱 3-固定触头 4-动触头 5-支杆 6-转动轴 8-小轮,4.4.3 提升机构磁力控制器控制系统,磁力控制器由主令控制器与磁力控制盘组成。将控制用接触器、继电器、刀开关等电器元件按一定电路接线，组装在一块盘上，称作磁力控制盘。采用磁力控制器控制时，尺寸较小的主令控制器安装在驾驶室内，其余电气设备均安装在桥架上的控制盘中。具有操作轻便、维护方便、工作可靠、调速性能好等优点，但所用电气设备多，投资大且线路较为复杂。所以，一般桥式起重机同时采用凸轮控制器控制与磁力控制器控制，前者用于平移机构与副卷扬提升机构，后者用于主卷扬提升机构。当对提升机构控制要求不高时，则全部采用凸轮控制器控制系统。,4.5 15/3t（重级）桥式起重机电气控制电路,4.5.1 供电特点桥式起重机的大车与小车之间，大车与厂房之间存在着相对运动，其上的各种电气设备都由公共的交流电网供电，供电的方式通常有两种：一种是采用软电缆供电，软电缆在拉紧的钢丝绳上伸展和叠卷；另一种是采用滑线电刷供电，用主滑线将三相交流电源引入保护柜，再由辅助滑线将电源引向起重机的各个机构。15/3t（重级）桥式起重机就是采用滑线供电方式。如图4.13所示。,4.5 2 15/3t（重级）桥式起重机电气控制,图4.14为15/3t（重级）桥式起重机电气控制电路图。对于起吊负荷在15t以上的桥式起