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橋式起重機(jī)電氣工作原理與故障檢修
發(fā)布時(shí)間:2022-03-12 點(diǎn)擊:683

  橋式起重機(jī)的基本運(yùn)動形式有3種:1)起重機(jī)由大車驅(qū)動沿車間兩邊的軌道作縱向前后運(yùn)動;2)小車及提升機(jī)構(gòu)由小車電動機(jī)驅(qū)動沿橋架上的軌道作橫向左右運(yùn)動;3)升降重物時(shí)由起重電動機(jī)驅(qū)動吊鉤作垂直上下運(yùn)動。


  橋式起重機(jī)按照起重量的大小分為小型、中型和重型3個(gè)等級,其中起重量在5~10t之間的的為小型起重機(jī),起重量在15~50t之間的為中型起重機(jī),起重量在50t以上的為重型起重機(jī)。小型起重機(jī)只有一個(gè)吊鉤;15t以上的中型和重型起重機(jī)有主、副2個(gè)吊鉤。2個(gè)吊鉤的起重機(jī),其起重量可用一個(gè)分?jǐn)?shù)標(biāo)注其起重量,例如,起重量標(biāo)注為“15/3t”的起重機(jī),分子“15”表示主鉤起重量為15t,分母“3”表示副鉤起重量為3t。


  圖1所示的起重機(jī)只有一個(gè)吊鉤,屬于小型起重機(jī)。本文對小型起重機(jī)的電氣原理以及故障維修給以介紹。


  一、橋式起重機(jī)對電力拖動的要求

  1.起重電動機(jī)為重復(fù)短時(shí)工作制,電動機(jī)經(jīng)常處于啟動、制動和反轉(zhuǎn)狀態(tài),而且負(fù)載不規(guī)律,時(shí)輕時(shí)重,因此要求電動機(jī)有較強(qiáng)的過載能力。

  2.具有一定的調(diào)速范圍,普通起重機(jī)高速和低速的調(diào)速比一般為3:1,要求較高的則能達(dá)到(5~10):1。

  3.橋式起重機(jī)的大車運(yùn)行如果采用集中驅(qū)動,則為一臺大車電動機(jī);如果采用分別驅(qū)動,則由兩臺相同的電動機(jī)分別驅(qū)動左右兩邊的主動輪。

  4.為了確保安全,提升電動機(jī)應(yīng)設(shè)有機(jī)械抱閘,并配有電氣制動。

  5.由于起重機(jī)的應(yīng)用很廣泛,所以其電氣控制設(shè)備都已標(biāo)準(zhǔn)化。小型橋式起重機(jī)常采用凸輪控制器直接去控制電動機(jī)的啟動、停止、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速和制動。

  6.空鉤應(yīng)能夠快速升降,以減少輔助工時(shí);輕載時(shí)的提升速度應(yīng)大于額定負(fù)載時(shí)的提升速度。

  7.剛開始提升重物或重物下降至接近預(yù)定位置時(shí),應(yīng)能低速運(yùn)行,同時(shí)要求由高速向低速過渡時(shí)應(yīng)逐級減速以保持運(yùn)行穩(wěn)定。

  8.起重電動機(jī)的負(fù)載特點(diǎn)是負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方向并不隨電動機(jī)的轉(zhuǎn)向而改變,因此要求在下放重物時(shí)起重電動機(jī)可以工作在電動機(jī)狀態(tài)、反接制動狀態(tài)或再生發(fā)電制動狀態(tài),以滿足對不同下降速度的要求。

  9.要有完備的電氣保護(hù)與連鎖環(huán)節(jié)。對于短時(shí)的過載保護(hù),由于熱繼電器的熱慣性較大,因此起重機(jī)多采用過流繼電器做過載保護(hù)。要有失壓保護(hù)。在6個(gè)運(yùn)行方向上,除了向下運(yùn)行以外,其余5個(gè)方向均要求有行程開關(guān)作限位保護(hù)。

  二、小型橋式起重機(jī)的電氣工作原理

小型橋式起重機(jī)的電氣工作原理

  小型橋式起重機(jī)一般使用4臺電動機(jī)驅(qū)動,包括一臺吊鉤電動機(jī),一臺小車電動機(jī)和兩臺大車電動機(jī)。根據(jù)起重裝置的技術(shù)特點(diǎn),通常4臺電動機(jī)均使用繞線轉(zhuǎn)子型異步電動機(jī)。考慮到經(jīng)濟(jì)技術(shù)上的合理性要求,小型橋式起重機(jī)使用的電動機(jī)選用凸輪控制器對其啟動、調(diào)速、正反轉(zhuǎn)進(jìn)行控制。凸輪控制器的型號規(guī)格很多,圖2是KT12-25J系列凸輪控制器的外形結(jié)構(gòu)。


  1.小車控制電路

  小型橋式起重機(jī)的小車與吊鉤的控制電路幾乎相同,現(xiàn)以小車電氣控制電路為例介紹其工作原理。

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  相關(guān)電路見圖3。

  使用凸輪控制器QM(圖3中將凸輪控制器標(biāo)記為QM)可以控制繞線轉(zhuǎn)子型電動機(jī)的正反轉(zhuǎn),以及轉(zhuǎn)子繞組上串聯(lián)電阻的切除,它的手輪可向左、向右旋轉(zhuǎn),以實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)控制。每種旋轉(zhuǎn)方向各有5擋,用來依次切除繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路中的電阻,用來調(diào)節(jié)啟動電流,并可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。


  圖3電路中使用的凸輪控制器有12對觸點(diǎn),其中有4對是用來對電動機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制用的,即圖3中的觸點(diǎn)1~4;有5對是用來依次切除啟動電阻的,即圖3中的觸點(diǎn)5~9;而10~12這3對觸點(diǎn)則用于0位保護(hù)或行程保護(hù)(限位保護(hù))。


  【提示】用凸輪控制器操作控制繞線轉(zhuǎn)子型異步電動機(jī),在其轉(zhuǎn)子回路中串聯(lián)的電阻R是非對稱型的,即每相轉(zhuǎn)子繞組上串聯(lián)的電阻,阻值并不相等,這是為了在保證電動機(jī)順利啟動的前提下,盡量減小凸輪控制器的觸點(diǎn)數(shù)量。


  所謂小車的運(yùn)行控制,是對橋式起重機(jī)橋架上的起重機(jī)構(gòu)左右運(yùn)動的控制。除此之外,橋式起重機(jī)還有大車運(yùn)行的控制。大車是橋式起重機(jī)橋架整體沿軌道前進(jìn)、后退的運(yùn)動。大車的運(yùn)動應(yīng)有兩側(cè)軌道上的兩臺電動機(jī)驅(qū)動。當(dāng)然橋式起重機(jī)還有用來升降重物的吊鉤作上下垂直運(yùn)動,也須由繞線轉(zhuǎn)子型異步電動機(jī)配合凸輪控制器進(jìn)行控制。


  圖3中點(diǎn)畫線方框內(nèi)是凸輪控制器QM的電路結(jié)構(gòu),控制器的手輪左旋或右旋各有5擋,還有中間一個(gè)0位擋。與每一擋對應(yīng)的各個(gè)觸點(diǎn)的通斷情況,則須看某觸點(diǎn)在各擋位線上有無小黑點(diǎn)。有黑點(diǎn)表示接通,沒有黑點(diǎn)表示斷開。


  若啟動電動機(jī),須操作凸輪控制器使其處于0位。然后點(diǎn)按啟動按鈕SB,參見圖3,這時(shí)交流接觸器KM的線圈供電通路被接通,路徑如下:電源L3→隔離開關(guān)QS→熔斷器FU→啟動按鈕SB→凸輪控制器的觸點(diǎn)12(凸輪控制器在0位時(shí)接通)→行程開關(guān)SQ6→緊急開關(guān)SA1→電流繼電器KA2常閉觸點(diǎn)(KA2是一只雙線圈的電流繼電器)→電流繼電器KA0常閉觸點(diǎn)(KA0是一只單線圈的電流繼電器)→接觸器KM線圈→熔斷器FU→隔離開關(guān)QS→電源L1,如此接觸器KM線圈得電吸合,其主觸點(diǎn)閉合。之后接觸器KM的線圈經(jīng)過另一條通路實(shí)現(xiàn)自保持,這條通路是:電源L3→隔離開關(guān)QS→熔斷器FU→接觸器輔助常開觸點(diǎn)KM-1→凸輪控制器的觸點(diǎn)11(凸輪控制器觸點(diǎn)11在0位及右旋1~5擋時(shí)均接通)→行程開關(guān)SQ2的常閉觸點(diǎn)→接觸器輔助常開觸點(diǎn)KM-2→行程開關(guān)SQ6→緊急開關(guān)SA1→電流繼電器KA2常閉觸點(diǎn)→電流繼電器KA0常閉觸點(diǎn)→接觸器KM線圈→熔斷器FU→隔離開關(guān)QS→電源L1。


  這時(shí)由于凸輪控制器處在0位,其它觸點(diǎn)1、2、3、4、5、6、7、8、9均斷開,所以這時(shí)電動機(jī)處于待啟動狀態(tài)。如果需要橋式起重機(jī)的小車向右移動,則將凸輪控制器手輪向右旋轉(zhuǎn)至1擋,由圖3可見,其觸點(diǎn)1、3閉合,L1和L2相電源經(jīng)接觸器KM的主觸點(diǎn)、電流繼電器的線圈、凸輪控制器的觸點(diǎn)1、3送達(dá)電動機(jī)的定子繞組,而L3相電源也同時(shí)送達(dá)電動機(jī)的定子繞組,電動機(jī)M2開始啟動。由于此時(shí)凸輪控制器的觸點(diǎn)5、6、7、8、9均不閉合,所以,電動機(jī)的轉(zhuǎn)子回路接入全部電阻進(jìn)入啟動狀態(tài)。電阻值此時(shí)**大,限制了啟動電流,也保證了較大的啟動轉(zhuǎn)矩。


  隨著電動機(jī)轉(zhuǎn)速的逐漸增高,轉(zhuǎn)子電流也相應(yīng)減小,即可將凸輪控制器的手輪由1擋轉(zhuǎn)向2擋,此時(shí)會有一段電阻被切除,電動機(jī)轉(zhuǎn)速會有加速。隨著手輪擋位的逐次旋轉(zhuǎn),當(dāng)旋轉(zhuǎn)至5擋時(shí),轉(zhuǎn)子回路中的電阻將全部切除,電動機(jī)即可進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。


  當(dāng)然,橋式起重機(jī)的小車左右運(yùn)動的行程畢竟不會很長,所以,也可根據(jù)運(yùn)行情況,將手輪停留在1~5擋中間的一個(gè)合適擋位,讓小車以一個(gè)合適的速度移動。并不一定需要每次移動小車都將凸輪控制器旋轉(zhuǎn)至5擋的較高行走速度。


  當(dāng)小車向右移動到極限位置,司機(jī)因故未能及時(shí)將手輪回轉(zhuǎn)至零位停車時(shí),將會撞擊到行程開關(guān)SQ2,這會使交流接觸器線圈斷電,保護(hù)設(shè)備安全。保護(hù)停機(jī)后,制動電磁鐵YB2線圈也同時(shí)斷電,對小車進(jìn)行制動。


  若遇這種情況,司機(jī)應(yīng)在保護(hù)停機(jī)后,將凸輪控制器的手輪操作至0位,點(diǎn)按按鈕SB使接觸器KM線圈得電動作,然后操作凸輪控制器的手輪向左旋轉(zhuǎn),讓小車離開保護(hù)停機(jī)的位置。


  小車向左移動時(shí),接觸器KM線圈得電的電路通道與向右移動相同,而接觸器的自保持電路略有不同,這個(gè)自保持通路是:電源L3→隔離開關(guān)QS→熔斷器FU→接觸器輔助常開觸點(diǎn)KM-1→凸輪控制器的觸點(diǎn)10→行程開關(guān)SQ1的常閉觸點(diǎn)→接觸器輔助常開觸點(diǎn)KM-2→行程開關(guān)SQ6→緊急開關(guān)SA1→電流繼電器KA2常閉觸點(diǎn)→電流繼電器KA0常閉觸點(diǎn)→接觸器KM線圈→熔斷器FU→隔離開關(guān)QS→電源L1。


  在凸輪控制器手輪左旋操作時(shí),電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向與右旋時(shí)相反,這是由于凸輪控制器的觸點(diǎn)在手輪左旋時(shí),其觸點(diǎn)2、4接通(見圖3),這與手輪右旋時(shí)觸點(diǎn)1、3接通不同,它使加到電動機(jī)定子繞組上的電源相序發(fā)生了變化,從而實(shí)現(xiàn)了電動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的轉(zhuǎn)變。


  繼續(xù)左旋凸輪控制器手輪,同樣可以逐次切除電阻并調(diào)速。

  圖3中,有幾個(gè)元器件的編號順序不是從1開始,例如電動機(jī)M2,制動電磁鐵YB2;或者未與已有的同類元件順序編號,例如行程開關(guān)SQ6。這是因?yàn)閳D3電路是橋式起重機(jī)整機(jī)電路的一部分,元件編號是其在整機(jī)電路中的編號。這里分析了起重機(jī)整機(jī)電路中的小車電路,為分析整機(jī)電路打下了基礎(chǔ)。整機(jī)電路中的小車電路將繪制的更加簡潔。


  2.橋式起重機(jī)的整機(jī)電路

  圖4是橋式起重機(jī)的整機(jī)電路,包括QM1(凸輪控制器1)控制的吊鉤電動機(jī)電路(在圖4中的3區(qū))、QM2控制的小車電動機(jī)電路(在圖4中的4區(qū))和使用QM3控制的兩臺大車電動機(jī)M3和M4的控制電路(在圖4中的5區(qū));R1~R4分別為4臺電動機(jī)轉(zhuǎn)子電路串入的調(diào)速電阻;YB1~YB4分別為4臺電動機(jī)的制動電磁鐵。過流繼電器KA0~KA4用作過電流保護(hù),其中KA1~KA4為雙線圈式,分別保護(hù)電動機(jī)M1~M4;KA0為單線圈式,串聯(lián)在主電路的一相電源線中,作為電路的總保護(hù)。


  橋式起重機(jī)的保護(hù)電路在圖4中的6~9區(qū),保護(hù)功能包括零壓、0位、過流、行程終端限位保護(hù),以及駕駛室艙門開關(guān)SQ6、橫梁欄桿門開關(guān)SQ7和SQ8的安全保護(hù)等。


  由于在橋式起重機(jī)控制電路中,需要保護(hù)的電動機(jī)有4臺,而且保護(hù)種類較多,因此,在接觸器KM的線圈回路中串聯(lián)的觸點(diǎn)也較多,這些觸點(diǎn)有:KA0~KA4這5只過電流繼電器的常閉觸點(diǎn);SA1緊急停車開關(guān)(緊急情況出現(xiàn)時(shí)切斷總電源);SQ6駕駛室艙門安全開關(guān);SQ7和SQ8橫梁欄桿門的安全開關(guān)(SQ6~SQ8連接的是其常開觸點(diǎn),相關(guān)的門關(guān)閉后才能將其壓合至閉合狀態(tài)。所以,若有任何一個(gè)安全門沒有關(guān)閉,按壓啟動按鈕也不能使接觸器KM通電);與接觸器KM的線圈回路串聯(lián)的觸點(diǎn)還有3臺凸輪控制器的0位保護(hù)觸點(diǎn),即QM1、QM2的觸點(diǎn)12(在圖4中的7區(qū))和QM3的觸點(diǎn)17(在圖4中的7區(qū));另外,橋式起重機(jī)的大車、小車和吊鉤共有前后、左右、上下6個(gè)方向的運(yùn)動,除了吊鉤下降不需要限位保護(hù)外,其余5個(gè)方向都需要行程終端限位保護(hù),實(shí)施5個(gè)限位保護(hù)的行程開關(guān)的常閉觸點(diǎn)SQ1~SQ5也串聯(lián)在接觸器KM線圈的自保持電路中,這5個(gè)行程開關(guān)處在圖4電路圖中的6區(qū)。


  表1 行程開關(guān)與受保護(hù)電器的關(guān)聯(lián)關(guān)系

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  圖4整機(jī)電路中的大車控制電路,用一臺凸輪控制器QM3(在圖4中的5區(qū))控制兩臺繞線轉(zhuǎn)子型電動機(jī)M3和M4(在圖4中的5區(qū))。這里使用的凸輪控制器,與僅能控制一臺電動機(jī)的凸輪控制器不同。前者有17對觸點(diǎn),后者僅有12對觸點(diǎn)。兩種凸輪控制器的相同之處是:(1)都使用觸點(diǎn)1~4控制受控電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向;(2)都使用觸點(diǎn)5~9依次切除一臺繞線轉(zhuǎn)子型電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路中的串聯(lián)的電阻。它們的不同之處是:(1)凸輪控制器QM3多了5個(gè)觸點(diǎn),即觸點(diǎn)10~14,這5個(gè)觸點(diǎn)用于依次切除電動機(jī)M4轉(zhuǎn)子回路中的串聯(lián)的電阻;這5個(gè)觸點(diǎn)和電動機(jī)M4在圖4中的5區(qū);(2)兩種凸輪控制器用于0位保護(hù)和限位保護(hù)的3個(gè)觸點(diǎn)的編號不同,詳見圖4中的6區(qū)和7區(qū)電路。圖4電路中,4臺電動機(jī)各有自己的制動電磁鐵YB1~YB4,只要電動機(jī)處于斷電停機(jī)狀態(tài),制動電磁鐵就對電動機(jī)進(jìn)行制動,從而保證設(shè)備安全。三、橋式起重機(jī)電氣故障的維修處理橋式起重機(jī)電氣故障的維修處理方法參閱表2。

  表2 橋式起重機(jī)電氣故障的維修處理方法

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