第四章 起重运输设备的电气控制文档格式.docx
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小车安放在桥架导轨上，可顺车间宽度方向移动。
小车主要由钢板焊接而成的小车架以及其上的小车移行机构和提升机械等组成。
小车移行机构由小车电动机、制动器、联轴节、减速器及车轮等组成。
小车电动机经减速器驱动小车主动轮，拖动小车沿导轨移动，由于小车主动轮相距较近，故由一台电动机驱动。
（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。
图4—3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，即主钩与副钩。
（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。
操纵室一般固定在主梁的一端，也有少数装在小车下方随小车移动的。
操纵室上方开有通向走台的舱口，供检修大车与小车机械与电气设备时人员上下用。
2、桥式起重机主要技术参数
桥式起重机的主要技术参数有：
起重量、跨度、起升高度、运行速度、提升速度、工作类型及通电持续率等。
（1）起重量
起重量又称额定起重量，是指起重机实际允许的起吊最大负荷量，以t为单位。
我国生产的桥式起重机系列其起重量有5、10、15/3、20/5、30/5、50/10、75/20、100/20、125/20、150/30、200/30、250/30t等多种。
数字的分子为主钩起重量，分母为副钩起重量。
（2）跨度
起重机主梁两端车轮中心线间的距离，即大车轨道中心线间的距离称为跨度，以m为单位。
我国生产的桥式起重机系列跨度为10.5、13.5、16.5、19.5、22.5、25.5、28.5、31.5m等各种。
（3）起升高度
吊具或抓物装置的上极限位置与下极限位置之间的距离，称为起重机的起升高度，以m为单位。
一般常用的起升高度有12、16、12/14、12/18、16/18、19/21、20/22、21/23、22/26、24/16m等几种。
其中分子为主钩起升高度，分母为副钩起升高度。
（4）运行速度
运行机构在拖动电动机额定转速下运动的速度，以m/min为单位。
小车运行速度一般为40～60m/min，大车运行速度一般为100～135m/min。
（5）提升速度
提升机构在提升电动机额定转速时，取物装置上升的速度，以m/min为单位。
一般提升速度不超过30m/min，依货物性质、重量、提升要求来决定。
（6）工作类型
起重机按其载荷率和工作繁忙程度可分为轻级、中级、重级和特重级四种工作类型。
1）轻级工作速度低，使用次数少，满载机会少，通电持续率为15%。
用于不需紧张及繁重工作的场所，如在水电站、发电厂中用作安装检修用的起重机。
2）中级经常在不同载荷下工作，速度中等，工作不太繁重，通电持续率为25%，如一般机械加工车间和装配车间用的起重机。
3）重级工作繁重，经常在重载荷下工作，通电持续为40%，如冶金和铸造车间内使用的起重机。
4）特重级经常吊额定负荷，工作特别繁忙，通电持续为60%，如冶金专用的桥式起重机。
（7）通电持续率
由于桥式起重机为断续工作，其工作的繁重程度用通电持续率JC%表示。
通电持续率为工作时间与周期时间之比，即
一个周期通常定为10min。
标准的通电持续率规定为15%、25%、40%、60%四种。
3、桥式起重机对电力拖动的要求
起重机处于继续工作状态，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如下要求。
（1）对起重机用电动机的要求
1）为满足起重机重复短时工作制的要求，其拖动电动机按相应的重复短时工作制设计制造或选型，且用通电持续率JC%表示。
2）为适应频繁的重载下起动，要求电动机具有较大的起动转矩和过载能力。
3）为适应频繁起动、制动，加快过渡过程和减小起动损耗，起重电动机的转动惯量CD2应较小，在结构特征上，转子长度与直径之比值较大。
4）为获得不同运行速度，采用绕线型异步电动机转子串电阻调速。
5）为适应恶劣环境和机械冲击，电动机采用封闭式，且具有坚固的机械结构，较大的气隙，采用较高的耐热绝缘等级。
现在我国生产的新系列起重用电动机为YZR与YZ系列，前者为绕线型异步电动机，后者为笼型异步电动机。
起重用电动机铭牌上标有JC%为25%时的额定功率，当电动机工作在JC%值不为25%时，该电动机容量按下式近似计算：
（4-1）
式中PJC——任意JC%下的功率，单位为kW；
P25——JC%=25%时的电机容量，单位为kW。
（2）提升机构与移行机构对电力拖动的要求
为提高起重机的生产率与安全性，对提升机构电力拖动自动控制提出如下要求：
1）具有合适的升降速度，空钩能实现快速升降，轻载提升速度大于重载时的提升速度。
2）具有一定的调速范围，普通起重机调速范围3∶1，对要求较高的起重机，其调速范围可达（5～10）∶1。
3）具有适当的低速区。
当提升重物开始或下降重物至预定位置之前，都要求低速。
为此，往往在30%额定速度内分成若干档，以便灵活选择。
但由高速向低速过渡时应逐级减速，以保持稳定运行。
4）提升的第一档作为预备档，用以消除传动系统中的齿轮间隙，将钢丝绳张紧，避免过大的机械冲击。
预备级的起转矩一般限制在额定转矩的一半以下。
5）负载下放时，根据负载大小，提升电动机既可工作在电动状态，也可工作在倒拉反接制动状态或再生发电制动状态，以满足对不同下降速度的要求。
6）为保证安全可靠地工作，不仅需要机械抱闸的机械制动，还应具有电气制动，以减轻机械抱闸的负担。
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，要求有一定的调速范围，为实现准确停车，必须采用制动停车。
由于桥式起重机应用广泛，起重机的电气设备均已系列化、标准化、可根据电动机容量、工作频繁程度以及对可靠性的要求等来选择。
4、起重用电动机的工作状态
对于移行机构拖动电动机，其负载为摩擦转矩，它始终为反抗转矩。
所以移行机构拖动电动机工作在正反向电动状态。
可是，对于提升机构而言情况则比较复杂，除存在较小的摩擦转矩外，主要是重物和吊钩的重力矩。
重力矩提升时呈现为阻转矩；
下降时动员呈现为驱动转矩。
所以，提升机构工作时，拖动电动机依负载情况不同，工作状态也不一样。
（1）提升重物时电动机工作状态
提升重物时，电动机承受两个阻转矩，一个是重物自重产生的位能性转矩TW；
另一个是在提升过程中传动系统存在的摩擦转矩Tf。
当电动机电磁转矩T克服这两个阻转矩时，重物将被提升，如图4—4所示。
当T=TW+Tf时，电动机稳定运行在机械特性a点处，以na转速提升重物，电动机工作在电动状态。
而在起动时，为获得较大的起动转矩，减小起动电流，往往在绕线型异步电动机转子电路中串入电阻，然后再依次切除，使提升速度逐渐升高，最后达到预定提升速度。
（2）下降重物时电动机工作状态
1）反转电动状态当空钩或轻载下放重物时，由于负载的位能转矩TW小于摩擦转矩Tf，这时依靠重物自重不能下降，为此电动机必须依重物下降方向施加电磁转矩T强迫使重物或空钩下放。
如图4—5a中所示，此时T与TW方向一致，当T+TW=Tf时，将稳定运行在机械特性的a点，以na转速下放。
此时电动机工作在反转电动机状态，又称强力下放重物。
2）再生发电制动状态当重载下放时，若拖动电动机按反转接线，此时电磁转矩T方向与位能转矩TW方向相同，这时电动机将在TW作用下加速旋转，当n=n0时，T=0，但电动机在TW作用下仍加速，使n>
n0，于是电动机的电磁转矩T方向与TW方向相反，而成为阻转矩了，当T+Tf=TW时，电动机稳定运行在图4—5b中的b点上，以高于电动机同步转速的速度一nb稳定下降，这时电动机工作在再生发电制动状态。
再生发电制动下放是超同步转速下放，为使下放速度不致过高，应运行在较硬的机械特性上，最好运行在转子电阻全部切除的特性上。
3）倒拉反接制动状态当负载较重，为获得低速下降，可采用倒拉反接制动下放。
这时电动机按正转接线，产生向上的电磁转矩T，这时T与位能转矩TW相反，成为阻碍重物下放的制动转矩，以此来减低重物下放速度。
如图4—5c所示，当T+Tf=TW时，电动机稳定运行在机械特性曲线c点上，以-nc转速下放。
为低速下放重载，电动机转子中应串入较大电阻，特性较软为好。
4.2凸轮控制器及其控制电路
凸轮控制器是一种大型手动控制电器，是起重机上重要的电气制作设备之一，用以直接操作与控制电动机的正反转、调速、起动与停止。
应用凸轮控制器控制电动机控制电路简单，维修方便，广泛用于中、小型起重机的平移机构和小型起重机提升机构的控制中。
1、凸轮控制器的结构
凸轮控制器从外部看，由机械结构、电气结构、防护结构等三部分组成。
其中手柄、转轴、凸轮、杠杆、弹簧、定位棘轮为机械结构。
触头、接线柱和联板等为电气结构。
而上下盖板、外罩及灭弧罩等为防护结构。
图4—6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柱带动动触点杠杆上的滚子时，便将动触点与静触点分开；
当转轴带动凸轮转动在凸轮凹处与滚子相对时，动触点在弹簧作用下，使动静触点紧密接触，从而实现触点接通与断开的目的。
在方轴上以能叠装不同形状的凸轮块，以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。
2、凸轮控制器型号与主要技术性能
目前我国生产的凸轮控制器主要有KT10、KT14型。
额定电流有25A、60A。
其中KT10型触点为单断点转动式，具有钢质灭弧罩，操作方式有手轮式与手柄式两种；
KT14型触点为双断点、直动式，采用半封闭式纵缝陶土灭弧罩，只有手柄式操作一种。
型号意义如下：
KT□—□□/□
凸轮控制器线路特征代号
交流；
J
设计代号额定电流
凸轮控制器按重复短时工作制设计，其通电持续率为25%。
如用于间断长期工作制时，其发热电流不应大于额定电流。
凸轮控制器技术数据见表4—1。
表4—1凸轮控制器主要技术数据
型号
额定电流；
A
工作位置数
触
点
数
在JC%=25%时控制电动机功率P/kW
使用场合
向前
（上升）
向后
（下降）
制造厂样本数字
设计手册推荐数字
KT10-25J/1
KT10-25J/2
KT10-25J/3
KT10-25J/5
KT10-25J/7
25
5
1
12
13
9
17
7
11
2×
7.5
3.5
控制一台绕线型电动机
同时控制两台绕线型电动机，定子电路由接触器控制
控制一台笼型电动机
同时控制两台绕线型电动机
控制一台转子串频敏变阻器的绕线型电动机
控制器在工作图上以其圆柱表面的展开图来表示的，竖虚线为工作位置，横虚线为触点位置，在横竖两条虚线交点处若用黑点标注，则表明控制器在该位置这一触点是闭合接通的，若无黑圆点标注，则表明该触点在这一位置是断开的。
可见图4—7所示凸轮控制器控制原理图。
3、凸轮控制器控制电路
图4—7为KT10—25J/1、KT14—25J/1、KT10—60J/1、KT14—61J/1型凸轮控制器原理图，用来控制起重机的平移或提升机构电动机。
（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，即控制器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）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，而且途经中间档位不许停留。
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。
在轻载下放时，由于重物太轻，甚至重力矩小于摩擦转矩，为此电动机应工作在强力下降状态。
所以，该控制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，即将控制器手柄在下降第一档与零位之间来回操作，并配合电磁阀抱闸来实现。
图4—8为凸轮控制器控制提升电动机机械特性。
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A1～A5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）控制电路分析
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对主触点用于电动机正反转控制；
另5对主触点用于接入与切除电动机转子不对称电阻。
控制器3对常闭触点来实现零位保护、并配合两个运动方向的行程开关，SQ1、SQ2来实现限位保护。
控制电路设有过电流继电器KA1～KA3实现电动机过电流保护，紧急事故开关SQ3实现事故保护，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：
当将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，为减小反向冲击电流，应在零位档稍作停留，同时也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推回至所需下降速度的档位。
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。
4.3主令控制器与交流磁力控制盘
凸轮控制器控制电路具有结构简单、维修方便、经济性能好等优点。
但由于控制器触点直接用来控制电动机主电路，所以要求触点容量大，这样，控制器便体积大，操作不灵活，并且不能获得低速下放重物。
为此，当电动机容量较大，工作繁重，操作频繁，调速性能要求较高时，往往采用主令控制器操作。
由主令控制器的触点来控制接触器，再由接触器来控制电动机。
这样，控制器的触点容量可大大减小，操作更为轻便。
同时，通过接触器来控制电动机可获得较好的调速性能，更好地满足起重机的控制要求。
1、主令控制器
主令控制器是用以频繁切换复杂的多回路控制电路的主令电器。
主要用作起重机、轧钢机及其他生产机械磁力控制盘的主令控制。
主令控制器的结构与工作原理基本上与凸轮控制器相同，也是利用凸轮来控制触点的断合。
在方形转轴上安装一串不同形状的凸轮块，就可获得按一定顺序动作的触点。
即使在同一层，不同角度及形状的凸块，也能获得当手柄在不同位置时，同一触点接通或断开的效果。
再由这些触点去控制接触器，就可获得一定要求动作的电路了。
2、主令控制器型号及主要技术性能
目前生产和使用的主令控制器主要有LK14、LK15、LK16型。
其主要技术性能为：
额定电压为交流50Hz、380V以下及直流220V以下；
额定操作频率为1200次/h。
表4—2为LK14型主令控制器的技术数据。
表4—2LK14型主令控制器的主要技术数据
额定电压V
额定电流A
控制电路数
外形尺寸mm
LK14-12/90
LK14-12/96
LK14-12/97
380
15
227×
220×
300
主令控制器根据所需操作位置数、控制电路数、触点闭合顺序以及长期允许电流大小来选择。
在起重机中，主令控制器是与磁力控制盘相配合来实现控制的，因此，往往根据磁力控制盘型号来选择主令控制器。
3、交流磁力控制盘
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。
交流起重机用磁力控制盘按控制对象又可分为平移机构控制盘与升降机构控制盘，前者为PQY系列，后者为PQS系列。
按控制电动机台数和线路特征分为：
PQY1系列：
控制1台电动机；
PQY2系列：
控制两台电动机；
PQY3系列：
控制3台电动机，允许1台单独运转；
PQY4系列：
控制4台电动机，分为两组，允许每组电动机单独运转。
PQS1系列：
控制1台升降电动机；
PQS2系列：
控制两台升降电动机，允许1台单独运转；
PQS3系列：
控制3台升降电动机，允许1台单独运转，并可直接进行点动操作。
上述两个系列是全国统一设计的新系列产品。
但目前各工矿企业仍大量使用旧型号的交流磁力控制盘。
如平移机械使用PQR9、PQR9A、PQR9B及PQX6401等系列，升降机构使用PQR10、PQR10A、PQR10B及PQX6402等系列。
为适应目前维修、使用这些旧型号产品的需要，现先对PQR10A控制盘与KL1-12/90型主令控制器构成的磁力控制器控制系统进行分析，然后再对PQY、PQS等新系列交流磁力控制盘控制系统作一简介。
4.4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PQR10A系列控制盘组成。
采用磁力控制器控制时，只有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钩提升机构，后者用于主钩提升机构。
当对提升机构控制要求不高时，则全部采用凸轮控制系统。
图4—9为提升机构磁力控制器控制系统电路图。
图中主令控制器SA有12对触点，“提升”、“下降”各有6个工作位置。
通过这12对触点的闭合与开断，来控制电动机定子与转子电路的接触器，实现电动机工作状态的改变，拖动吊钩按不同速度提升与下降。
由于主令控制器为手动操作，所以电动机工作状态的变换是由操作者来掌握的。
KM1、KM2为电动机正反转接触器，KM3为制动接触器，控制三相交流电磁制动器YB；
KW4、KM5为反接制动接触器，KM6～KM9为起动加速接触器，用来控制电动机转子电阻；
最后转子中还有一段常串电阻，用来软化机械特性。
（1）提升重物时电路工作情况
“提升”有6个档位。
当SA手柄扳到“上1”档位时，控制器触点SA3、SA4、SA6和SA7闭合，接触器KM1、KM3和KM4通电吸合，电动机按正转相序接通电源，制动电磁铁YA通电，电磁抱闸松开，短接一段转子电阻，电动机工作在图4—10所示上1机械特性上。
由于该特性对应的起动转矩小，一般吊不起重物，只作为张紧钢丝绳，消除吊钩传动系统齿轮间隙的预备起动级。
当主令控制器手柄依次扳到上升第2、3、4、5、6档位时，控制器触点SA8～SA12依次闭合，接触器KM5～KM9相继通电吸合，逐级短接转子各段电阻，获得如图4—10中上2～上6机械特性，得到5种提升速度。
由于在“提升”各位置，主令控制器触点SA3始终闭合，将上升行程开关SQ1始终串接在提升电路中，实现提升的限位保护。
（2）下降重物时电路工作情况
下降重物时，主令控制器也有6个档位，但根据重物重量，可使电动机工作在不同状态。
若重载下降，要求低速，电动机可工作在倒拉反接制动状态；
若为空钩或轻载下降，而重力矩不足以克服摩擦力矩时，必须采用强迫下降。
前者电动机按正转提升相序接线，而后者电动机按下降反转相序接线。
在主令控制器下降的6个档位中，前3个档位即J、下1、下2这3个位置为制动下降；
后3个档位即下3、下4、下5为强力下降。
1）制动下降主令控制器手柄置于“下降”前三个位置（J、下1、下2）时，电动机定子仍按正转提升时电源相序接线，触点SA6闭合，接触器KM1通电，这时转子电路串入较大电阻。
此时，在重力矩作用下克服电动机电磁转矩与摩擦转矩，迫使电动机反转，获得重载时的低速下降。
具体电路工作情况如下：
当手柄置于“J”档位时，触点SA4断开，KM3断电释放，YB断电释放，电磁抱闸将拖动电动机闸住。
同时触点SA3、SA6、SA7、SA8闭合，使接触器KM1、KM4、KM5通电，电动机定子按正转提升相序接通电源，转子短接两段电阻，产生一个提升方向的电磁转矩，与向下方向的重力转矩相平衡，配合电磁抱闸牢牢地将吊钩及重物闸住。
所以，在“J”位一般用于提起重物后，稳定地停在空中或移行；
另一方面，当重载时，控制器手柄由下降其他位置扳回“0”位时，在通过“J”位时，既有电动机的倒拉反接制动，又有机械抱闸制动，在两者的作用下有效地防止溜钩，实现可靠停车。
在“J”档位与“上2”档位所串转子电阻相同，所以“J”特性为“上2”特性在第四象限的延伸。
当手柄置于“下1”与“下2”档位时，触点SA4闭合，KM3通电吸合，YB通电，电磁抱闸松开；
同时触点SA8、SA7相继断开，KM5、KM4相继断电释放，依次串入转子电阻，使电动机机械特性逐级变软，获得图4—10机械特性中第四象限的下1、下2两条特性，电动机产生的电磁转矩逐级减小，工作在倒拉反接制动状态，得到两级重载下降速度。
但对于轻载或空钩下放时，切不可将主令控制器手柄停留在“下1”或“下2”档位，因为这时电动机产生的电磁转矩将大于负载转矩，以致电动机不处于倒拉反接制动下放而成为电动提升，造成轻载或空钩时不
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