100吨门座吊排除及改进.docx

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100吨门座吊排除及改进

100吨门座吊主钩故障排除及改进

目录

摘要………………………………………………………………………………1

前言………………………………………………………………………………2

第一章门座起重机………………………………………………………………3

1.1概述…………………………………………………………………3

1.2简史…………………………………………………………………6

1.3分类……………………………………………………………………7

1.4组成……………………………………………………………………7

第二章电路分析……………………………………………………………7

2.1降低电源电压调速概述………………………………………………8

2.2减弱磁通调速………………………………………………………9

第三章故障产生原因分析…………………………………………………10

3.1故障产生原因分析……………………………………………………10

3.2主要故障…………………………………………………………10

第四章故障排除与实施…………………………………………………………11

结论……………………………………………………………………………14

…………………………………………………………………14

摘要

本文以100吨门座吊主钩为例，论述100吨门座吊主钩直流电动机的调速原理。

并从直流电动机的调速原理着手用理论结合实际的方法分析故障产生原因，并使用新产品新工艺加以可编程控制器改造排除故障的过程和方法。

关键词：

直流电动机弱磁调速调压调速可编程控制器

前言

造船事业部船台造船主要起重设备为两台100吨门座吊，它们生产任务繁忙,经常须要加班工作。

为使船台造船周期得到保证，设备可靠性显得尤为重要。

100吨门座吊经常在生产任务繁忙时出现主钩故障对船台造船分段吊装等起重作业产生严重影响。

由于它们工作原理大致相同，主钩都使用直流调速电动机。

为此我们从理论分析入手，找出故障原因彻底排除故障，通过使用新产品新工艺加以改造使设备安全可靠运行。

第一章门座起重机

1.1概述

可转动的起重装置（简称转动部分）装在门形座架上的一种臂架型起重机。

门形座架的4条腿构成4个“门洞”，可供铁路车辆和其他车辆通过。

门座起重机大多沿地面或建筑物上的起重机轨道运行，进行起重装卸作业。

门座呈“Γ”字形的起重机称半门座起重机,其运行轨道的一侧设在地面上，另一侧设在高于地面的建筑物上。

1.2发展史

　门座起重机是随着港口事业的发展而发展起来的。

1890年,第一次将幅度不可变的固定式可旋转臂架型起重机装在横跨于窄码头上方的运行式半门座上，成为早期的港用半门座起重机。

随着码头宽度的加大,门座和半门座起重机并列发展，并普遍采用俯仰臂架和水平变幅系统。

第二次世界大战后，港用门座起重机迅速发展。

为便于多台起重机对同一条船进行并列工作,普遍采用了转动部分与立柱体相连的转柱式门座起重机（图1）,或转动部分通过大轴承与门座相连的滚动轴承式支承回转装置,以减小转动部分的尾径,并采用了减小码头掩盖面（门座主体对地面的投影）的门座结构。

在发展过程中，门座起重机还逐步推广应用到作业条件与港口相近的船台和水电站工地等处。

门座起重机门座起重机

1.3分类

按用途可分为3类：

①装卸用门座起重机:

主要用于港口和露天堆料场，用抓斗或吊钩装卸。

起重量一般不超过25吨，不随幅度变化。

工作速度较高，故生产率常是重要指标。

②造船用门座起重机：

主要用于船台、浮船坞和舣装现场，进行船体拼接、设备舣装等吊装工作，用吊钩作为吊具。

最大起重量达300吨,幅度大时起重量相应减小。

有多档起升速度，吊重轻时可提高起升速度。

有些工作机构还备有微动装置，以满足安装要求。

门座高度大者，可适应大起升高度和大幅度作业的要求，但工作速度较低，作业生产率不高。

③建筑安装用门座起重机：

主要用在水电站进行大坝浇灌、设备和预制件吊装等，一般用吊钩。

起重量和工作速度一般介于前两类起重机之间。

它具有整机装拆运输性好、吊具下放深度大、能较好地适应临时性工作和栈桥上工作等的特点。

1.4组成

 门座起重机有起升、回转、变幅和运行机构，前3种机构装在转动部分上,每一周期内都参加作业。

转动部分上还装有可俯仰的倾斜单臂架或组合臂架及司机室。

运行机构装在门座下部，用以调整起重机的工作位置带斗门座起重机（图2）还装有伸缩漏斗、带式输送机等附加设备，以提高门座起重机用抓斗装卸散状物料时的生产率。

除电气保护装置外，还装有起重量或起重力矩限制器、起重机夹轨器等安全装置。

　　水平变幅系统 　门座起重机大多采用水平变幅系统。

①重物和臂架系统各自的重心在变幅过程中几乎无垂直位移。

其方法之一是靠增设活动平衡重来平衡臂架系统俯仰时的合成重心的升降变化。

这种方法布置较方便,工作也较可靠，应用广泛。

方法之二是靠臂架系统的机构特性来保证变幅时合成重心的移动轨迹接近水平线，无活动平衡重。

②所吊重物在变幅过程中沿着近于水平线的轨迹移动，可采用补偿法和组合臂架法。

补偿法是通过特种储绳系统在变幅过程中自动收放相应起升绳，以补偿臂架升降造成的吊具垂直位移。

组合臂架法是依靠组合臂架的机构特性保证臂端在变幅过程中接近水平移动。

两种方法都得到广泛应用。

第二章电路分析

图1主钩主回路电路图

2.1降低电源电压调速

电动机的工作电压不允许超过额定电压，因此电枢电压只能在额定电压以下进行调节。

降低电源电压调速的原理及调速过程可用图1和图2说明。

设电动机拖动恒转矩负载TL在固在特性上A点运行，其转速为nN。

若电源电压由UN下降至U1，则达到新的稳态后，工作点将移到对应人为特性曲线上的B点，其转速下降为n1。

从图中可以看出，电压越低，稳态转速也越低。

转速由nN下降至n1的调速过程如下：

电动机原来在A点稳定运行时，Tem=TL，。

当电压降至U1后，电动机的机械特性变为直线n01B。

在降压瞬间，转速n不突变，Ea不突变，所以Ia和Tem突然减小，工作点平移到A’点。

在A’点，Tem

Tem=TL，此进电动机便在较低转速n1下稳定运行。

降压调速过程与电枢串电阻调速过程类似，调速过程中转速和电枢电流随时间的变化曲线如图2所示。

降压调速的优点是：

（1）电源电压能够平滑调节，可以实现平滑调速；

（2）调速前后机械特性的斜率不变，硬度较高，负载变化时，速度稳定性好；

（3）无论轻载还是重载，调速范围相同，一般可达D=2.5~12；

（4）电能损耗较小。

2.2减弱磁通调速

额定运行的电动机，其磁路已基本饱和。

即使励磁电流增加很大,磁通也增加很少,从电动机的性能考虑也不允许磁路过饱和。

因此，改变磁通只能从额定值往下调，调节磁通调速即是弱磁调速。

其调速原理及过程可用图4说明。

设电动机拖动恒转矩负载在固有特性曲线A点上运行，其转速为nN。

若磁通由φN减小至φ1，则达到新的稳态后，工作点将移到对应人为特性B点，其转速上升为n1。

从中可见，磁通越少，稳态转速将越高。

转速由nN上升到n1的调速过程如下：

电动机原来在A点稳定运行时，Tem=TL，n=nN。

当磁通减弱到φ1后，电动机的机械特性变为直线n01B。

在磁通减弱的瞬间，转速n不突变，电动势Ea随φ而减小，于是电枢电流Ia增大。

尽管φ减小，但Ia增大很多，所以电磁转矩Tem还是增大的，因此工作电移到A，点。

在A’点，T>T,电动机开始加速,随着上升,E增大,I和T减小,工作点沿AB方向移动,到达B点时,Tem=TL,出现新的平衡,此时电动机便在较高的转速n1下稳定运行。

调速过程中电枢电流和转速随时间变化规律如下图所示。

对于恒转矩负载，调速前后电动机的电磁转矩不变，因为磁通减小，所以调速后的稳电枢电流大于调速前的电枢电流，当忽略电枢反应影响和较小的电阻压降的变化时，可近似认为转速与磁通成反比变化。

弱磁调速的特点：

由于在电流较小的励磁回路中进行调节，因而控制方便，能量损耗小，设备简单，而且调速平滑性好。

弱磁调速后电枢电流增大，电动机输入功率增大，由于转速升高，输出功率也增大，电动机效率基本不变。

机械特性斜率变大，特性变软；转速升高受到电动机换向能力和机械强度的限制。

第三章故障产生原因分析

3.1故障产生原因分析

100吨门座吊出现电气故障大多数都是出现在主钩部份，主要表现为换挡不顺,低档不能进入高档、起吊无力、转速变高或变低、主回路整流二极管击穿或开路、励磁电阻烧坏、电源变压器初级保险丝烧断等几个方面。

对照电路图分析100吨门座吊主钩采用它励直流电动机，为方便获得适当的调速范围把降压和弱磁两种方法结合起来。

在额定转速以下采用降电枢电压调速，在额定转速以上采用弱磁调速。

根椐电路原理图和直流电动机降低电源电压调速分析换挡不顺,低档不能进入高档是由于门17主钩转速由五个档构成电动机原来在B点稳定运行工作点沿B向A’方向移动，到达A点，达到了新的平衡须要0~3秒，各档原理一样控制电路采用JST型时间继电器控制，由于JST型时间继电器频繁动作铁芯发热造成线圈烧坏或微动开关触点不能复位，可靠性差。

因此JST型时间继电器经常损坏，更换一个新的只能用一段时间（大约7天）由于故障率太高，那样的话对门17的正常使用带来许多不便，同时加大了维修量，增加了维修费用。

3.2主要故障

结合直流电动机的调速工作原理分析故障，起吊无力（Tem变小）、转速变高或变低（n不稳定）、主回路整流二极管击穿或开路励磁电阻烧坏、电源变压器初级保险丝烧断（Ia增大）、励磁电阻烧坏（φN减小）。

由于原励磁电路采用全波整流，整流后的直流电压不能直接加在励磁绕组上励磁绕组为感性负载直流电阻很小，必须串电阻调节励磁电流但受到电阻功率的限制所以采用多个电阻并联，有一部份功率消耗在电阻上使电阻发热量很大经常烧毁，多个电阻并联其中一或两个烧毁电阻增大造成励磁电流减少电枢电流增大机械特性斜率变大，特性变软电机转速上升（但空载转速上升不明显）。

这时司机未能及时发现。

当须要吊大型分段或重物时电枢电流增大，将扩大故障造成主回路整流二极管击穿短路或开路、电源变压器初级保险丝烧断、主回路导线烧毁、等严重故障。

故障原因找到了。

第四章故障排除与实施

我们采用可编程控制器对原有的控制系统进行改装。

要对原有的控制系统进行分析，在保证不改变原控制系统的各种操作功能和不减少原有的各种保护措施的前提下，进行重新设计控制电路，其次分以下几个进行实施步骤：

1、控制要求分析：

分析原电路图的各种功能和保护，分析原控制系统具有警报、短路、过载、欠压保护。

各动作都分别有限位保护；确定了输入点和输出点：

根据控制要求选择合适的输入设备（控制按钮、开关、限位、过流、传感器等）和输出设备（指示灯、接触器、继电器等）。

并根据所选用的输入和输出设备的类型和数量，确定有64个输入点，64个输出点；

3、选择合适PLC可编程控制器：

根据输入点和输出点选择出可编程控制器的型号，最后型号确定为三凌的FX2N——128MR；

4、I/O点数分配：

点数分配就是规定PLC的I/O端子和输入/输出设备的对应关系，画出I/O接线原理图；

5、PLC程序设计：

由于100吨门座吊是由主钩和副钩组成的，副钩可以吊25吨重，主钩可以吊100吨重，主钩由两个电机组成，两个电机可双机单独吊，每个可以吊50吨，所以可以分为四种不同的吊重，它们之间有着密切的联系，使门18有着不同的组合可以使用，即使坏了其中的一台电机，其它都还可正常运行；还有电机的刹车装置，由于主钩使用的电机是直流电机，而它的刹车装置是使用交流380V电压的，程序设计中直流电机与刹车装置之间的动作必须要有严格的要求，否则要是出现刹车不灵将会出现不可挽回的事故；

6、模拟调试：

将设计好的程序写入可编程控制器中，并与电脑连接进行反复的调试，直至达到系统的控制要求为止；

7、现场联机调试：

将各个配件接好线，接入双梁桥吊进行调试，根据调试过程中出现的各种问题对程序进行相应的修改和加强措施，直到最佳，使其满足控制要求；调试完毕后，交付工人手中进行试用一个星期，并记录它的运行情况，分析的各功能的效果，得出相应的不足并对其改正；

8、画出I/O接线原理图、编写程序清单和使用说明书。

I/O接线原理图

控制系统具有调整方便准确，动作输出采用微型继电器可靠性高，无铁芯故频繁动作也不易烧毁且与外部电路连接采用插座型式维修更换非常方便。

更换后使用至今再没出现换挡不顺,低档不能进入高档的故障。

这时我们要对症下药针对励磁电阻烧毁阻值增大的主要原因根据所须励磁电流重新计算励磁电阻阻值和功率，并加大励磁电阻的功率余量，把电阻从通风散热较差的位置重新安装到通风散热较好的位置。

并要求司机注意观察励磁电流发现问题及时报修避免故障扩大。

经上述处理100吨门座吊主钩故障率大大降低，有效的减少维修时间，提高了100吨门座吊的利用率，船台起重作业得到有力保证，船台造船能按计划顺利进行。

结论

设备维修工作是一项技术强度较大的工作，要把这一项工作做好必须有扎实的技能和理论基础和并加以灵活运用才能根据生产现场所发生的故障进行准确的分析、判断，迅速的找到有故障的元器件或部件进行修理、更换，以保证设备的正常工作。

所以学习、实践、再学习、再实践是维修人员的一个永恒课题。

参考文献

1、起重机设计手册张质文中国铁道出版社

2、起重运输机械电气设备刘瑞琦中国铁道出版社

3、起重运输机电气传动余敏年西南交通大学出版

4、电气工程师手册机械工业出版社

5、电气控制与PLC原理及应用-三菱机型程周电子工业出版社

6、实用起重机电气技术手册裘为章机械工业出版社