桥式起重机控制线路安装及调试

【学习目标】

1.知识目标:

(1)了解15/3t桥式起重机机械结构及控制要求。

(2)正确分析15/3t桥式起重机的电气控制线路。

2.能力目标:

(1)培养学生安全操作、规范操作，养成文明生产的行为习惯。

(2)培养学生独立完成15/3t桥式起重机控制线路安装、调试。

(3)培养学生独立完成15/3t桥式起重机控制线路的故障分析、维修。

【任务描述】

起重机是一种用来吊起或放下重物并使重物在短距离内水平移动的起重设备。起重设备按结构分，有桥式、塔式、门式、旋转式和缆索式等。

不同结构的起重设备分别应用在不同的场所，如建筑工地使用的塔式起重机；码头、港口使用的旋转式起重机；生产车间使用的桥式起重机；车站货场使用的门式起重机。常见的桥式起重机有5t、10t、单钩及15/3t、20/5t双钩等几种。桥式起重机一般通称行车或天车。由于桥式起重机应用较广泛，本书以15/3t(重量级)桥式起重机(电动双梁吊车)为例，分析起重设备的电气控制线路。

【原理分析】

一、桥式起重机的结构及运动形式

图5-4所示是桥式起重机的结构示意图。桥式起重机的结构主要有大车和小车组成的桥架机构、主构(15t)和副钩(3t)组成的提升机构。

图5-4
1—驾驶室；2—辅助滑线架；3—交流磁力控制屏；4—起重小车；
5—大车拖动电动机；6—端梁；7—主滑线；8—主梁

大车的轨道敷设在沿车间两侧的立柱上，大车可在轨道上沿车间纵向移动；大车上有小轨道供小车横向移动；主钩和副钩都装在小车上，主钩用来提升重物，副钩除可提升轻物外，在它额定负载范围内也可协同主钩倾转或翻倒工件用。但不允许两钩同时提升两个物件，每个吊钩在单独工作时均只能起吊重量不超过额定重量的重物，当两个吊钩同时工作时，物件重量不允许超过主钩起重量。

二、桥式起重机的供电特点

桥式起重机的电源为380V，由公共的交流电源供给，由于起重机在工作时是经常移动的，同时，大车与小车之间、大车与厂房之间都存在着相对运动，因此，要采用可移动的电源设备供电。一种是采用软电缆供电，软电缆可随大、小车的移动而伸展和叠卷，多用于小型起重机；另一种常用的方法是采用滑触线和集电刷供电。三根主滑触线是沿着平行于大车轨道的方向敷设在车间厂房的一侧。三相交流电源经由三根主滑触线与滑动的集电刷，引进起重机驾驶室内的保护控制柜上，再从保护控制柜引出两相电源至凸轮控制器，另一相称为电源的公用相，它直接从保护控制柜接到各电动机的定子接线端。

另外，为了便于供电及各电气设备之间的连接，在桥架的另一侧装设了辅助滑触线，本控制电路共有21根辅助滑触线。

三、桥式起重机对电力拖动的要求

(1)由于桥式起重机工作环境比较恶劣，有多灰尘的、高温的、高湿度的，而且经常重载下频繁启动、制动、反转、变速等操作，因此要求电动机具有较高的机械强度和较大的过载能力，同时要求启动转矩大、启动电流小，所以多选用绕线式异步电动机。

(2)要有合理的升降速度，空载、轻载要求速度快，以减少辅助工时，重载要求速度慢。

(3)应具有一定的调速范围，对于普通起重机调速范围一般为3∶1，要求较高的地方可以达到5∶1至10∶1。

(4)提升开始或重物下降至预定位置附近时，都需要低速，所以在30%额定速度内应分成几挡，以便灵活操作。

(5)提升的第一级作为预备级，是为了消除传动间隙和张紧钢丝绳，以避免过大的机械冲击。所以启动转矩不能大，一般限制在额定转矩的一半以下。

(6)当下放负载时，根据负载大小，电动机的运行状态可以自动转换为电动状态、倒拉反接状态或再生发电制动状态。

(7)制动装置(电气的或机械的)必须十分安全可靠。

(8)有完善可靠的电气保护环节。

四、桥式起重机电气设备及控制、保护装置

桥式起重机的大车桥架跨度一般较大，两侧装置两个主动轮，分别由两台相同规格的电动机M3和M4拖动，沿大车轨道纵向两个方向同速运动。

小车移动机构由一台电动机M2拖动，沿固定在大车桥架上的小车轨道横向两个方向运动。

主钩升降由一台电动机M5拖动。

副钩升降由一台电动机M1拖动。

电源总开关为QS1；凸轮控制器SA1、SA2、SA3分别控制副钩电动机(M1)、小车电动机(M2)、大车电动机(M3、M4)；主令控制器SA4配合磁力控制屏(PQR)完成对主钩电动机(M5)的控制。

整个起重机的保护环节是由交流保护控制柜和交流磁力控制屏来实现。各控制电路均用熔断器FU1、FU2作为短路保护；总电源及每台电动机均采用过电流继电器KA0、KA1、KA2、KA3、KA4、KA5作过载保护；为了保障维修人员的安全，在驾驶室舱门盖上装有安全开关SQc；在横梁两侧栏杆门上分别装有安全开关SQd、SQe；为当发生紧急情况时操作人员能立即切断电源，防止事故扩大，在保护柜上还装有一只单刀单掷的紧急开关QS4。

上述各开关在电路中均为常开触头，并与副钩、小车、大车的过电流继电器及总过电流继电器的常闭触头相串联，当驾驶室舱门或横梁栏杆门开启时，主接触器KM线圈不能获电运行或运行中时断电释放，这样起重机的全部电动机都不能启动运行，保证了人身安全。

电源总开关QS1，熔断器FU1、FU2，主接触器KM，紧急开关QS4以及过电流电器KA0～KA5都安装在保护柜上。保护柜、凸轮控制器及主令控制器均安装在驾驶室内，便于司机操作。

起重机各移动部分均采用限位开关作为行程限位保护。分别为:主钩上升限位开关SQa；副钩上升限位开关SQb；小车横向限位开关SQ1、SQ2；大车纵向限位开关SQ3、SQ4。利用移动部件上的挡铁压开限位开关将电动机断电并制动，以保证行车安全。

起重机设备上的移动电动机和提升电动机均采用电磁制动器抱闸制动，分别为:副钩制动电磁铁YA1；小车制动电磁铁YA2；大车制动电磁铁YA3、YA4；主钩制动电磁铁YA5、YA6。

其中YA1～YA4为两相电磁铁，YA5、YA6为三相电磁铁。当电动机通电时，电磁铁也获电松开制动器，电动机可以自由旋转。当电动机断电时，电磁铁也断电，电动机被制动器所制动。特别是正在运行时突然停电，可以保证安全。起重机轨道及金属桥架应当进行可靠的接地保护。

【任务分析】

元件明细表如下:

续表

【项目实施】

安装15/3t桥式起重机控制线路

1.目的要求

(1)熟悉电动机基本控制线路的一般安装步骤和工艺要求。

(2)能正确安装15/3t桥式起重机控制线路，培养学生熟练正确调试、维修的能力等。

2.仪器及器材

(1)工具。测电笔、螺钉旋具、尖嘴钳、斜口钳、剥线钳、电工刀等。

(2)仪器。5050型兆欧表、T301-A型钳型电流表、MF30型万用表。

(3)器材。

3.安装步骤和工艺要求

(1)识读控制线路，明确线路所用电器元件及作用，熟悉线路的工作原理。

(2)配齐所用电器元件，并进行检验。

(3)在控制板上按布线图安装电器元件，并贴上醒目的文字符号。

(4)根据电路图检查控制板布线的正确性。

(5)安装电动机。

(6)连接电源、电动机等控制板外部的导线。

(7)自检。

(8)交验。

(9)通电试车。

【项目评价】

本任务从学生项目资讯、元件的应用、线路分析、方案制定结果、操作实施正确性、项目总结报告及学习态度等多方面进行考核，采取教师评价、学生评价和互评相结合的方式，将学生学习情况及任务完成情况分成优、良、及格三个等级。

【知识超市】

一、电气线路分析

15/3t交流桥式起重机的电气控制线路如图5-5所示。

(一)主接触器KM的控制

控制过程如下:

1.准备阶段

在起重机投入运行前应当将所有凸轮控制器手柄置于“零位”，零位联锁触头SA1-7、SA2-7、SA3-7(9区)处于闭合状态，合上紧急开关QS4，关好舱门和横梁栏杆门，使开关SQc、SQd、SQe也处于闭合状态(10区)。

2.启动运行阶段

操作人员按下保护控制柜上的启动按钮SB(9区)，主接触器KM线圈获电吸合(11区)，三副常开主触头KM闭合(2区)，使两相电源(V2、W2)进入各凸轮控制器，一相电源(U3)直接引入各电动机定子接线端。此时由于各凸轮控制器手柄均在零位，故电动机不会运转。同时，主接触器KM两副常开辅助触头KM闭合自锁(7区与9区)，当松开启动按钮SB1后，主接触器KM线圈从另两条通路获电。

通路为电源1→KM(自锁触头)→SA1-6→SA2-6→SQ1→SQ3→SA3→SA3-6→KM (自锁触头)→SQe→SQd→QS4→KA0→KA1→KA2→KA3→KA4→KM(线圈→电源2)。

(二)凸轮控制器的控制

桥式起重机的大车、小车和副钩电动机容量较小，一般采用凸轮控制器控制。现以大车为例，说明控制过程。大车由两台电动机同时拖动，故大车凸轮控制器SA3比SA1及SA2多了五副转子电阻控制触头，以供切除第二台电动机的转子电阻用。大车凸轮控制器SA3共有11个位置，中间位置是零位，右边五个位置，左边五个位置，控制电动机M3和M4的正反转(即大车的前进和后退)。四副主触头控制电动机M3和M4的定子电源，并实现正反转换接(V2-3M3、4M1，W2-3M1、4M3；V2-3M1、4M3，W2-3M3、4M1)。10副转子电阻控制触头分别切换电动机M3和M4的转子电阻3R和4R。另有三副辅助触头为联锁触头，其中SA3-5、SA3-6为电动机正反转联锁触头，SA3-7为零位联锁触头。

操作过程:当合上电源总开关QS1，并使主接触器KM线圈获电运行。

扳动凸轮控制器SA3操作手柄至向后位置1，主触头V2-3M1、4M3接通，W2-3M3、4M1接通，正反转联锁触头SA3-6接通，SA3-5断开，SA3-7断开，电动机M3、M4接通三相电源，同时电磁铁YA3、YA4获电，使制动器放松，此时转子回路中串联着全部附加电阻，故电动机有较大的启动转矩、较小的启动电流，以最低速旋转，大车慢速向后运动。

扳动凸轮控制器SA3操作手柄至向后位置2，转子电阻控制触头3R5、4R5接通，电动机M3、M4转子回路中的附加电阻3R、4R各切除一段电阻，电动机转速略有升高。当手柄置于位置3时，控制触头3R4、4R4接通，转子回路中的附加电阻又被切除一段，电动机转速进一步升高。这样凸轮控制器SA3手柄从位置2循序转到位置5的过程中，控制触头依次闭合，转子电阻逐段切除，电动机转速逐渐升高，当电动机转子电阻全部切除时，转速达到最高速。

当凸轮控制器SA3操作手柄扳至向前时，通过主触头将电动机电源换相，主触头V2-3M3、4M1接通，W2-3M1、4M3接通，电动机反方向旋转。另外、正、反转联锁触头SA3-5接通，SA3-6断开，其他工作过程与向后完全一样。

由于断电或操作手柄扳至零位，电动机电源断电，电磁铁线圈断电，制动器将电动机制动。小车和副钩的控制过程与大车相同。

(三)主令控制器的控制

主钩电动机是桥式起重机容量最大的一台电动机，一般采用主令控制器配合磁力控制屏进行控制，即用主令控制器控制接触器，再由接触器控制电动机。为提高主钩电动机运行的稳定性，在切除转子附加电阻时，采取三相平衡切除，使三相转子电流平衡。

主钩运行有升降两个方向，主钩上升控制与凸轮控制器的工作过程基本相似。区别在于它是通过接触器来控制的。

主钩下降时与凸轮控制器的动作过程有较明显的差异。主钩下降有六挡位置。“J”“1”“2”挡为制动下降位置，防止在吊有重载下降时速度过快，电动机处于反接制动运行状态。“3”“4”“5”挡为强力下降位置，主要用于轻负载时快速强力下降。主令控制器在下降位置时，六个挡次的工作情况如下:

合上开关QS1(1区)、QS2(12区)、QS3(16区)，接通主电路和控制电路电源，主令控制器手柄置于零位，触头S1(18区)处于闭合状态，电压继电器KV(18区)线圈获电动作，其常开触头KV(19区)闭合自锁，为主钩电动机M5启动控制做好准备。

1.手柄扳到制动下降位置“J”挡

主令控制器SA4常闭触头S1(18区)断开，常开触头S3(21区)、S6(23区)、S7 (26区)、S8(27区)闭合，接触器KM2线圈(23区)获电吸合，常开主触头KM2(13区)闭合，电动机M5定子绕组通入三相正相序电压，电动机M5产生的电磁转矩为提升方向。另外，常开辅助触头KM2(23区)闭合自锁，常闭辅助触头KM2(22区)断开联锁，常开辅助触头KM2(25区)闭合，为制动电磁铁KM3线圈获电做好准备；接触器KM4 (26区)、KM5(27区)线圈获电吸合，常开触头KM4、KM5(13、14区)闭合，转子电阻5R6、5R5被切除，转子回路中接入四段电阻。

此时，尽管电动机M5已接通电源，但由于主令控制器的常开触头S4(25区)未闭合，接触器KM3(23区)线圈不能获电，故制动电磁铁YA5线圈也不能获电，制动器未释放，电动机M5仍处于抱闸制动状态，迫使电动机M5不能启动旋转。

这种操作常用于主钩上吊有很重的货物或工件，停留在空中或在空间移动时，因负载很重，防止抱闸制动失灵或打滑，所以使电动机产生一个向上的提升力，协助抱闸制动克服重负载所产生的下降力，以减轻抱闸制动的负担，保证运行安全。

2.手柄扳到制动下降位置“1”挡

当主令控制器手柄扳至“1”挡时，除“J”挡时的S3、S6、S7仍闭合，接触器KM2、KM4、线圈仍获电吸合外，另有常开触头S4(25区)闭合，接触器KM3线圈获电吸合，常开主触头KM3(15区)闭合，电磁铁YA5、YA6(15区)线圈获电动作，电磁抱闸制动放松，电动机M5得以旋转。常开触头KM3(27区)闭合自锁，并与常开辅助触头KM1、KM2(26、25区)并联，主要保证电动机M5正反转切换过程中电磁铁YA5有电，处于非制动状态，这样就不会产生机械冲击。

由于触头S8的分断，接触器KM5线圈断电释放，此时仅切除一段转子电阻5R6，使电动机M5产生的提升方向的电磁转矩减小。若此时负载足够大，则在负载重力作用下电动机作反向(下降方向)旋转，电磁转矩成为反接制动力矩，迫使重负载低速下降。

3.手柄扳到制动下降位置“2”挡

此挡主令控制器触头S3、S4、S6仍闭合，触头S7分断，接触器KM4线圈断电释放，附加电阻全部接入转子回路，使电动机向提升方向的电磁转矩又减小，重负载下降速度比“1”挡时加快。这样，操作者可根据重负载情况及下降速度要求，适当选择“1”挡或“2”挡作为重负载合适的下降速度。

4.手柄扳到强力下降位置“3”挡

此挡主令控制器触头S3分断，S2(20区)闭合，因为“3”挡为强力下降，故上升限位开关SQa(21区)失去保护作用，控制电源通路改由触头S2控制。触头S6分断，上升接触器KM2线圈断电释放。触头S4、S5、S7、S8闭合，接触器KM1(22区)线圈获电吸合，电动机电源相序切换反向旋转(向下降方向)，常开辅助触头KM1(26区)闭合自锁，常闭辅助触头KM1(23区)断开联锁。同时接触器KM4、KM5线圈获电吸合，转子附加电阻5R6、5R5被切除，这时轻负载便在电动机下降转矩作用下强制下落，又称强力下降。

5.手柄扳到强力下降位置“4”挡

凸轮控制器的触头S2、S4、S5、S7、S8、S9闭合，接触器KM6(29区)线圈获电吸合，转子附加电阻5R4被切除，电动机转速进一步增加，轻负载下降速度变快。另外，常开辅助触头KM6(30区)闭合，为接触器KM7线圈获电做准备。

6.手柄扳到强力下降位置“5”挡

此挡凸轮控制器触头S2～S12全闭合，接触器KM7～KM9线圈依次获电吸合，转子附加电阻5R3、5R2、5R1依次逐级切除，这样可以防止过大的冲击电流，同时使电动机旋转速度逐渐增加，待转子附加电阻全部被切除后，电动机以最高转速运行，负载下降速度也最快。此挡若负载重力作用较大使实际下降速度超过电动机同步转速时，由电动机运行特性可知，电磁转矩由驱动转矩转变为制动转矩，即发电制动，能起到一定的制动下降作用，保证下降速度不致太高。

二、电气线路常见故障分析

因为桥式起重机的工作环境比较恶劣，某些主要电气设备和元件的密封条件很困难，同时工作频繁、结构复杂，维修很不方便。今将常见故障现象及原因分述如下:

(1)合上空气开关QS1并按启动按钮SB后，主接触器KM不吸合。原因:线路无电压；熔断器FU1熔断；紧急开关QS4或安全开关SQc、SQd、SQe未合上；主接触器KM线圈断路；各凸轮控制器手柄没在零位，则SA1-7、SA2-7、SA3-7触头分断；过电流继电器KA0～KA4动作后未复位。

(2)主接触器KM吸合后，过电流继电器KA0～KA4立即动作。原因:凸轮控制器SA1～SA3电路接地；电动机M1～M4绕组接地；电磁铁YA1～YA4线圈接地。

(3)当电源接通扳动凸轮控制器手柄后，电动机不转动。原因:凸轮控制器主触头接触不良；滑触线与集电电刷接触不良；电动机定子绕组或转子绕组断路；电磁铁线圈断路或制动器未放松。

(4)扳动凸轮控制器后，电动机启动运转，但不能输出额定功率且转速明显减慢。原因:线路压降太大；制动器未全部松开；转子电路中的附加电阻未全部切除。

(5)凸轮控制器扳动过程中卡阻或扳不到位。原因:凸轮控制器动触头卡在静触头下面；定位机构松动。

(6)凸轮控制器扳动过程中火花过大。原因:动、静触头接触不良；控制容量过载。

(7)制动电磁铁线圈过热。原因:电磁铁线圈电压与线路电压不符；电磁铁的牵引力过载；电磁铁吸合后，动、静铁芯间的间隙过大；制动器的工作条件与电磁铁线圈特性不符；电磁铁铁芯歪斜或卡阻。

(8)电磁铁噪声大。原因:交流电磁铁短路环开路；电磁铁过载；动、静铁芯端面有油污；磁路弯曲。