桥式起重机的电气控制电路

起重机是一种用来起吊和下放重物以及在固定范围内装卸、搬运物料的起重机械。它广泛应用于工矿企业、车站、港口、建筑工地、仓库等场所，是现代化生产不可缺少的机电设备。

起重机按其起吊质量可划分为三级:小型为5～10t，中型为10～50t，重型及特重型为50t以上。

按结构和用途，起重机分为桥式起重机、门式起重机、塔式起重机、自行式起重机、旋转起重机、缆索起重机等。其中桥式起重机是一种横架在固定跨间上空用来吊运各种物件的设备，又称“天车”或“行车”。按起吊装置不同，桥式起重机又可分为吊钩桥式起重机、电磁盘桥式起重机和抓斗桥式起重机。其中以吊钩桥式起重机应用最广。

本节以小型桥式起重机为例，从凸轮控制器和主令控制器两种控制方式来分析起重机的电气控制电路的工作原理。

3.4.1 主要结构与运动形式

桥式起重机主要由桥架(又称大车)及其运动机构和装有起升机构的小车等部分组成，如图3-11所示。

图3-11 桥式起重机总体结构示意图

1—驾驶室;2—辅助滑线架;3—控制盘;4—小车;5—大车电动机;

6—大车端梁;7—主滑线;8—大车主梁;9—电阻箱

桥架是桥式起重机的基本构件，主要由两正轨箱形主梁、端梁和走台等部分组成。主梁上铺设了供小车运动的钢轨，两主梁的外侧装有走台，装有驾驶室一侧的走台为安装及检修大车运行机构而设，另一侧走台为安装小车导电装置而设。在主梁一端的下方悬挂着全视野的操纵室(驾驶室、吊舱)。

大车运行机构由驱动电动机、制动器、减速器和车轮等部件组成。常见的驱动方式有集中驱动和分别驱动两种，目前国内生产的桥式起重机大多采用分别驱动方式。

分别驱动方式指的是用一个控制电路同时对两台驱动电动机、减速装置和制动器实施控制，分别驱动安装在桥架两端的大车车轮。

小车由安装在小车架上的移动机构和提升机构等组成。小车移行机构也由驱动电动机、减速器、制动器和车轮组成，在小车移行机构的驱动下，小车可沿桥架主梁上的轨道移动。小车提升机构用以吊运重物，它由电动机、减速器、卷筒、制动器等组成。起重量超过10t时，设两个提升机构:主钩(主提升机构)和副钩(副提升机构)。一般情况下两钩不能同时起吊重物。

由上可知，桥式起重机的运动形式有3种，即大车的左右运动，小车的前后运动和提升机构的升降运动。

3.4.2 电力拖动特点和控制要求

1.供电要求

由于起重机的工作是经常移动的，因此起重机与电源之间不能采用固定连接方式，对于小型起重机供电方式采用软电缆供电，随着大车或小车的移动，供电电缆随之伸展和叠卷。对于中小型起重机常用滑线和电刷供电。即将三相交流电源接到沿车间长度方向架设的3根主滑线上，并刷有黄、绿、红三色，再通过电刷引到起重机的电气设备上，首先进入驾驶室中保护盘上的总电源开关，然后再向起重机各电气设备供电。对于小车及其上的提升机构等电气设备，则由位于桥架另一侧的辅助滑线来供电。

2.启动要求

提升第一挡的作用是为了消除传动间隙，将钢丝绳张紧，称为预备级。这一挡的电动机要求启动转矩不能过大，以免产生过强的机械冲击，一般在额定转矩的一半以下。

3.调速要求

(1)在提升开始或下降重物至预定位置前，需低速运行。一般在30%额定转速内分几挡。

(2)具有一定的调速范围，普通起重机调速范围为3∶1，也有要求为(5～10)∶1的起重机。

(3)轻载时，要求能快速升降，即轻载提升速度应大于额定负载的提升速度。

4.下降要求

根据负载的大小，提升电动机可以工作在电动、倒拉制动、回馈制动等工作状态下，以满足对不同下降速度的要求。

5.制动要求

为了安全，起重机要采用断电制动方式的机械抱闸制动，以避免因停电造成无制动力矩，导致重物自由下落引发事故，同时也还要具备电气制动方式，以减小机械抱闸的磨损。

6.控制方式

桥式起重机常用的控制方式有两种:一种是用凸轮控制器直接控制所有的驱动电动机，这种方法普遍用于小型起重设备;另一种是采用主令控制器配合磁力控制屏控制主卷扬电动机，而其他电动机采用凸轮控制器，这种方法主要用于中型以上起重机。

除了上述要求以外，桥式起重机还应有完善的保护和联锁环节。

3.4.3 10t桥式起重机典型电气控制电路分析

10t桥式起重机属于小型桥式起重机范畴，仅有主钩提升机构，大车采用分别驱动方式，其他部分与前面所述相同。

图3-12是采用KT系列凸轮控制器直接控制的10t桥式起重机的控制电路原理图。

由图3-12(b)可知，凸轮控制器挡数为5—0—5，左、右各有5个操作位置，分别控制电动机的正反转;中间为零位停车位置，用以控制电动机的启动及调速。图中Q1为卷扬机电动机凸轮控制器，Q2为小车运行机构凸轮控制器，Q3为大车运行机构凸轮控制器，并显示出其各触点在不同操作位置时的工作状态。

图中YB为电力液压驱动式机械抱闸制动器，在起重机接通电源的同时，液压泵电动机通电，通过液压油缸使机械抱闸放松，在电动机(定子)三相绕组失电时，液压泵电动机失电，机械抱闸抱紧，从而可以避免出现重物自由下降造成的事故。

1.桥式起重机启动过程分析

在卷扬机凸轮控制器Q1、小车凸轮控制器Q2和大车凸轮控制器Q3均在原位时，在开关QS闭合状态下按动系统启动按钮SB1，接触器KM线圈通电自锁，电动机供电电路上电。然后可由Q1、Q2、Q3分别控制各台电动机工作。

2.凸轮控制器控制的卷扬机电动机控制电路

(1)卷扬机电动机的负载为主钩负载，分为空轻载和重载两大类，当空钩(或轻载)升降时，总的负载为恒转矩的反抗性负载，在提升或下放重物时，负载为恒转矩的位能性负载。启动与调速方法采用了绕线转子异步电动机的转子串五级不对称电阻进行调速和启动，以满足系统速度可调节和重载启动的要求。

卷扬机控制采用可逆对称控制电路，由凸轮控制器Q1实现提升、下降工作状态的转换和启动以及调速电阻的切除与投入。Q1使用了4对触点对电动机M1进行正、反转控制，5对触点用于转子电阻切换控制，2对触点和限位开关(行程开关)相配合用于提升和下降极限位置的保护，另有1对触点用于零位启动控制，详见图3-12。

(2)小车移行机构要求以40～60m/min的速度在主梁轨道上作往返运行，转子采用串电阻启动和调速，共有5挡。为实现准确停车，也采用机械抱闸制动器制动。其凸轮控制器Q2的原理和接线与卷扬机的控制器Q1相类似。

(3)大车运行机构要求以100～135m/min的速度沿车间长度方向轨道作往返运行。大车采用两台电动机及减速和制动机构进行分别驱动，凸轮控制器Q3同时采用两组各5对触点分别控制电动机M3、M4转子各5级电阻的短接与引入。其他与卷扬机的控制器Q1相类似。

3.控制与保护电路分析

起重机控制与保护电路如图3-13所示。图中SB2是手动操作急停电钮，正常时闭合，急停时按下(分断)。SQM为驾驶室门安全开关，SQC1、SQC2为仓门开关，SQA1、SQA2为栏杆门开关，各门在关闭位置时，其常开触点闭合，起重机可以启动运行。KA1～KA9为各电动机的过流保护用继电器，无过流现象时，其常闭触点闭合。凸轮控制器Q1、Q2、Q3均在零位时，按启动按钮SB1，交流接触器KM线圈通电且自锁，各电动机主回路上电，起重机可以开始工作。

交流接触器KM线圈通电的自锁回路由大车移行凸轮控制器的触点、大车左右移动极限位置保护开关、提升机构凸轮控制器的触点与主钩下放或上升极限位置保护开关构成的并、串联电路组成。例如大车移行凸轮控制器Q3的触点Q3A与左极限行程开关SQ1串联，Q39与右极限行程开关SQ2串联，然后两条支路并联。大车左行时，电流经过Q3A、SQ1串联支路使KM线圈通电自锁，达到左极限位置时，压下SQ1，KM线圈断电，大车停止运行。将Q3转至原位，重按SB1，过Q39、SQ2支路使KM线圈通电自锁。Q3转到右行操作位置，Q39仍闭合，大车离开左极限位置(SQ1复位)向右移动，Q3转回零位时，大车停车。同理，可以分析SQ2的右极限保护功能。行程开关SQ3、SQ4为小车运行前、后极限保护开关，SQ5、SQ6为卷扬机下放、提升极限保护开关，其工作原理与大车保护相同。凸轮控制器Q1的触点Q1A左侧，理论上可接在KM自锁触点下方，而实际接在电动机M1定子端线号L22上，既方便，又不影响自锁电路的正常工作。

图3-12 10t桥式起重机电气原理图

(a)主电路;(b)凸轮控制器状态表

图3-13 桥式起重机控制与保护电路

任何过流继电器动作、各门未关好或按动急停按钮SB2，交流接触器KM线圈都会断电，将主回路的电源切断。