17.1 桥式起重机的运行特点（课件）-《工厂电气控制设备》同步教学（清华大学出版社）

项目17 桥式起重机的电气控制 知识要求 掌握桥式起重机的结构、组成、电气运行特点。 掌握桥式起重机的控制原理、控制电路的构成。 技能要求 掌握桥式起重机电器设备的维护和检修方法。 掌握使用万用表检测电路并能排除电路故障。 桥式起重机由桥架(又称大车)、小车及提升机构三部分组成，如图17-1所示。桥架沿着车间起重机梁上的轨道纵向移动，小车沿着桥架上的轨道横向移动，提升机构安装在小车上，上下运动。根据工作需要，可安装不同的取物装置，例如吊钩、抓斗起重电磁铁、夹钳等。 图17-1 桥式起重机结构图 1—驾驶室 2—辅助滑线架 3—交流磁力控制器 4—电阻箱 5—起重小车 6—大车拖动电动机 7—横梁 8—主滑线 9—主梁 学习情景17.1 桥式起重机的运行特点 【问题的提出】 要掌握桥式起重机控制原理，首先必须了解桥式起重机对电力拖动的要求以及电动机的工作状态。由于桥式起重机上升与下降货物的要求，其电气运行相比较其他电动机具有特殊性。 【相关知识】 1．桥式起重机对电力拖动的要求 1)起重用电动机的特点 起重机的工作环境比较恶劣，尤其是炼钢、铸造、热轧等车间的起重机，由于它处于车间上部，经常工作在高温多尘、烟雾大、温度高的场合下。 起重机的工作频繁，时开时停，每小时接电次数多，其负载性质为重复短时工作制。因此，所用电动机经常处于起动、调速、制动和正、反转工作状态，负载很不规律，时轻时重，经常要承受较大的过载和机械冲击。 根据不同的要求，有些起重机大车上安装两台小车，也有的在小车上安装两个提升机构，分为主提升(主钩)和辅助提升(副钩)，小车机构传动系统如图17-2所示。 图17-2 小车机构传动系统图 1—提升电动机 2—提升机构减速器 3—卷筒 4—小车电动机 5—小车走轮 6—小车车轮轴 7—小车制动轮 8—升降钢丝绳 9—提升机构制动轮 起重机要求有一定的调速范围，所以，要求电动机能够变速，但对调速的平滑性一般要求不高。为此，专门设计制造了冶金一起重用电动机，其特点如下。 (1)按重复短时工作制制造，因此，其容量是按重复短时工作状态来选定的，用负载持续率来表示工作的繁重程度 ZC%=tg/(tg+to) (17-1) 式中：ZC —— 为负载持续率； tg —— 工作时间(min)； to —— 休息时间(min)。 一个周期T=tg+to≤10min，我国规定标准负载持续率有15%、25%、40%、60%几种。 (2)具有较大的起动转矩和较大的最大转矩，以适应频繁的重负载下起动、制动和反转与经常过载的要求。 (3)具有细长的转子，其长度与直径之比(L/D)较大，所以电动机转子转动惯量GD2较小，以得到较小的加速时间和较小的起动损耗。 (4)制造成封闭式，具有加强的机械结构，较大的气隙，以适应使用于多粉尘场合和较大的机械冲击。 (5)采用较高的耐热绝缘等级，允许温升高。 我国生产的冶金—起重用电动机，分交流和直流两大类。交流起重机有JZR及JZ2两种型号，前者为绕线型，后者为笼型。由于机械强度大，过载能力强，定子与转子间隙大，所以空载电流大，机械特性软。目前还生产新系列的电动机，有YZR和YZ系列，前者为绕线型，后者为笼型。直流电动机有ZZK及ZZ系列，都有并励、串励和复励三种励磁方式，全封闭式结构，额定电压有220V和440V两种，功率在100kW以下，负载持续率定为25%。 2)提升机构对电力拖动的要求 (1)空钩能快速升降，以减小辅助工时，轻载时的提升速度应大于额定负载时的提升速度。 (2)应具有一定的调速范围，普通起重机调速范围一般为3∶1，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到预定位置附近时，都要求低速。为此，往往在30%额定速度内分成若干挡，以便灵活选择，所以，由低速向高速过渡，或从高速向低速过渡，应逐渐变速，以保持稳定运行。 (4)提升的第一挡应作为预备挡，用以消除传动间隙，将钢绳张紧，避免过大的机械冲击。预备挡的起动转矩不能大，一般限制在额定转矩的一半以下。 (5)下降时，根据负载的大小，电动机可以是电动状态，也可以是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，应采用电气制动与机械抱闸制动同时应用，以减少抱闸的磨损，但无论有无电气制动，都要有机械抱闸，以免在电源故障时造成在无制动力矩作用下，重物自由下落。 3)移行机构对电力拖动的要求 大车移行机构和小车移行机构对电力拖动的要求比较简单，只要求有一定的调速范围，分几挡控制即可。起动的第一挡也作为预备挡，以消除起动时的机械冲击，所以起动转矩也限制在额定转矩的一半以下。为实现准确停车，增加电气制动，同样可以减轻机械抱闸的负担，减少机械抱闸的磨损，提高制动的可靠性。 2．桥式起重机的主要技术参数 1)额定起重量 额定起重量是指起重机实际允许起吊的最大负荷量，以吨(t)为单位。我国生产的桥式起重机起重量有5t、10t、15/3t、20/5t、30/5t、50/10t、75/20t、100/20t、125/20t、150/30t、200/30t、250/30t等。其中，分子为主钩起重量，分母为副钩起重量。 2)跨度 跨度是指大车轨道中心线间的距离，以米(m)为单位，一般常用的跨度为10.5m、13.5m、16.5m、19.5m、22.5m、25.5m、28.5m、31.5m等规格。 3)提升高度 提升高度是指吊具的上极限位置与下极限位置之间的距离，以米(m)为单位。一般常见的提升高度为12m、16m、12/14m、12/18m、16/18m、19/21m、20/22m，21/23m，22/26m、24/26m等。其中，分子为主钩提升高度，分母为副钩提升高度。 4)移行速度 移行速度是指移行机构在拖动电动机额定转速下运行的速度，以米/分(m/min)为单位。小车移行速度一般为40～60m/min，大车移行速度一般为100～135m/min。 5)提升速度 提升速度是指提升机构在电动机额定转速时，取物装置上升的速度，以米/分(m/min)为单位。一般提升的最大速度不超过30m/min，依货物性质、重量来决定。 6)工作类型 起重机按其载重量可分为三级：小型5～10t，中型10～50t，重型50t以上。 按其负载率和工作繁忙程度可分为以下几种。 (1)轻级。工作速度较低，使用次数也不多，满载机会也较少，负载持续率约为15%，如主电室，修理车间用起重机。 (2)中级。经常在不同负载条件下，以中等速度工作，使用不太频繁，负载持续率约为25%，如一般机械加工车间和装配车间用起重机。 (3)重级。经常处在额定负载下工作，使用较为频繁，负载持续率约为40%以上，如冶金和铸造车间用的起重机。 (4)特重级。基本上处于额定负载下工作，使用更为频繁，环境温度高。保证冶金车间工艺过程进行的起重机，属于特重级。 3．桥式起重机电动机的工作状态 1)移行机构电动机的工作状态 移行机构电动机的负载转矩为飞轮滚动摩擦力矩与轮轴上的摩擦力矩之和，这种负载力矩始终是阻碍运动的，所以是阻力转矩。当大车或小车需要来回移行时，电动机工作于正、反向电动状态。 2)提升机构电动机的工作状态 提升机构电动机的负载除一小部分由于摩擦产生的力矩外，主要是由重物和吊钩产生的重力矩，这种负载当提升时都是阻力负载，下降时多是动力负载，而在轻载或空钩下降时，是阻力负载或是动力负载，要视具体情况而定，所以提升机构电动机工作时，由于负载情况不同，工作状态也不同。 (1)提升时电动机的工作状态。 提升重物时，电动机承受两个阻力转矩，一个是重物的自重产生的重力转矩Tg；另一个是在提升过程中传动系统存在的摩擦转矩Tf，当电动机产生的电磁转矩克服阻力转矩时，重物将被提升，电动机处于电动状态，以提升方向为正向旋转方向，则电动机处于正转电动状态，如图17-3所示，工作在第一象限，当Te=Tg+Tf时，电动机稳定运行在na转速下。 图17-3 提升时电动机工作状态 (2) 下降时电动机的工作状态，如图17-4所示。 ①重物下降。当下放重物时，若负载较重，Tg≥Tf时，为获得较低的下降速度，需将电动机按正转提升方向接线，则电动机的电磁转矩Te与重力转矩Tg方向相反，电磁转矩成为阻碍下降的制动转矩，当Tg=Tf+Te时，电动机稳定运行在-na转速下，电动机处于倒拉反接制动状态，如图17-4(a)所示，工作在第四象限。此时直流电动机电枢或交流绕线转子感应电动机的转子应串联较大的电阻。 ②轻载下降。轻载下降时，可能有两种情况，一种情况是Tg<Tf；另一种情况是Tg很小，但仍大于Tf。 当Tg<Tf时，由于负载的重力转矩小于摩擦转矩，所以依靠负载自身重量不能下降，电动机产生的电磁转矩必须与重力转矩方向相同，以克服摩擦转矩，强迫负载(或空钩)下降，电动机处于反转电动状态，在Te+Tg=Tf时，电动机稳定运行在-nb转速下，如图17-4(b)所示，工作在第三象限，也称强力(或加力)下降。 当Tg>Tf时，虽然负载很小，但重力转矩仍大于摩擦转矩，当电动机按反转接线时，则电动机的电磁转矩与重力转矩方向相同，在Te与Tg的共同作用下，使电动机加速，当n=n0时，电磁转矩为零，但在重力转矩作用下，电动机仍加速，使n>no电动机处于反向再生发电制动状态；当Tf +Te=Tg时，电动机稳定在-nc转速下运行，如图17-4(c)所示，工作在第四象限，nc>n0，此时，要求电动机的机械特性硬些，以免下降速度过高。因此，再生发电制动状态时，直流电动机电枢回路或交流绕线转子感应电动机转子回路不允许串电阻。 $$