一种面向实验用桥式起重机装置的开发与应用

2021-01-14罗继军

黑龙江科学 2021年24期

罗继军

(陕西国防工业职业技术学院，西安 710300)

桥式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，其低压电气控制线路比较复杂，学习研究其布线构成、故障诊断和控制改造，对学生的知识点掌握及实践动手能力培养将有质的提升。设计一种桥式起重机实验装置，既能完成电气控制系统的接线、布槽、故障诊断和PLC改造，又能通过实物模型将电气控制与实际工作相结合，达到直观演示的目的。

1 实验装置设计开发

桥式起重机实验装置采用实际配电柜作为主柜，由两个电柜组合而成，体积为150 cm×50 cm×170 cm，由2 mm厚钢板精加工而成，整体喷塑。柜内安装各种机床电路，柜面安装电压表、电流表、凸轮开关、主令开关、电动机、按钮、指示灯。电器元件均采用国标元件，保证质量和技术参数要求。人为故障点由开关控制，每套电路根据实际情况设置16个常规故障。

该设备左侧为低压电气控制柜，柜内为实际5 t/20 t双钩桥式起重机电气控制线路。三层平台中，第一层为接触器、继电器、变压器、故障开关和滑变电阻，第二层平台为桥式起重机的5个模拟电机，第三层平台为凸轮控制器和主接触器。各层布局结构合理，便于查看电路连接[1]。为了更好地保证设备的可视化教学效果，在电气柜右侧安装一个半实物模型，用来模拟真实的桥式起重机工作过程。通过连接线缆将电气柜线路引入到该半实物模型上，这样控制过程就可以在半实物模型上以仿实际运动的过程表现出来，非常直观。本设备设置了16个故障点，所有故障都是模拟桥式起重机实际工作时经常出现的故障，涵盖了短路、断路、无自锁等各种故障类型，具有一定代表性。后侧加装了PLC与变频器模块，可以通过PLC改造和变频器接线设置，让学生进一步了解PLC与变频器在设备改造中的实际应用。外部控制面板要清晰，使学生能够在控制面板上了解当前控制过程。

2 电控系统设计

以仿5 t/20 t桥式起重机电气控制线路为例，分析起重设备的电气控制线路。

2.1 运动形式

设备结构由大车、小车组成，由主钩和副钩组成提升机构。大车主要在轨道上完成纵向运动，小车在大车上完成横向运动；主、副钩都装在小车上，主钩主要用于提升重物，副钩则配合完成重物的吊装，主、副钩不能同时提升重物。当两钩同时工作时，重量不能超出主钩的重量。

2.2 供电特点

桥式起重机的电源电压为380 V，由公共的交流电源供给，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21根辅助滑触线。

2.3 电力拖动要求

电动机具有较高的机械强度和较大的过载能力，选用绕线转子异步电动机拖动，采用恒转矩调速；合理升降速度，重载时速度慢，在30%额定速度内分成几挡，可灵活操作；启动转矩不能过大，一般限制在额定转矩的一半以下；停车采用安全可靠的制动方式，具有零位、短路、过载和终端保护。

3 故障设置与诊断要求

共设故障16处，均由故障开关控制，其中断路故障有14处，短接故障有2处。各故障点均用故障开关控制，“0”位为断开，“1”位为合上。

16个故障点分别为：

(1)Q1故障开关串联在M1的V13相(M1)，断开此开关，副钩主电机M1缺相运行。在做此项实训时，通电时间不要超过1 min，以免故障时间过长损坏电动机。(2)Q2故障开关串联在控制线的一相线上，断开此开关，副钩、小车、大车的控制失效。(3)Q3故障开关串联在小车的刹车YB2的一端，断开此开关，刹车YB2失效，即工作时(模拟负载)YB2指示灯不亮。(4)Q4故障开关串联在副钩控制线的限位开关SQ6(8)一端，断开此开关，副钩限位开关不起作用。(5)Q5故障开关串联在控制线的安全保护SQ9(24) ，断开此开关，相当于副钩、小车、大车的整个控制回路断电失效。(6)Q6故障开关串联在主钩刹车YB5、YB6的一端进线处，断开此开关，主钩刹车器(负载模拟指示灯)YB5、YB6工作时不亮[2]。(7)Q7故障开关串联在主钩控制线的一端进线(V11)处，断开此开关，主钩控制回路失效。(8)Q8故障开关串联在主钩失压保护继电器KV线圈(30)处，断开此开关，主钩控制回路断电失效。(9)Q9故障开关与主钩限位保护开关SQ5并联，合上此开关，SQ5不起作用。(10)Q10故障开关串联在主钩下降后的控制回路中，断开此开关，主钩上升、制动及主钩转子控制失效。(11)Q11故障开关串联在KM1常开触头的一端(42)，接通此开关， KM9不能加速动作。(12)Q12故障开关串联在主钩转子加速的控制回路上(39)，断开此开关，主钩加速失效。(13)Q13故障开关与SB并联，当正常情况下，QS1接通电源时，不按SB按钮，KM也自动得电吸合。(14)Q14故障开关串联在KM线圈一端(24)，断开此开关，当正常工作时，按下SB按钮时KM不能吸合，大、小车及负钩电机不能工作。(15)Q15故障开关串联在主钩转子制动的控制接触器KM5线圈上(44)，断开此开关，当S8闭合时，主钩制动接触器KM5无法得电[3]。(16)Q16故障开关串联在KM9的线圈一端，断开此开关，当S12闭合时，KM9不能吸合。