QD橋式起重機(jī)中的應(yīng)用和改造方案

 

    橋式起重機(jī)是工礦企業(yè)中應(yīng)用十分廣泛的一種起重機(jī)械，QD型橋式起重機(jī)，使用頻繁，橋式起重機(jī)電力拖動(dòng)系統(tǒng)多采用繞線式交流異步電機(jī)，轉(zhuǎn)子回路內(nèi)串入多段外接電阻調(diào)速，采用凸輪控制器、繼電器、接觸器控制。

 

    這種控制系統(tǒng)主要缺點(diǎn)是:

 

    1）大車、小車、吊鉤主起升；拖動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)采用變阻調(diào)速，運(yùn)行性能差，而且電阻元件使用普通康銅材質(zhì)，性脆易斷裂，故電阻燒損和斷裂故障時(shí)有發(fā)生，又制成柵狀，高溫時(shí)易彎曲變形造成短路事故，電纜燃燒和損壞。

 

    2）電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速屬能耗型轉(zhuǎn)差調(diào)速，能耗大，機(jī)械特性軟，調(diào)速范圍小，平滑性差。

 

    3）由于現(xiàn)場環(huán)境中的金屬粉塵、有害氣體對(duì)電動(dòng)機(jī)集電環(huán)、繼電器的腐蝕與短路，再加上繼電器、接觸器控制系統(tǒng)切換頻繁，起動(dòng)時(shí)，沖擊電流大，因此觸頭燒損、電刷冒火、電動(dòng)機(jī)燒損故障時(shí)有發(fā)生，故障率高。

 

    4）調(diào)速平滑性差，對(duì)減速機(jī)、連軸器、鋼絲繩的機(jī)械沖擊大，影響使用壽命。

 

    5）系統(tǒng)抱閘是在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行的，對(duì)制動(dòng)器損害很大，閘皮磨損嚴(yán)重而引起的安全隱患。

 

    隨著電力電子技術(shù)的飛快發(fā)展和軟件技術(shù)的成熟，安川變頻器的性能和可靠性都有了很大的提高。因此，在橋式起重機(jī)上應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)橋式起重機(jī)的升降，小車和大車機(jī)構(gòu)的無級(jí)調(diào)速，從而極大地提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和精確性。

 

    2變頻調(diào)速改造方案

 

    對(duì)擔(dān)負(fù)工廠橋式起重機(jī)的大、小車電力拖動(dòng)系統(tǒng)，吊鉤升降、電力拖動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行變頻調(diào)速技術(shù)改造，以改善其操作性能、降低故障率能耗率。橋式起重機(jī)的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理如下。

 

    2.1變頻調(diào)速改造方案設(shè)計(jì)

 

    橋式起重機(jī)的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)改造的具體設(shè)計(jì)方案是:

 

    1）用4臺(tái)安川變頻器來控制5臺(tái)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)重載啟動(dòng)與變頻調(diào)速，應(yīng)考慮125%額定重量的過載能力。

 

    2）電氣控制系統(tǒng)中、原各電氣控制柜和繼電器、接觸器一律取消，更換為新電氣控制柜，控制柜采用封閉式另加散熱風(fēng)扇、空氣過濾器，是用來防護(hù)粉塵對(duì)電氣元件的危害。安川變頻器采用的是日本安川CIMR-HB4A(H1000)、CIMR-AB4A(V1000)、CIMR-AB4A(A1000)系列起重專用安川變頻器。

 

    3）調(diào)速方式采用無PG矢量控制功能的變頻調(diào)速系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速由中間繼電器調(diào)速控制器控制。

 

    4）制動(dòng)方式采用再生制動(dòng)、直流制動(dòng)和電磁機(jī)械制動(dòng)相結(jié)合的方式。運(yùn)行（重物下降）時(shí)，采取在安川變頻器直流回路內(nèi)接入制動(dòng)電阻的方式消耗掉再生的電能，把運(yùn)行的大、小車和吊鉤迅速而準(zhǔn)確地停止?。ㄋ俳禐?-3HZ）。吊鉤作業(yè)時(shí)，常常有將重物在半空中停留一段時(shí)間的現(xiàn)象（如重物在空中平移或突然停電時(shí)），變頻調(diào)速系統(tǒng)雖然能使重物停住，但因容易受到外界因素的干擾（如平移時(shí)常出現(xiàn)斷電），可靠性差。因此，還必須同時(shí)采取電磁制動(dòng)器進(jìn)行機(jī)械制動(dòng)以配合可靠完成作業(yè)。

 

    由于繞線式異步電動(dòng)機(jī)散熱風(fēng)扇是一體的，在低頻率速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)達(dá)不到散熱效果，所以要在每臺(tái)電動(dòng)機(jī)上加一臺(tái)單控制的微型軸流風(fēng)機(jī)，完善地達(dá)到散熱效果。避免電動(dòng)機(jī)長時(shí)間低轉(zhuǎn)速所產(chǎn)生的高溫現(xiàn)象。

 

    2.2電氣工作原理

 

    1）系統(tǒng)的控制指令，由司機(jī)室聯(lián)動(dòng)臺(tái)專用主令電位控制器Ks、給出，控制變頻指令：上升、下降、加速、減速，平滑調(diào)速。吊鉤升降、機(jī)構(gòu)制動(dòng)打開由安川變頻器輸出繼電器驅(qū)動(dòng)制動(dòng)器控制接觸器Cs、使制動(dòng)器、微型軸流風(fēng)機(jī)動(dòng)作。

 

    2）安川變頻器有短路、過壓、缺相、失壓、過流、超速、接地等各種保護(hù)功能和故障自診斷及顯示報(bào)警功能。當(dāng)安川變頻器出現(xiàn)短路、過流等故障時(shí)，安川變頻器給出故障信號(hào)，并停止輸出，切斷安川變頻器電源，控制制動(dòng)器抱閘，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

 

    吊鉤升降、機(jī)構(gòu)除了安川變頻器內(nèi)部有保護(hù)功能外，還設(shè)置了線路保護(hù)：

 

    （1）零位保護(hù)，由主令控制器零位觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)此功能；

 

    （2）限位保護(hù)，由高度限制器實(shí)現(xiàn)；

 

    （3）線路設(shè)有低壓斷路器作為短路保護(hù)。

 

    1）小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)電氣拖動(dòng)系統(tǒng)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)由一臺(tái)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用1臺(tái)安川變頻器控制，系統(tǒng)控制方法與起升機(jī)構(gòu)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)類似。

 

    2）大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)電氣拖動(dòng)系統(tǒng)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)由兩臺(tái)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用1臺(tái)安川變頻器控制，系統(tǒng)控制方法與小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)類似。

 

    3安川變頻器的選擇

 

    變頻器采用日本安川H1000、A1000、系列起重專用安川變頻器。

 

    3.1.1安川變頻器控制方式的選擇

 

    由于起重機(jī)機(jī)構(gòu)多為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，故選用帶低速轉(zhuǎn)矩提升功能的電壓型安川變頻器。

 

    平移機(jī)構(gòu)慣量較大，負(fù)載變化相對(duì)小，屬于阻力性負(fù)載，故大車、小車選用v/f開環(huán)控制方式的安川A1000型安川變頻器；起升機(jī)構(gòu)慣量較小，負(fù)載變化大，屬于位能性負(fù)載，為獲得快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩的快速調(diào)節(jié)，獲得理想的動(dòng)態(tài)性能，通常采用矢量控制方式，主付升降選用安川H1000型安川變頻器，采用無PG矢量控制方式可獲得穩(wěn)定的工作狀態(tài)和良好的機(jī)械特性。

 

    3.1.2安川變頻器容量的選擇

 

    安川變頻器容量的選擇是以電動(dòng)機(jī)的額定功率為依據(jù)的。由于繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)與通用或其它異步電動(dòng)機(jī)相比，其繞組的阻抗較小，因此使用安川變頻器調(diào)速時(shí)應(yīng)考慮紋波電流引起的過電流跳閘情況，同樣功率下的電動(dòng)機(jī)，繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)額定電流往往較大，所以選擇時(shí)應(yīng)考慮一定余量。雖然起重機(jī)升降機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，加速時(shí)間較短，但考慮到電網(wǎng)電壓波動(dòng)的因素，以及安全勞動(dòng)部門對(duì)起重機(jī)1.25倍額定靜載荷檢測要求等因素來選擇起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的安川變頻器容量。大車、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)屬于大慣量負(fù)載，其加減時(shí)間一般不超過20s，安川變頻器的短時(shí)過載能力為150％，不同的加速時(shí)間對(duì)安川變頻器容量的計(jì)算不同，當(dāng)加速時(shí)間>2min時(shí)，安川變頻器功率選擇應(yīng)放大些，以此來選擇大車、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的安川變頻器容量。

 

    3.1.3制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻的選擇

 

    當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于反接制動(dòng)或再生制動(dòng)狀態(tài)，安川變頻器內(nèi)直流電路儲(chǔ)能電容兩端的電壓將升高，為避免電壓過高而使直流過壓保護(hù)動(dòng)作，必須將這部分能量回饋至電網(wǎng)或增設(shè)制動(dòng)單元及制動(dòng)電阻以釋放這部分能量。廠商提供與安川變頻器容量相配套的標(biāo)準(zhǔn)外接制動(dòng)單元。大車、小車、主付升、降，制動(dòng)單元均選用日本安川H1000型與A1000型安川變頻器容量相配套的標(biāo)準(zhǔn)外接制動(dòng)單元。大車、小車、主付升、降、制動(dòng)電阻均選用國產(chǎn)、安川變頻器專用制動(dòng)電阻器。

 

    1）安川變頻器運(yùn)行、停止控制；

 

    2）控制制動(dòng)器，保證電動(dòng)機(jī)停止時(shí)能夠及時(shí)制動(dòng)，既不提前，也不延后；

 

    3）升降安川變頻器控制方式切換；

 

    4）電氣閉鎖保護(hù)控制；

 

    5）任何時(shí)刻斷電，系統(tǒng)將會(huì)立即停止運(yùn)行，制動(dòng)器制動(dòng)。

 

    4系統(tǒng)控制要點(diǎn)

 

    橋式起重機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的控制包括：大車的左、右行及速度擋；小車的前、后行及速度擋；吊鉤的主、付，升、降，及調(diào)速等，這些都可以通過安川變頻器進(jìn)行無觸點(diǎn)控制。橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)中需要引起注意的是關(guān)于防止溜鉤的控制，在電磁制動(dòng)器抱住之前和松開后的瞬間，極易發(fā)生重物由于停止?fàn)顟B(tài)下滑而產(chǎn)生溜鉤現(xiàn)象。在這個(gè)問題上，主要用安川變頻器運(yùn)行參數(shù)設(shè)置與安川變頻器的制動(dòng)單元、制動(dòng)電阻和液壓制動(dòng)器的配合而達(dá)到完美的效果。

 

    4.2起吊重物升降控制要點(diǎn)

 

    4.3自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升設(shè)置

 

    自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升設(shè)置，在調(diào)試過程中適當(dāng)?shù)靥岣咧蓄l電壓可以改善低頻特性，從而提高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩；提高零頻電壓可以加大直流強(qiáng)勵(lì)磁，使電機(jī)保持足夠大的轉(zhuǎn)矩防止溜鉤。

 

    吊車使用完畢后，應(yīng)將主令控制器放置零位，30s后按下停止按鈕，斷開主電源，關(guān)閉風(fēng)機(jī)及照明電源開關(guān)，確認(rèn)斷電后，鎖好操作室門方可離開。

 

    5安川變頻器功能參數(shù)的設(shè)置

 

    橋式起重機(jī)各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)改造采用的日本安川H1000和A1000系列安川變頻器的功能參數(shù)設(shè)置。

 

    6改造后的應(yīng)用效果；改造效果主要表現(xiàn)為：

 

    1）橋式起重機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、加速、減速等過程更加平穩(wěn)快速，定位更加準(zhǔn)確，減少了負(fù)載波動(dòng)，安全性大幅提高。

 

    2）系統(tǒng)運(yùn)行的開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)了無觸點(diǎn)化，具有半永久性的壽命。

 

    3）由于電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流限制得較小，頻繁啟動(dòng)和停止時(shí)電動(dòng)機(jī)熱耗減少，壽命延長。

 

    4）電磁制動(dòng)器在低速時(shí)動(dòng)作,其閘皮的磨損很小，使用壽命延長。

 

    5）降低了對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

 

    6）節(jié)約能源，變頻調(diào)速的啟動(dòng)、制動(dòng)、加速、減速等過程中，電機(jī)運(yùn)行電流小。以本案來講，節(jié)能可達(dá)30%左右。在生產(chǎn)工況相同的情況下電耗和維修費(fèi)用比改制前節(jié)能20%左右。

 

    通過技術(shù)改造，不僅提高了橋式起重設(shè)備安全運(yùn)行時(shí)間，也使工作勞動(dòng)維修強(qiáng)度維修成本大幅降低，因此，變頻調(diào)速技術(shù)在橋式起重機(jī)上的應(yīng)用是提高工作效益、降低能耗保障工作安全的選擇。

 

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    來源：賢集網(wǎng)

 

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