5 t/30 t雙鉤橋式起重機的結構設計與多功能驅動控制實現

修學強

（陜西國防工業職業技術學院，陜西西安 710300）

1 總體結構設計

起重機械主要用于裝卸和搬運物料，是現代化生產的重要設備。它不僅廣泛應用于工廠、礦山、港口、車站、建筑工地、電站等生產領域，而且也應用到人們的生活領域。使用起重運輸機械，能減輕工人勞動強度，降低裝卸費用，減少貨物的破損，提高勞動生產率，是實現生產過程機械化和自動化不可缺少的機械設備。

本文結合生產實際要求設計了一種5 t/30 t的橋式起重機，該起重機機由工作機構、工程材料和動力系統三部分組成的，設計結構如圖1、2所示。

（1）工作機構

該起重機的工作機構由起升、運行和變幅機構組成。起升機構是升降重物的機構，它是起重機械最主要的機構，該起重機械有兩套起升機構，分別為升降重物能力最大的主鉤（承載質量30 t）和承載質量為5 t的副鉤。運行機構是使起重機械或起重小車行走的機構，該起重機在設計時保留了大車（最長行程）和小車（最短行程）兩個行走機構。變幅機構是使起重機械臂架傾角變化,改變幅度的機構。

圖1 5 t/30 t的橋式起重機

圖2 5 t/30 t的橋式起重機行走機構

（2）工程材料

工程材料主要指橋式起重機的主要金屬結構，該結構要保障設備良好的運行穩定性、抗震性和適當的剛度，需要對結構的靜剛度等參數進行分析計算，在這里不加重點敘述。

（3）動力系統

動力裝置是驅動起重機械運動的動力設備。它在很大程度上決定了起重機械的性能和構造特點。起重機械的控制系統包括操縱裝置和安全裝置。各種機構的起動、調速、改向、制動和停止，都是通過操縱控制系統來實現的。

2 電氣控制系統結構

根據設計需要重新設計了一套電控系統，以保證設備的多段速控制、多位置操作和有效的安全保護控制，力求做到操作簡單方便、控制全面有效、超程及時保護、耗損迅速斷電。由于生產現場中橋式起重機大車橋架跨度比較大，在兩側分別裝置兩個規格相同的電動機M3和M4拖動，沿著長程（大車運行）軌道縱向的兩個方向同速運行，小車移動機構由一臺電動機M2拖動，沿著固定在大車橋架上的小車軌道做橫向兩個方向的運動，主鉤升降由電機M5拖動，副鉤升降由電機M1拖動，電氣控制線路如圖3、4所示。

圖3 電氣控制圖1

圖4 電氣控制圖2

各移動部分均采用限位開關做行程限位保護，分別為主鉤上升限位開關SQA，副鉤上升限位開關SQB，小車橫向限位開關SQ1、SQ2，大車縱向限位開關SQ3、SQ4。為保證橋式起重機在運行過程中的安全性，移動部件需在極限位置上安裝擋鐵，在任何一個擋鐵觸碰到行程開關時斷開電路，停止設備運行，在一切檢查就緒后重新通電使起重機正常運行。

起重機上的5臺電機均采用電磁抱閘制動，這種制動方式結構簡單，便于維修，出現問題能夠及時更換處理，比起其它制動方式更加可靠，并能夠減少由于過多的控制線路所造成的維修問題，其中主鉤制動電磁鐵YA5，副鉤制動電磁鐵YA1，小車制動電磁鐵YA2，大車制動電磁鐵YA3與YA4，YA1—YA4為兩相，YA5、YA6為三相，當電動機通電時，電磁鐵放開制動器，當電動機斷電時，電磁鐵制動。

3 電氣多功能控制說明

（1）啟動運行

操作人員按下啟動按鈕SB，主接觸器KM吸合，使兩相電源進入各凸輪控制器，一相電源引入到各電機定子，此時凸輪控制器手柄均在零位，電機不會運轉

（2）凸輪控制器的多功能控制

大車、小車、副鉤的控制分別采用三個凸輪控制器來進行,下面以大車控制過程為例來分析多功能調速控制的實現,小車與副鉤的控制過程與大車相同。

轉動凸輪控制器SA3手柄向后旋轉1個角度后，處于位置1狀態下，主觸頭V2-3M1、4M3、W2-3M3、4M1接通正反轉連鎖出頭SA3-6接通，SA3-5、SA3-7 斷開，電機 M3、M4 接通電源，YA3、YA4 通電，制動器放開，此時轉子串聯了全部電阻，具有較大的啟動轉矩和較小的啟動電流，大車以最低的轉速慢慢向后運行。

再轉動凸輪控制器SA3手柄向后旋轉1個角度后，處于位置2狀態下，轉子電阻控制觸頭3R3、4R5接通,電機M3、M4轉子各切除一段3R、4R中的電阻,電機轉速略有升高。依次往后直到位置5狀態，接觸觸頭依次閉合轉子電阻逐漸切除，電機轉速逐漸升高，當轉子電阻全部切除時，轉速達到最高。

當凸輪控制器向前旋轉時，其過程與上述正好相反，電機反向旋轉，并隨著向前旋轉的檔位逐漸加大，轉子的轉速也逐漸升高，直到獲得最大轉速，當操作手柄扳到零位時，全部斷電，制動器開始制動，這樣大車就可以擁有11段的調速控制。

（3）主令控制器的多功能控制

主鉤電機是整個橋式起重機中最為重要的部分，是工作量最大，承載量最高的電機，所以主鉤電機采用主令控制器來實現多功能調速控制。主鉤運行有升降兩個方向，上升控制與凸輪控制器基本相似，區別是它通過接觸器來實現的。下降的過程則與凸輪控制器有明顯的區別，主鉤下降有6擋位置，“J、1、2”這三個檔位為制動下降位置，防止在吊有重載下降時速度過快，電機處于反接制動狀態，“3、4、5”這三個檔位為強力下降位置，主要用于輕載時快速下降。

4 控制系統的PLC改造

為了更好的控制橋式起重機大、小車運行，主、副鉤提升、下降重物及調速，解決起重機工作在斷續狀態操作頻繁、通斷次數較高、負載沒有規律性、時輕時重、經常承受大的過載和機械沖擊的問題，將PLC應用于起重機控制系統中，為了更好地克服這些缺點，提高運行可靠性，降低維護量，特對該橋式起重機的控制系統進行了基于西門子226的PLC改造，依然可實現上述的多功能調速控制，外部接線與地址分配等內容在此不詳加敘述，具體程序控制過程見圖5。

圖5 PLC程序控制過程

5 結語

本設計可以順利實現5 t/30 t雙鉤橋式起重機的多功能調速控制，在用PLC控制替代傳統繼電器控制系統的基礎上,進一步改進和完善電氣控制系統，安全性能更好，因而可以獲得更好的應用。

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