一種面向實驗用橋式起重機裝置的開發與應用

羅繼軍

(陜西國防工業職業技術學院，西安 710300)

橋式起重機是一種用來吊起或放下重物并使重物在短距離內水平移動的起重設備，其低壓電氣控制線路比較復雜，學習研究其布線構成、故障診斷和控制改造，對學生的知識點掌握及實踐動手能力培養將有質的提升。設計一種橋式起重機實驗裝置，既能完成電氣控制系統的接線、布槽、故障診斷和PLC改造，又能通過實物模型將電氣控制與實際工作相結合，達到直觀演示的目的。

1 實驗裝置設計開發

橋式起重機實驗裝置采用實際配電柜作為主柜，由兩個電柜組合而成，體積為150 cm×50 cm×170 cm，由2 mm厚鋼板精加工而成，整體噴塑。柜內安裝各種機床電路，柜面安裝電壓表、電流表、凸輪開關、主令開關、電動機、按鈕、指示燈。電器元件均采用國標元件，保證質量和技術參數要求。人為故障點由開關控制，每套電路根據實際情況設置16個常規故障。

該設備左側為低壓電氣控制柜，柜內為實際5 t/20 t雙鉤橋式起重機電氣控制線路。三層平臺中，第一層為接觸器、繼電器、變壓器、故障開關和滑變電阻，第二層平臺為橋式起重機的5個模擬電機，第三層平臺為凸輪控制器和主接觸器。各層布局結構合理，便于查看電路連接[1]。為了更好地保證設備的可視化教學效果，在電氣柜右側安裝一個半實物模型，用來模擬真實的橋式起重機工作過程。通過連接線纜將電氣柜線路引入到該半實物模型上，這樣控制過程就可以在半實物模型上以仿實際運動的過程表現出來，非常直觀。本設備設置了16個故障點，所有故障都是模擬橋式起重機實際工作時經常出現的故障，涵蓋了短路、斷路、無自鎖等各種故障類型，具有一定代表性。后側加裝了PLC與變頻器模塊，可以通過PLC改造和變頻器接線設置，讓學生進一步了解PLC與變頻器在設備改造中的實際應用。外部控制面板要清晰，使學生能夠在控制面板上了解當前控制過程。

2 電控系統設計

以仿5 t/20 t橋式起重機電氣控制線路為例，分析起重設備的電氣控制線路。

2.1 運動形式

設備結構由大車、小車組成，由主鉤和副鉤組成提升機構。大車主要在軌道上完成縱向運動，小車在大車上完成橫向運動；主、副鉤都裝在小車上，主鉤主要用于提升重物，副鉤則配合完成重物的吊裝，主、副鉤不能同時提升重物。當兩鉤同時工作時，重量不能超出主鉤的重量。

2.2 供電特點

橋式起重機的電源電壓為380 V，由公共的交流電源供給，為了便于供電及各電氣設備之間的連接，在橋架的另一側裝設了21根輔助滑觸線。

2.3 電力拖動要求

電動機具有較高的機械強度和較大的過載能力，選用繞線轉子異步電動機拖動，采用恒轉矩調速；合理升降速度，重載時速度慢，在30%額定速度內分成幾擋，可靈活操作；啟動轉矩不能過大，一般限制在額定轉矩的一半以下；停車采用安全可靠的制動方式，具有零位、短路、過載和終端保護。

3 故障設置與診斷要求

共設故障16處，均由故障開關控制，其中斷路故障有14處，短接故障有2處。各故障點均用故障開關控制，“0”位為斷開，“1”位為合上。

16個故障點分別為：

(1)Q1故障開關串聯在M1的V13相(M1)，斷開此開關，副鉤主電機M1缺相運行。在做此項實訓時，通電時間不要超過1 min，以免故障時間過長損壞電動機。(2)Q2故障開關串聯在控制線的一相線上，斷開此開關，副鉤、小車、大車的控制失效。(3)Q3故障開關串聯在小車的剎車YB2的一端，斷開此開關，剎車YB2失效，即工作時(模擬負載)YB2指示燈不亮。(4)Q4故障開關串聯在副鉤控制線的限位開關SQ6(8)一端，斷開此開關，副鉤限位開關不起作用。(5)Q5故障開關串聯在控制線的安全保護SQ9(24) ，斷開此開關，相當于副鉤、小車、大車的整個控制回路斷電失效。(6)Q6故障開關串聯在主鉤剎車YB5、YB6的一端進線處，斷開此開關，主鉤剎車器(負載模擬指示燈)YB5、YB6工作時不亮[2]。(7)Q7故障開關串聯在主鉤控制線的一端進線(V11)處，斷開此開關，主鉤控制回路失效。(8)Q8故障開關串聯在主鉤失壓保護繼電器KV線圈(30)處，斷開此開關，主鉤控制回路斷電失效。(9)Q9故障開關與主鉤限位保護開關SQ5并聯，合上此開關，SQ5不起作用。(10)Q10故障開關串聯在主鉤下降后的控制回路中，斷開此開關，主鉤上升、制動及主鉤轉子控制失效。(11)Q11故障開關串聯在KM1常開觸頭的一端(42)，接通此開關， KM9不能加速動作。(12)Q12故障開關串聯在主鉤轉子加速的控制回路上(39)，斷開此開關，主鉤加速失效。(13)Q13故障開關與SB并聯，當正常情況下，QS1接通電源時，不按SB按鈕，KM也自動得電吸合。(14)Q14故障開關串聯在KM線圈一端(24)，斷開此開關，當正常工作時，按下SB按鈕時KM不能吸合，大、小車及負鉤電機不能工作。(15)Q15故障開關串聯在主鉤轉子制動的控制接觸器KM5線圈上(44)，斷開此開關，當S8閉合時，主鉤制動接觸器KM5無法得電[3]。(16)Q16故障開關串聯在KM9的線圈一端，斷開此開關，當S12閉合時，KM9不能吸合。

4 結語

設計了一種全新的教學實驗實訓裝置，該裝置具有可視性強、理解容易、操作方便等特點，可以靈活設置故障點并增加了PLC改造模塊，該設備應用狀態良好，提高了學生的學習興趣和實踐能力。