125?t鑄造起重機(jī)主起升機(jī)構(gòu)調(diào)壓調(diào)速改造方案

黃驊

[摘? ? 要]文章介紹了本單位125 t鑄造起重機(jī)主起升機(jī)構(gòu)的調(diào)壓調(diào)速改造技術(shù)方案。通過調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)在本單位125 t鑄造起重機(jī)主起升機(jī)構(gòu)的應(yīng)用，闡述了數(shù)字式（可控硅換向）調(diào)壓調(diào)速裝置及系統(tǒng)在鑄造起重機(jī)上應(yīng)用的技術(shù)架構(gòu)及技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，為鑄造起重機(jī)調(diào)壓調(diào)速的改造提供借鑒。

[關(guān)鍵詞]鑄造起重機(jī);調(diào)壓調(diào)速;變頻調(diào)速;行星減速器;主起升控制系統(tǒng)

[中圖分類號(hào)]TH215 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）01–00–03

The Reformation Plan of the Main Hoisting Mechanism of 125 t Cast Crane

Huang Hua

[Abstract]This article introduces the technical plan for the reformation of the main hoisting mechanism of the 125 t casting crane of this unit. Through the application of the pressure and speed control system in the main hoisting mechanism of the 125 t casting crane of this unit， the technical architecture， technical characteristics and advantages of the digital （SCR commutation） pressure and speed control device and the system applied to the casting crane are explained. ， To provide a reference for the transformation of the pressure and speed regulation of the casting crane.

[Keywords]casting crane; pressure and speed regulation; frequency conversion and speed regulation; planetary reducer; main hoist control system

冶金鑄造起重機(jī)是冶金企業(yè)中非常重要的核心搬運(yùn)設(shè)備，使用環(huán)境溫度高、粉塵大、環(huán)境惡劣，鑄造起重機(jī)質(zhì)量的好壞對(duì)該行業(yè)以及企業(yè)的發(fā)展有很大的影響。因此，對(duì)有關(guān)企業(yè)應(yīng)加大對(duì)鑄造機(jī)在電氣控制等方面的內(nèi)容，進(jìn)而能夠從根本上提高整體的穩(wěn)定性、承載力以及安全性，推動(dòng)此行業(yè)的發(fā)展。

文中主要講述了本單位所使用的125t鑄造起重機(jī)，該種類型起重機(jī)產(chǎn)于20世紀(jì)，目前該電控系統(tǒng)在使用過程中存在一定的問題，早已不能適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)。要想能夠從根本上提高125t鑄造起重機(jī)的穩(wěn)定性以及使用率，減少發(fā)生故障的次數(shù)，則必須要根據(jù)目前所存在的問題制定完善的解決方案，滿足社會(huì)在發(fā)展過程中的需要。

1 目前我國(guó)企業(yè)在使用125 t鑄造起重機(jī)存在的問題

（1）起升機(jī)構(gòu)采用兩檔反接控制時(shí)，控制系統(tǒng)由于只是通過轉(zhuǎn)子串接不同阻值電阻進(jìn)行檔位切換，因此在起升機(jī)構(gòu)中電機(jī)在低檔位時(shí)不會(huì)有穩(wěn)定的低速，會(huì)因載荷不同而速度不同。所以在進(jìn)行慢速對(duì)位時(shí)，對(duì)操作人員的要求非常苛刻;

（2）當(dāng)使用時(shí)間繼電器來完成轉(zhuǎn)子電阻切換時(shí)，電機(jī)切換電流數(shù)值則會(huì)超出規(guī)定數(shù)值，因此會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)無法正常運(yùn)行;

（3）因?yàn)榇朔N類型的正常運(yùn)行要求與其他不同，并且兩個(gè)擋位的操作系統(tǒng)不容易產(chǎn)生穩(wěn)定的運(yùn)行系統(tǒng)，在進(jìn)行操作時(shí)會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)操作的現(xiàn)象，一些司機(jī)為了可以在最短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)停車，通常會(huì)在大反檔的作用下重復(fù)操作，這便加大了電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障的幾率，除此之外，長(zhǎng)期以往還會(huì)產(chǎn)生過量的電流，加速了主回路電路發(fā)生老化的問題;

（4）當(dāng)技術(shù)人員反復(fù)接觸定轉(zhuǎn)子時(shí)，會(huì)有帶電流分段的現(xiàn)象出現(xiàn)，再加上接觸器拉弧出現(xiàn)損壞，接觸器發(fā)生故障以及損壞的概率也隨之增加。

（5）125 t鑄造起重機(jī)需要用到定子回路電壓值為380 VAC來完成控制，倘若將其直接調(diào)整為無壓狀態(tài)則會(huì)導(dǎo)致電流過大而對(duì)電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行造成影響，而制動(dòng)器需要在電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)才能夠完成報(bào)閘工作，當(dāng)制動(dòng)器損壞嚴(yán)重時(shí)則會(huì)導(dǎo)致減速機(jī)軸斷裂，并且齒滾鍵也會(huì)因此發(fā)生損壞。

2 調(diào)壓調(diào)速改造的主要策略

2.1 對(duì)起重機(jī)進(jìn)行調(diào)速的主要方案

（1）處理好調(diào)速方面的應(yīng)用狀況，防止技術(shù)人員多次操作。

（2）加大對(duì)電流過量的控制，防止電動(dòng)機(jī)因此受到損壞。

（3）制定完善的管理措施來提高接觸器的使用時(shí)限，減少接觸器發(fā)生故障的次數(shù)。

當(dāng)前，主要有2種方案來完成125 t鑄造起重機(jī)的調(diào)速工作，①要想實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速則需要加大對(duì)電動(dòng)機(jī)定子頻率的改進(jìn)方案，將其速度控制在相對(duì)優(yōu)異的狀態(tài)，進(jìn)而能夠提高整體的控制性。要想增強(qiáng)脈沖編碼器的質(zhì)量，換用具有測(cè)速功能的專用電動(dòng)機(jī)，除此之外，使用變頻器對(duì)外界環(huán)境還有很高的要求，這主要是因?yàn)樽冾l調(diào)速低速啟動(dòng)力矩較低，對(duì)維護(hù)方面的要求也隨之增加，采用帶制動(dòng)電阻的變頻控制系統(tǒng)，主起升機(jī)構(gòu)發(fā)電制動(dòng)下降時(shí)的電能會(huì)被制動(dòng)電阻消耗，節(jié)能指標(biāo)較低。使用共直流母線變頻器可節(jié)能，但經(jīng)濟(jì)性差。②對(duì)125 t鑄造電動(dòng)機(jī)而言，只有通過調(diào)壓調(diào)速才能夠更加準(zhǔn)確以及快速的完成電動(dòng)機(jī)定子電壓的調(diào)試工作，其不僅有良好的調(diào)速，還有很好的控制性能，值得推廣。盡管通過調(diào)壓調(diào)速的方式所達(dá)成的效率要低于變頻調(diào)速，但此種方法所達(dá)成的效果能夠滿足125 t鑄造電動(dòng)機(jī)的正常工作需求，其中最為關(guān)鍵的因素便是使用調(diào)壓調(diào)速的方式，不用再另外設(shè)置脈沖編碼器。關(guān)鍵是要注意這種方法不能讓電動(dòng)機(jī)承載過多的能量，同樣也可以不用考慮低速啟動(dòng)能力方面的狀況，并且對(duì)125 t鑄造電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行也不會(huì)產(chǎn)生影響，一舉多得。

調(diào)壓調(diào)速雖然需要采用轉(zhuǎn)子接觸器控制，但由于采用無電流切換技術(shù)，接觸器的壽命大大延長(zhǎng)。而且調(diào)壓調(diào)速方案經(jīng)濟(jì)性大大優(yōu)于變頻調(diào)速（表1）。

2.2 綜合評(píng)價(jià)

（1）調(diào)壓調(diào)速，其經(jīng)濟(jì)性能好，性價(jià)比好;過載能力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)單電機(jī)工作;調(diào)速指標(biāo)可滿足起重機(jī)使用;對(duì)環(huán)境溫度，污染的適應(yīng)性強(qiáng)，MH的調(diào)壓調(diào)速裝置使用環(huán)境溫度不高于60 ℃;無需調(diào)試，投入使用方便簡(jiǎn)單;電路板通用性強(qiáng)，需用的備件少，更換方便;維修，維護(hù)簡(jiǎn)便，一般電工即可擔(dān)當(dāng);鑄造吊車上使用廣泛，使用經(jīng)驗(yàn)多，成熟產(chǎn)品。

（2）變頻調(diào)速，其經(jīng)濟(jì)性能差，價(jià)格較高;頻器過載能力弱，是目前在鑄造吊車上使用少的直接原因，如想實(shí)現(xiàn)單電機(jī)工作工況，必須加大電機(jī)功率，大幅度提高變頻器功率，方可滿足，進(jìn)而提高整機(jī)價(jià)格;調(diào)速指標(biāo)好，可四象限穩(wěn)定運(yùn)行;對(duì)環(huán)境適應(yīng)性差，需采取特別措施;變頻器使用環(huán)境溫度不高于40 ℃;需要調(diào)試，投入使用要求高;電路板通用性差，需整機(jī)備件;維修，維護(hù)要求高，需專業(yè)技術(shù)人員擔(dān)當(dāng)。

最終，綜合考慮，選擇了調(diào)壓調(diào)速方案。

2.3 在對(duì)125 t鑄造起重機(jī)主起升控制系統(tǒng)進(jìn)行改善時(shí)所需遵循的原理

通過對(duì)125 t鑄造起重機(jī)以及行星齒輪減速器主要分布狀況的調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，在對(duì)起升機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)可以按照以下內(nèi)容進(jìn)行，確保使用性能能夠準(zhǔn)確提升。

（1）該種類型的電動(dòng)機(jī)通常有2套閉環(huán)控制系統(tǒng)，其中一個(gè)需要由主令控制器進(jìn)行控制。再加上行星減速器的作用，必須要將2套系統(tǒng)的傳動(dòng)比控制在同一數(shù)值才能夠保證電機(jī)之間的力矩相等，防止出現(xiàn)偏載的現(xiàn)象，而該電機(jī)的整體運(yùn)行速度則是兩個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行速度相加之后的數(shù)值。

（2）倘若其中一個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，則可以由另一個(gè)系統(tǒng)開展運(yùn)行工作，確保電動(dòng)機(jī)能夠長(zhǎng)時(shí)間處于運(yùn)行狀態(tài)。另外，在選擇電氣元件時(shí)同樣不用進(jìn)行增容操作，并且在使用時(shí)也不會(huì)有承受過載的現(xiàn)象發(fā)生。

（3）當(dāng)在對(duì)大容量電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)整時(shí)，可以借助行星減速器的互相獨(dú)立性來完成操作，使用電氣系統(tǒng)能夠在起動(dòng)和制動(dòng)2套系統(tǒng)的作用下完成操作，防止受到電源電流的沖擊，降低對(duì)供電電源的要求。

（4）起升機(jī)構(gòu)中的工作制動(dòng)器不僅安裝在高速軸上，在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中同樣有安裝。倘若此2個(gè)環(huán)節(jié)中的卷筒轉(zhuǎn)速、電機(jī)超速以及高低速軸之間的速度比不出現(xiàn)變動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)則會(huì)在最短時(shí)間內(nèi)氣筒安全制動(dòng)器，將損失降到最低。

為了提高系統(tǒng)的可靠性，在主起升系統(tǒng)的架構(gòu)中，還采用了備用裝置，當(dāng)任何1臺(tái)裝置故障時(shí)，備用裝置可隨時(shí)投入，提高系統(tǒng)的可靠性。

按照設(shè)計(jì)原則，由2臺(tái)調(diào)壓調(diào)速裝置分別各去控制1臺(tái)電動(dòng)機(jī)，組成兩套獨(dú)立的控制系統(tǒng)，各自分別驅(qū)動(dòng)各自的電動(dòng)機(jī)，兩套調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)備用一臺(tái)裝置。

2.4 調(diào)壓調(diào)速裝置的選擇

（1）適用環(huán)境能力，在60 ℃環(huán)境溫度下，可以無需采取特殊的風(fēng)冷措施依然可靠工作;在灰塵大，污染嚴(yán)重的環(huán)境下使用，可靠性不會(huì)受到影響。

（2）轉(zhuǎn)子頻率反饋，采用電機(jī)轉(zhuǎn)子頻率作為速度閉環(huán)的反饋，無需易損的脈沖編碼器。

（3）裝置維修維護(hù)方便，調(diào)壓調(diào)速裝置的控制單元與功率單元分別獨(dú)立，可通過插拔進(jìn)行連接;控制單元內(nèi)電路板采用可插拔的電路板形式;裝置故障時(shí)，只需維修人員更換控制箱內(nèi)的印刷電路板（為插拔式電路板）或更換控制單元即可排除故障;電路板及控制單元全系列通用。

（4）可靠的系統(tǒng)故障監(jiān)測(cè)和報(bào)警，數(shù)字式調(diào)壓調(diào)速裝置由于為現(xiàn)代數(shù)字控制電路，因而具有強(qiáng)大的系統(tǒng)自診斷功能及可靠的系統(tǒng)故障監(jiān)測(cè)，報(bào)警和記憶。把事故避免在萌芽中，系統(tǒng)運(yùn)行更可靠，更安全。

（5）方便的人機(jī)界面：數(shù)字式調(diào)壓調(diào)速裝置的顯示面板提供了系統(tǒng)的大量運(yùn)行指標(biāo)，例如：電機(jī)電流，速度，檔位，觸發(fā)電壓等。當(dāng)故障時(shí)顯示故障名稱，還可顯示記憶的故障歷史，方便檢查和維護(hù)。

（6）使用可靠，無故障工作時(shí)間長(zhǎng)：具有在國(guó)內(nèi)冶金廠家多臺(tái)冶金吊車上使用的業(yè)績(jī)，經(jīng)過實(shí)踐證明，無故障工作時(shí)間長(zhǎng)，壽命可達(dá)10年以上。

（7）制動(dòng)器的冗余控制：制動(dòng)器是鑄造起重機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備，在主起升機(jī)構(gòu)停機(jī)及任何故障發(fā)生時(shí)，均需要通過控制制動(dòng)器閉合制動(dòng)負(fù)荷，避免溜鉤失控，因此應(yīng)選用帶制動(dòng)器冗余控制的調(diào)壓調(diào)速裝置，即裝置具有2個(gè)輸出點(diǎn)控制制動(dòng)器，而在裝置內(nèi)部應(yīng)具有雙芯片分別控制2個(gè)輸出繼電器，2個(gè)輸出繼電器分別控制外部的制動(dòng)器接觸器，2個(gè)制動(dòng)器接觸的主觸點(diǎn)串聯(lián)控制制動(dòng)器，保證制動(dòng)器控制的可靠、安全。在制動(dòng)器接觸器控制電路中，除裝置輸出繼電器控制外，還應(yīng)串聯(lián)主令控制器回零后的延時(shí)控制點(diǎn)，保證在主起升機(jī)構(gòu)主令在零位時(shí)，制動(dòng)器不會(huì)打開。

（8）裝置DC電源指令輸入：采用裝置內(nèi)部提供的DC直流電源作為外部指令輸入的電源，而不采用外部AC220 V電源供電的指令輸入。這樣可以杜絕將外部AC220 V電源干擾引入裝置的可能性，提高裝置工作可靠和安全。

根據(jù)上述原則，選用了THYROMAT 10BCCH 700 A 380BPZ數(shù)字式（可控硅換向）調(diào)壓調(diào)速裝置用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。

3 定子調(diào)壓系統(tǒng)改造后的效果

（1）機(jī)構(gòu)起、制動(dòng)平穩(wěn)，當(dāng)機(jī)構(gòu)起、制動(dòng)時(shí)只要達(dá)到正常素的的1/10便可以啟動(dòng)，倘若被吊物體能夠穩(wěn)定運(yùn)行，則對(duì)125 t鑄造起重機(jī)提高使用年限有很大的幫助。

（2）將制動(dòng)器閘塊之間的碰撞率降到最低。

（3）準(zhǔn)確掌握被吊物體的位置。

（4）能夠有限防止金屬物體與傳統(tǒng)系統(tǒng)發(fā)生沖擊，保障整體質(zhì)量。

（5）有效對(duì)起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)形成保護(hù)。

（6）加大對(duì)零電流轉(zhuǎn)子接觸器的切換力度，能夠防止接觸器頭上的拉弧出現(xiàn)損壞，起到維護(hù)作用。

（7）將斜波直線施壓到電動(dòng)機(jī)上，能夠防止電動(dòng)機(jī)與減速箱之間出現(xiàn)碰撞。

4 結(jié)語

通過上文的論述，THYROMAT數(shù)字定子調(diào)壓系統(tǒng)對(duì)提高太鋼鑄造起重機(jī)主起升機(jī)構(gòu)各方面性能有很大的幫助，能夠解決本單位在鑄造以及生產(chǎn)中的問題，減少發(fā)生故障的次數(shù)，有利于整體運(yùn)行安全以及可靠性的提高，并且維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單，值得推廣。

參考文獻(xiàn)

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