起重机电气故障的诊断与修理4.doc

技师论文

20/5t桥式起重机控制电路故障诊断与修理
黄文钢
(武钢烧结厂)
摘 要 对冶金企业20/5t桥式起重机在运行过程中经常出现的电气设备本身故障和操作过程中发生的故障形成的原因进行了分析，并根据故障原因找出了解决问题的相应措施。
关键词 20/5t桥式起重机 电路故障 原因分析 解决措施

1 前 言

20/5t桥式起重机是冶金企业生产中不可缺少的设备，其作用日益重要。它是实现生产过程机械化和自动化、减轻繁重体力劳动、提高生产效率和实现安全生产的重要设备，应用十分广泛。
20/5t桥式起重机有专用的电动机、电器和电控设备，起重机电气设备在运行过程中经常发生故障，一旦发生故障，将会引起链锁反应，造成巨大的经济损失。为减少起重机电气设备在运行过程中发生的故障，首先必须熟悉20/5t桥式起重机控制电路的工作原理，然后再详细分析20/5t桥式起重机在运行过程中经常出现的电气设备本身故障及操作过程中发生的故障，并熟练掌握其排除方法。

2 控制电路分析

20/5t桥式起重机控制电路如图6—4及6—5所示。
图中，M1 、M2为大车电动机，M3为小车电动机，M4为5t副钩电动机，M5为20t 主钩电动机，5台电动机均为YZR系列绕线转子异步电动机。

2.1 保护电路
从图中可见，接触器K0使电动机与电源接通，控制接触器K0就能对电动机进行保护。
（1）常闭触头S41-12、S42-12、S43-17是副钩、小车及大车的凸轮控制器的零位触头，只有当这三个凸轮控制器都在零位时，才允许接通交流电源。
（2）F20是电源电路的过电流保护，F21、F22、F25分别是副钩电动机、小车电动机和主钩电动机的过电流保护，F23、F24是大车电动机的过电流保护，任何一个过电流继电器动作，都能使接触器K0断电释放。
（3）限位开关S96、S97、S98分别为操纵室门、端梁栏杆门上的安全开关，当门打开时，自动切断电源，以防触电。
（4）S11是紧急开关，当发生紧急情况时，可以切断总电源。
（5）S91、S92为小车限位开关，S93、S94为大车限位开关，S95为副钩限位开关，一旦该开关动作后，要使机构退出极限位置，必须将手柄退至零位，这时自锁电路中常闭触头S41-10、S41-11，S42-10、S42-11，S43-15、S43-16都闭合，即可起动接触器K0，并操纵凸轮控制器，使机构反向运动，退出极限位置。
（6）S99为主钩的上升限位开关，串接在主钩上升控制接触器K21的回路中。

2.2 主钩的控制电路
主令控制器是向控制电路发出指令并控制主电路工作的一种间接控制电器，它与起重机控制屏（站）相配合，组成一个完整的控制系统，用来控制电动机的起动，制动、换向和调速。由于线路复杂，使用元件多，成本高，体积大，故仅在电动机容量较大（一般超过22KW凸轮控制器容量不够）、操作频率高（每小时通断次数接近600次或在600次以上）、起重机工作繁重（要求电气设备有较高的寿命）、起重机机构多（要求减轻司机劳动强度）、要求起重机工作时有较好的调速、点动性能等情况下才采用。
主钩由主令控制器S44控制，该主令控制器共有12副触头，上升与下降共有6挡工作位置，每个位置上触头的通断情况如表1所示。

表1主令控制器触头通断表
触头
下 降
零位
上 升
5
4
3
2
1
C
1
2
3
4
5
6
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

（注：表示接通）

把S44手柄置于“0”位，触头S44-1闭合，因过电流继电器F25常闭触头闭合，电压继电器K00通电吸合并自锁，为主钩电动机M5工作做好准备。
（1）提升重物时的工作情况。
主令控制器手柄置于上升侧“1”~“6”挡的任何位置，触头S44-3、S44-5、S44-6、S44-7都闭合。触头K21闭合，将上升限位开关S99串入电路，起上升限位保护作用。触头S44-5、S44-6闭合，使上升接触器K21通电吸合并自锁，然后制动接触器K71也通电吸合并自锁，制动电磁铁Y50通电而松开电磁抱闸，上升电动机起动运转。触头S44-7闭合，使接触器K41通电吸合，转子切除一段电阻，手柄在“2~6”挡的位置，触头S44-8~ S44-12依次闭合，相继接通接触器K42~ K46，依次切除转子外接电阻，使转子回路串入的电阻依次减少，上升速度逐渐提高。若重物上升到极限位置，将限位开关S99压下，接触器K21线圈断电释放，电动机脱离电源，同时接触器K71也断电释放，电磁抱闸将电动机轴抱住，使电动机迅速停车。
（2）下放重物时的工作情况。主令控制器在下降侧也有6挡位置。
① 制动下降“C”位置。触头S44-3、S44-5、S44-7、S44-8闭合，行程开关S99也闭合，接触器K21、K41、K42线圈通电吸合。由于触头S44-6断开，故制动接触器K71线圈未通电，制动器的抱闸未松开，尽管上升接触器K21已通电动作，电动机M50已得电并产生了提升方向的转矩，但在制动器的抱闸和载重的重力作用下，迫使电动机不能起动旋转。此时转子回路接入4段起动电阻，为起动做准备，这一挡仅是下放的准备挡，电动机通电而不能转动，虽转子回路串有电阻，但电动机电流仍很大，故手柄置于这个位置的时间不能太长，以免损坏电动机。
② 制动下降“1”位置。触头S44-3、S44-5、S44-6、S44-7闭合, 制动接触器K71线圈通电,电磁制动器Y50通电，抱闸松开，同时接触器K21、K41得电吸合，由于触头S44-8断开，接触器K42断电释放，转子回路接入5段电阻，使电动机M50产生的提升方向的电磁转矩减小，若此时载重足够大，则在负载重力作用下，电动机开始作下降方向运转，电磁转矩成为制动转矩，重负载低速下降。
③ 制动下降“2”位置。触头S44-3、S44-5、S44-6闭合，S44-7断开, 接触器K41断电释放，此时转子回路电阻全部接入，使电动机向提升方向的电磁转矩进一步减小，重负载下降速度比“1”位置时增加。
④ 强力下降“3”位置。触头S44-2、S44-4、S44-6、S44-7、S44-8闭合，S44-3断开, 把S99从控制回路切除，S44-5断开，上升接触器K21线圈断电释放，S44-4闭合，下降接触器K11线圈得电吸合，S44-7、S44-8闭合，接触器K41、K43线圈得电吸合，切除两段电阻，制动接触器K71的自锁，保证接触器K21、K11切换过程中保持通电松闸，不致产生机械冲击。这时，轻负载在电动机M50下降方向的电磁转矩作用下强力下降。
⑤ 强力下降“4”位置。触头S44-2、S44-4、S44-6~S44-9闭合，接触器K43线圈得电吸合，又切除一段电阻，电动机M50进一步加速运转，轻负载进一步加速下降。
⑥ 强力下降“5”位置。触头S44-2、S44-4、S44-6~S44-12闭合， K43的常开触头闭合，使接触器K44、K45、K46的线圈先后得电吸合，它们的常开触头依次闭合，电阻被逐个切除，从而避免过大的冲击电流，电动机M50以最高速运转，负载加速下降。在这个位置上，下降较重负载时，负载转矩大于电磁转矩，则转子下降速度大于同步转速，电动机成为发电制动状态，使重负载稳速下降。
从上分析可知：轻载或空钩应强力下放，不应在下降的“C”挡、“1”挡、“2”挡停留。重负载时应在强力下降“5”挡，使负载平稳下降。

2.3 副钩、小车和大车的控制电路
凸轮控制器亦称接触器式控制器，因为它的动、静触头的动作原理与接触器类似。凸轮控制器是凭借人工操纵的，并且能换接较多数目的电路。
副钩电动机M40和小车电动机M30用两台凸轮控制器S41和S42（型号KT14—25J/1）分别控制。大车电动机M10和M20用凸轮控制器S43（型号KT14—25J/2）同时控制。它们的通断次序见表2和表3。

表2 KT14—25J/1凸轮控制器触头通断表
触头
提升或向后
零位
下放或向前
5
4
3
2
1
C
1
2
3
4
5
6
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

（注：表示接通）

表3 KT14—25J/2凸轮控制器触头通断表
触头
提升或向后
零位
下放或向前
5
4
3
2
1
C
1
2

3
4
5
6
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

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13

14

15

16

17

（注：表示接通）
KT14—25J/1型凸轮控制器左右各有5挡工作位置，共12副触头，分别控制电动机的主电路、控制电路及保护电路。其中触头1~4接在定子电路中，控制电动机的正反转；触头5~9接在转子电路中，以实现转子电阻的接入和切除，转子电阻采用不对称接法，在不同的控制档位可逐级不对称切除转子电阻，以得到不同的运行速度；触头10~12接在控制电路中，以实现限位保护和零位保护。
KT14—25J/2型凸轮控制器左右也有5挡工作位置，共有17副触头。触头1~4接在两台大车电动机的定子回路中，控制电动机的正反转；触头5~9接在电动机M10的转子电路中，触头10~14接在电动机M20的转子电路，以实现转子电阻的接入和切除，触头15~17接在控制电路中，以实现限位保护和零位保护。

3 常见故障分析和处理

起重机发生故障时，它可能是在未接入电源前，起重机本身就有故障，也可能是起重机正常，在投运后发生故障；还可能是电源的故障。不论何种原因，都要立即切断电源，暂时停止运行，进行故障检查，在查明故障的原因、性质与部位的基础上，进行修理。
例如，检查绕线转子三相异步电动机的故障时，修理人员需先用耳、目、口、鼻、手等感觉器官对电动机进行初步检查；听其运转声音是否正常；看其外观有无异常现象；嗅闻电动机有无异常气味；手摸电动机有无过热或较大振动；询问运行操作人员有关电动机的运行情况，在综合上述直观检查的基础上，再进一步用仪表、仪器进行检测，然后再解体诊断和分析，找出故障类别和部位，确定修理方案再进行修理。
起重机电气设备在运行过程中的故障可分为两类：即电气设备本身故障和操作发生的故障。下面先分析操作过程中发生的故障（见表4），再分析控制器（见表5）、绕线转子三相异步电动机的常见故障及其排除方法（见表6）。
表4 操作过程中的故障分析及其排除方法
故障现象
可能原因
排除方法
合上开关，操作电路的熔断器熔断。
操作电路中与保护机构相连接的一相接地。
检查绝缘并消除接地现象。
线路接触器K0不能接通
（1）闸刀开关未合上
（1）合上闸刀开关
（2）紧急开关未合上
（2）合上紧急开关
（3）人孔未关闭
（3）关闭人孔
（4）控制器未放回零位
（4）将控制器回零位
（5）线路无电压
（5）查清原因并消除
（6）操作电路的熔断器熔体熔断
（6）查出熔断原因，消除故障，更换熔体
（7）接触器线圈损坏
（7）更换线圈或接触器
线路接触器合上后，引入线上熔断器熔断
该相接地
用绝缘电阻表找出接地点，并消除之
线路接触器合上后，过电流继电器动作和接触器自动释放
控制器的电路接地
将保护盘至控制器的导线断开，然后再将它逐步接上，每接上一根导线，要合一次接触器。根据过电流继电器动作确定接地的控制器，再用绝缘电阻表找出接地点。
控制器合上后，过电流继电器动作
（1）定子线路接地
（1）用绝缘电阻表找出绝缘损坏处
（2）机械部分某一环卡住
（2）检查机械部分并消除故障
（3）过电流继电器整定值不符
（3）调整电流值为电动机额定电流的225%~250%
控制器合上后，电动机不转动

（1）一相断电，电动机发出响声
（1）找出原因并消除
（2）线路上无电压
（2）检查线路电压，若无电压，应加上
（3）转子电路断线
（3）检查转子电路并修复
（4）集电器发生故障
（4）检修集电器
（5）控制器动、静触头接触不良或未接触
（5）检修控制器触头，使接触良好
控制器合上后，电动机仅能作一个方向转动
（1）限位开关故障
（1）检修限位开关
（2）控制器中定子电路或行程开关电路中动、静触头未接触或接触不良
（2）检修控制器，使动、静触头接触良好
（3）配线有故障
（3）检查配线，消除故障
电动机不能发出额定功率，速度减慢
（1）制动器未完全松开
1）检查并调整制动机构
（2）机构卡住
（2）检修机构，消除故障
（3）线路中电压下降
（3）找出电压下降原因，消除故障
（4）转子电路中的起动电阻未完全切除
（4）检查控制器，调整动、静触头
限位开关的杠杆动作时，相应的电动机不断电
（1）限位开关的电路发生短路现象
（1）检查引至限位开关的导线
（2）接至控制器的导线次序错乱
（2）检查接线系统，并改正错误接线
起动时电动机不平稳，在控制器的最后位置上有时速度减低
（1）转子回路有断开处
（1）检查转子回路接线，检查电阻器有无损坏
（2）控制器转子部分有故障
（2）修理和调整控制器
（3）控制器和电阻器之间接线有错
（3）检查并更正接线错误
控制器手柄转不动或转不到头
（1）定位机构有故障
（1）检修定位机构
（2）动、静触头位置不对
（2）调整触头位置
控制器触头冒火甚至烧坏
（1）触头接触不良
（1）调整触头压力使接触良好
（2）控制器过载
（2）减轻负载或更换控制器
起重机运行中接触器短时断电
接触器的联锁触头压力不足
调整触头压力，必要时更换
主钩不能上升又不能下降
（1）电压继电器K00不吸合，可能是熔断器F02熔断，K00线圈断路或连接导线脱落
（1）找出断路故障并修复或更换F02熔体
（2）电压继电器自锁触头接触不良
（2）修复或更换
（3主令控制器S44的触头接触不良或电磁制动器线圈断路
（3）修复S44的触头或电磁制动器线圈的断路故障

表5 控制器的常见故障及其排除方法
故障现象
可能原因
排除方法
操作时有卡扎现象及噪声
（1）滚动轴承损坏
（1）检查轴承，若损坏应更换
（2）凸轮鼓或触头部分嵌入异物
（2）发现有异物应立即取出，并仔细查看损伤部分，若不能修复应更换
触头烧熔
（1）触头压力不正常
（1）检查触头弹簧是否脱落或断裂，修复或更换
（2）触头磨光或脱落
（2）修复或更换
（3）外接电路异常
（3）检修外接电路
触头支持件烧焦
（1）触头温度过高，使触头支持胶木件烧焦

（1）检查使用是否合理，选用是否恰当。如有不符要求现象，应更换符合要求的控制器
（2）动、静触头接触不良，触头有烧毛现象
（2）检查触头接触情况，若触头烧毛应用细锉刀轻轻地修整，不许用砂纸磨光，以免砂粒嵌入触头中，造成触头接触不良
（3）触头弹簧损坏或有退火变软现象
（3）更换弹簧
定位不准或分合顺序不正确
（1）凸轮片碎裂脱落或凸轮角度磨损变化
（1）更换凸轮
（2）棘轮机构磨损到不符合要求
（2）更换棘轮机构

表6 起重冶金用绕线转子三相异步电动机常见故障及其排除方法
故障现象
可能原因
排除方法
电动机空载电流大
（1）电源电压高
（1）测量电源电压找出原因
（2）轴承内的润滑脂干涸
（2）清洗轴承后加润滑脂
（3）电动机有卡滞处
（3）检查传动机构加以改正
（4）定转子间的气隙过大
（4）更换电动机
（5）重换定子绕组匝数不够或接线错误
（5）按要求的匝数和正确的接线改正
电动机三相电流不平衡
（1）三相电源电压不平衡
（1）测量电源电压找出原因
（2）定子绕组有部分线圈短路，同时线圈局部过热
（2）用双臂电桥测量定子绕组线圈电阻，找出短路点
（3）重换定子绕组后，部分线圈接线有错
（3）按正确的接线改正
（4）重换定子绕组后，部分线圈匝数有错
（4）用双臂电桥测量定子绕组线圈电阻，加以改正
电动机声音不正常

（1）轴承损坏或缺油
（1）更换轴承或加油
（2）缺相运行（单相运行）
（2）检查电源或定子绕组断相原因，并修复
（3）转子或风扇平衡不好
（3）拆下重做平衡
（4）电动机接线有误
（4）重新检查接线与下线并纠正错误
（5）转子回路有一相开路
（5）检查开路点并作处理
（6）定子铁心压得过松
（6）重新压紧后用电焊点焊数处
（7）槽楔膨胀
（7）修理或更换
（8）电动机轴与减速器轴不同轴
（8）调整电动机与减速器相对位置，使其同轴
电动机绝缘降低
（1）电动机受潮
（1）烘干处理
（2）绕组灰尘多
（2）清扫灰尘
（3）绝缘材料老化
3）更换绝缘材料或绕组
电动机外壳带电
（1）接线盒内的线头或线槽绝缘不良
（1）进行绝缘处理
（2）机壳接地不良
（2）加装接地线

4 结 论

本文在分析了20/5t桥式起重机控制电路的工作原理的基础上，详细分析了操作过程中发生的故障、控制器、绕线转子三相异步电动机的常见故障及其排除方法。这样，就可减少起重机电气设备在运行过程中发生的故障，改变以前“不坏不修，坏了再修”的事后维修制度为预防维修制度；减少可能发生的事故损失和延长检修周期所节约的维修费用等，从而能为工厂带来一定的经济效益。
参考文献
[1] 周希章等编.起重机电气设备的故障诊断与修理[M].北京:机械工业出版社，2004.
[2] 廖伯瑜主编.机械故障诊断基础[M].北京:冶金工业出版社，1995.
[3] 赵家礼等编著.电动机故障诊断与修理[M].北京:机械工业出版社，1994.

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