摘要：在客运码头，定柱式悬臂起重机是重要的生产设备。它起着将旅客托运的行李吊箱装卸客船的吊运任务。如出现故障，将严重影响航班及旅客行程。原起重机的大车（悬臂机构）在运行时因速度偏高，在起停控制时存在机械冲击大、频繁的点动使接触器触头磨损较重、触头时有接触不良、线圈过热以至烧毁的现象。随着对变频器认识的深入，采用变频器对大车进行控制，较好地解决了这一问题。
关键词：变频器 点动 起重机
一、前言
由于起重机控制的特殊性，变频器在起重行业的应用较晚。随着变频技术的发展，其在起重行业的应用越来越广。采用变频器控制，不仅能满足起重机的控制要求，而且克服了传统调速传动存在的问题，使系统保护更加完备且可以降低维修成本、提高生产率。
二、定柱式悬臂起重机简介
本定柱式旋臂起重机由立柱、回转臂、悬臂驱动装置和电动葫芦组成。其中大车由一台4KW电动机M3及其配套的减速机等传动机构及悬臂组成。由电动机M3带动减速机构、驱动装置使悬臂作左右转动。小车由一台1.5KW电动机M2及其配套的减速行走机构组成。电动葫芦由2.2KW电动机M1及其断火限位器等组成。
三、问题分析及改造方案
1、起重机存在的问题：本起重机当初设计时只考虑吊装少量的行李吊箱，故设计较为简单。随着托运的行李日益增多，操作起重机日益频繁，便暴露出诸多问题：（1）在对大车悬臂起、停控制时，因转速偏高及旋臂惯性的影响，机械冲击较大，对传动齿轮的磨损较重。同时行李吊箱也摇摆严重，不利于吊箱在客船上的准确定位。（2）频繁的点动操作，导致控制M3的接触器触头接触不良、线圈过热以至烧毁的现象时有发生。2、解决的方案：需要将大车行走速度适当降低。原大车电动机M3传动到驱动齿轮上的实际转速为9.9r/min左右，若将它的转速降低为6.5r/min左右，则吊箱在此速度下定位时较为理想。经过综合考虑，决定采用如下方案：（1）将原M3更换为YSE型实心转子制动电动机。（2）采用变频器来控制大车电动机。3、变频控制的优点：（1）通过控制变频器即可改变电动机的运行方向。（2）可消除起动、停止时的机械冲击。（3）较完善的保护功能。（4）停电时减速停止功能。4、变频器类型、容量的选择：采用三菱FR—A540—5.5K—CH型变频器，它具有以下优点：（1）采用PWM调制原理和智能功率模块IPM，抗干扰能力更强。（2）采用先进的磁通控制技术，驱动性能更好。（3）具有停电时减速停止功能，满足本机控制要求。变频器容量选则的基本原则是电动机的连续运行电流不超过变频器输出额定电流。此型变频器输出额定容量9.1KVA，输出额定电流12A，其过载能力为150%、60s，与电动机相匹配。5、变频器参数的设定：（1）转矩提升pr0=10%：电动机M3刚开始起动时，由于转矩不足而无法克服较大的摩擦阻力，要求转矩提升功能起作用。（2）上限频率pr1=50HZ（3）下限频率pr2=10HZ（4）电子过流保护pr9=10.6A（5）起动频率pr13=10HZ：起动频率必须小于点动频率，否则变频器不能启动运行。（6）适用负荷选择pr14=0：选择0时，适用恒转矩负载。（7）点动频率pr15=30HZ：原驱动齿轮在30HZ时转速可降低为6r/min。（8）点动加、减速时间pr16=1S：对于点动运行加减速时间必须一致。（9）外部操作运行pr79=2：用外接开关来控制变频器的运行。其它参数按出厂默认值设定。6、变频器实现点动的外部方式：设置Pr.79=2为外部模式。接通点动信号为ON并保持起动信号STF或STR接通时，则可以按照点动模式操作运行。7、主电路的构成：主电路由1QF作短路及过流、欠电压保护。KM1—KM4为电动机M1、M2的正反转接触器，利用原LC1型的接触器，线圈额定电压为36V，与控制电路电压相符。SA1是钢丝绳上升、下降到达限位时，将通入断火限位器里的三相电源断开两根，以迫使电动机停转，见附图1。
附图1：主电路 附图2：工频控制电路
8、控制电路的构成：（1）电机M1、M2控制部分：SB0为总停按钮，SB1、SB2分别是控制接触器KM0的起停按扭，SB3—SB6分别是上升、下降、前行、后行的操作按钮，且上升下降、前行后行的接触器分别互锁，以保证每台电动机不可同时正反转，见附图2。（2）电机M3控制部分：首先接触器KM5得电闭合时，变频器部分才能有电。SB7、SB8分别是控制变频器点动运行的正反操作按钮，将SB7接变频器的SD—STF端，将SB8接变频器的SD—STR端。继电器常开KA接于SD—JOG端，KA相当于电机M3变频点动控制部分的控制开关。SB9、SB10用于控制接触器KM5，KM5用来控制变频器电源的通断。按下SB9，KM5线圈得电并自锁，主触头闭合，接通变频器电源。在KA控制回路中接入KM3、KM4的常闭触头，以确保电动机不能同时动作。SB11、SB12用于控制继电器KA线圈，KA常开触点用来通、断变频器控制部分。按下SB11，KA线圈得电并自锁，KM5与KA之间具有连锁关系。在KM5未吸合之前KA不能接通，防止误动作。在KA未断电时，KM也不能断电。当变频器发生异常时，输出端子A、B、C将因保护功能动作切断控制电路电源，使变频系统迅速停机。同时A-C间接通，接通报警指示灯HL1电路。在操作时先接通KA，再接通SB7或SB8进行正反向操作，松开SB7或SB8则停止运行，见附图3。9、进一步提高安全性能：（1）增加两个限位开关SQI、SQ2，分别是悬臂的左右限位保护。（2）增加安全门上的限位开关SQ3。（3）A、B、C端子为异常输出端子，当变频器异常时因保护功能动作而输出停止时则B—C间断开，从而使接触器KM5及继电器KA的控制回路断开，保证变频系统的安全。
附图3：变频控制电路
四、安装、调试、运行：R1、S1为变频器控制回路电源端子，使用时拆下短路片，与控制电源连接。本变频器具有内部制动电阻回路，出厂时已将PR—PX端短接，处于生效状态。为确保安全及减少噪音，采用4mm2的接地导线连接到变频器的专用接地线。变频器控制回路的配线采用0.75mm2的屏蔽线，且屏蔽线的外皮连接到SD端。主回路的配线采用2.5mm2的4芯橡皮绝缘电缆线。屏蔽线和电缆线分别穿金属软管，而且两者都分开走线，以防止干扰。在通电调试前要测试线路的绝缘电阻。在断开变频器的情况下，采用500V兆欧表测量主电路的绝缘电阻，用万用表来测量控制电路电阻。电阻正常时再检查电源是否进入变频器的R、S、T端，电动机是否接入U、V、W端。最后还应做如下检查：控制柜内设备元器件的外观有无脱落与破损现象，检查接线有无错误，电气连线有无松动，接地是否可靠。检查无误后将断路器1QF、2QF先后合闸，再按下SB1按钮使KM0得电，并测量电压是否正常。然后按下SB9，KM5吸合后则可以调试变频器。变频器输出端接上电动机，将电动机与联轴器脱开，进行空载试验。按下SB11，将继电器KA常开闭合。再按下SB7或SB8，观察变频器与电动机配合的情况。然后再接上负载联轴器，测试带载情况，测试各限位开关是否有效。但在调试时却遇到问题：变频器通电试验时报警指示灯HL1报警且操作面板上显示E.F1n。经过分析应该是变频器的参数设定有问题、以及散热片过热。HL1报警初步判断是转矩提升设定值过高或加减速时间过短。当变频器转矩补偿加大时，会提高电动机电流。如果转矩补偿过大，电动机起动电流超过允许值而导致过电流保护。另外因安装时统一将变频器等设备安放在原立柱舱门内，为防止雨水进入，平时立柱舱门均是关闭的。因是露天设置，导致立柱舱内最高温度高于50度。虽然本变频器自带强制风冷风扇，还是导致变频器过热保护。解决办法：（1）重新设定转矩提升值为3%。（2）将点动加、减速时间pr16重新设定为2秒。（3）将变频器搬离安装在电控柜内，空气进口在柜下端，换气扇在柜的顶端，方便散热。风扇电源接于KM5的触头下端，接通KM5风扇即开始工作，再通电运行则一切正常。调试时分别选择15HZ、25HZ、30HZ、35HZ几段频率运行，最后选择30HZ效果最理想，吊箱时定位更加方便。
五、改造后的效果：由于大车电动机在起动、停止时有变频器设定的加减速控制，做到了“软起动”。起重机运行时没有了以往的机械冲击，而且操作平稳。变频系统的无冲击运行，延长了电机及相关机械传动机构的使用寿命，达到了预期的目的。
六、结束语：悬臂起重机采用变频器控制，不仅能够满足起重机大车的控制要求，而且还可以克服传统调速系统存在的问题，同时还可使起重机大车的保护更加完备。
参考文献：
（1）韩安荣主编．通用变频器及其应用．北京：机械工业出版社，2000
（2）张忠夫等编．机电传动与控制．北京：机械工业出版社，2000
（3）三菱电机株式会社．三菱变频调速器FREQROL—A500使用手册.1998
论文作者:张健
论文发表刊物:《基层建设》2018年第13期
论文发表时间:2018/7/11
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