一、原系统情况分析:
26吨门式起重机是一种用来起吊、放下和搬运重物、并使重物在一定距离内水平移动的起重、搬运设备,在生产过程中有着重要应用。26吨门式起重机,原设备电气驱动系统分为起重机升降、小车、大车三部份。其中起重机升降由一台55kW的交流异步电动机驱动,大车由四台11 kW交流异步电动机、小车由两台4.0 kW交流异步电动机驱动。在原传动控制中,由于工作环境差,粉尘和有害气体对电机的集电环、电刷和接触器腐蚀性大,加上工作任务重,实际过载率高,由于冲击电流偏大,容易造成电动机触头烧损、电刷冒火、电动机及转子所串电阻烧损和断裂等故障, 影响现场生产和安全,工人维修量和产生的维修费用很高,并且原调速方式机械特性较差,调速不够平滑,所串电阻长期发热浪费能量。
综上所述原设备存在的主要缺点如下:
(1) 拖动电动机容量大,起动时电流对电网冲击大,电能浪费严重。
(2) 起重机升降、小车、大车起动、停止速度过快,而且都是惯性负载,机械冲击也较大,机械设备使用寿命缩短,操作人员的安全系数较差,设备运行可靠性较低。
(3) 由于电动机一直在额定转矩下工作,而每次升降的负载是变化的,因此容易造成比较大的电能浪费。
(4) 起重机每天需进行大量的装卸操作,由于绕线式电机调速是通过电气驱动系统中的主要控制元件——-交流接触器来接入和断开电动机转子上串接的电阻,切换十分频繁,在电流比较大的状态下,容易烧坏触头。同时因工作环境恶劣,转子回路串接的铜电阻因灰尘、设备振动等原因经常烧坏、断裂。因而设备故障率比较高,维修工作量比较大。同样小车、大车的运转也存在上述问题。
(5) 在起重机起升的瞬间,升降电动机有时会受力不均匀,易过载,直接造成电机损坏或者钢丝绳断裂。
(6) 为适应起重机的工况,起重机的操作人员经常性的反复操作,起重机的电器元件和电动机始终处于大电流工作状态,降低了电器元件和电动机的使用寿命。
(7) 起重机工作的协调性主要靠操作人员的熟练程度。由于升降、大车、小车三个凸轮控制器之间没有固定的联系,在起重机工作时操作人员劳动强度比较大,容易疲劳,易产生误操作。
针对上述现有技术存在的不足,本次改造的起重机采用先进的可编程控制技术(PLC)和变频器技术,以程序控制取代继电器————接触器控制,交流电动机调速方式采用变频调速,进而实现了起重机的半自动化控制。
二、系统的主要功能和特点:
起升、大、小车电气传动部分均采用变频调速和可编程控制,大部分元器件均采用进口设备,具有技术先进、安全可靠等特点。
(1)起升系统采用一套装置,减轻小车自重,额定起重负荷26吨。
(2)可以根据被吊重物的不同,自动切换空钩、副钩、主钩、增吨四种起升工作速度。
(3)重量信号由QCXB重量测控仪将重量传输给控制系统,实现重量速度的自动切换。
(4)起升系统采用磁通矢量闭环控制,提升了起动力矩,零速时可提供全转速控制,有效防止了电机由于力矩不足而产生的“飞车”事故。
(5)改善了起重机钢结构性能:采用变频可以实现升降平稳加减速,减少了起升和停止时的电流冲击,改善了起重机钢结构性能,增大门吊动刚度值。
三、起重机改造部分:
1、小车行走部分:
(1)电机采用原来电机 (YZ132M—6 4.0KW 两台 In=9.2A n=915rpm)
(2)调速系统采用日本安川G7-A4011(功率为11Kw)变频器及制动电阻
(3)减速箱采用原来的。
2、大车行走部分:
(1)电机采用原来电机(YZ180L—8 11.0Kw 四台 In=25.8A n=694rmp FC=40%)
(2)变频器采用日本安川G7-A4055(功率55Kw) 一台
制动单元 CDBR-4030 二台
制动电阻 2500W/60Ω 六根
(3)减速箱采用原来减速箱
3、起升部分:
(1)、电机采用原来上海起重电机厂起重变频专用电机(不更改),电机型号:YZB280M—8,55Kw FC=40%
(2)变频器采用日本安川 G7-A4075(功率75Kw) 一台
制动单元 CDBR-4045 二台
制动电阻 2500W/54Ω 八根
日本安川电机公司G7变频器, 具有如下特点:
具有全程磁通矢量点,具有可靠的力矩控制,采用磁通检测控制技术,直接控制电动机的力矩。
具有宽范围的精确控制,无论负载如何变化,都能从1/100低速度至高速度的高精度运转。
已经实现了无输出畸变,减少了电机噪声。
优秀的零饲服功能,对急速变化的负载波动具有很强的适应性。控制功能齐全,控制方便。
(3)减速器采用原来减速器,型号:JZQ750(速比I=31.5)
4、操作部分:
采用凸轮控制器进行大、小车及起升调速控制。
技术指标:
额定起升重量: 26t(吨)
起升速度: 0~18m/min
主钩 10~26t 9.8m/min
副钩 0~10t 18m/min
大车行走速度: 0~43m/min
小车行走速度: 0~39.5m/min
负载重量信号精度:3%以内
电源电压:360~420V 频率:50HZ 精度:10%
环境温度: -10~50摄氏度
节省电率: 20%以上
四、门式起重机采用变频调速的效果分析:
变频调速和可编程控制及速度控制门吊起升、大、小车系统。可以提供龙门吊的安全性、可靠性,而且可以明显提高装卸效率,减低能源的消耗,减低维修费用,减少劳动强度。满足其工矿和作业需要,适应装卸作业向集装箱化运输方向发展的要求。
1、变频器调速控制系统的保护功能强:
A、变频调速以其体积小、通用性强、动态响应快、工作频率高、保护性能完善、可靠性好、使用方便等卓越的性能而优于以往的任何调速方式;
B、使用变频器控制电机的运行控制,可以进行电机的软启动,而让电机具有很快的动态响应并且实现无级调速;另外对电机的一些参数做补偿;对电源的缺相、欠压、过压、过流等都能做到很及时很准确的检测而自动采取应变措施保护电机;
2、工作可靠性显著提高,主要有以下几个方面:
A、电磁铁的寿命可大大延长 原拖动系统是在运动的状态下进行抱闸的,采用变频调速后,可以在基本停住的状态下进行抱闸,闸皮的磨损情况大为改善;
B、操作手柄不易损坏 原系统的操作手柄因常常受力过大,属于易损件。采用变频调速后,操作手柄的受力将大大的减小,不容易损坏;
C、控制系统的故障率大为下降,原系统是由于十分复杂的接触器、继电器系统进行控制的,故障率较高。采用了变频调速控制系统后,控制系统可大大简化,可靠性大为提高。
3、提升系统的安全性,根据不同的重量,符合自动控制速度,可有效的避免超载的现象,杜绝事故发生。同时降低了维修工作量和维修费用。
4、提高系统的可靠性和改善起重机钢结构性能。
由于变频器自身具有完善的保护功能、自诊断功能和较强的抗干扰功能,实现主、付钩合用一套起升装置,小车自重减轻,升降平稳加减速,减少起升和停止时的冲击,改善了起重机钢结构的性能。因此,整体系统的可靠性大为提高,龙门吊的故障率大大减低。
5、提高装卸作业的稳定性和装卸效率。
系统具备随时修改升降速度、加减速时间等工艺参数,使龙门吊始终能保持在最佳的运行状态,保证货物能在空中准确定位,确保货物的安全。加之系统的安全性、可靠性,既可以大大提高装卸效率,更可提高作业效率,工作效率是没装变频器的30%以上。
6、调速质量明显提高,采用了变频调速系统后,调速范围有PG矢量控制时1:1000,无PG矢量控制时1:100,速度控制精度有速度传感器矢量控制 0.01%,无速度传感器矢量控制0.1%最高频率,并且调速平稳,能够长时间低速运行,具有很高的定位精度和运行效率。
7、节能效果提高显著,绕线转子异步电动机在低速运行时,转子回路的外接电阻内消耗大量的电能。采用变频调速系统后,非但外接电阻内消耗的大量电能可以完全节约,并且在起重机放下重物时,还可将重物释放的位能反馈给电源。