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MJTR堆厅吊车控制系统改造调试中溜钩问题分析及处理

MJTR堆厅吊车控制系统改造调试中溜钩问题分析及处理

郑婷婷

摘 要

在MJTR堆厅吊车控制系统改造调试过程中起升机构发生了“溜钩”现象,本文通过对起升机构的“溜钩”现象进行原因分析,并针对具体原因提出了相应的解决办法,对今后老式吊车在起升机构采用变频调速技术改造工作中具有一定的借鉴意义。

关键词

吊车控制系统;变频器;溜钩

中图分类号: TM921.5                      文献标识码: A

DOI:10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.11.056

ZHENG Tingting

0 引言

MJTR堆厅吊车作为反应堆科研生产的重要起重设备,确保其安全可靠运行是保证科研生产的基本前提。而MJTR堆厅吊车经过多年运行,原有吊车控制系统技术及元器件存在老化等缺陷,已不能满足现实科研工作的需要,为此对MJTR堆厅吊车的控制系统进行技术升级和器件更换改造。经优化设计后,吊车控制系统采用PLC控制的变频调速技术以及人机交互的故障监控与显示功能。改造后吊车的控制系统结构见图1所示。

安装完成后对MJTR堆厅吊车控制系统进行系统调试试验,在进行起升机构大、小钩进行载重起吊试验中,大、小吊钩不能及时制动均出现了吊物下滑,即吊钩“溜钩”的现象。如“溜钩”出现在实际工作中,会导致严重的起吊事故。因此,需及时分析并解决“溜钩”问题。

本文通过对吊车控制系统调试过程中出现的“溜钩”问题出发,分析了产生“溜钩”现象的原因,给出解决此类问题的思路及方案。

1 溜钩现象及原因分析

MJTR堆厅吊车额定起吊重量为15t/3t,在吊车控制系统的功能试验调试过程中,大钩和小钩均出现了溜钩现象,具体现象如下:

(1)大钩载重试验

给大钩配重9.36吨的配重块,使其低速上升,在大钩提升100mm时停止上升操作,出现吊钩停止时无法保持并下滑出现溜钩现象;下降操作过程中溜钩现象更加明显。

(2)小钩载重试验

给小钩起吊约1吨重的配重块,在20%速度时,小钩的起升、下降试吊平稳,无溜钩现象,但当操纵杆由低速迅速加速至高速(60%速度)时存在溜钩现象,由高速迅速减速至停止时也存在溜钩现象。

根据以上现象进行系统分析,在通常情况下,采用变频调速技术的吊车起升机构出现“溜钩”现象的原因主要有:①变频器功率与起升电机功率选取不匹配;②变频器的参数设置不当导致电机转矩力不够;③制动器未有效制动;④变频器内部能量处理单元失效导致变频器过流或过压保护而动作。

2 调试过程及解决办法分析

通过上述对吊车“溜钩”现象的分析,逐一排查引起MJTR堆厅吊车溜钩现象的原因。

从设计选型角度分析,此次改造僅针对吊车的控制系统,机电设备未做改动。原吊车的大钩电机功率5kW,设计选用西门子G120-CU240E-2变频器,搭配功率范围可达7.5 kW 的PM250功率模块,带内置滤波器和能量回馈模块。原吊车的小钩电机功率1.5kW,设计选用的变频器同样为西门子G120-CU240E-2系列,搭配功率范围可达2.2 kW 的PM240-2功率模块,无内置滤波器。因此,起升机构电机变频器的选型设置与相应的电机相匹配,不会造成吊钩溜钩现象。

(1)大钩起升停止时“溜钩”

大钩初次配重调试在低速上升至100mm时停止上升操作,在停止状态下吊重的大钩无法保持,出现下滑溜钩现象。

由于大钩上升过程正常,判断由变频器控制的电机的吊重转矩足够,当起升停止后,此时起升操纵手柄已处于“0”位,变频器无输出且制动器抱闸启动,起升机构的制动作用完全依靠制动器,这时大钩出现无法保持而下滑的现象,说明与电机的转矩无关,而是制动器的制动效果失效造成的。为此应首先检查大钩的制动器是否工作正常。

通过检查制动器工作状态,并适当调整大钩制动器主弹簧工作长度,并锁紧抱闸主弹簧螺钉,增加制动力矩。再次测试大钩起停状态,溜钩现象解决,制动器抱闸调整完成。

(2)大钩下降时“溜钩”

大钩低速起吊9.36吨配重块,不仅上升停止时无法保持住,而且在下降过程中溜钩现象更加明显。产生这种下降溜钩现象的直接原因是电动机的转矩不够,因此要增大电机的转矩。由于变频器通过不同的运行模式可控制电机不同的转矩实现形式,因此优先检查变频器的参数是否设置合理。

通过检查发现,变频器的运行模式为默认的常规V/f运行状态(P1300=0),这种控制方式在低频时,由于输出电压较低,转矩受定子电阻压降的影响比较显著,使输出最大转矩减小。在低速下降时配重块的重量超出了电动机的起吊转矩,所以会出现只要启动下降操作就会“溜钩”的现象,因此要调整变频器的控制模式。

将变频器模式调整为矢量控制模式(P1300=20),在这种模式下,变频器是根据载荷需要的转矩来迅速调节电机转速,因此电动机在各种运行条件下都能输出最大转矩,尤其是电动机在低速运行区域依然能输出100%转矩。将变频器参数调整为矢量控制模式后,低频时能保证电机恒转矩输出,低速时增大转矩,以避免低频时发生带不动负载的现象。再次测试大钩下降状态,下降过程中能量回馈至电网,吊车大钩能正常上升和下降,最高测试起升高度约1.5m,起停正常,调试完成。

(3)小钩加速起吊时“溜钩”

小钩起吊约1吨铅罐,在低速(20%速度)时起升、下降均试吊平稳,但当操纵杆由低速迅速加速至高速(60%速度)时存在溜钩现象,由高速迅速减速至停止时也存在溜钩现象,同时检查变频器发现有故障信号发出。造成该现象的直接原因是变频器内部能量处理单元失效导致变频器过流或过压保护而动作。

在变频调速系统中,电机的转速是通过改变频率大小来实现的,在升速过程中,变频器工作频率大幅度上升的瞬间,电动机的同步转速随之迅速上升,而电机转子的转速因负载惯性较大而跟不上去,此时电机转子转速将落后变频器同步转速而切割旋转磁场,电机从电动状态变为发电状态;在降速过程中,变频器频率大幅度减小的瞬间,电机的同步转速随之下降,而工作负载由于自身惯性的原因,电机的转子转速未变,此时电机转子转速将超过变频器同步转速而切割旋转磁场,电机从电动状态变为发电状态。由于小钩变频器采用PM240-2功率模块,能量处理单元作用有限,且不带内置滤波器,多余能量无法回馈至电网,因而导致变频器中间直流回路电压及直流母线电流升高,当超过一定限值时会引起变频器的过压或过流保护动作,从而引发“溜钩”现象。

因此,处于发电状态中的电机必须采取必要的措施处理这部分再生能量,最常采用的是能耗制动的方式。能耗制动方法是在变频器直流侧加放电电阻单元组件,将再生电能消耗在功率电阻上来实现制动。

给小钩变频器安装制动电阻,制动电阻器参数为900V、2kW、390Ω,安装后测试小钩下降过程中的使用情况,小钩起停正常,且高速下降后电阻发热在可接受状态,“溜钩”现象已解决。

3 结论

对于吊车而言,引发“溜钩”的原因有多种可能。通过该起吊车“溜钩”现象的分析和处理,根据实际操作经验,提出了相应的解决措施。这对提高吊车变频器的使用效果,对吊车变频调速控制系统维护人员与设计人员在今后的设计及调试中有一定的借鉴作用。

参考文献

[1]尹建利,文茂堂,王保卫.一起塔式起重机变频起升机构溜钩故障分析[J].特种设备安全技术,2019(3):38-39.

[2]夏维华,岳磊,胡雪东.双梁桥式起重机起升机构溜钩故障的分析[J].城市建设理论研究(电子版),2015,5(36).

[3]邵泉尧.变频门式起重机溜钩故障的分析和处理[J].科技创新导报,2013(01):98.

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