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凸輪控制器的結(jié)構(gòu)
凸輪控制器是一種大型手動控制電器,是起重機上重要的電氣操作設(shè)備之一,用以直接操作與控制電動機的正反轉(zhuǎn)、調(diào)速、起動與停止。應(yīng)用凸輪控制器控制電動機控制電路簡單,維修方便,廣泛用于中小型起重機的平移機構(gòu)和小型起重機提升機構(gòu)的控制中。
為凸輪控制器的結(jié)構(gòu)原理。凸輪控制器從外部看,由機械結(jié)構(gòu)、電氣結(jié)構(gòu)、防護結(jié)構(gòu)等三部分組成。其中手輪、轉(zhuǎn)軸、凸輪、杠桿、彈簧、定位棘輪為機械結(jié)構(gòu)。觸頭、接線柱和聯(lián)板等為電氣結(jié)構(gòu)。而上下蓋板、外罩及滅弧罩等為防護結(jié)構(gòu)。
當(dāng)轉(zhuǎn)軸在手輪扳動下轉(zhuǎn)動時,固定在軸上的凸輪同軸一起轉(zhuǎn)動,當(dāng)凸輪的凸起部位頂住滾子時,便將動觸點與靜觸點分開;當(dāng)轉(zhuǎn)軸帶動凸輪轉(zhuǎn)動到凸輪凹處與滾子相對時,動觸點在彈簧作用下,使動靜觸點緊密接觸,從而實現(xiàn)觸點接通與斷開的目的。
在方軸上可以疊裝不同形狀的凸輪塊,以使一系列動觸點按預(yù)先安排的順序接通與斷開。將這些觸點接到電動機電路中,便可實現(xiàn)控制電動機的目的。
凸輪控制器的型號與主要技術(shù)參數(shù)
常用的國產(chǎn)凸輪控制器有KT10、KT12、KT14、KT16等系列,以及KTJ1-50/1、KTJ1-50/5、KTJ1-80/1等型號。
凸輪控制器按重復(fù)短時工作制設(shè)計,其JC=25%。KT14系列凸輪控制器的主要技術(shù)參數(shù)見表,其中KT14-25J/1、KT14-60J/1型可用于同時控制兩臺繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動機,并帶有控制定子電路的觸點;KT14-25J/3型可用于控制一臺籠型三相異步電動機的正反轉(zhuǎn);KT14-60J/4型可用于同時控制兩臺繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動機,定子電路由接觸器控制。
凸輪控制器控制的線路
所示為采用凸輪控制器控制的10t橋式起重機小車控制電路。凸輪控制器控制電路的特點是原理以其圓柱表面的展開來表示。由5可見,凸輪控制器有編號為1~12的12對觸點,以豎畫的細(xì)實線表示;而凸輪控制器的操作手輪右旋(控制電動機正轉(zhuǎn))和左旋(控制電動機反轉(zhuǎn))各有5個檔位,加上一個中間位置(稱為“零位”)共有11個檔位,用橫畫的細(xì)虛線表示;每對觸點在各檔位是否接通,則以在橫豎線交點處的黑圓點表示。有黑點的表示接通,無黑點的則表示斷開。
中M為小車驅(qū)動電動機,采用繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動機,在轉(zhuǎn)子電路中串入三相不對稱電阻器R2,用作起動及調(diào)速控制。YB2為制動電磁鐵,其三相電磁線圈與M2(定子繞組)并聯(lián)。QS為電源引入開關(guān),KM為控制線路電源的接觸器。KI0和KI2為過流繼電器,其線圈(KI0為單線圈,KI2為雙線圈)串聯(lián)在M2的三相定子電路中,而其動斷觸點則串聯(lián)在KM的線圈支路中。
電動機定子電路
在每次操作之前,應(yīng)先將凸輪控制器QM2置于零位,由可見QM2的觸點10、11、12在零位接通;然后合上電源開關(guān)QS,按下起動按鈕SB,接觸器KM線圈通過QM2的觸點12通電,KM的三對主動合觸點閉合,接通電動機M2的電源,然后可以用QM2操縱M2的運行。QM2的觸點10、11與KM的動合觸點一起構(gòu)成正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時的自鎖電路。
凸輪控制器QM2的觸點1~4控制M2的正反轉(zhuǎn),由可見觸點2、4在QM2右旋的五檔均接通,M2正轉(zhuǎn);而左旋五檔則是觸點1、3接通,按電源的相序M2為反轉(zhuǎn);在零位時4對觸點均斷開。
電動機轉(zhuǎn)子電路
凸輪控制器QM2的觸點5~9用以控制M2轉(zhuǎn)子外接電阻器R2,以實現(xiàn)對M2起動和轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。由可見這五對觸點在中間零位均斷開,而在左、右旋各五檔的通斷情況是完全對稱的:在(左、右旋)第一檔觸點5~9均斷開,三相不對稱電阻R2全部串入M2的轉(zhuǎn)子電路,此時M2的機械特性最軟(6中的曲線1);置第二、三、四檔時觸點5、6、7依次接通,將R2逐級不對稱地切除,對應(yīng)的機械特性曲線為6中的曲線2、3、4,可見電動機的轉(zhuǎn)速逐漸升高;當(dāng)置第五檔時觸點5~9全部接通,R2全部被切除,M2運行在自然特性曲線5上。
由以上分析可見,用凸輪控制器控制小車及大車的移行,凸輪控制器是用觸點1~9控制電動機的正反轉(zhuǎn)起動,在起動過程中逐段切斷轉(zhuǎn)子電阻,以調(diào)節(jié)電動機的起動轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。從第一檔到第五檔電阻逐漸減小至全部切除,轉(zhuǎn)速逐漸升高。該電路如果用于控制起重機吊鉤的升降,則升、降的控制操作不同。
1.提升重物
此時起重電動機為正轉(zhuǎn)(凸輪控制器右旋),對應(yīng)為6中第Ⅰ象限的五條曲線。第一檔(曲線1)的起動轉(zhuǎn)矩很小,是作為預(yù)備級,用于消除傳動齒輪的間隙并張緊鋼絲繩;在二至五檔提升速度逐漸提高(見6第Ⅰ象限中的垂直虛線a)。
2.輕載下放重物
此時起重電動機為反轉(zhuǎn)(凸輪控制器左旋),對應(yīng)為中第Ⅲ象限的五條曲線。因為下放的重物較輕,其重力矩TW不足以克服摩擦轉(zhuǎn)矩,則電動機工作在反轉(zhuǎn)電動機狀態(tài),電動機的電磁轉(zhuǎn)矩T與TW方向一致迫使重物下降(TW+T>Tf),在不同的檔位可獲得不同的下降速度(見中第Ⅲ象限中的垂直虛線b)。
3.重載下放重物
此時起重電動機仍然反轉(zhuǎn),但由于負(fù)載較重,其重力矩TW與電動機電磁轉(zhuǎn)矩T方向一致而使電動機加速,當(dāng)電動機的轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速n0時,電動機進入再生發(fā)電制動工作狀態(tài),其機械特性曲線為第Ⅲ象限第五條曲線在第Ⅳ象限的延伸,T與TW方向相反而成為制動轉(zhuǎn)矩。由可見在第Ⅳ象限的曲線1、2、3比較陡直,因此在操作時應(yīng)將凸輪控制器的手輪從零位迅速扳至第五檔,中間不允許停留,在往回操作時也一樣,應(yīng)從第五檔快速扳回零位,以免引起重物高速下降而造成事故(見中第Ⅳ象限中的垂直虛線c)。
由此可見,在下放重物時,不論是重載還是輕載,該電路都難以控制低速下降。因此在下降操作中如需要較準(zhǔn)確的定位時,可采用點動操作的方式,即將控制器的手輪在下降(反轉(zhuǎn))第一檔與零位之間來回扳動以點動起重電動機,并配合制動器便能實現(xiàn)較準(zhǔn)確的定位。
1.欠壓保護
接觸器KM本身具有欠電壓保護的功能,當(dāng)電源電壓不足時(低于額定電壓的85%),KM因電磁吸力不足而復(fù)位,其動合主觸點和自鎖觸點都斷開,從而切斷電源。
2.零壓保護與零位保護
采用按鈕SB起動,SB動合觸點與KM的自鎖動合觸點相并聯(lián)的電路,都具有零壓(失壓)保護功能,在操作中一旦斷電,必須再次按下SB才能重新接通電源。在此基礎(chǔ)上,由5可見,采用凸輪控制器控制的電路在每次重新起動時,還必須將凸輪控制器旋回中間的零位,使觸點12接通,才能夠按下SB接通電源,這就防止在控制器還置于左右旋的某一檔位、電動機轉(zhuǎn)子電路串入的電阻較小的情況下起動電動機,造成較大的起動轉(zhuǎn)矩和電流沖擊,甚至造成事故。這一保護作用稱為“零位保護”。觸點12只有在零位才接通,而其他十個檔位均斷開,稱為零位保護觸點。
3.過流保護
如上所述,起重機的控制電路往往采用過流繼電器作過流(包括短路、過載)保護,過流繼電器KI0、KI2的動斷觸點串聯(lián)在KM線圈支路中,一旦出現(xiàn)過電流便切斷KM,從而切斷電源。此外,KM的線圈支路采用熔斷器FU作短路保護。
4.行程終端限位保護
行程開關(guān)SQ1、SQ2分別提供M2正、反轉(zhuǎn)(如M2驅(qū)動小車,則分別為小車的右行和左行)的行程終端限位保護,其動斷觸點分別串聯(lián)在KM的自鎖支路中。以小車右行為例分析保護過程:將QM2右旋→M2正轉(zhuǎn)→小車右行→若行至行程終端還不停下→碰SQ1→SQ1動斷觸點斷開→KM線圈支路斷電→切斷電源;此時只能將QM2旋回零位→重新按下SB→KM線圈支路通電(并通過QM2的觸點11及SQ2的動斷觸點自鎖)→重新接通電源→將QM2左旋→M2反轉(zhuǎn)→小車左行,退出右行的行程終端位置。
5.安全保護
在KM的線圈支路中,還串入了艙口安全開關(guān)SQ6和事故緊急開關(guān)SA1。在平時,應(yīng)關(guān)好駕駛艙門,使SQ6被壓下(保證橋架上無人),才能操縱起重機運行;一旦發(fā)生事故或出現(xiàn)緊急情況,可斷開SA1緊急停車。