——對S5012塔機電路設計缺陷的分析與改進實例

1．概述

我公司于2001年10月向某建設機械集團公司購買了一臺S5012（QTZ63）塔機。這臺塔機由該集團公司自行設計、制造。從安裝調試之日起，該機就一直存在著總電源自動開關和起升電機自動開關頻繁跳閘的故障，平均每天跳閘二十余次，最高峰達四十余次。從2001年10月18日至2002年6月10日，使用199個工作日，更換起升系統的交流接觸器11只，自動開關5只。

這一問題的存在，不僅影響施工生產，而且對安全生產也構成嚴重威脅。因為，總電源自動開關跳閘后，全機斷電，塔機處于失控狀態，吊臂隨風轉動，吊鉤無法升降、變幅、制動，吊物有幾次險些撞到施工人員和散裝水泥罐等臨時設施上。為了安全起見，我們只有派一名操作工在塔機上面開機，一名電工在塔機下面隨時準備送電。（對于操作工來說也不安全，應先解決好問題，再派人上去。——編者）

該集團公司先后派出2名電工，4次到現場修理。每次修理后，跳閘頻次降低，但二、三天后又恢復原樣。該集團公司修理人員先是說操作人員的操作問題，后又認為電器元件容量小。這些可能性均排除后修理人員表示已無能為力，因別的用戶也存在這一問題，該問題只好交集團公司處理。而該集團公司卻遲遲未拿出處理方案。

在此情況之下，我們只有依靠自身的力量，研究解決這一問題，列為我公司在全國安全月活動中必須解決的第一安全隱患。

2．電氣線路介紹

該塔機起升機構采用的是變更極對數的調速方法。電機型號YZTD2502/4/6/24，額定功率24/22/22/3.5kW，額定電流48/45/44/42A，額定轉速2830/1420/930r/min，接法YY/△/YY/Y，工作制25%/40%/40%/25%，絕緣等級B級。這種電機的定子上設置了兩套互相獨立的繞組，微速檔（24極）和低速檔（6級）合用一套繞組，中速檔（4級）和高速檔（2極）合用一套繞組，通過改變繞組的接法，得到不同的工作極數。因跳閘故障均發生在微速檔和低速檔工作時，現僅在圖1中畫出微速檔和低速檔的電氣原理圖。



圖1 原設計圖紙

該系統正常工作時，LKM3交流接觸器閉合，LKM4和LKM5交流接觸器分離，電機處于24極的微速工作狀態；或LKM4和LKM5交流接觸器閉合，LKM3交流接觸器分離，電機處于6極的低速工作狀態。LKM3與LKM4、LKM5絕對不能處于同時閉合狀態，否則線路將產生短路故障。

3．故障分析

從電氣原理上分析，當起升電機控制開關從低速檔轉換到微速檔時，交流接觸器LKM4與LKM5的線圈同時失電，LKM3線圈控制回路中的LKM4常閉觸點復位閉合，LKM3線圈通電，LKM3的主觸點閉合，電機轉換到微速工作速度。

但是，由于受剩磁、觸點燒熔、動作靈敏度等因素的影響，各開關的接通與分斷時間不可能完全一致，這礻會出現“觸點競爭”問題。如果LKM5的動作速度快于LKM4，則系統能正常工作；但若LKM5的動作速度滯后于LKM4，就有可能使LKM3與LKM5在某一瞬間同時處于閉合狀態，線路中形成極大的短路電流，引發空氣開關跳閘。

為了驗證以上這一分析，我們做了兩項試驗（見圖2），以判定其設計電路工作的可靠性。



圖2 線路的可靠性試驗

在第一個試驗中，LKM3、LKM4、LKM5的控制線路保持不變，拆除它們主觸點所有進線和出線，然后按圖示的方法將LKM3、LKM5的主觸點與一只試驗燈泡串連起來，形成一個220V的試驗電路。如果LKM3、LKM5的主觸點不同時閉合，燈泡將不亮；如果LKM3、LKM5的主觸點出現同時閉合狀態，燈泡將閃爍，盡管時間可能很短促。試驗結果見表1：

試驗1的結果統計表 表1