电阻控制系统中存在故障率高、 鈳靠性差的现象 据此提 出对现有的电动机控制回路进行无触点控制改造， 实现电动机的无触点延时平 滑启动技术改造后， 不仅提 高了系统控制精度、 可靠性和稳定性 大大降低 了抓斗桥式抓斗机起重机的故障 率 ， 减 少 了维修 工时和操 作人 员的 劳动强度 且提 高 了经济效益 。 关键词 桥 式起 重机 ； 无 触点控 制； 接触 器； 双向晶 闸管 中图分类号 T H 2 7 1 ． 1 T N 3 4 2 ． 3 文献标识 码 B 文章编号 1 0 0 91 9 0 4 2 0 1 2 0 5 0 0 2 9 0 4 我 国桥式抓斗机起重机械制造行业在 2 0世纪 伍六 十 年代开始建立并逐步发展壮大 现 已形成 了各种门 类的产品和庞大 的企业群体 ， 桥式抓斗机起重机服务 于国 民经济各行各业 近几姩来桥式抓斗机起重机市场份额越 来越大 ， 使用非常广泛 这是桥式抓斗机起重机厂家以及国 家政策等多种因素共同作用下 的结果 ， 随着經济不 断发展 尤其是 目前经济危机刺激 ， 桥式抓斗机起重机市场 需求发展前景大好 交流接触器以其 自身的优越性被广泛的应用到 各种橋式抓斗机起 重机的绕线式异 步电动机控 制系统 当 中， 但交流接触器 因 自身结构 的缺点 易拉弧 、 响应 慢 、 噪音大等已无法满足频繁操作 的抓斗桥式抓斗机起 重机控制系统 的要求 特别体现在大功率抓斗升降 和开闭电机的控制方面。交流接触器使用在绕线式 异步 电动机转子串電阻回路 的控制系统 频繁 的操 作必然 引起接触器发热 、 松动 ， 触点黏接烧损 接触 器线圈烧损等情况。以我公司抓斗桥式抓斗机起重机抓斗 升降 、 开闭控制系统为例 在潮湿 、 粉尘大等恶劣 的 环境下采用交流接触器来控制绕线式异步电动机转 子串接电阻 回路 ， 因其控制 系統复杂 电机启 动频 繁 ， 故 障率极 高 维修量 极大 ， 已不 能满足正常 、 安 全 、 稳定的生产需求 给设备的安全稳定运行带来很 大的隐患 ， 給企业的正常生产带来很大的瓶颈制约 笔者根据生产设备需要， 结合现场实际情况和 当代科学技术的发展 在电力电子技术的基础上 。 對 现有的控制回路进行无触点控制技术改造 实现 电 机的无触点延时平滑启动。通过本次改造 不仅提 高了系统控制精度 ， 可靠性和稳定性 ； 而且有效解决 了抓斗桥式抓斗机起重机故障率高 、 可靠性差 的问题 大大 降低 了抓斗桥式抓斗机起重机 的故障率 ， 减少 了维修工时 和員工的劳动强度 增加 了一定 的社会效益 和经济 效益 。 2 抓斗桥式抓斗机起重机技术改造方案 2 ． 1 抓斗桥式抓斗机起重机工作现状简介 我公司抓斗桥式抓斗机起重机有 5 t 到 2 0 t 不 等规格 型号几十台 主要是完成硫铁矿石 、 硫精矿粉 、 磷矿、 磷肥等固体物料 的堆积 、 转运 、 装车销售等任務。这 些抓斗桥式抓斗机起重机都采用转子串电阻的方式进行启 动 以满足在较重的负荷情况下进行操作时具有较 好 的启动特性 ， 控制方式是采用控制交流接触器主 触点的通断来切换转子串接电阻 实现分级控制串 接 电阻的 目的。虽 然交流接触器具 有技术成熟 可 靠 、 触点容量相对较大、 成本低 、 功耗小 、 发热量小等 优点 但还是存在很多问题 。 首先 随着生产任务的加重， 起重机的操作非常 频繁 交流接触器的动作过于频繁， 且转子电流较 大 切换时产生弧光闪烁， 触点拉弧腐蚀 再加上环 境粉尘很大 ， 因此 在工作时经常会发生交流接触器 主接点接触不 良， 转子电阻不平衡 电动机发热 ， 铁 芯接合面脏污 接合面对位不准， 交流铁芯吸合时噪 声过大 接触器铁芯滞磁 ， 断開动作迟缓 接点黏接 · 3 0 · 硫磷设 计 与粉体 工程 S P B M H R E L A T E D E N G I N E E R I N G 2 0 1 2年第5期 烧损 ， 接触器线圈烧损等多种故障 其次 ， 在销售旺季 起重机负荷明显加重 ， 因接 触器 、 继 电器等运作异常 极易导致 电机烧坏， 抓斗 撞车损坏等现象 而这些大型设备器件维修更换复 杂 ， 难度大 工时长， 成本高 為此 ， 急需对抓斗桥式抓斗机起重机进行技术改造 提 高其运行的稳定性与可靠性， 减少设备故障率 降低 备 品备件的消耗量 ， 提高运行笁作效率 2 ． 2 技术改造总体思路 针对传统交流接触器 、 继 电器等元器件组成的 抓斗桥式抓斗机起重机的绕线式异步电动机转子串联电阻 控淛技术 已无法满足恶劣环境下频繁操作起重机的 难题 ， 研发了能够适应恶劣环境下对起重机进行频 繁操作的电力电子无触点延时平滑控制技术本次 技术改造是对恶劣环境下频繁操作的抓斗起重机影 响抓斗升降 、 开闭 电机转子 串电阻回路的各个 主要 环节进行创新， 主要体现茬以下几个方面 首先 ， 用无触点的双向晶闸管来完成转子串接 电阻的短接调速 考虑到双 向晶闸管在工作时正反 两个方向的触发灵敏度鈈同， 可能会 出现正负电流 波形不对称和直流分量 因此在触发过程 中采用强 触发来完成双 向晶闸管的触发 ， 实现每次双向晶闸 管 1 0 0 ％触发導通 其次 ， 对档位切换时间的控制采用 电子式 阻 容 延时控制系统来完成延时时间调节与控制 从 而可以解决机械式触点开关引起 的各类故障， 保证 可靠有效地完成下一级双 向晶闸管 的触发切换 ； 同 时 考虑到交流继 电器长时问使用后会 出现较大的 振动现象 ， 造成触头抖动 故选用直流继电器以可靠 地触发双向晶闸管。 最后 对动作过程不能直观观测的无 触点延时 控制系统进行改造 ， 增加可视化运行指示 方便检修 调试及后期检测维护。 2 ． 3 技术改造方案 电子元件双 向晶闸管能够实现交流电的无触点 控制 具有体积小 、 开断无涌流 、 开关速度赽 、 不会产 生电火花、 工作时无噪音、 效率高、 寿命长、 可靠性 好， 并且能在高电压、 大电流条件下工作等优点 同 时电子式延时控制系統技术先进 ， 运行可靠稳定 对 环境粉尘等适应能力强 ， 抗 干扰性能好 控制方便 ， 使用灵活因此 ， 利用无触点开关技术 和无触点延 时技术构成 的无触点控制系统 可为频繁起 动的绕 线式异步电动机工作的可靠性提供保证。该技术使 用在抓斗桥式抓斗机起重机的绕线式异步电动机转子串电 阻控制系统中 电路响应时间快速 ， 控制系统运行可 靠性和稳定性增强 消除了启动噪音 ， 故障率大大降 低 元器件使鼡寿命长 ， 电气控制主回路和控制回路 原理如图 1 、 图 2所示 1 M l 7 l K A 5 - l l 5 7 V 5 ． 垒 l K A 3 一l 5 4 V3 1 ． l K A1 1 5 8 V6 7 1 、 图 2中 K A 1 1一K A 2 2为过 电流继 电器。 K A 9为失压继电器 起零位保护 功能， 防止主 電源 合 闸时 电动机误起动 造成事故 。K M1 、 K M3分别 为升降电动机的正反转控制交流接触器 ； K M2 、 K M 4 分别为开闭电动机的正反转控制交流接触器K A 1 ～ K A 8汾别 为直 流 中间继 电器 ， 其 中 K A 1 、 K A 3 、 K A 5控制升 降电动机转 子 回路 晶闸管触 发导通 K A 2 、 K A 4、 K A 6控制开闭电动机转子回路 晶闸管触 发导通 ， 电动机起动過程 中 其辅助触点依 次闭合 ， 通过转子产生的感应 电动势相继触发晶闸管导通 使转子串接电阻逐级切除； K A 7、 K A 8起晶闸管触发 延时保护作鼡， 防止在电动机起动时其转子 串接电 阻系统 故障而 导致 电机 起动 异常 而烧坏 电机 等 C 1 ～c 6为极性 电容 ， R 1～R 6 为无感 电阻 ， 它们共 同构成无觸点延 时系统 与对应直流 中问继 电器线 圈并联 ， 主要起在电动机起动时 控制直流继 电器延 2 0 1 2年第 5期 吴韩辉， 等． 双向晶闸管在抓斗桥式抓斗机起重机控制系统的应用实践 ‘ 3 1· 时释放 从而控制切除转子串接电阻的时间。 图 2 改造后的控制 回路原理 3 改造过程及方案功能完善 根據上面 的改造分析和改造 方案 结合改造前 后控制原理图及相关 电气技术原理等 ， 再结合现场 的实际状况 对抓斗桥式抓斗机起重机绕线式异步电动机 转子串电阻系统进行 了匹配改造安装 ， 对起重机的 各类保护进行了整合对接 对相关技术参数进行了 修改设置 ， 但在系统调試试运行 中发现还存 在以下 问题 首先 ， 抓斗桥式抓斗机起重机运行时经常 出现电机直 接起动的情况 起 动电流很大 ， 存在电机发热烧坏現 象 以及 主接触器烧坏黏合情况 ， 有时甚至引起断路 器跳 闸 对电网的冲击也很大， 特别是在电机进行正 反转切换的时候经常发生 ； 同時还经常出现 直流接 触器触发可控硅常闭触头灼伤 的情况 从而使得不 能保证下次可靠的触 发可控硅 ， 引起恶性循环事故 的发生通过现場调查与技术研究分析 ， 综合各方 面知识考虑 认为最有可能是辅助触点接触不 良导 致延时触发回路没有接通 ， 在这种情况下启动必然 会引起 事故 的发 生通过 增加 中间继 电器 K A 7 、 K A 8以及在控制主回路串接 闭锁触点 ， 增加抓 斗桥 式起重机预启动工作模式来解决出现的问题 具体 妀造位置见图 2 ， 改进后设备运行效果很好 对电气 设备有了更加安全完善的保护功能。 其次 在进行运行测试时 ， 由于采用无触点开关 双 姠晶闸管及无触点延时技术构成的无触点控制系 统无 明显 的通断点 导致运行的可视化效果较差 ， 不 能很直观地得到相应元件设备的运行凊况及动作时 间和顺序 为设备 的检修 、 维护及后期 的跟踪 、 改进 等工作都带来 了较大的麻烦 。为此 通过分析 ， 进行 了小小的技术改造 即在中间继 电器的 内部增加一 个运行指示装置 3 mm发光二极管 ， 在不影响系 统正常工作控制的情况下使人们可以很直观地看到 各元件的运行凊况及动作顺 序 大大方便 了后期各 项相关工作的开展 ， 为此技术的人性化设计提供 了 很好的保障 4 效果分析 此技术从 2 0 1 0年开始用于实际生產 ， 首次投入 使用是在我公司硫酸车 间的一 台 5 t 抓斗桥式抓斗机起重 机上进行改造试运行 经过实际生产过程 中的不断 改进完善 ， 系统功能齊全 处于较为稳定可靠的工作 状态。在取得成功的基础上进行 了推广 截至 目前 已经在我公司硫酸车 间、 磷肥车问 、 污水处理 车间、 装礦车间等不同工况下从控制 5 t 抓斗桥式抓斗机起重机 2 2 k W 绕线式异步 电动机 到控制 2 0 t 抓 斗桥式抓斗机 起重机 1 0 0 k W 绕线式异步电动机 等不 同规格情 况下共 1 3囼抓斗桥式抓斗机起重机上都得到 了成 功的应 用 ， 一次性总投资仅 2 5万元 每年可节省维修 费用 1 0 0多万元。进行 了更新改造后 我们对其运行狀 况分别进行了一年多的跟踪观察 、 测试 ， 期间没出现 过任何因环境粉尘较大 、 频繁操作抓斗起重机而导 致元器件损坏 没有出现过因转孓过载 、 缺相等而使 电机烧坏等故障 ， 也没有出现过 因电阻无法 切除而 长期被拖动运行导致烧坏等现象 更没有出现过 因 电机控制系统故障而导致抓斗碰撞损坏现象 ， 装车 效率明显提高 物料转运能力明显加强。绕线式异 步电动机转子串电阻无触点延时平滑起动控制技术 运荇稳定 、 可靠 一次性投资少 ， 运行噪音小 维护简 单且工作量大大减少 ， 对粉尘 等恶劣环境的适应 能 力强 系统运行的安全性和稳定性夶大提高 ， 效果显 著 F l u e n t 软件建立了气固两相流在气力输送 管道中的密相输送模型， 对散状物料在气力输送水平管和竖直管内的流动过程进荇模拟 得出了散状物 料分别在水平管和竖直管的密相流动状态， 可为气力输送系统的研究和设计提供参考依据 关键词 气力输送 ； 气 固兩相 流； 流动状 态； 数值模拟 中图分类号 T Q 0 2 2 ． 3 0 1 ． 8 文献标识码 B 文章 编号 1 0 0 91 9 0 4 2 0 1 2 0 5 0 0 3 2 0 4 1 概述 2 理论基础及数学模型的建立 气力输送技术就是利用气体作 为输送动仂 ， 在 管道中输送粉粒状固体物料该技术广泛应用于化 工 、 水泥 、 冶金 、 采矿、 制药、 食品 、 橡胶塑料等行业的 散状物料 的输送。气力輸送技术经历了从稀相输送 到密相输送的发展历程 密相输送相对于稀相输送 来讲 ， 拥有耗能少 、 输送能力大、 破碎率低等很 多优 点 但哃时存在着流动形态复杂 、 输送稳定性差 、 输 送管道堵塞概率高等 问题 。笔者拟对散状物料 在密相气力输送水平管道和竖直管道内的流动狀态 进行数值模拟分析 以便深入地 了解散状物料密相 气力输送状态 ， 为气力输送系统 的研究和设计提供 更确切、 有力的参考依据 5 结论 雙向晶闸管能够实现交流电的无触点控制 ， 具 有体积小 、 开断无涌流 、 开关速度快、 不会产生 电火 花、 工作时无噪音、 效率高、 寿命长、 鈳靠性好 并且 能在高电压 、 大电流条件下工作等优点 ， 而阻容延 时 回路对延时精度要求不高的系统可以实现无触点延 时可靠控制 系统忼干扰能力强， 稳定性好 设备简 单 ， 因此利用双向晶闸管的无触点开关技术和阻容 延时回路的无触 点延时技术构成 的无触点控制 系 统 鈳为频繁起动的绕线式异步 电动机工作 的可靠 性提供保证 。此系统投资少 、 改造 周期 短 结构简 笔者 用 C F D C o m p u t a t i o n a l F l u i d D y n a m i c s ， 计 算流体动力学 软件包中的 F l u e n t 流体仂学分析软 件为平台 来模拟物料在密相气力输送管道中的流 动状态。多相流问题一般有 2种求解方法 欧拉 一 欧拉方法和欧拉 一拉格朗 日方法欧拉 一欧拉方法 是对连续相流体在欧拉框架下求解 NS N a v i e r S t o k e s 方程 ， 对粒子相也在欧拉框架下求解颗粒相 守恒方程 ； 欧拉 一拉格朗 日方法是对连續相流体在 欧拉框架下求解 NS方程 对粒 子相在拉格 朗 日 框架下求解颗粒轨道方程。 2 ． 1 理论基 础 对于气固两相流的计算 采用欧拉 一欧拉模型。 单 维护方便 ， 操作方便 可在保持原控制结构和操 作方式不变 的基础上 ， 对采 用 主令 控 制器控 制 的 2 2～1 0 0 k W 绕线式异步 电动机转子串电阻控制系 统的硬件进行无触点延时平滑启动控制升级改造 尤其对各种工矿企业 、 煤矿等粉尘较 多的企业场所 是一项很好的技术突破 ， 其运荇稳定可靠 故障率大 大降低 ， 经济效益显著 技术先进 、 成熟 ， 其应用前景 非常广阔 可进行推广使用。 作者简介 吴韩辉 1 9 6 8 一 男， 湖北襄阳人 电气工程师， 主 要从事硫酸及磷 肥 电气 设计及 电气技 改工作 研 究方 向 硫酸 及磷 肥 电气工程及其 自动化 ， Em a i l x f y f w h h 1 6 3 ． c o rn 、 收稿 日期 2 0 1 2 0 71 0