桥式抓斗吊车电气控制系统改造

２０１１年０８月　建黼囡蒜陆　水利·水·电　

桥式抓斗吊车电气控制系统改造　

李清川　

（甘肃成州Ｉ锌业有限公司）　

摘要：本文分析了抓斗吊传统控制系统的缺点和故障原因，介绍了利用变频器和ＰＬＣ对其进行改造的可行性和优越性。　

关键词：抓斗吊；变频器；ＰＬＣ　

引言　

锌矿粉入炉前，必须在料仓中进行配料，然后将锌矿粉抓入圆盘给　

料机，进入上料皮带。在配料和抓料的过程，均使用桥式抓斗吊来完成。　

抓斗吊中各电动机一般采用凸轮控制器和主令控制器控制接触器及变　

阻器的方式。在实际使用中，这种控制方式故障率很高，造成停炉的事件　

时有发生，大大影响了正常生产。　

为从根本上解决这一问题，我们利用变频器和ＰＬＣ技术对本公司的　

桥式抓斗吊电气控制系统进行了改造。　

１原控制方式存在的问题　

１．１抓斗吊的结构组成　

抓斗吊结构主要由四部分组成：大车及行走机构，小车及行走机构，　

抓斗起升机构及抓斗开合机构。其中大车及小车机构属平移机构，主要　

带动起升机构及物料进行平移行走，抓斗起升机构主要是拖动物料上下　

运动，而抓斗开合机构主要作用是抓取及释放扬料。　

１．２传统控制系统的缺点　

桥式抓斗吊传统的控制方式是采用在绕线或异步电动机转子回路　

上串电阻，通过主令控制器和凸轮控制器一级级切除或增加电阻的方式　

来达到调速的目的。由于工作环境恶劣，粉尘和有害气体对电动机滑坏，　

碳刷及接触器等损害较大，经常出现碳刷冒火，触头锈蚀、电阻烧坏等情　

况。加之电动机启动频繁，电流和机械冲击都很大，容易造成烧毁电机和　

拉断钢丝绳等故障。转子串电阻调速，机械特性软，负载变化时转速也变　

化，调速效果差，电阻长期发热，电能浪费大。　

２改造方案　

２．１系统和组成　

抓斗吊的控制大多是由起／停按钮，主令控制器、凸轮控制器、限位／　

位置开关及接触器等完成，归纳起来多是一些开关量逻辑控制。在现代　

工业控制中，ＰＬＣ具有可靠性高，抗干扰能力强，编程方便，特别是在逻　

辑控制方面具有独特的优越性，所以选择ＰＬＣ作为控制核心。按输入输　

出量选择西门子ＳＩＭＡＴＩＣＳ７—２００系列ＰＬＣ，选择ＣＰＵ２２４一块，数字扩　

展模块三块。　

对于抓斗吊的开合、提升、大车、小车电机的调速，选择四台西门子　

Ｍｉｃｒｏｍａｓｔｅｒ４４０型变频器，彻底取消调速电阻器，将电动机更换为交流异　

步鼠笼式电动机或将现有电动机滑环部分短接，保留原有机械抱闸制动　

装置。当变频器出现故障或制动单元出现报警时，停止本系统一切动作，　

抱闸立即闭合，保证抓斗吊的安全可靠。系统的原理图如图１所示　

行程开关　ｌ　控制信号　Ｉ　

ｌ　ｌ　

ＣＵＰ２２４　扩展模块１　扩展模块２　扩展模块３　

ｌ　ｌ　ｌ　

变频器１　变额嚣２　变频器３　变频器４　

ｌ　一』、　Ｉ　上　

提升电机开合电机大车电机１大车电机２小车电机　图１系统原理图　２．２调速系统的工作原理　

抓斗吊的调速电机在取消串电阻调速改为变频调速后，机械特性变　

硬。速度调节可利用变频器的多级频率选择性功能，将ＦＷＤ、ＣＭ接通则　正转，ＲＥＶ、ＣＭ接通则反转。将Ｘ　、ＣＭ，ｘ　、ＣＭ，Ｘ　、ＣＭ三对端子分别接　

通，或其中两对或三对同时接通，可得七种频率，从而可方便地得到抓斗　

吊所需求的正反两个方向各六个档位的速度。　

为了方便操作，抓斗吊的转速控制仍采用原来的主令控制器和凸轮　

控制器，由两个控制器的触点发出信号到ＰＬＣ，ＰＬＣ输出到变频器。　

２．３系统接线及基本设计程序　

整个系统有五台电动机，大车行走电机两台共用一台变频器，为了　

保证同步，采用一拖二的形式，这样共有四台变频器，在此，仅以抓斗提　

升变频器与ＰＬＣ连接为例，说明其工作状况，ＰＬＣ的部分Ｉ／Ｏ分配表如　

表１所示　

Ｉ　用途　０　用途　

Ｘｏ　紧急停止按钮　ＹＯ　变频器工作　

Ｘ１　提升电机上升　Ｙｌ　上升　

Ｘ２　提升电机下降　Ｙ２　下降　

Ｘ３　提升电机停止　Ｙ３一Ｙ５　变频器转速入　

Ｘ９　凸轮转速档位　Ｙ６　声音报警　

Ｘ１０　上限位开关　Ｙ　光报警　

ＲＵＮ　系统总起动　Ｙ１０　提升电机制动电磁铁　

ＰＬＣ与提升电机的接线如图２所示：　

轮控怡　Ｊ　Ｉ　Ｉ　

＿＿口　Ｉ　

Ｌ—　

Ｒ　Ａ　

Ｌ　孔　

：　：　ＦＷｄ　Ｌ　

制ｌ蚺电耻一　图２　

３改造后的效果　

（１）改造后的电动机调速由于采用变频器调速，实现了软起动／软停　

止。避免了由于加速太快而造成的钢丝绳断裂，抓斗坠落以及大小车跑　

出轨道等严重现象；同时由于用鼠笼式异步电动取代了绕线式电机，避　

免了因滑坏碳刷磨损等引起接触不良而造成电机损坏或不能起动的故　

障；交流接触器的数量由原来的２１只减少到５只，减少了故障点，也减　

少了备件消耗量。　

（２）加减速特性实现了斜坡特性，抓斗在上下左右的过程中来回摆　

动的现象减少，保证了人身及设备的安全。　

·３５３·　等　ｍ　ｒ

　水利·水·电　慢种目蓑酶　２０１１年０８月　

概述水利施工中钻孑Ｌ灌注桩施工技术　

刘仕钦　

（潮州市利源水利水电工程有限公司）　

摘要：钻孔灌注桩是工程中常用的基础形式，其成桩质量对工程安全有着至关重要的作用。并对钻孔灌注桩在水利施工过程中如何在各个施工环　

中充分重视、精心施工、加强质量管理等问题进行了探讨。　

关键词：水利工程；钻孔灌注桩；质量管理　

引言　

灌注桩施工混凝土的浇筑与一般混凝土的浇筑程序及控制要点有　

很大差异。与一般混凝土浇筑相比，灌注桩施工工序更为复杂，施工技术　

要求更高，若不能及时准确地掌握钻孔灌注桩施工技术，就极有可能引　

发严重的工程质量事故。分析钻孔灌注桩在水利施工过程中可能发生的　

事故，因此，我们有必要对水利施工中钻孔灌注桩技术的应用进行更深　

层次地探讨，加强钻孔灌注桩施工的质量控制。尤其是对于水利施工中　

钻孔灌注桩技术的应用，水下混凝土成桩后一旦出现质量问题很难进行　

挽回，对上层结构的稳定性造成不利影响。　

ｌ钻孔灌注桩施工工序概述　

水利施工过程中的钻孔灌注桩施工质量对桥梁上部结构的承载力　

和稳定性有较大影响，决定了桥梁工程完成后的使用性能，因而要保证　

桥梁的施工质量及使用性能，必须要熟悉钻孔灌注桩施工工序，控制钻　

孔灌注桩施工质量。　

钻孔灌注桩的施工过程一般概括如下：首先确定设计桩位及桩径，　

常用桩径有８００ｍｍ、ｌＯ００ｍｍ、１２００ｍｍ等，然后根据需要用螺旋钻、振动　

钻、冲抓锥钻或旋转水冲钻等各种形式的钻机在设计桩位上钻孔，清理　

十净孔底的残渣后进行安放钢筋，一切安排妥当后进行混凝土浇筑。钻　

孑Ｌ灌注桩上述施工工序中的任何一个出现问题都将会影响整个钻孔灌　

注桩的施工质量。因此，必须仔细了解钻孔灌注桩施工工序中的任何一　

个环节，严格按照相关要求施工，防止质量问题的出现，及时有效地完成　

桩基施工任务。　

１．１施工准备　

原材料的质量是影响钻孔灌注桩施工质量的决定性因素，因而在原　

材料的选用和检验方面要科学合理，严格按照国家相关规范执行，在此　

基础上选料还应与桥梁所处特殊环境及工程相关要求相符。例如，为了　

防止因混凝土流动性较差造成的堵管问题，一般选用卵石、石子含泥量　

不大于２％；在进行深桩混凝土的浇筑时要加适量缓凝剂，这是因为混凝　

士的初凝时间一般为３～５ｈ，而深桩灌注则需要５～７ｈ，因此应加适量缓凝　

剂延长混凝土初凝时间。　

１．２打桩施工流程　

打桩按顺序不同可分为：由中间向四周打，由中间向两面打及由一　

侧向单一方面打三种方式。不同的打桩方式优缺点各不相同，打桩速度　

及桩基质量也不尽相同，例如由一侧向单一方面打桩的方式，可以减少　

桩机的移动，加快打桩速度，提高打桩效率，但与此同时它会使土壤向　

侧作技术性灌注，因此，确定打桩方式时应考虑工程特点及要求，桩机大　

小及性能以及周边环境（如地基土壤状况等）等因素的综合影响。打桩的　

操作一般历经三个过程，首先是首批灌注，然后是后续灌注，最后是后期　

灌注。在第一过程中，必须注意灌注量以及导管和桩直径的相关关系。一　

般来讲，孔径越大，其灌注的量也大，随着灌注量的增大，其搅拌的时间　

也逐步增多，这样最容易发生离析，在首批灌注过程中，常常会发生导管　

堵塞现象，其中原因基本如此。冲击钻进成孔工艺中，采用直径为１．Ｏｍ　

铸钢件十字形冲击钻头，正循环冲击钻进，泥浆护壁成孔工艺。开钻时，　

首先向护筒加入一定数最的黏土、清水、膨润土和碱面，用小冲程高频率　的冲击方法进行钻进，以达到造浆护壁的目的。其技术参数为：冲击行程　

１．０～１．５ｍ，冲击频率１Ｏ～１５次／ｍｉｎ。　

２钻孔灌注桩在水利施工常见问题及对策　

钻孔灌注桩在水利施工过程中可能发生的事故，必须进行必要的防　

范是保证钻孔灌注桩成桩质量，确保基础工程安全的重要措施。　

２．１缩径　

缩径是钻孔灌注桩最常见的质量问题，主要由于桩周土体在桩体浇　

筑过程中产生的膨胀造成。针对这种情况，应采用优质泥浆，降低失水　

量。成孔时，应加大泵量，加快成孔速度，在成孔一段时间内，孔壁形成泥　

皮，孔壁不会渗水，亦不会引起膨胀。或在导正器外侧焊接一定数量的合　

金刀片在钻进或起钻时起到扫孔作用。另外，可采用上下反复扫孔的方　

法，以扩大孔径，在施工中应确保钻具的截面积使其符合设计桩径尺寸，　

来防止缩径。　

２．２钢筋笼上浮　

成孔后．在浇注混凝土时，有时钢筋笼会发生上浮，其原因及相应对　

策如下：①套管底部内壁黏附砂浆或土粒，由于管的变形，使内壁产生凹　

凸不平，在拔除套管时，将钢筋笼带上来。此时，应注意在成孔前必须首　

先检查最下部的套管内壁，当堆积大量黏着物时，一定要及时清理。②当　

钢筋笼的外径及套管内部之间的间隙太小，有时套管内壁与箍筋之问夹　

有粗骨料时会发生钢筋上浮现象。出现这种问题处理的方法是使箍筋与　

套管内壁之间的间隙要大于粗骨料的最大尺寸的２倍。③钢筋笼自身弯　

曲，钢筋笼之间的接点不好、弯曲．箍筋变形脱落，套管倾斜等，使得钢筋　

与套管内部的接触过于紧密时，也将造成钢筋笼上浮。应注意提高钢筋　

笼加工、组装的精度，防止钢筋笼在运输工程中的碰撞等因素引起的变　

形。要确认钢筋笼的轴向准确度等不得使钢筋笼自由坠落到桩孑Ｌ中．不得　

敲打钢筋笼的顶部。在灌入套管时必须注意汽锤制度。④由于混凝：±：灌　

注钢筋笼且导管埋深较大时，其上层混凝土因浇筑时间较长，已接近初　

凝，表面形成硬壳，混凝土与钢筋笼有一定的握裹力，如此时导管底端未　

及时提到钢筋笼底部以上，混凝土在导管流出后将以一定的速度向上顶　

升，同时也带动钢筋笼上升。当此类现象发生时，应立即停止灌注混凝土　

并准确计算导管埋深和移交混凝土面的标高，提升导管后再进行浇注，　

上浮现象即可消失。⑤钢筋笼放置初始位置过高，混凝土流动性过小，导　

管在混凝土中埋置深度过大，钢筋笼被混凝土拖顶上升。钢筋笼初始位　

置应定位准确，并与孔口固定牢固。加快混凝土灌注速度，缩短灌注时　

间，或掺外加剂，防止混凝土顶层进入钢筋笼是流动性变小，混凝土接近　

笼时，控制导管埋深在１５～２０ｍ。除此之外，在浇筑混凝土之前，一定要将　

套管稍稍往上提一点，以确认钢筋笼是否存在上浮现象。　

２．３导管进水　

（１）浇筑混凝土之前，若发现导管口出现漏水现象时，应立即提起导　

管进行检查对漏水部位进行严格的防水处理后，再重新放人桩孔中，灌　

注混凝土。　

（２）在任何情况下，都应该尽可能的将导管底部深深的埋存混凝土　

中，当发现导管上提明显过量时，应迅速将导管插到混凝土中利用小型