塔式起重机电气控制手册的介绍

塔式起重机是一种塔身竖立、起重臂回转的起重机械，具有回转半径大、提升高度高、操作简单、安装拆卸方便等优点，广泛应用于建筑施工和安装工程中。

塔式起重机有多种型式，整台起重机可以沿铺设在地面上的轨道行走的称为行走式，本身不行走的称为自升式；用改变起重臂仰角的方式进行变幅的称为俯仰式，起重臂处于水平状态，利用小车在起重臂轨道上行走而变幅的称为小车式。

目前，自升小车式应用的比较普遍，下面仅以QTZ50固定型自升塔式起重机为例，介绍其运行工艺和电气控制原理。

7.1.1 塔式起重机的工作机构

QTZ50塔式起重机的工作机构包括：提升机构、回转机构、小车牵引机构、液压顶升机构、安全保护装置和电气控制装置等，其电气控制电路图见图7.1。各机构的运动情况简介如下：

1）提升机构

提升机构对于不同的起吊质量有不同的速度要求，以充分满足施工要求。 QTZ50塔式起重机采用了YZTDF250M-4／8／32，20／20／4.8k W的三速电动机，通过柱销联轴器带动变速箱再驱动卷筒，使卷筒获得3种速度。根据吊重可选择不同的滑轮倍率，当选用2绳时，速度可达到80m／min，40m／min，10m／min3种，若选用4绳时，速度可达到40m／min，20m／min， 5m／min3种。提升机构带有制动器，提升机构不工作时，制动机构永远处于制动状态。

2）回转机构

回转机构1套，布置在大齿圈一旁，由YD132S-4／8，3.3／2.2k W电动机驱动，经液力偶合器和立式行星减速器带动小齿轮，从而带动塔机上部的起重臂、平衡臂等左右回转。其速度为0.8r／min，0.4r／min。在液力偶合器的输出轴处加一个盘式制动器，盘式制动器处于常开状态，主要用于塔机顶升时的制动定位，保证安全进行顶升作业。回转制动器也用于有风状态下工作时，起重臂不能准确定位之用。严禁用回转制动器停车，起重臂没有完全停止时，不允许打反转来帮助停止。

3）小车牵引机构

小车牵引机构是载重小车变幅的驱动装置，采用YD132S-4／8，3.3／2.2k W电动机，经由圆柱蜗轮减速器带动卷筒，通过钢丝绳使载重小车以38m／min，19m／min的速度在起重臂轨道上来回变幅运动。牵引钢丝绳一端缠绕后固定在卷筒上，另一端则固定在载重小车上。 变幅时通过钢丝绳的收、放，来保证载重小车正常工作。

4）液压顶升机构

液压顶升机构的工作主要靠安装在爬升架内侧面的1套液压油缸、活塞、泵、阀和油压系统来完成。当需要顶升时，由起重吊钩吊起标准节，送进引入架，把塔身标准节与下支座的4个M45的连接螺栓松开，开动电动机使液压缸工作，顶起上部机构，操纵爬爪支持上部质量，然后收回活塞，再次顶升，这样两次工作循环可加装一个标准节。

7.1.2 QTZ50塔式起重机的安全保护装置

1）零位保护

塔机开始工作时，把控制起升、回转、小车用的转换开关操作手柄先置于零位，按下启动按钮SB1，主接触器KM吸合，塔机各机构才能开始工作，可以防止各机构误动作。

2）吊钩提升高度限位

在提升机构的卷筒另一端装有提升高度限位器（多功能限位开关），高度限位器可根据实际需要进行调整。提升机构运行时，卷筒转动的圈数也就是吊钩提升的高度，通过一个小变速箱传递给行程开关。当吊钩上升到预定的极限高度，行程开关动作，切断起升方向的运行。再次启动只能向下降钩。当提升机构由一个方向转换为另一个方向运行时，必须将操作手柄先扳回零位，待电机停止后，再逆向扳动手柄，禁止突然打反转。

3）小车幅度限位

小车牵引机构旁设有限位装置，内有多功能行程开关，小车运行到臂头或臂尾时，碰撞多功能行程开关，小车将停止运行。再开动时，小车只能往吊臂中央运行。

4）力矩保护

为了保证塔机的起重力矩不大于额定力矩，塔机设有力矩保护装置。 当起重力矩超过额定值，并小于额定值的110％时，SQT使卷扬机的起升方向及变幅小车的向外方向运动停止，这时可将小车向内变幅方向运动，以减小起重力矩，然后再驱动提升方向。

5）超重保护

塔机起升机构的工作方式分为轻载高速，重载中、低速两挡，每一挡都规定了该挡的最大起重质量，在低速挡最大起重质量为5t，高速挡的最大起重质量为2.5t，为了使各挡的起重质量在规定值以下，塔机设有起重质量限制器。它是通过SQG1和SQG2分别控制卷扬机的起升来实现的。

当卷扬机工作在轻载高速挡时，如果起重质量超过高速挡的最大起重质量时，SQG1动作，该挡的上升电路被切断，此时可以将挡位开关换到重载低速挡工作。 若起重质量超过低速挡的最大起重质量时，SQG2动作，卷扬机上升电路被切断，操作台上的超重指示灯亮，发出报警信号，待减轻负载后，才能再次启动。

7.1.3 QTZ50型塔式起重机的控制电路分析

由于塔式起重机的电动机较多，而每台电动机的控制电器也较多，为了分析方便，用对应的标注方法进行标注，例如，起升机构电动机为M1，其控制接触器标注为KM11～KM17等。

1）总电源部分

（1）总电源开关

QTZ50塔机由380V、三相四线制电源供电，其装机容量约为28k W，电源总开关QF为DZ20-100型号的自动空气开关，对塔机电气系统进行短路和过载保护。

（2）顶升液压电动机的控制

本控制系统由液压油泵电动机M4、自动开关QF4、接触器KM4及启动按钮SB41和停止按钮SB42组成。顶升是利用标准节将塔身增高，数天才顶升一次，塔机进行顶升作业时，应先合上QF4和QF1（利用起升机构吊起标准节，送进引入架），操作SB41，电动机M4启动使液压缸工作，顶起上部结构进行加装标准节。 顶升作业完毕后，应先操作停止按钮SB42，再关断QF4。

（3）总电源的零位保护

由电源接触器KM、总启动按钮SB1、总停止按钮SB2、总紧急停止按钮SB3及起升用转换开关SA1、回转用转换开关SA2和小车用转换开关SA3的零位触点组成。

在停产或停电时，由于操作人员的疏忽会忘记将各转换开关的手柄扳回零位，当再次工作或恢复供电时，就有可能造成电动机直接启动（绕线式电动机）或自行启动而可能引起的人身或设备事故。零位保护就是为了防止这类事故的发生而设置的一种安全保护。

如图7.1所示，当SA1，SA2和SA3的操作手柄均处于零位时，对应的SA1-1，SA2-1和SA3-1三对零位触点闭合，按下总启动按钮SB1，电源接触器KM吸合，分别接通主回路及控制回路的电源，并且自锁。这时，再分别操作SA1或SA2，SA3的手柄就可以对起升或回转及小车进行控制。与失（零）压保护的不同之处在于零位保护主要指用转换类（主令控制器、凸轮控制器等）开关控制的电路，开始工作时，必须先将转换开关的手柄扳回零位，按下总启动按钮SB1，电源才能接通。

（4）超力矩保护

当塔机力矩超限时，力矩行程开关SQT动作，切断力矩保护用继电器KA1的线圈回路，进而切断了塔机的起升向上和小车向外（前）方向的控制回路，即停止增大力矩的操作。 此时，只能接通起升向下或小车向里（后）方向的控制回路。 减少力矩至塔机允许的额定力矩时，SQT复位，再按一次SB1，KA1得电，这时，可恢复塔机的起升向上和小车向外（前）方向的控制。

（5）超质量保护(www.zuozong.com)

超质量保护分为起升高速超重和起升低速超重，SGG1为高速超重保护开关，SGG2为低速超重保护开关，当高速超重时，SGG1动作，切断起升高速接法回路，塔机只能进行低速起升。 当低速超重时，SGG2动作，切断低速超重保护用继电器KA2的线圈回路，进而切断了塔机的起升中速和低速的控制回路，只有卸载后才能起升。

2）起升电动机的控制

起升电动机M1为三速电动机，定子铁心安装有两套独立绕组，其中一套绕组磁极数为32极，不能变极调速，为低速接法，由接触器KM13控制通和断；另一套绕组磁极数为8极，为中速接法，由接触器KM14控制通和断，定子绕组为三角形（D）接法；此套绕组可以改变极数实现调速，变极后的极数为4极高速接法，绕组为双星形（YY）接法，由接触器KM16先将绕组接成双星形，再由接触器KM15接电源。

转换开关SA1的操作手柄共有7挡（左、右各3挡和中间挡），共用了6对触点，中间挡为SA1-1触点闭合，用于零位保护，左、右各3挡为对称分布的，每挡分别有两对触点闭合，用于提升或下降及低、中、高三速。提升接触器KM11回路设置有吊钩上升限位保护开关SQL和超力矩保护（由SQT动作、KA1转换）KA1触点，不超力矩时，KA1为闭合的。低速和中速回路分别设置有超重保护（由SQG2动作、KA2转换）KA2触点，不超重时，KA2为闭合的。高速回路设置有超重保护SQG1触点，各自完成对应的保护。

图7.1

（a）QTZ50塔机控制电路图；（b）QTZ50塔机控制电路图

吊钩下降时，如重物较轻，负载为反抗（摩擦）性的负载。 电动机将工作在强迫下降的电动状态。如重物较重，负载为位能性的负载，重物将拖着电动机反向加速，电动机将工作在回馈制动状态，电动机的转速将高于同步转速，注意，转换开关SA1的操作手柄不要放在高速挡。

起升机构的制动器为电动液压推杆制动器，M5为其液压油泵电动机，M5工作时，制动器打开。M5停止时，制动器抱紧。M5由KM17控制，KM17线圈由KM11或KM12控制。

3）回转电动机的控制

起重臂回转电动机M2为单绕组变极调速双速电动机，低速接法为8极，由KM23控制通和断，定子绕组为△接法；变极后的极数为4极高速接法，绕组为YY接法，由接触器KM25先将绕组接成YY，再由接触器KM24接电源，实现高速接法。

转换开关SA2的操作手柄共有5挡（左、右各2挡和中间挡），共用了5对触点，中间挡为SA2-1闭合触点，用于零位保护，左、右各2挡为对称分布的，每挡分别有两对触点闭合，用于起重臂的左旋或右旋及低速或高速。 起重臂的旋转运动最大转角为500°，因此，要设置转动角的正、反限位保护，分别由限位开关SQ21和SQ22实现。

回转机构的制动器要求为开式制动器，即制动器通电时抱紧，断电时打开，而且只要求在特殊情况下才可以制动，即：塔身顶升时，标准节需要准确定位；有较大的风时，被起重物需要准确定位。平时，不允许制动。 本系统是应用电磁离合器盘式摩擦制动，即电磁离合器通电时挂上，断电时离开。通过SB21，SB22和KM26控制，该回路串入KM21和KM22常闭触点，可以实现起重臂需要回转时，制动器自动解除制动。平时，也不允许用制动方式使起重臂快速停止。有的系统，只用一个转换开关来替代SB21和SB22两个按钮的操作方案。

4）小车电动机的控制

小车电动机M3与回转电动机M2的调速及控制基本相同，行程开关SQ31和SQ32分别实现小车向外或向里终端的限位保护。KM31回路串入KA1常开触点是实现超力矩时，不允许小车再向外运行（由SQT动作、KA1转换）的保护。 不超力矩时，KA1常开触点是闭合的。小车制动器为闭式的，应用的是直流电磁线圈，容易实现断电时制动器缓慢抱紧。也可以增加一个时间继电器，实现断电时制动器缓慢抱紧的效果。

本系统的各台电动机容量较小，故都是直接启动，电动机的启动转矩都能满足启动要求，起重容量大的塔机电动机容量也大，就需要限制启动电流了，对于提升机构，用鼠笼式电动机降压启动来限制启动电流，其启动转矩也会显著的减少，因此，多选择绕线式电动机转子串电阻启动和调速。

7.1.4 应用绕线式电动机的起升机构

图7.2为某型号塔机的起升机构部分电路图，主电路中的M1为绕线式异步电动机，电动机启动时，转子回路可以串入电阻来限制启动电流，如果所串电阻不切除还可以实现调速。M5为电动液压推杆制动器的液压油泵电动机，重物下放时，可以用其作为负载而调速，工作原理如下：

图7.2 塔机的绕线式电动机起升机构控制电路图

1）重物提升

提升电动机M1用4段附加电阻R1～R4进行启动和调速。 用主令控制器（转换开关） SA1控制，SA1有11挡（左右各5挡和中间挡），有7对触点，其中SA1-1用于零位保护。

图7.3 提升电动机各挡机械特性曲线

当SA1从中间扳向上升1挡时，上升接触器KM11通电吸合，电动机M1定子绕组接正相序电源，转子绕组串4段附加电阻R1～R4启动（制动器M5也通电打开抱闸）。 此挡，启动转矩小，仅用于咬紧齿轮，减小机械冲击。若是轻载，可以慢速上升。 图7.3为提升电动机各挡的机械特性曲线。 若是重载，将不能启动，重物如在空中，电动机会进入倒拉反接制动状态，使重物下降，操作时应较快滑过。

当SA1从1挡扳向上升2挡时，加速接触器KM13通电吸合，R1被短接，电动机可以正常启动或者获得较低的上升转速。 SA1从上升2挡逐个扳向上升5挡时，加速接触器KM14，KM15，KM16依次得电，R2，R3，R4逐段被短接，电动机逐挡加速。在不同的挡，可以得到不同的提升速度。5挡时，转速最高。

需要停止时，将SA1扳回中间挡，上升接触器KM11断电释放，电动机M1断电，制动器电动机M5也断电，抱闸抱紧。

2）重物下降

当SA1从中间扳向下降1挡时，下降接触器KM12通电吸合，电动机M1定子绕组接反相序电源，转子绕组串4段附加电阻R1～R4反向启动，此挡，继电器KA1线圈（因KM12辅助触点常开闭合，KM13没有动）通电吸合，其常闭触点KA1-1断开，M5脱离主电源；而常开触点KA1-2闭合，使制动器电动机M5经过调压器TC、转换开关SA5并联在M1转子绕组电路上，因M1启动初始时，转子绕组的感应电动势较高，频率也较高，M5启动而打开抱闸，M1启动加速。

若此时是重载，负载为位能性负载，重物将拖着电动机加速，随着电动机M1加速，转子绕组的感应电动势将减小，频率也降低，M5的转速降低，液压推杆制动器的油压力下降，使制动器闸瓦又开始逐渐抱紧，使M1的下降速度不会升高，起制动调速的作用，这就是应用绕线式电动机和电动制动器的优点之一。此时，转子回路串4段电阻，电流也较小。

因为M1转子绕组的感应电动势的频率与转差率成正比，即f2＝Sf1，所以M5的同步转速与f1＝50Hz时相比的关系为：

n M5＝60f2／PM5＝60Sf1／PM5（7.1）

式中 n M5——推杆制动器电动机的同步转速；

PM5——推杆制动器电动机的磁极对数；

f1——电源频率；

f2——M1的转子电动势频率；

S——M1的转差率。

M1的转子电压比电源电压低，为了使M5的工作电压尽量接近于额定电压，故用调压器TC升压后供给M5，TC有3组抽头，可以根据负荷情况用SA5选择，重载时选择变比较小的抽头，使M5的电压较低，转速也较低，制动器的机械制动转矩增大而进一步减慢重载下降速度。

用推杆制动器进行机械制动时，提升电动机输出的机械能和负载的位能都消耗在闸瓦与闸轮之间的摩擦上而严重发热；另一方面，推杆制动器的小电动机工作于低电压和低频率状态，时间稍长就会使它过热而烧坏，因此，重物离就位点的高度小于2m时才允许使用这种制动方法。

当SA1从下降1挡扳向下降2挡时，下降接触器KM12通电吸合，加速接触器KM13也通电吸合，继电器KA1线圈断电，其触点恢复使M5接通主电源，制动器打开。 此时，电动机M1转子串3段（R2，R3，R4）电阻反向启动、运行，重物较轻时，电动机为反向电动，强迫下放重物，如果重物较重时，重物拖着电动机加速进入回馈制动状态，转子串入的电阻越大，转速越高，比较危险，应将SA1连续推向3～5挡。重物较轻时，电动机为反向电动，5挡的转速最高；重物较重时，电动机为反向回馈制动状态，5挡的转速最低，但也比电动状态时5挡的高，要想获得较低的转速，只有扳回下降1挡，实现机械摩擦制动。

应用绕线式电动机的主要优点是可以在转子回路串电阻启动，既可以限制启动电流，又能增大启动转矩。常用在起重容量大，又需要限制启动电流的塔机电动机上。