第09章_船舶甲板机械电力拖动及其电气控制

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2. 电动液压起货机的特点 电动液压起货机能实现无级平滑调速，加速时 间短，具有良好的制动能力，不需要电磁制动 器。它的调速和换向是在液力机械中进行的， 而电动机维持恒速不变，因此可采用普通鼠笼 式异步电动机。它的缺点是工作效率低，制造 精度要求高，油路系统复杂，一旦管路破损、 漏油不易修复。
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二、液压甲板机械 甲板起重机大多采用液压传动，锚机、系泊绞缆
机和起货机也有不少是采用液压传动的。 液压起货机、锚机和绞缆机操作方便，工作比较
平稳，可实现无级调速，而且能吸收冲击性负荷和 自动防止过载，并具有良好的制动能力。它们对环 境温度和湿度不太敏感。但它们存在加工精度要求 较高，制造安装比较复杂，维护管理工作量相对大 。
双杆式电动起货机是采用两台起货机在起货过 程中相互配合进行工作的，见图9-2。
双杆吊货的工作过程见图9-3。
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•单杆式电动起货机结构图 •双杆式电动起货机结构图•返回
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•图9-3双杆吊货时电动机负载图
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由图9-3可见，起货电动机是重复短期工作，所以 起货电动机一般采用专用的重复短期制。这种工作 制用百分数JC值表示，称为暂载率或通电持续率， 它表示在一个周期内，工作时间与一个周期时间T 之比。
一、船舶起货机的类型及特点 船舶起货机的类型很多。依据拖动方式来分
，有电力拖动起货机和电动液压起货机两种。从 机械结构的形式来分，主要有吊杆式起货机、回 转式起货机（克令吊）和行走（门吊）式起重机 几种类型。
1.电动起货机的特点 2.电动液压起货机的特点
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1. 电动起货机的特点 电动起货机系统结构紧凑、振动、噪音较小， 便于实现自动化和遥控；其缺点是电气线路较 为复杂，在管理和维护方面有一定的要求。通 常采用多电动机拖动或选用各种类型电动机的 固有特性或人为特性来满足起货机对电力拖动 提出的要求。
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•b1：应急停止开关 •b12 ：风门开关 •C11 ：正转接触器 •C12 ：反转接触器 •C13 ：低速接触器 •C14 ：中速接触器 •C15 ：高速接触器 •C16 ：风机接触器 •C17 ：制动接触器 •S11 ：电磁制动器
•d1 ：低速绕组过载继电器 •d2 ：中、高速绕组过载继电器 •d11 ：失压继电器 •d12 ：上升继电器 •d13 ：下降继电器 •d14 ：中、高速跳闸继电器 •d15 ：时间继电器 •d16 ：时间继电器 •d17 ：时间继电器
• 恒转矩变极调速三相交流异步电动起货机和前节 所述的恒功率变极调速三相交流异步电动起货机有 所不同，恒转矩变极调速三相交流异步电动起货机 起动力矩大，但起动电流也大，约为额定电流的5～ 6倍(恒功率调速电动起货机约为额定电流的2倍)； 恒转矩电动起货机高速时的转矩比恒功率调速电动 起货机大；恒转矩电动起货机高速时可提升额定负 载而恒功率调速电动起货机高速时只能提升半载； 恒转矩电动起货机无需超载保护环节，控制电路简 单，维修方便。
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（5）设置从零档至上升（或下降）高速档的自动 延时起动控制，以防止快速操作引起电动机过 大的冲击电流以及起货机过大的机械冲击。
（6）从高速档回零档停车时设置有三级自动制动 控制：电气制动（再生制动）、电气与机械联 合制动以及机械制动。
（7）对于恒功率调速的电动机，中、高速档设置 有重载不上高速的控制环节：当额定负载（重 载）时，既使主令手柄扳至上升高速档，电动 机也只能运行于中速档；若电动机运行于高速 档时出现重载，则应自动回到中速档。
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1．提高生产率 生产率是起货机的重要指标，以每小时的起
货量(t／h)表示，加快提升货物的速度可提高起货 机生产率，但从安全生产的角度来看，提升速度越 高越不安全。为了提高生产率，必须合理确定额定 起货速度。
提高空钩速度可以缩短起货周期、提高生产 率。因为空钩高速时造成生产事故的可能性较小， 一般起货机空钩运行速度比额定起货的速度高出许 多。对电动起货机选用飞轮惯量（GD2）小的电 动机以缩短系统的起动和制动时间也是提高生产率 的一项有效措施。
小开始变大。 （10）t10时间伸距继续变化至最大，同时开始落
空钩。 （11）t11时间继续落空钩，直至“到位”。 （12）t12时间为装货，各电动机停止工作。
t1 ~t12是一个工作周期，以后重复上述过程。
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三、船舶起货机电力拖动的基本要求 1．提高生产率 2．对调速范围的要求 3．对电动机型式的要求 4．对控制电路的要求
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（8）设置“逆转矩”控制环节，即首先实现从高速 挡到零档的自动制动停车，然后再实现从零档 到反向高速档三级延时起动的自动过程。
（9）设置有电磁制动器处于松闸的状态下防止“ 货物自由跌落”的保护。
（10）设置有电磁制动器线圈处于刹车状态下防 止中、高速档堵转的保护。
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第三节 起货机的电力拖动控制线路分析 一、交流恒功率变极调速起货机控制系统
图9-6是国产交流变极调速起货机控制电路 原理图 （注意图中电气符号的表示方法）。 1.起货机控制电路的组成 2.控制电路分析
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1. 起货机控制电路的组成 （1）利用主令控制器发出控制信号，使起货机 按指令的要求工作。 （2）电机的起动和调速环节。 （3）制动环节。 （4）保护环节。
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2．调速要求 甲板机械要求调速的主要有起货机、锚机和绞缆机 等，但这几种设备对于电力拖动的各项调速指标的 要求并不高。一般要求调速范围在1:8-1:10左 右。至于特性的硬度、静差率以及动态性能方面的 指标都没有特殊的要求。目前在船用交流调速系统 中，起货机、锚机大多采用变极调速系统。有的船 舶起货机把可编程控制器和单片机引入到控制系统 中来，使其调速系统更为可靠，性能更佳。
第09章_船舶甲板机械电 力拖动及其电气控制
2020年7月22日星期三
第九章 船舶甲板机械电力拖动及其电气控制 本章主要讲解内容
第一节 船舶甲板机械的特点及驱动与控制方法 第二节 起货机的电力拖动与控制的基本要求 第三节 起货机的电力拖动控制线路分析 第四节 锚机和系缆设备的电力拖动与控制
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第一节 船舶甲板机械的特点及驱动与控制方法
当今各类运输船舶通常将锚机、绞缆机和起货机 称为船舶甲板机械。当然各类工程船舶上的移船绞 车，捕鱼船的拖网机，救捞船的尾拖缆机都属于运 输船舶的绞车类和起货机类。船舶甲板机械的驱动 方式有电动式和液压式两大类。其相应的控制回路 为电气控制回路和液压控制回路。
在电气控制回路中，当代船舶已经引入了可编程 控制器和单片机；在液压控制回路中，大多采用电 子技术和液压技术相结合的电液复合系统，进一步 提高了系统的自动化程度。
表 9-1为甲板机械两种驱动方式的性能及有关 情况。
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•表9-1 甲板机械两种驱动方式的比较
适用范 围
电 油船、 气 化学品 传 船不宜 动 采用
液 压 传 动
适用于 各种类 型船舶
各类 工程 船舶 的选 用
较少
广泛
对船舶电站 起动 容量的要求 特性
Baidu Nhomakorabea
大功率装置 起动时对电 站及电网有
冲击
加速 时间 在2— 4S内
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一、电动甲板机械 1．船舶甲板机械的工况特点 2．调速要求 3．工作的可靠性要求高 4．对电气设备的要求
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1．船舶甲板机械的工况特点 船舶甲板机械与船舶电站紧密联系。甲板机 械中某些电动机单机功率相对发电机的容量而言 ，占有了较大的权重，拖动电机的起动、制动、 运行状态都会直接影响到船舶电网参数的变化。 船舶电站的容量基本上是根据船舶机电设备的总 容量来确定的。
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2. 控制电路分析 （1）准备（主令控制器置零位） （2）提升第一档 （3）提升第二档 （4）提升第三档 （5）主令控制器手柄从零位直接扳到第三档 （6）主令控制器手柄直接从二档或三档扳回零位 （7）落货 （8）主令控制器手柄从下降第三档直接扳到上升 第三档或反之 （9）保护环节及其功能
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二、恒转矩交流三速起货机的线路分析
二、电动起货机的结构和运行特性 起货机与其他机电设备一样，由原动机，传
动机构和执行机构三部分构成。电动起货机主 要由以下三个部分构成：电动机；减速箱和离 合器组成的传动机构及卷筒；电磁/机械刹车 装置与吊杆等。
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1．吊杆式起货机
吊杆式起货机有单杆式和双杆式两种。单杆式 电动起货机是一种具有电动回转和变幅的起货 机，见图9-1。
基本不冲击 电站
加速 时间 小于 2S
调速 特性
大多 采用 阶梯 式
无级 调速 速比 范围 大
运行特 性
制造 成本 及可 靠性
技术 发展 趋向
维护 管理
难于保 证平稳 和抗冲
击
投资 小， 可靠
PLC控 维修 制 方便
运动平 稳，能 抗冲击
投资 大， 可靠
电液 复合 机电 一体
维修 工作 量较 大
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第二节 起货机的电力拖动与控制的基本要求
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4． 对控制电路的要求 （1）电动起货机采用三档调速控制，并能实 现正反转运行。 （2）对电动机设置短路、过载、绕组过热、 失压欠压、缺相保护环节等。 （3）采用主令控制器实现运行操作，以保证 起货机操作灵活，工作可靠。 （4）电动机要求有通风机进行强制冷却，并 设置风道的风门对风机和起货电动机之间的 联锁控制。
来表示，见图9-5。图中纵坐标 ， ， 分别
为提升机构，回转机构和变幅机构的电动机轴 上的负载力矩，横坐标为时间t。
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•1 提升机构电动 机 •2 变幅机构电动 机 •3 旋转机构电动 机
•图9-4 克令吊结构示意 图
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•图9-5 各电动机轴上所受力矩 的简化负载图
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回转式电动起货机的工作过程为： （1）t1时间为吊起货物阶段，同时伸距由最小到
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3． 对电动机型式的要求
电动起货机必须选用防水式、重复短期工作制 的电动机以适应甲板工作条件。直流起货机，一 般采用起动力矩大而机械特性软的复励电动机以 承受冲击负载，并且能适应轻载高速、重载低速 的工况。对交流起货机，宜选用起动力矩大、转 差率高而起动电流较小的深槽式(或双笼式)的变 极调速笼式异步电动机，也可选用绕线式异步电 动机。对发电机-电动机（G-M）系统的起货机 ，宜选用具有差复励绕组的发电机，使电动机获 得适用于起货机的下坠特性。此外，要选用转动 惯量小的专用电动机，使起动和制动过程中的能 耗降低。
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3．工作的可靠性要求高 甲板机械及其机电设备的高可靠性运行，这是由船 舶的特殊性所决定的。除了要求它们可靠运行外， 还要方便日常管理和维护，一旦发生意外故障，则 要求故障部分能迅速恢复和切除，尽最大可能保持 供电和继续运行。
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4．对电气设备的要求 对船舶的甲板机电设备有以下几点要求： （1）通用性，同一用途的设备应具有同一规格 ，以保证良好的互换性。 （2）抗干扰性，目前电力电子器件在船舶中大 量运用，必须抑制各种电磁干扰、提高电子设 备和微机系统的电磁兼容性以保证这些系统的 正常工作。 （3）环境条件，要求机电设备能承受船舶在航 行中发生的振动和冲击力，以及环境温度的变 化。
最大。 （2）t2时间为继续吊货至需要高度，同时开始回
转。 （3）t3时间为回转至需要位置，伸距同步由最小
开始变大。 （4）t4时间伸距继续变化至最大，同时开始落货
。 （5）t5时间继续落货，直至“到位”。 （6）t6时间卸货，此时各电动机停止工作。
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（7）t7时间空钩吊上，同时伸距由最大至最小。 （8）t8时间继续吊至需要高度，同时开始回转。 （9）t9时间继续回转至需要位置，同时伸距由最
•“重载低速、轻载高速”
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2． 对调速范围的要求 调速范围是起货机的另一重要指标。起货电
动机在运行过程中，既有空钩高速，又有重载 低速，要求较广的调速范围。一般直流起货机 调速范围为10:1，调速性能良好；交流起货机 的调速范围为7:1，基本上也能满足起货的调 速要求。而液压起货机的调速由液压控制实现 ，拖动电动机本身不需要调速。
式中：tg为一周期内工作时间， t1为一周内的停止 时间。船舶起货机采用的电动机的暂载率一般为 15%，20%，25%，40%。一个周期的时间一般不超过 10分钟。
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2．回转式电动起货机 回转式起货机（克令吊）它包括提升、变幅和 回转三个主要机构。其拖动方式可采用电动机 拖动，也可以用电动液压装置拖动。 如图9-4，是克令吊结构示意图，图中1是提 升机构电动机，2是变幅机构电动机，3是旋转 机构电动机。通常可操作两个机构同时运转， 也可以操作三个机构同时工作。 回转式起货机的吊货过程可以用简化的负载图