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摘要：桥式起重机作为一种方便而实用的生产工具被广泛的应用于各类工厂中，并且得到了人们的广泛关注和重视。但作为涉及生命安全危险性较大的特种设备中的一种，桥式起重机在帮助人们节省时间体力，提高生产效率的同时，也不可避免的带来了一定的风险。本文对桥式起重机运行控制与故障进行了探讨。
关键词：桥式起重机；运行；控制；故障
中图分类号：TH21 文献标识码： A
一、桥式起重机结构
桥式起重机主要由桥架、小车及大车移动机构和装在小车上的提升机构等组成，如图1所示。起重机的主体，由主梁、端梁、走道等部分组成。
1、桥架
主梁横跨车间上空，两端有端梁，组成箱式桥架，两侧有走道。主梁一端下方安有驾驶室，驾驶室一侧走道上装有大车移行机构，使桥架可在沿车间长度方向的导轨上移动。另一侧走道上装有辅助滑线和小车电气设备，主梁上铺有小车移动轨道，供小车在其上移动。
2、大车
大车移行机构由大车电动机、制动器、传动机构、车轮等组成。大车移动可用一台电动机经减速装置拖动两个主动轮实现，也可用两台电动机经减速装置分别拖动两个主动轮实现。
3、小车
小车由小车架、提升机构、小车移动机构、限位开关等组成，安装在桥架导轨上，可沿车间宽度方向移动。
二、桥式起重机电气系统组成与控制原理
1、供电系统组成
桥式起重机供电系统由坝面配电箱、安全滑触线、集电器组成。变电所送两回电源至配电箱，采取三相四线制供电方式，其中第四线是PE接地线。
2、PLC控制系统组成
2.1PLC配置及网络通信
西门子S7-300是整个桥式起重机控制系统的核心。硬件组态中，主站配置了2个CPU（主从关系），均为CPU319-3PN/DP型，不具备热备冗余功能，一旦主CPU故障，整个PLC系统就故障停机；MMC内存卡(2MB)存储用户程序和数据块，采用Profibus-DP现场总线。主CPU配置CP342-5通信模块，实现与工控机（配置CP5611网卡）和从CPU的通信。位于CPU上的分布式处理DP接口与Profibus-DP现场总线相连，实现CPU与ET200M运程I/O站点的通信。两条Profibus-DP现场总线与变频器CBP通信板、绝对值编码器、起升挂钩梁ET200M站上冗余配置的lM153-1模块以及其它机构的IM153-1模块相连，实现PLC与现场分散I/O设备间的通信。系统配置结构如图1所示。
图2配置结构图
2.2PLC软件设计
桥式起重机PLC采用Step7V5.1编程软件，SimaticNET网络通信；工控机使用Wincc_V5．O监控软件；触摸屏使用ProtoolV5.2TP37编程软件。PLC程序采用结构化编程，包括组织块OB，功能块FB、FC及系统块SFC、SFB。组织块081执行主程序并在每个扫描周期调用功能块实现对整个桥式起重机的控制以及进行中断事件处理。动能块FB、FC可实现特定功能，主要包括大、小车与起升机构的控制，接触器、断路器故障的检测与分类处理，信号的采集与处理，通信，ET200-I/O扩展机架模块状态检测，变频器控制等。
3、电力拖动
小车由传统的绕线式电机驱动，动力电源由可逆接触器换向后，再经过载保护器接至定子回路；转子回路串接有五段三相对称电阻，由PLC数字量输出模块输出控制接触器的通断，实现对各段电阻的投切，从而获得不同的电机机械特性曲线，使小车平稳起动和制动。
大车、起升机构采用西门子6SE7031交流变频调速器驱动，区别在于大车采用变频器驱动，起升机构采用整流／回馈单元和逆变器驱动。大车变频器为交一直一交PWM型调速控制装置，输出频率范围为0～600Hz。大车减速或刹车时，为了防止过压跳闸，在电机反馈电压使直流母线电压超出允许值时，将制动单元和制动电阻投运，让反馈能量转化为热量泄放，以维持直流母线电压在允许值内。对于起升机构，如果进线电网电压为三相AC400V，那么起升机构整流／回馈单元输出到直流母线的电压为545(1±3%)V，逆变器输出频率范围为0-70Hz。起升机构下放重物时处于发电状态，此时可通过一台自耦变压器将发电能量回馈到电网。变频器和逆变器功能由SimovisV5.4变频传动软件实现。
三、桥式起重机常见运行故障分析
1、减速器故障
减速器常见的故障较多，主要分为机壳振动、轴承发热、剖分面漏油等故障。造成故障的原因主要为4个方面:
1.1由于缺少润滑油或者润滑油的质量较差使摩擦面增大，从而造成严重的磨损；
1.2齿轮疲劳折断，这是由于减速器受到冲击载荷或者在短时间内超过载重引起的；
1.3传动齿轮侧隙太小，或者是两个齿轮轴之间不平行，也有些是齿顶的刃边有尖锐；
1.4齿面有缺陷或者不光滑，齿轮的接触没有沿着全齿面。
2、吊钩滑轮钢丝绳及卷筒的故障
吊钩作为桥式起重机的起吊装置，它的作用在于承担吊运的全部载荷。如果起重机在运行的过程中吊钩出现断裂、脱钩的现象，就会造成重大的事故，超载是造成吊钩出现损坏断裂、裂纹变形的主要原因。在运行前，要对吊钩的开口度、危险断面磨损情况、滑轮转动的灵活度、滑轮的防脱绳槽设置是否完善等情况进行检查。起吊重物的牵引传导装置主要依靠滑轮和钢丝绳，这与起吊的安全息息相关。断股、断线、打结、磨损等情况是引发钢丝绳主要的故障，会导致突然断绳情况发生。造成这种情况的原因是，滑轮、卷筒和钢丝绳的选型不匹配，有可能是因为有脏物没有及时润滑，或是安装上升限制器的档板不正确。起重机重要的受力部件是卷筒，在使用的过程中，卷筒往往容易出现筒壁孔洞、减薄或者有断裂。这类故障出现的主要原因是因为卷筒破裂、轴被剪断，从而导致钢丝绳的缠绕出现混乱、坠落重物、卷筒的强度被削弱。
3、制动器故障
制动器的功能主要是阻止悬吊物件下落、实现停车等，作为桥式起重机的安全部件，它为起重机运行的安全性和准确性起着很重要的作用。当起重机在作业时，制动器常会出现制动器突然失灵、制动力不足、制动臂很难张开等故障。造成这些故障的主要原因有:制动轮或者制动带的磨损超过一定的范围，制动带的局部有脱落的现象，主弹簧调整的不适当，制动轮和制动带之间有脏物，制动器和垫片的间隙不合理，液压推杆松闸器油缸中有空气或者缺油等。
4、车轮和轨道故障
车轮和轨道故障在起重机运行过程中，出现最常见的故障为车轮的小车和啃道打滑或者不等高。造成啃道的原因有很多，例如摩擦不均匀、在安装时的误差没有达到要求、大车传动系统中的零件磨损太大等。起重机运行中不安全的因素之一就是小车车轮的不等高，使小车在运行中车轮轮压太小或者悬空，有可能会使小车的车体振动，造成这种故障一般是因为小车本身设计的重量不够均匀，安装误差不符合要求，所以要重视小车不等高的故障，解决不等高的问题。小车产生打滑，通常是由于小车的轨道不平、启动太猛、轨道有脏物，车轮的形状不规范、不平等主动轮之间的轮压造成的。
5、电气故障
电磁铁、交流电动机、接触器和继电器、电阻器等部件是桥式起重机的电气设备，桥机上用电设备的布局比较紧凑，设备较多，线路相对集中，所以电气故障很容易发生。电磁铁出现的故障主要有:弹簧的作用力无法克服、线圈过热和工作时出现异响。造成这些故障的主要原因有:磁流通路的活动部位和固定部位之间存在着间隙，电网电压与线圈的电压不匹配，磁铁的吸力过载。电动机的主要功能是给大、小车和提升机构提供动力，它在运行中的故障主要表现为:定子局部不稳定、发出异响、温度过热，整体均匀等。造成故障的原因主要是由于供电电压不稳定，高低不断变化、电动机的选择不慎重、有局部短路的现象、检修后起重机的性能参数发生改变等，这是引起电机发热的原因，电动机异响的主要原因是因为定子相位的错移、轴承被磨损和损坏。桥机上对于交流接触器的使用比较频繁，它出现故障的主要原因是由于磁流通路的表面有污脏、粘结、触点被熔化、线圈过载等，一旦接触器发生故障，就会引起重大的事故。电阻器的故障主要表现为:桥机运行时伴随有剧烈的振动，由于温度的变化，使接线桩头、电阻片固定螺栓松动等零件接触不良。电阻器失效故障的原因，也会受到大车长时间低速运行和提升机构的影响。
四、桥式起重机运行故障的防止措施
1、防止减速器损坏、漏油的措施
润滑油的清洁度质量对减速器内各个部件的运行安全有很大的影响。对于低速运行的减速器，为了保证齿轮不被点蚀，可以采用粘稠性好的润滑油来实现。为了能够延缓润滑油的劣化趋势，可以添加能够改善润滑油品质的添加剂。润滑油最好每半年更换一次。采用高强度材料制造齿轮，可以有效的减少开裂的机率或点蚀，另外，还要及时更换有损伤的齿轮。为了保证齿轮的强度，最好采用淬火工艺成熟企业生产的产品。对于减速器漏油的情况，可以通过对减速器加油孔盖和观察孔盖增加通气装置，从而使箱体内外的均压能够顺气。通过开回油槽的方式，可以防止渗漏油，提高减速器的防漏能力。对箱体的结合面和各个配合面的加工精度要提高，这样可以防止箱体变形。另外，要做好维护和保养工作。要对减速器的通气孔经常检查和疏通，油量要适当添加，保证润滑油能够畅通无阻的回到回油池。
2、防止车轮损坏的改进方式
更换轨道的作业方式要严格规范，使轨道接点处的光洁度能够保持，并保证轨道接点处的间隙距离，轨道接头处的侧向错位和高低差的距离不得大于1毫米。为了提高车轮轴承的使用时间，可以减少轨道与轨道间的接点，从而降低车轮振动的频率。还可以通过对厂房的立柱加固的方式，来保证车轮运行不受到影响。对于损坏的车轮要及时更换，并保证型号相匹配。
结束语
要有效防范使用桥式起重机的过程中存在的故障，就应该从桥式起重机设备本体以及运行控制等方面去发现安全隐患和问题，积极寻求适合的解决措施。只有这样从多方面加强对使用桥式起重机的安全隐患进行预防，才能真正保证桥式起重机在今后使用的安全性和可靠性。
参考文献
[1]张艳.桥式起重机常见故障与处理措施[J].科技与企业，2012（03）.
[2]蔡峰，林梅.橋式起重机常见故障分析及对策[J].机械研究与应用，2011（06）.
关键词：桥式起重机；运行；控制；故障
中图分类号：TH21 文献标识码： A
一、桥式起重机结构
桥式起重机主要由桥架、小车及大车移动机构和装在小车上的提升机构等组成，如图1所示。起重机的主体，由主梁、端梁、走道等部分组成。
1、桥架
主梁横跨车间上空，两端有端梁，组成箱式桥架，两侧有走道。主梁一端下方安有驾驶室，驾驶室一侧走道上装有大车移行机构，使桥架可在沿车间长度方向的导轨上移动。另一侧走道上装有辅助滑线和小车电气设备，主梁上铺有小车移动轨道，供小车在其上移动。
2、大车
大车移行机构由大车电动机、制动器、传动机构、车轮等组成。大车移动可用一台电动机经减速装置拖动两个主动轮实现，也可用两台电动机经减速装置分别拖动两个主动轮实现。
3、小车
小车由小车架、提升机构、小车移动机构、限位开关等组成，安装在桥架导轨上，可沿车间宽度方向移动。
二、桥式起重机电气系统组成与控制原理
1、供电系统组成
桥式起重机供电系统由坝面配电箱、安全滑触线、集电器组成。变电所送两回电源至配电箱，采取三相四线制供电方式，其中第四线是PE接地线。
2、PLC控制系统组成
2.1PLC配置及网络通信
西门子S7-300是整个桥式起重机控制系统的核心。硬件组态中，主站配置了2个CPU（主从关系），均为CPU319-3PN/DP型，不具备热备冗余功能，一旦主CPU故障，整个PLC系统就故障停机；MMC内存卡(2MB)存储用户程序和数据块，采用Profibus-DP现场总线。主CPU配置CP342-5通信模块，实现与工控机（配置CP5611网卡）和从CPU的通信。位于CPU上的分布式处理DP接口与Profibus-DP现场总线相连，实现CPU与ET200M运程I/O站点的通信。两条Profibus-DP现场总线与变频器CBP通信板、绝对值编码器、起升挂钩梁ET200M站上冗余配置的lM153-1模块以及其它机构的IM153-1模块相连，实现PLC与现场分散I/O设备间的通信。系统配置结构如图1所示。
图2配置结构图
2.2PLC软件设计
桥式起重机PLC采用Step7V5.1编程软件，SimaticNET网络通信；工控机使用Wincc_V5．O监控软件；触摸屏使用ProtoolV5.2TP37编程软件。PLC程序采用结构化编程，包括组织块OB，功能块FB、FC及系统块SFC、SFB。组织块081执行主程序并在每个扫描周期调用功能块实现对整个桥式起重机的控制以及进行中断事件处理。动能块FB、FC可实现特定功能，主要包括大、小车与起升机构的控制，接触器、断路器故障的检测与分类处理，信号的采集与处理，通信，ET200-I/O扩展机架模块状态检测，变频器控制等。
3、电力拖动
小车由传统的绕线式电机驱动，动力电源由可逆接触器换向后，再经过载保护器接至定子回路；转子回路串接有五段三相对称电阻，由PLC数字量输出模块输出控制接触器的通断，实现对各段电阻的投切，从而获得不同的电机机械特性曲线，使小车平稳起动和制动。
大车、起升机构采用西门子6SE7031交流变频调速器驱动，区别在于大车采用变频器驱动，起升机构采用整流／回馈单元和逆变器驱动。大车变频器为交一直一交PWM型调速控制装置，输出频率范围为0～600Hz。大车减速或刹车时，为了防止过压跳闸，在电机反馈电压使直流母线电压超出允许值时，将制动单元和制动电阻投运，让反馈能量转化为热量泄放，以维持直流母线电压在允许值内。对于起升机构，如果进线电网电压为三相AC400V，那么起升机构整流／回馈单元输出到直流母线的电压为545(1±3%)V，逆变器输出频率范围为0-70Hz。起升机构下放重物时处于发电状态，此时可通过一台自耦变压器将发电能量回馈到电网。变频器和逆变器功能由SimovisV5.4变频传动软件实现。
三、桥式起重机常见运行故障分析
1、减速器故障
减速器常见的故障较多，主要分为机壳振动、轴承发热、剖分面漏油等故障。造成故障的原因主要为4个方面:
1.1由于缺少润滑油或者润滑油的质量较差使摩擦面增大，从而造成严重的磨损；
1.2齿轮疲劳折断，这是由于减速器受到冲击载荷或者在短时间内超过载重引起的；
1.3传动齿轮侧隙太小，或者是两个齿轮轴之间不平行，也有些是齿顶的刃边有尖锐；
1.4齿面有缺陷或者不光滑，齿轮的接触没有沿着全齿面。
2、吊钩滑轮钢丝绳及卷筒的故障
吊钩作为桥式起重机的起吊装置，它的作用在于承担吊运的全部载荷。如果起重机在运行的过程中吊钩出现断裂、脱钩的现象，就会造成重大的事故，超载是造成吊钩出现损坏断裂、裂纹变形的主要原因。在运行前，要对吊钩的开口度、危险断面磨损情况、滑轮转动的灵活度、滑轮的防脱绳槽设置是否完善等情况进行检查。起吊重物的牵引传导装置主要依靠滑轮和钢丝绳，这与起吊的安全息息相关。断股、断线、打结、磨损等情况是引发钢丝绳主要的故障，会导致突然断绳情况发生。造成这种情况的原因是，滑轮、卷筒和钢丝绳的选型不匹配，有可能是因为有脏物没有及时润滑，或是安装上升限制器的档板不正确。起重机重要的受力部件是卷筒，在使用的过程中，卷筒往往容易出现筒壁孔洞、减薄或者有断裂。这类故障出现的主要原因是因为卷筒破裂、轴被剪断，从而导致钢丝绳的缠绕出现混乱、坠落重物、卷筒的强度被削弱。
3、制动器故障
制动器的功能主要是阻止悬吊物件下落、实现停车等，作为桥式起重机的安全部件，它为起重机运行的安全性和准确性起着很重要的作用。当起重机在作业时，制动器常会出现制动器突然失灵、制动力不足、制动臂很难张开等故障。造成这些故障的主要原因有:制动轮或者制动带的磨损超过一定的范围，制动带的局部有脱落的现象，主弹簧调整的不适当，制动轮和制动带之间有脏物，制动器和垫片的间隙不合理，液压推杆松闸器油缸中有空气或者缺油等。
4、车轮和轨道故障
车轮和轨道故障在起重机运行过程中，出现最常见的故障为车轮的小车和啃道打滑或者不等高。造成啃道的原因有很多，例如摩擦不均匀、在安装时的误差没有达到要求、大车传动系统中的零件磨损太大等。起重机运行中不安全的因素之一就是小车车轮的不等高，使小车在运行中车轮轮压太小或者悬空，有可能会使小车的车体振动，造成这种故障一般是因为小车本身设计的重量不够均匀，安装误差不符合要求，所以要重视小车不等高的故障，解决不等高的问题。小车产生打滑，通常是由于小车的轨道不平、启动太猛、轨道有脏物，车轮的形状不规范、不平等主动轮之间的轮压造成的。
5、电气故障
电磁铁、交流电动机、接触器和继电器、电阻器等部件是桥式起重机的电气设备，桥机上用电设备的布局比较紧凑，设备较多，线路相对集中，所以电气故障很容易发生。电磁铁出现的故障主要有:弹簧的作用力无法克服、线圈过热和工作时出现异响。造成这些故障的主要原因有:磁流通路的活动部位和固定部位之间存在着间隙，电网电压与线圈的电压不匹配，磁铁的吸力过载。电动机的主要功能是给大、小车和提升机构提供动力，它在运行中的故障主要表现为:定子局部不稳定、发出异响、温度过热，整体均匀等。造成故障的原因主要是由于供电电压不稳定，高低不断变化、电动机的选择不慎重、有局部短路的现象、检修后起重机的性能参数发生改变等，这是引起电机发热的原因，电动机异响的主要原因是因为定子相位的错移、轴承被磨损和损坏。桥机上对于交流接触器的使用比较频繁，它出现故障的主要原因是由于磁流通路的表面有污脏、粘结、触点被熔化、线圈过载等，一旦接触器发生故障，就会引起重大的事故。电阻器的故障主要表现为:桥机运行时伴随有剧烈的振动，由于温度的变化，使接线桩头、电阻片固定螺栓松动等零件接触不良。电阻器失效故障的原因，也会受到大车长时间低速运行和提升机构的影响。
四、桥式起重机运行故障的防止措施
1、防止减速器损坏、漏油的措施
润滑油的清洁度质量对减速器内各个部件的运行安全有很大的影响。对于低速运行的减速器，为了保证齿轮不被点蚀，可以采用粘稠性好的润滑油来实现。为了能够延缓润滑油的劣化趋势，可以添加能够改善润滑油品质的添加剂。润滑油最好每半年更换一次。采用高强度材料制造齿轮，可以有效的减少开裂的机率或点蚀，另外，还要及时更换有损伤的齿轮。为了保证齿轮的强度，最好采用淬火工艺成熟企业生产的产品。对于减速器漏油的情况，可以通过对减速器加油孔盖和观察孔盖增加通气装置，从而使箱体内外的均压能够顺气。通过开回油槽的方式，可以防止渗漏油，提高减速器的防漏能力。对箱体的结合面和各个配合面的加工精度要提高，这样可以防止箱体变形。另外，要做好维护和保养工作。要对减速器的通气孔经常检查和疏通，油量要适当添加，保证润滑油能够畅通无阻的回到回油池。
2、防止车轮损坏的改进方式
更换轨道的作业方式要严格规范，使轨道接点处的光洁度能够保持，并保证轨道接点处的间隙距离，轨道接头处的侧向错位和高低差的距离不得大于1毫米。为了提高车轮轴承的使用时间，可以减少轨道与轨道间的接点，从而降低车轮振动的频率。还可以通过对厂房的立柱加固的方式，来保证车轮运行不受到影响。对于损坏的车轮要及时更换，并保证型号相匹配。
结束语
要有效防范使用桥式起重机的过程中存在的故障，就应该从桥式起重机设备本体以及运行控制等方面去发现安全隐患和问题，积极寻求适合的解决措施。只有这样从多方面加强对使用桥式起重机的安全隐患进行预防，才能真正保证桥式起重机在今后使用的安全性和可靠性。
参考文献
[1]张艳.桥式起重机常见故障与处理措施[J].科技与企业，2012（03）.
[2]蔡峰，林梅.橋式起重机常见故障分析及对策[J].机械研究与应用，2011（06）.