一、凸輪控制器的結(jié)構(gòu)
凸輪控制器是一種大型手動(dòng)控制電器，是起重機(jī)上重要的電氣操作設(shè)備之一，用以直接操作與控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)、調(diào)速、起動(dòng)與停止。應(yīng)用凸輪控制器控制電動(dòng)機(jī)控制電路簡(jiǎn)單，維修方便，廣泛用于中小型起重機(jī)的平移機(jī)構(gòu)和小型起重機(jī)提升機(jī)構(gòu)的控制中。
圖8－4為凸輪控制器的結(jié)構(gòu)原理圖。凸輪控制器從外部看，由機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣結(jié)構(gòu)、防護(hù)結(jié)構(gòu)等三部分組成。其中手輪、轉(zhuǎn)軸、凸輪、杠桿、彈簧、定位棘輪為機(jī)械結(jié)構(gòu)。觸頭、接線柱和聯(lián)板等為電氣結(jié)構(gòu)。而上下蓋板、外罩及滅弧罩等為防護(hù)結(jié)構(gòu)。
當(dāng)轉(zhuǎn)軸在手輪扳動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，固定在軸上的凸輪同軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)凸輪的凸起部位頂住滾子時(shí)，便將動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)分開；當(dāng)轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)到凸輪凹處與滾子相對(duì)時(shí)，動(dòng)觸點(diǎn)在彈簧作用下，使動(dòng)靜觸點(diǎn)緊密接觸，從而實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)接通與斷開的目的。
在方軸上可以疊裝不同形狀的凸輪塊，以使一系列動(dòng)觸點(diǎn)按預(yù)先安排的順序接通與斷開。將這些觸點(diǎn)接到電動(dòng)機(jī)電路中，便可實(shí)現(xiàn)控制電動(dòng)機(jī)的目的。
（a）結(jié)構(gòu)外形圖 (b)動(dòng)作原理示意圖
圖8－4 凸輪控制器結(jié)構(gòu)示意圖
二、凸輪控制器的型號(hào)與主要技術(shù)參數(shù)
常用的國(guó)產(chǎn)凸輪控制器有KT10、KT12、KT14、KT16等系列，以及KTJ1-50/1、KTJ1-50/5、KTJ1-80/1等型號(hào)。凸輪控制器的型號(hào)及意義為：
凸輪控制器按重復(fù)短時(shí)工作制設(shè)計(jì)，其JC=25%。KT14系列凸輪控制器的主要技術(shù)參數(shù)見表，其中KT14-25J/1、KT14-60J/1型可用于同時(shí)控制兩臺(tái)繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)，并帶有控制定子電路的觸點(diǎn)；KT14-25J/3型可用于控制一臺(tái)籠型三相異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)；KT14-60J/4型可用于同時(shí)控制兩臺(tái)繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)，定子電路由接觸器控制。
表8-1 KT14系列凸輪控制器的主要技術(shù)參數(shù)
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型號(hào) |
額定電 壓/V |
額定電 流/A |
工作位置 |
JC=25%時(shí)所控制的電動(dòng)機(jī)最大功率/kW |
額定操作 頻率/（次/h） |
最大工作 周期/min |
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右旋 |
左旋 |
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KT14-25J/1 |
380 |
25 |
5 |
5 |
11.5 |
600 |
10 |
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KT14-25J/2 |
5 |
5 |
26.3 |
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KT14-25J/3 |
1 |
1 |
8 |
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KT14-60J/1 |
60 |
5 |
5 |
32 |
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KT14-60J/2 |
5 |
5 |
216 |
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KT14-60J/4 |
5 |
5 |
225 |
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三、凸輪控制器控制的線路
圖8－5所示為采用凸輪控制器控制的10t橋式起重機(jī)小車控制電路。凸輪控制器控制電路的特點(diǎn)是原理圖以其圓柱表面的展開圖來表示。由圖8－5可見，凸輪控制器有編號(hào)為1～12的12對(duì)觸點(diǎn)，以豎畫的細(xì)實(shí)線表示；而凸輪控制器的操作手輪右旋（控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)）和左旋（控制電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)）各有5個(gè)檔位，加上一個(gè)中間位置（稱為“零位”）共有11個(gè)檔位，用橫畫的細(xì)虛線表示；每對(duì)觸點(diǎn)在各檔位是否接通，則以在橫豎線交點(diǎn)處的黑圓點(diǎn)表示。有黑點(diǎn)的表示接通，無黑點(diǎn)的則表示斷開。
圖中M為小車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，采用繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)，在轉(zhuǎn)子電路中串入三相不對(duì)稱電阻器R2，用作起動(dòng)及調(diào)速控制。YB2為制動(dòng)電磁鐵，其三相電磁線圈與M2（定子繞組）并聯(lián)。QS為電源引入開關(guān)，KM為控制線路電源的接觸器。KI0和KI2為過流繼電器，其線圈（KI0為單線圈，KI2為雙線圈）串聯(lián)在M2的三相定子電路中，而其動(dòng)斷觸點(diǎn)則串聯(lián)在KM的線圈支路中。
圖8－5 凸輪控制器控制的線路圖
（一）電動(dòng)機(jī)定子電路
在每次操作之前，應(yīng)先將凸輪控制器QM2置于零位，由圖可見QM2的觸點(diǎn)10、11、12在零位接通；然后合上電源開關(guān)QS，按下起動(dòng)按鈕SB，接觸器KM線圈通過QM2的觸點(diǎn)12通電，KM的三對(duì)主動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，接通電動(dòng)機(jī)M2的電源，然后可以用QM2操縱M2的運(yùn)行。QM2的觸點(diǎn)10、11與KM的動(dòng)合觸點(diǎn)一起構(gòu)成正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時(shí)的自鎖電路。
凸輪控制器QM2的觸點(diǎn)1～4控制M2的正反轉(zhuǎn)，由圖可見觸點(diǎn)2、4在QM2右旋的五檔均接通，M2正轉(zhuǎn)；而左旋五檔則是觸點(diǎn)1、3接通，按電源的相序M2為反轉(zhuǎn)；在零位時(shí)4對(duì)觸點(diǎn)均斷開。
（二）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路
凸輪控制器QM2的觸點(diǎn)5～9用以控制M2轉(zhuǎn)子外接電阻器R2，以實(shí)現(xiàn)對(duì)M2起動(dòng)和轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。由圖可見這五對(duì)觸點(diǎn)在中間零位均斷開，而在左、右旋各五檔的通斷情況是完全對(duì)稱的：在（左、右旋）第一檔觸點(diǎn)5～9均斷開，三相不對(duì)稱電阻R2全部串入M2的轉(zhuǎn)子電路，此時(shí)M2的機(jī)械特性最軟（圖8－6中的曲線1）；置第二、三、四檔時(shí)觸點(diǎn)5、6、7依次接通，將R2逐級(jí)不對(duì)稱地切除，對(duì)應(yīng)的機(jī)械特性曲線為圖8－6中的曲線2、3、4，可見電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速逐漸升高；當(dāng)置第五檔時(shí)觸點(diǎn)5～9全部接通，R2全部被切除，M2運(yùn)行在自然特性曲線5上。
由以上分析可見，用凸輪控制器控制小車及大車的移行，凸輪控制器是用觸點(diǎn)1～9控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)起動(dòng)，在起動(dòng)過程中逐段切斷轉(zhuǎn)子電阻，以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。從第一檔到第五檔電阻逐漸減小至全部切除，轉(zhuǎn)速逐漸升高。該電路如果用于控制起重機(jī)吊鉤的升降，則升、降的控制操作不同。
1．提升重物
此時(shí)起重電動(dòng)機(jī)為正轉(zhuǎn)（凸輪控制器右旋），對(duì)應(yīng)為圖8－6中第Ⅰ象限的五條曲線。第一檔（曲線1）的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩很小，是作為預(yù)備級(jí)，用于消除傳動(dòng)齒輪的間隙并張緊鋼絲繩；在二至五檔提升速度逐漸提高（見圖8－6第Ⅰ象限中的垂直虛線a）。
2．輕載下放重物
此時(shí)起重電動(dòng)機(jī)為反轉(zhuǎn)（凸輪控制器左旋），對(duì)應(yīng)為圖中第Ⅲ象限的五條曲線。因?yàn)橄路诺闹匚镙^輕，其重力矩TW不足以克服摩擦轉(zhuǎn)矩Tf，則電動(dòng)機(jī)工作在反轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T與TW方向一致迫使重物下降（TW+T>Tf），在不同的檔位可獲得不同的下降速度（見圖中第Ⅲ象限中的垂直虛線b）。
3．重載下放重物
此時(shí)起重電動(dòng)機(jī)仍然反轉(zhuǎn)，但由于負(fù)載較重，其重力矩TW與電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩T方向一致而使電動(dòng)機(jī)加速，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速n0時(shí)，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入再生發(fā)電制動(dòng)工作狀態(tài)，其機(jī)械特性曲線為第Ⅲ象限第五條曲線在第Ⅳ象限的延伸，T與TW方向相反而成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。由圖可見在第Ⅳ象限的曲線1、2、3比較陡直，因此在操作時(shí)應(yīng)將凸輪控制器的手輪從零位迅速扳至第五檔，中間不允許停留，在往回操作時(shí)也一樣，應(yīng)從第五檔快速扳回零位，以免引起重物高速下降而造成事故（見圖中第Ⅳ象限中的垂直虛線c）。
由此可見，在下放重物時(shí)，不論是重載還是輕載，該電路都難以控制低速下降。因此在下降操作中如需要較準(zhǔn)確的定位時(shí)，可采用點(diǎn)動(dòng)操作的方式，即將控制器的手輪在下降（反轉(zhuǎn)）第一檔與零位之間來回扳動(dòng)以點(diǎn)動(dòng)起重電動(dòng)機(jī)，并配合制動(dòng)器便能實(shí)現(xiàn)較準(zhǔn)確的定位。
（三）保護(hù)電路
圖8－5電路有欠壓、零壓、零位、過流、行程終端限位保護(hù)和安全保護(hù)共六種保護(hù)功能。
1．欠壓保護(hù)
接觸器KM本身具有欠電壓保護(hù)的功能，當(dāng)電源電壓不足時(shí)（低于額定電壓的85%），KM因電磁吸力不足而復(fù)位，其動(dòng)合主觸點(diǎn)和自鎖觸點(diǎn)都斷開，從而切斷電源。
2．零壓保護(hù)與零位保護(hù)
采用按鈕SB起動(dòng)，SB動(dòng)合觸點(diǎn)與KM的自鎖動(dòng)合觸點(diǎn)相并聯(lián)的電路，都具有零壓（失壓）保護(hù)功能，在操作中一旦斷電，必須再次按下SB才能重新接通電源。在此基礎(chǔ)上，由圖8－5可見，采用凸輪控制器控制的電路在每次重新起動(dòng)時(shí)，還必須將凸輪控制器旋回中間的零位，使觸點(diǎn)12接通，才能夠按下SB接通電源，這就防止在控制器還置于左右旋的某一檔位、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路串入的電阻較小的情況下起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，造成較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和電流沖擊，甚至造成事故。這一保護(hù)作用稱為“零位保護(hù)”。觸點(diǎn)12只有在零位才接通，而其他十個(gè)檔位均斷開，稱為零位保護(hù)觸點(diǎn)。
3．過流保護(hù)
如上所述，起重機(jī)的控制電路往往采用過流繼電器作過流（包括短路、過載）保護(hù)，過流繼電器KI0、KI2的動(dòng)斷觸點(diǎn)串聯(lián)在KM線圈支路中，一旦出現(xiàn)過電流便切斷KM，從而切斷電源。此外，KM的線圈支路采用熔斷器FU作短路保護(hù)。
4．行程終端限位保護(hù)
行程開關(guān)SQ1、SQ2分別提供M2正、反轉(zhuǎn)（如M2驅(qū)動(dòng)小車，則分別為小車的右行和左行）的行程終端限位保護(hù)，其動(dòng)斷觸點(diǎn)分別串聯(lián)在KM的自鎖支路中。以小車右行為例分析保護(hù)過程：將QM2右旋→M2正轉(zhuǎn)→小車右行→若行至行程終端還不停下→碰SQ1→SQ1動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開→KM線圈支路斷電→切斷電源；此時(shí)只能將QM2旋回零位→重新按下SB→KM線圈支路通電（并通過QM2的觸點(diǎn)11及SQ2的動(dòng)斷觸點(diǎn)自鎖）→重新接通電源→將QM2左旋→M2反轉(zhuǎn)→小車左行，退出右行的行程終端位置。
5．安全保護(hù)
在KM的線圈支路中，還串入了艙口安全開關(guān)SQ6和事故緊急開關(guān)SA1。在平時(shí)，應(yīng)關(guān)好駕駛艙門，使SQ6被壓下（保證橋架上無人），才能操縱起重機(jī)運(yùn)行；一旦發(fā)生事故或出現(xiàn)緊急情況，可斷開SA1緊急停車。
圖8－6 凸輪控制器控制提升電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性