编号：AQ-JS-05166
( 安全技术)
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对S5012塔机电路设计缺陷的分析与改进实例
Analysis and improvement of S5012 tower crane circuit design defects
对S5012塔机电路设计缺陷的分析
与改进实例
使用备注：技术安全主要是通过对技术和安全本质性的再认识以提高对技术和安全的理解，进而形成更加科学的技术安全观，并在新技术安全观指引下改进安全技术和安全措施，最终达到提高安全性的目的。

小设计缺陷大安全隐患
——对S5012塔机电路设计缺陷的分析与改进实例
1．概述
我公司于2001年10月向某建设机械集团公司购买了一台
S5012（QTZ63）塔机。

这台塔机由该集团公司自行设计、制造。

从安装调试之日起，该机就一直存在着总电源自动开关和起升电机自动开关频繁跳闸的故障，平均每天跳闸二十余次，最高峰达四十余次。

从2001年10月18日至2002年6月10日，使用199个工作日，更换起升系统的交流接触器11只，自动开关5只。

这一问题的存在，不仅影响施工生产，而且对安全生产也构成严重威胁。

因为，总电源自动开关跳闸后，全机断电，塔机处于失
控状态，吊臂随风转动，吊钩无法升降、变幅、制动，吊物有几次险些撞到施工人员和散装水泥罐等临时设施上。

为了安全起见，我们只有派一名操作工在塔机上面开机，一名电工在塔机下面随时准备送电。

（对于操作工来说也不安全，应先解决好问题，再派人上去。

——编者）
该集团公司先后派出2名电工，4次到现场修理。

每次修理后，跳闸频次降低，但二、三天后又恢复原样。

该集团公司修理人员先是说操作人员的操作问题，后又认为电器元件容量小。

这些可能性均排除后修理人员表示已无能为力，因别的用户也存在这一问题，该问题只好交集团公司处理。

而该集团公司却迟迟未拿出处理方案。

在此情况之下，我们只有依靠自身的力量，研究解决这一问题，列为我公司在全国安全月活动中必须解决的第一安全隐患。

2．电气线路介绍
该塔机起升机构采用的是变更极对数的调速方法。

电机型号YZTD2502/4/6/24，额定功率24/22/22/3.5kW，额定电流
48/45/44/42A，额定转速2830/1420/930r/min，接法YY/△/YY/Y，
工作制25%/40%/40%/25%，绝缘等级B级。

这种电机的定子上设置了两套互相独立的绕组，微速档（24极）和低速档（6级）合用一套绕组，中速档（4级）和高速档（2极）合用一套绕组，通过改变绕组的接法，得到不同的工作极数。

因跳闸故障均发生在微速档和低速档工作时，现仅在图1中画出微速档和低速档的电气原理图。

图1原设计图纸
该系统正常工作时，LKM3交流接触器闭合，LKM4和LKM5交流接触器分离，电机处于24极的微速工作状态；或LKM4和LKM5交流接触器闭合，LKM3交流接触器分离，电机处于6极的低速工作状态。

LKM3与LKM4、LKM5绝对不能处于同时闭合状态，否则线路将产生短路故障。

3．故障分析
从电气原理上分析，当起升电机控制开关从低速档转换到微速档时，交流接触器LKM4与LKM5的线圈同时失电，LKM3线圈控制回路中的LKM4常闭触点复位闭合，LKM3线圈通电，LKM3的主触点闭合，电机转换到微速工作速度。

但是，由于受剩磁、触点烧熔、动作灵敏度等因素的影响，各开关的接通与分断时间不可能完全一致，这礻会出现“触点竞争”问题。

如果LKM5的动作速度快于LKM4，则系统能正常工作；但若LKM5的动作速度滞后于LKM4，就有可能使LKM3与LKM5在某一瞬间同时处于闭合状态，线路中形成极大的短路电流，引发空气开关跳闸。

为了验证以上这一分析，我们做了两项试验（见图2），以判定其设计电路工作的可靠性。

图2线路的可靠性试验
在第一个试验中，LKM3、LKM4、LKM5的控制线路保持不变，拆除它们主触点所有进线和出线，然后按图示的方法将LKM3、LKM5的主触点与一只试验灯泡串连起来，形成一个220V的试验电路。

如果LKM3、LKM5的主触点不同时闭合，灯泡将不亮；如果LKM3、LKM5的主触点出现同时闭合状态，灯泡将闪烁，尽管时间可能很短促。

试验结果见表1：
试验1的结果统计表表1
动作过程
动作次数
试验灯
闪亮
试验灯
不亮
故障概率（%）
起升电机控制开关从微速档转换到低速档
17
17
起升电机控制开关从低速档转换到微速档
17
3
14
17.6
在第二个试验中，LKM3、LKM4、LKM5的控制线路和LKM5
的主线路保持不变，拆除LKM3、LKM4主触点的出线（即负载线）。

并在LKM3的进线处夹持一只钳形电流表，以检查有无电流通过。

由于没有负载参与，主电路中不应有电流通过；如果钳形电流表的指针摆动，说明主线路中存在短路电流。

试验结果见表2：试验2的结果统计表表2
动作过程
动作次数
表针摆动
表针
不摆动
故障概率（%）
起升电机控制开关从微速档转换到低速档
11
11
起升电机控制开关从低速档转换到微速档
11
2
9
18.2
从上述的两个试验中，我们可以得出一个结论：当起升电机控制开关由低速档向微速档转换的过程中，有时交流接触器LKM3与LKM5的主触点同处闭合状态的一瞬间，形成短路，造成交流接触器主触点的烧熔，总电源自动开关或起升电机自动开关频繁跳闸的故障。

4．改进方案
找出了问题的症状结所在后，我们参考有关书籍并借鉴了其他塔机的变极调速控制线路，在图1所示的LKM3线圈控制回路中，串连了一个LKM5的常闭辅助触点（见图3）。

动作过程
动作次数
表针摆动
表针
不摆动
故障概率（%）
起升电机控制开关从微速档转换到低速档
20
20
起升电机控制开关从低速档转换到微速档
20
20
图3改进后的控制线路
（说明：在LKM3的线圈控制回路中，增加了一只LKM5的常闭触点。

）
这样改进以后，必须在LKM5的主触点完全分离以后，LKM3的主触点才能闭合。

并再次做试验2，试验结果见表3：线路改进后的试验2结果统计表表3
这一试验说明，通过这一改进，线路中的“触点竞争”现象消除了，大大提高了电路工作的可靠性。

5．使用考核
从2002年6月11日至6月25日，经过150小时的使用考核，该机没有发一过跳闸现象，并于6月26日得到生产厂家技术人员的签字认可。

这说明上述的处理方案是合理和可靠的。

6．建议
（1）建议该建设机械集团公司依据《塔式起重机技术条件》（GB/T9462-1999）中的要求，认真做好型式检验中的可靠性试验，及时发现、改进设计中存在的缺陷。

不要把本应在厂内处置的设计缺陷，留给用户到现场去解决。

（2）提醒购买了该建设机械集团公司S5012（QTZ63）塔机的用户，查一查你们塔机是否也存在着上述的缺陷。

如果存在，宜尽快处理，以免发生重大人身、设备事故。

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