孔德良1 罗武林2
航空工业陕飞 陕西汉中 723000
摘 要：本文介绍了某电动吊车系统组成及原理，分析研究了该系统的电源匹配性，通过理论计算和试验相结合，找到了吊车在提升重物过程中出现电源保护的负载临界量值，并提出了相关使用限制，对于工程实践具有一定指导意义。
关键词：电动吊车 电源匹配性 负载特性
1.引言
吊车系统作为一种人力辅助工具，在日常工作生产中有着极其广泛的应用。而在运输机中，电动吊车系统在辅助装卸货物中起到重要作用，本文以此设计了某型电动吊车系统，同时对其电源特性及负载特性进行了分析研究。
2.吊车系统
2.1 吊车系统总体设计
吊车系统分左右2台吊车，左右吊车组成机功能相同，可实现协同装卸货物。单台吊车由2套滑动架组件、2套滑动架电动机构、1套滑动架控制箱、1套升降机构、1套升降机构控制箱、1台吊车控制器、1根吊车控制电缆、1根吊车电源电缆等组成具体见图1，各系统组件交联关系见图2。
电动吊车系统采用2条纵向滑轨安装在机上左右顶棚上，从14框至后大门处，纵向驱动和货物提升采用三相115V/400 Hz交流电源，系统控制采用28 V直流电源。电动吊车仅在地面装载和准备阶段使用，地面三相交流115 V/400 Hz电源容量裕度满足电动吊车用电需求。在地面无115V/400 Hz交流电源条件下应实现由机上三相115 V/400 Hz静止变流器组（以下简称三相静止变流器组）为电动吊车提供工作电源，完成装/卸载任务。
2.2 吊车分系统组成及功能
滑动架组件由滑动架壳体、传动轴、滚轮、三级定轴轮系、支架组件等组成
滑动架电机构由交流电动机、行星齿轮减速器、带电磁离合器的减速器等组成。
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滑动控制盒通过支架安装在滑动架组件上，其功能是控制滑动架电动机构工作,使吊车沿滑轨前后移动。每台吊车配置1台滑动控制盒，同时驱动单台吊车配置2套滑动架电动机构。滑动控制盒以CS32F103CB型MCU为主控平台，构建数字化驱动控制电路。实现和控制手柄之间无线通讯，滑动控制盒接收来自控制手柄的工作指令后，对指令进行解析和识别，驱动电机进行作动，电机启动时采用软起技术，通过电机的传动带动机构输出轴，实现吊车沿滑轨前后移动。
升降控制盒通过支架安装在滑动架组件上，其功能是控制升降机构工作,使升降机构按技术要求提升或下降货物。
升降机构由升降电动机构、钢索、定滑轮及动滑轮-测力计等部分组成，分别通过2个销轴吊挂在2套滑动架组件上，可向内侧偏摆15°、向外侧偏摆5°。用于收起和放出钢索，起吊货物或设备。
电动吊车主要功能是从武器装备大门外的地面或平台车上吊起其额定负载范围内符合武器装备装载尺寸要求的各种货物/装备，再沿着吊车导轨移动到货舱内，并将货物/装备平稳放置到货舱内的预定位置；亦可将货物/装备从货舱内运出。
2.3 系统工作原理
电动吊车系统滑动架控制箱将电供给升降机构控制箱，操作吊车控制器上的“升降”旋转手柄，控制回路将信号发送给升降机构控制箱，控制交流电动机输出轴旋转，从而驱动升降机构减速装置进行工作，使电动吊车动滑轮-测力计提升或下降货物。
按压吊车控制器的“装货”或“卸货”按键,控制回路将信号发送给滑动架控制箱，控制交流电机输出轴旋转，从而驱动滑动架电动机构减速装置进行工作，使吊车在导轨上前、后移动。
当需要人工拖动吊车时，按压吊车控制器“空挡”按键，给滑动架电动机构电磁离合器线圈供电，使电磁离合器吸合，进入空挡状态，即可手动拖动吊车前、后滑移。
3.电源匹配性研究
3.1 三相静止变流器组简介
电动吊车是一个典型的大功率电机类感性负载，在使用过程中，不仅要考虑其额定用电功率，还要分析其负载特性，还要研究电源系统容量的匹配性。
系统中三相静止变流器组的功用是将28V直流电变为三相115V/400Hz交流电，用于地面检查机上单相和三相交流用电设备或在空中4台交流发电机全部故障时作为应急交流电源。其三相总额定容量为3.6kVA，由3个1D1200-1A-1025型静止变流器单体组成，每相独自输出容量为1.2 kVA；额定输出端电压为115V，额定输出电流为10.4A，额定输出频率为400Hz；静止变流器组可以在110%额定负载条件下连续工作，125%额定负载条件下工作5分钟；具有输出过压、欠压保护功能，输出过电保护点为126V，即输出电压高于保护点时中断静止变流器直流输入，10s后重新启动；输出欠压保护点为100V，即输出电压低于保护点时中断输出，当电压恢复到正常范围后重新启动，机上三相静止变流器组工作原理见图3。
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3.2 三相静止变流器组供电特性
通过对系统在双吊车带载同步下降及双吊车在5°爬坡段启动航向运动两种工作情况下，对系统的三相静止变流器供电进行实测，具体情况如下：
1） 双吊车带载2.8t、3.0t同步下降
双吊车带载2.8t交流电压波形见图4，其中U空载≈116.7 V，U静变器输出过压保护MAX≈191 V；电流波形显示见图5，其中I双吊车工作≈5.7 A；I双吊车启动MAX≈17.1A。
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由图4可以看出，双吊车带载2.8t同步下降时，三相静止变流器组输出电压约为191V，超出过压保护点126V，导致三相静止变流器组过压保护。
双吊车带载3.0t同步下降交流电压波形见图6，其中U空载≈116.7 V，U静变器输出过压保护MAX≈194.5 V；电流波形显示见图7，其中I双吊车工作≈5.7 A；I双吊车启动MAX≈17.1A。
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由图6可以看出，双吊车带载3.0t同步下降时，对机上电源形成一个高压反馈（194V～159V），持续时间0.05s，导致机上过压保护装置保护。
2） 双吊车在5°爬坡段启动航向运动
双吊车空载爬坡直流电压波形见图8，其中U≈28.7 V，UMAX≈30.2 V，UMIN≈24.7 V。
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双吊车空载爬坡交流115V电压波形见图9，其中U空载≈120 V，U吊车工作≈113.2 V，U双吊车打滑≈88.4 V。
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双吊车空载爬坡交流115V电流波形见图10，其中I双吊车工作≈11.3 A；I双吊车打滑≈22.6A。
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3.3驱动电机负载特性分析
电动吊车系统的滑动架电动机构和升降电动机构均采用同一型号的鼠笼式三相异步电动机，其主要技术参数如下：
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该型鼠笼式三相异步电动机的启动特性曲线见图11所示。整个启动过程不超过300ms，单台吊车稳态工作电流5.3A，起动冲击最大电流27A，延续时间大于230 ms。在100ms内启动电流为额定电流的4～5.6倍，100ms～200ms内为额定电流的2～4倍，200ms～300ms内为额定电流的1～2倍。
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3.4 电源匹配性分析及解决措施
合理设计吊车系统工作参数，控制电动机各种工作状态，避免污染供电网络。充分考虑安全性设计措施，在控制电源正常并要求系统动作时，如果功率电源故障或者出现其他意外情况，系统应具有可靠的防滑制动措施，保持当前工作状态。
根据图4、图5分析可知，电动吊车在顺负载和重力加速度的共同作用下，吊车升降电动机在工作一段时间后，转子转速超过旋转磁场的转速，电动机转入发电机状态运行，电能从电动机的定子反馈至机上电源网络，导致三相静止变流器组输出端电压升高，出现供电线路过载保护。
根据图8、图9分析可知，双吊车在5°爬坡段同步起动向前运动时，由于滑动架电动机构交流电机供电0.3s后，直流电源接通，解除电机制动器，电机离合器输出与滑动架组件滚轮轴相连，而此时由于电源容量不足造成电动机启动转矩不够，在爬坡段载重力分力的作用下，滑动架组件滚轮反向旋转，导致吊车沿着滑轨向后滑动。此时，松开吊车控制器的手柄或按键，断开直流电源，制动器工作，吊车滑动架重新恢复制动状态。
综上，电动吊车需进行较大的更改设计，才能与机上三相静止变流器组供电相匹配。考虑研制成本，在不影响武器装备其它技术指标的情况下，针对试验中出现的情况进行分析，对电动吊车使用三相静止变流器组作为工作电源时，限制其装载重量（2.5t），从而避免上述问题在机上发生。
4.结论
该型电动吊车系统的出现，极大程度上减轻了机务人员的负担，但由于机上电源系统的功能局限性，吊车系统在负载达到一定量值时出现工作异常，后续需进一步对电源系统和吊车系统进行改进性研究，给出解决吊车功能失效的应对措施。