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黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（文獻(xiàn)翻譯） 第 5 頁
電動卷揚(yáng)機(jī)的控制
對于電動機(jī)的機(jī)制，我們所知道的最好的方式就是使用由許多點動式按鈕組成的簡單的手工操作臺。而這種操作臺在某些應(yīng)用方面可能仍然是個不錯的選擇，如一些令人頭痛的復(fù)雜的控制也可以用。 這篇文章講述了，在你設(shè)計、組建或是購買卷揚(yáng)機(jī)控制器之前，你必須對電動機(jī)的基本電氣設(shè)備和你將需要尋址的用戶接口命令進(jìn)行編制。
首先，手動控制臺應(yīng)該是手動控制型的，因此，如果你把你的手指移開按鈕，卷揚(yáng)機(jī)就會停車。另外，每個控制工作站都需要配備緊急制動閘，緊急制動閘可以切斷卷揚(yáng)機(jī)的所有電源，而不僅僅是控制電路的。仔細(xì)想想看，如果卷揚(yáng)機(jī)在該停車時，他卻沒有停下來，你就確實需要一種故障保障的方法去切斷線路的電源。在控制工作臺上設(shè)置一個關(guān)鍵操作開關(guān)，也是一個非常好的主意，特別是在通向工作站的線路不能控制是，就可以用那個開關(guān)來控制。
在設(shè)計控制臺時，即使是最簡單的手工控制臺，也要考慮設(shè)置由專門人員操作的安全操作按鍵。
控制定速電機(jī)
對于一臺定速卷揚(yáng)機(jī)的實際控制設(shè)備是一臺三項起動器。電動機(jī)的轉(zhuǎn)向被反向，是通過簡單的開關(guān)控制相序從A-B-C變換到C-B-A。這些動作被完成，是通過兩個三磁極式電流接觸器，而且他們是互鎖的，所以，他們不可能被同時關(guān)閉。NEC公司要求同時擁有過載和短路保護(hù)裝置。為了保護(hù)電動機(jī)免受由于機(jī)械過載引起的過熱的影響，在起動器內(nèi)要安裝熱量過載延遲裝置。當(dāng)熱量過載延遲裝置過熱時，它所擁有的雙金屬長條斷開電動機(jī)的電源。除此外，還可以選擇一臺電熱調(diào)節(jié)器可以用纏繞的方式安裝在電動機(jī)上，他可以用與監(jiān)控電動機(jī)的溫度變化。對于短路保護(hù)，我們一般是通過電動機(jī)常用的熔斷器來實現(xiàn)的。
一臺獨立的線性電流接觸器，被配置的電流接觸器應(yīng)該超過主回路的電流接觸器，從而達(dá)到冗余的目的。這臺電流接觸器是由安全電路來控制的，如：緊急制動和越程極限。
我們可以使用限位開關(guān)來實現(xiàn)上述的操作。當(dāng)你到達(dá)正常的行程極限位置末端是，卷揚(yáng)機(jī)就會停車，并且你只能夠向相反的方向移動卷揚(yáng)機(jī)（即遠(yuǎn)離極限位置的方向）。這里也需要一個越程限制以防萬一，由于電氣的或者機(jī)械的問題，而使卷揚(yáng)機(jī)的運(yùn)行超過正常的極限位。如果你碰到越程限制器，線形電流接觸器就會打開，因此，卷揚(yáng)機(jī)將無法被驅(qū)動超過這個極限位置。如果上述情況發(fā)生，就需要請專業(yè)的技術(shù)人員來檢查導(dǎo)致碰到越程限制器的具體原因。然后，你就能夠用起動器內(nèi)部的彈力恢復(fù)撥動開關(guān)來處理越程的問題，而不是使用跳閘器或是手工切斷電流接觸器。
變速的必要條件
當(dāng)然，簡單的定速起動器被變速驅(qū)動器所取代。這就使事情開始變得有趣起來了！至少，你需要在控制操作臺上增加一個速度表盤。操縱桿是一個較好的操作接口，由于它使你對部件的移動有一個更直觀的控制。
不幸的是，你不能僅僅從你的本地控制臺去發(fā)命令控制老式的變速驅(qū)動器，此外，你不能希望它在初始階段，就能安全而可靠的提升與下放設(shè)備。大多數(shù)的變速驅(qū)動器不能實現(xiàn)上述的要求，因為它們并不是設(shè)計用來做提升工作的。驅(qū)動器需要設(shè)置成在制動器松開之前，就能夠在電動機(jī)上產(chǎn)生扭矩，并且，當(dāng)停車時，即在扭矩撤銷之前，制動器將先工作。
許多年來，直流電動機(jī)和驅(qū)動器提供了一些普遍的解決方案，如它們在各種速度時都具有良好的力矩特性。對于大多數(shù)的卷揚(yáng)機(jī)所需求的大型直流電動機(jī)是很貴的，那要比同類型的交流電動機(jī)貴的多，雖然，早期的交流驅(qū)動器不是非常有用，如它們有一個非常有限速度適用范圍，而且僅產(chǎn)生低速小扭矩。如今，隨著只留驅(qū)動器的發(fā)展，低成本而且大量可用的交流電動機(jī)的出現(xiàn)，導(dǎo)致了一場交流驅(qū)動的革命。
變速交流驅(qū)動器有兩個系列。變頻轉(zhuǎn)換器已經(jīng)家喻戶曉，。而且的確很容易使用。這些驅(qū)動器將交流轉(zhuǎn)換成直流，然后，再把它轉(zhuǎn)換回交流，轉(zhuǎn)換后的交流已經(jīng)是不同頻率的。如果驅(qū)動器產(chǎn)生30Hz的交流，一臺正常的60Hz的電動機(jī)將以一半的速度運(yùn)行。從理論上說，這非常好，但是，在實際中，這將會有很多的問題。首先，一臺典型的60Hz的電動機(jī)在線性頻率低于2Hz或是3Hz的區(qū)域會出現(xiàn)誤差，并且，開始嵌齒（即急推，猛拉），或是停車。這將限制你的速度范圍低于20：1，幾乎不適應(yīng)于運(yùn)行階段的細(xì)微調(diào)節(jié)。其次，許多低成本的轉(zhuǎn)換器也不能夠在低速時提供額定扭矩。使用這些驅(qū)動器，將導(dǎo)致急速移動，或是對于提升部件完全的失效，準(zhǔn)確的說，當(dāng)你試圖去平穩(wěn)的提升一臺科學(xué)儀器時，你不愿看到這樣的情況。一些新型的變極器是閉環(huán)系統(tǒng)（從電動機(jī)獲得反饋，提供更加準(zhǔn)確的速度控制），并且使電動機(jī)將會工作的相當(dāng)好。
交流驅(qū)動器的另一個系列是流量矢量型驅(qū)動器。這些元器件要求在電動機(jī)的主軸上安裝編碼器，使用這些編碼器會使驅(qū)動器可以準(zhǔn)確地監(jiān)控電機(jī)電樞的旋轉(zhuǎn)。處理器測定了準(zhǔn)確的磁性流量的矢量值，這些值要求使電樞在給定的速度下旋轉(zhuǎn)。這些驅(qū)動器允許有無窮大的速度，因此，你實際能夠在零速度時就產(chǎn)生額定扭矩。這些驅(qū)動器所提供的準(zhǔn)確的速度和位置的控制，使這些驅(qū)動器在高性能應(yīng)用方面受到歡迎。
基于PLC的控制器提供有系統(tǒng)狀態(tài)和控制選項。這個屏幕展示給操作者全面的訪問卡內(nèi)基霍爾德的就曾電梯提升的控制面板。
基于PLC的系統(tǒng)
一臺PLC的全稱是可編程序邏輯控制器。首先，PLC的控制器發(fā)展取代了基于五六十年代的工業(yè)控制系統(tǒng)的繼電器，它們工作在室內(nèi)的惡劣的工業(yè)環(huán)境中。這些是模塊化的系統(tǒng)，它們具有大量的各種各樣的I/O模塊。這些模塊化的系統(tǒng)可以很容易的實現(xiàn)把半自定義的硬件配置組裝起來，而這樣得到的配置的價錢也很合理。這些模塊包括：位置控制模塊，計數(shù)器，A/D和D/A轉(zhuǎn)換器，以及各種實體狀態(tài)或是物理接觸閉式輸出模塊。大量不同類型的I/O元器件和PLC的模塊屬性使得它成為一條有效的途徑去組裝自定義和半自定義的控制系統(tǒng)。
對于PLC系統(tǒng)的最大的不足就是缺少真實的大量的顯示功能，從而告訴你PLC正在做什么和幫助你對PLC進(jìn)行編程。
第一臺被用于大型娛樂場所的專業(yè)的PLC系統(tǒng)之一，是在拉斯維加斯的原米高梅電影制片公司（現(xiàn)在的貝利公司）的搭車和四輪馬車系統(tǒng)上。許多的制造商提供了標(biāo)準(zhǔn)的基于PLC的系統(tǒng)和半自動化聲學(xué)的標(biāo)志的主機(jī)，設(shè)定命令行解釋器的位置，以及提升控制系統(tǒng)也是可用的。使用標(biāo)準(zhǔn)的模塊去組構(gòu)用戶自定義系統(tǒng)的能力是基于PLC的控制器的最大優(yōu)勢。
高端控制器
對于復(fù)雜的傳動裝置，控制器開始變得復(fù)雜，超過了速度，時間以及位置控制。它們包括寫出復(fù)雜的指令，記錄輪廓線的移動，以及處理可以立即運(yùn)行的多點指令的能力。
許多大型的歌劇院正向著點提升系統(tǒng)的方向發(fā)展，在那里為每一條提升繩索配置有一臺獨立的卷揚(yáng)機(jī)，那些繩索等同于每條電路的調(diào)光器。當(dāng)多臺卷揚(yáng)機(jī)被用來提升單個的部分時，這些卷揚(yáng)機(jī)必須完全的同步，或是載荷能夠轉(zhuǎn)移，如此會導(dǎo)致一臺單獨的卷揚(yáng)機(jī)變得有過載的危險?？刂葡到y(tǒng)必須能夠使被選的卷揚(yáng)機(jī)保持同步，或是在一臺卷揚(yáng)機(jī)不能夠保持與其他卷揚(yáng)機(jī)同步時，能提供高速的同等的停車能力。對于一臺典型的高速達(dá)240英尺/分鐘和一臺要保持卷揚(yáng)機(jī)的彼此間的速度誤差在1/8分之內(nèi)的設(shè)備，你只有少于三微妙的時間去確認(rèn)問題，并嘗試糾正錯我的卷揚(yáng)機(jī)速度，在確定你失敗后，你起動組中所有卷揚(yáng)機(jī)的停車。這將需要大量計算，快速I/O接口，以及好用的寫入軟件。
對于大型的繩索控制系統(tǒng)有兩種非常不同的解決方法。首先是，使用單獨的控制臺，對于一般的問題而言，這樣的控制臺應(yīng)該裝在適合于操作者視角的位置。然而，這不僅不能夠從一個角度到另一個角度觀察，而且還不可以從一條指令到另一條指令的控制。這些困難已經(jīng)被部分解決。通過使用安裝在不同位置的視頻攝像機(jī)，而且這些攝像機(jī)連接于三維屏幕圖形，這些圖形使得操作者可以從任意的視角去觀察在三個坐標(biāo)方向上的預(yù)期的繩索運(yùn)動。這些圖形使得操作者，從一個適合他在實際的操作臺處的視角，或是實際的閉環(huán)電路趙縣級的視角，來觀察在屏幕上的繩索的運(yùn)動。對于有內(nèi)部關(guān)聯(lián)的部件的復(fù)雜的移動，上述觀察使得實現(xiàn)控制和查出故障原因變得更加簡單。
另一個解決的方案就是分布式系統(tǒng)，這個系統(tǒng)使用了多個輕便的控制臺。這將允許不同的操作者以同樣的方式控制傳動裝置的不同方面，我們已經(jīng)改進(jìn)了手動控制裝置。一個生動的例子，就是在倫敦中部的一個蔬菜花卉市場的皇家歌劇院使用了上述的方案，在那里用十個控制臺控制著240臺電動機(jī)。每個控制臺有五個錄音重放裝置，并且已經(jīng)被開啟，以便于每臺電動機(jī)被指派給一個單獨的控制臺。一位操作者和一個控制臺就能夠控制所有的裝置，但是，常常是一個控制臺，可能是運(yùn)行臺幕的提升，另一個控制臺是控制臺上的傳動裝置，以及第三個控制臺被用來在后臺將必要的背景畫面放下。
刃口式輕便的控制臺允許多位操作者從最優(yōu)點出發(fā)來控制機(jī)器的運(yùn)動，并且提供三維圖像的顯示。
結(jié)論
有巨大變化的繩索控制系統(tǒng)，已經(jīng)從按鈕式的工作站發(fā)展到復(fù)雜的多用戶的計算機(jī)化的控制系統(tǒng)。當(dāng)要購買繩索控制系統(tǒng)時，你總是可以找到滿足你需要的?？刂葡到y(tǒng)最重要的性能是安全性和可靠性。這些是有真實價值的性能，而且你會期望能以一個合適的價格買到這樣的安全性。與某個確定的產(chǎn)品制造商共事，他會使你知道如何進(jìn)行安裝。而且，他將會讓你和用戶接觸，那些用戶有著類似的要求。
前言
卷揚(yáng)機(jī)是一種常見的提升設(shè)備，其主要是用電動機(jī)作為原動機(jī)。由于電動機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于卷揚(yáng)機(jī)中滾筒的轉(zhuǎn)速，故必須設(shè)計減速的傳動裝置。傳動裝置的設(shè)計有多種多樣，如皮帶減速器、鏈條減速器、齒輪減速器、渦輪蝸桿減速器、二級齒輪減速器等等。通過合理的設(shè)計傳動裝置，使的卷揚(yáng)機(jī)能夠在特定的工作環(huán)境下滿足正常的工作要求。同時通過本課程設(shè)計將學(xué)過的基礎(chǔ)理論知識進(jìn)行綜合應(yīng)用，培養(yǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，計算能力，熟悉一般的機(jī)械裝置設(shè)計過程。
目 錄
設(shè)計任務(wù)書……………………………………………………3
第一部分 傳動裝置總體設(shè)計………………………………4
第二部分 電動機(jī)的選擇及傳動比分配……………………4
第三部分 V帶設(shè)計…………………………………………7
第四部分 齒輪的設(shè)計………………………………………9
第五部分 軸的設(shè)計…………………………………………16
第六部分 校核………………………………………………19
第七部分 箱體及其它附件…………………………………21
總結(jié)……………………………………………………………23
參考文獻(xiàn)………………………………………………………23
設(shè)計任務(wù)書
1 設(shè)計要求：
1.1 卷揚(yáng)機(jī)由電動機(jī)驅(qū)動，用于建筑工地提升物料，空載啟動，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，工作平穩(wěn)。
1.2 室外工作，生產(chǎn)批量為5臺。
1.3 動力源為三相交流380/220V，電動機(jī)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷較平穩(wěn)。
1.4工作期限為10年，每年工作300天，3班制工作，每班工作4小時，檢修期間隔為3年。
1.5 專業(yè)機(jī)械廠制造，可加工7、8級精度的齒輪、渦輪。
該裝置的參考圖如下：
2 原始技術(shù)數(shù)據(jù)
繩牽引力W/KN
繩牽引力速度v/(m/s)
卷筒直徑D/mm
10
0.5
470
3 設(shè)計任務(wù)
3.1 完成卷揚(yáng)機(jī)總體傳動方案設(shè)計和論證，繪制總體設(shè)計原理方案圖。
3.2 完成卷揚(yáng)機(jī)主要傳動裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計。
3.3 完成裝配圖1章（A0或A1），零件圖2張。
3.4 編寫設(shè)計說明書。
第一部分 傳動裝置總體設(shè)計
1.1 傳動方案
1.1.1組成：傳動裝置由電機(jī)、減速器、工作機(jī)組成。
1.1.2特點：齒輪相對于軸承不對稱分布，故沿軸向載荷分布不均勻，
要求軸有較大的剛度。
1.1.3確定傳動方案：考慮到電機(jī)轉(zhuǎn)速高，傳動功率大，將V帶設(shè)置在高速級。
其傳動方案如下：
2．方案論證
本設(shè)計中原動機(jī)為電動機(jī)，工作機(jī)為皮帶輸送機(jī)。傳動方案采用了兩級傳動，第一級傳動為帶傳動，第二級傳動為單級直齒圓柱齒輪減速器。
帶傳動承載能力較低，在傳遞相同轉(zhuǎn)矩時，結(jié)構(gòu)尺寸較其他形式大，但有過載保護(hù)的優(yōu)點，還可緩和沖擊和振動，故布置在傳動的高速級，以降低傳遞的轉(zhuǎn)矩，減小帶傳動的結(jié)構(gòu)尺寸。
齒輪傳動的傳動效率高，適用的功率和速度范圍廣，使用壽命較長，是現(xiàn)代機(jī)器中應(yīng)用最為廣泛的機(jī)構(gòu)之一。本設(shè)計采用的是展開式兩級直齒輪傳動。
總體來講，該傳動方案滿足工作機(jī)的性能要求，適應(yīng)工作條件、工作可靠，此外還結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、成本低傳動效率高。
第二部分 電動機(jī)的選擇及傳動比分配
2.1電動機(jī)的選擇
2.1.1傳動裝置的總效率
按表2-5查得各部分效率為：V帶傳動效率為，滾動軸承效率（一對），閉式齒輪傳動效率為，聯(lián)軸器效率為，傳動滾筒效率為，代入得
=
2.1.2工作機(jī)所需的輸入功率
，其中
所以6.06kw
使電動機(jī)的額定功率P ＝（1～1.3）P ，由查表得電動機(jī)的額定功率P ＝ 7.5KW 。
2.1.3確定電動機(jī)轉(zhuǎn)速
計算滾筒工作轉(zhuǎn)速：
由推薦的傳動比合理范圍，v帶輪的傳動比范圍：2~4，二級圓柱齒輪減速器的傳動比一般范圍：8~40，則總傳動比的范圍為，,故電機(jī)的可選轉(zhuǎn)速為：
2.1.4確定電動機(jī)型號
根據(jù)以上計算在這個范圍內(nèi)電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速有750r/min，1000r/min，1500r/min，3000r/min，綜合考慮電動機(jī)和傳動裝置的情況，同時也要降低電動機(jī)的重量和成本，最終可確定同步轉(zhuǎn)速為1000r/min ，根據(jù)所需的額定功率及同步轉(zhuǎn)速確定電動機(jī)的型號為Y160M - 6 ，滿載轉(zhuǎn)速 970r/min 。
其主要性能：額定功率：7.5KW，滿載轉(zhuǎn)速970r/min，額定轉(zhuǎn)矩2.0。
2.2 計算總傳動比及分配各級的傳動比
2.2.1總傳動比：i =970/20.33=47.71
2.2.2分配各級傳動比
根據(jù)指導(dǎo)書，取V帶的傳動比，則減速器的傳動比i為
i=
取兩級援助齒輪減速器高速級的傳動比
則低速級的傳動比為
2.3運(yùn)動參數(shù)及動力參數(shù)計算
2.3.1 電動機(jī)軸
2.3.2 Ⅰ軸（高速軸）
2.3.3 Ⅱ軸（中間軸）
2.3.4 Ⅲ軸（低速軸）
2.3.5 Ⅳ軸（滾筒軸）
各軸運(yùn)動和動力參數(shù)如下表
軸名
功率 p/kw
轉(zhuǎn)矩 T/N.M,
轉(zhuǎn)速
n/(r/min)
傳動比
i
效率
輸入
輸出
輸入
輸出
電動機(jī)軸
1 軸
2 軸
3 軸
滾筒軸
5.81
5.58
5.36
5.25
6.06
5.75
5.52
5.30
5.20
171.78
779
2549.2
2496.9
23.4
171.6561
777.15
2523.708
2471.931
970
323
68.4
20.08
20.08
3
4.718
3.376
1
0.96
0.96
0.96
0.98
三、V帶設(shè)計
3.1 確定皮帶輪
3.1.1 確定計算功率。由表8-7查得工作情況系數(shù);故
3.1.2選取v帶帶型。根據(jù)、由圖8-11選用A型。確定帶輪的基本直徑并驗算帶速v。
3.1.3初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑。由表8-6和表8-8，取小帶輪的基準(zhǔn)直徑；驗算帶速v；按式8-13驗算帶的速度；因為5m/s
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