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畢業(yè)設(shè)計（論文）
題 目 集裝箱龍門起重機設(shè)計
電氣控制部分
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級 2004級2班（機電一體化）
學(xué) 生 李江華
指導(dǎo)教師 李斌
重慶交通大學(xué)
2008 年
一、選題目的的理論價值和現(xiàn)實意義
該題目涉及機電一體化，滿足教學(xué)要求。題目來源于生產(chǎn)，綜合性、實踐性強，通過集裝箱龍門起重機設(shè)計（電氣控制部分）可以培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計思想、方法、創(chuàng)新能力及科學(xué)態(tài)度，還可以提高學(xué)生的綜合專業(yè)技能及素質(zhì)。
二、本課題在國內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢
軌道式龍門起重機采用電力驅(qū)動，由于其承載能力大、結(jié)構(gòu)簡單、營運費用低，在國內(nèi)外得到廣泛的使用。通用型龍門起重機主要用于鐵路、碼頭，大型工廠貨場進行件雜貨的裝卸作業(yè)。自1955年，集裝箱運輸方式出現(xiàn)后，由于采用集裝箱運輸可以節(jié)省包裝費用，保持貨物完整，且便于使用機械裝卸搬運，減輕工人裝卸作業(yè)勞動強度，提高裝卸效率，加速運輸船舶和車輛周轉(zhuǎn)，降低運輸費用，從而使集裝箱運輸?shù)玫窖杆侔l(fā)展。這種物流模式的變化又對裝卸工藝、裝卸機械提出了新的要求。為了適應(yīng)這種持續(xù)發(fā)展的要求，各大港口、起重機制造廠紛紛推出新的工藝方案和碼頭前沿作業(yè)機械和貨場作業(yè)機械。如JMQ3543、JMQ0733、JMQ4025集裝箱龍門起重機采用現(xiàn)代化設(shè)計方法、并充分考慮了設(shè)備的可維修性和操作的舒適性及頻繁的掏箱、對箱作業(yè)工況。由于集裝箱運輸?shù)陌l(fā)展，它的裝卸必須用到起重機，因此軌道式龍門起重機的發(fā)展前景廣闊，必將得到廣泛的應(yīng)用。
三、研究重點
設(shè)計研究的主要內(nèi)容包括：設(shè)計的起重機為重慶寸灘港的軌道式集裝箱門式起重機，該起重機采用雙主梁，跨距40.5t-40m，兩端有效懸臂10m，可進行20'到40'國際標(biāo)準(zhǔn)集裝箱的裝卸、轉(zhuǎn)運及堆放等作業(yè)。進行集裝箱門式起重機電氣控制部分的設(shè)計和起重機的機器房結(jié)構(gòu)設(shè)計。電氣控制部分采用三菱公司可編程控制器(PLC)控制，需畫出電氣原理圖和電氣布置圖，并編寫PLC梯形圖程序，說明工作原理。主要設(shè)計選擇電動機、變頻器和PLC程序設(shè)計；設(shè)計起重機的機器房結(jié)構(gòu)，并使用Pro/ENGINEER或SolidWorks構(gòu)建實體模型。編寫總設(shè)計說明書。其它有關(guān)文件及圖紙數(shù)量按學(xué)校有關(guān)規(guī)定完成。
四、主要參考文獻
1、起重機設(shè)計手冊 張質(zhì)文 中國鐵道出版社?
2、起重運輸機械電氣設(shè)備 劉瑞琦 中國鐵道出版社?
3、起重運輸機電氣傳動 余敏年 西南交通大學(xué)出版?
4、電氣工程師手冊 機械工業(yè)出版社
5、電氣控制與PLC原理及應(yīng)用-三菱機型 程周 電子工業(yè)出版社
6、實用起重機電氣技術(shù)手冊 裘為章 機械工業(yè)出版社
7、起重運輸機械 羅又新?? 冶金工業(yè)出版社?
8、起重運輸機械標(biāo)準(zhǔn)匯編 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)出版社
9、起重機課程設(shè)計 陳道南 冶金工業(yè)出版社
10、通用橋式和門式起重機 趙國君 機械工業(yè)出版社
11、起重機鋼結(jié)構(gòu)制造工藝 傅榮柏 中國鐵道出版社
12、SolidWorks /Pro/E軟件相關(guān)教程及使用說明
五、指導(dǎo)教師意見
指導(dǎo)教師：
六、學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）指導(dǎo)小組意見
負(fù)責(zé)人：
畢業(yè)設(shè)計（論文）
開題報告
題 目 集裝箱龍門起重機設(shè)計
電氣控制部分
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級 2004級2班（機電一體化）
學(xué) 生 李江華
指導(dǎo)教師 李斌
重慶交通大學(xué)
2008 年
畢業(yè)設(shè)計（論文）
文獻綜述
題 目集裝箱龍門起重機設(shè)計
（電氣控制部分）
專 業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化
班 級2004級2班（機電一體化）
學(xué) 生 李江華
指導(dǎo)教師 李斌
重慶交通大學(xué)
2008 年
畢業(yè)設(shè)計（論文）
外文翻譯
題 目集裝箱龍門起重機設(shè)計
（電氣控制部分）
專 業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化
班 級2004級2班（機電一體化）
學(xué) 生 李江華
指導(dǎo)教師 李斌
重慶交通大學(xué)
2008 年
重慶交通大學(xué)二OO八屆機電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文）
摘 要
軌道式集裝箱門式起重機是目前國內(nèi)外非常受推崇的一種集裝箱堆場機型，我國港口越來越多地選用這種機型。本文介紹軌道式集裝箱門式起重機的三大工作機構(gòu)、電氣設(shè)備和電氣控制系統(tǒng)等內(nèi)容，主要是集裝箱門式起重機的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計過程。
關(guān)鍵詞：門式起重機，電動機，變頻器，接觸器，繼電器
Abstract
Rail mounted container gantry crane is very popular container stack crane，and more and more port choose this crane．This paper introduces the three operating mechanism ,the electric appliance equipment and the electricity control system of rail mounted container gantry crane, and the design of electricity control system of rail mounted container gantry crane is the important content in the paper.
Key words： gantry crane, motor, converter ,circuit breaker, contactor
文 獻 綜 述
引子：在日常生活和大量施工中，起重機的作用不可小視。下面就了解一下起重機幾個方面的情況
概 述
起重機械是一種對重物能同時完成垂直升降和水平移動的機械。在工業(yè)和民用建筑工程中，起重機械作為主要施工機械用于建筑構(gòu)件和材料在運輸過程的裝卸，并將構(gòu)件吊到設(shè)計位置進行安裝等，不僅解決了人力無法勝任的作業(yè)，而且能保證工程質(zhì)量，縮短工期，降低成本，成為極其重要的建筑施工機械。
起重機械的分類：
起重機械的種類很多，按使用的動力設(shè)備可分為內(nèi)燃機作動力和電動機作動力兩種；按起重機載荷率可分為輕型、中型、重型、特重型四類；按起重結(jié)構(gòu)可分為龍門式和臂架式兩類；按回轉(zhuǎn)臺的角度可分為全回轉(zhuǎn)式和非全回轉(zhuǎn)式；按行走機構(gòu)的構(gòu)造可分為固定式和移動式兩類。建筑施工中常用的為移動式起重機，包括：塔式起重機、汽車式起重機、輪胎式起重機、履帶式起重機，以及最基本的起重機械———卷揚機等。隨著高層建筑中作為垂直運輸機械而迅速發(fā)展的施工升降機也已納入起重機械范圍。
起重機械的主要性能參數(shù)包括：起重量、工作幅度、起重力矩、起升高度以及工作速度等。
一、起重量
起重量是指起重機能吊起重物的質(zhì)量，其中應(yīng)包括吊索和鐵扁擔(dān)或容器的質(zhì)量，它是衡量起重機工作能力的一個重要參數(shù)。通常稱為額定起重量，用“Q”表示。起重量的單位過去慣用“t”表示，現(xiàn)都用“KN”表示（10KN約等于1t）。起重機隨著工作幅度的變化，其起重量也隨之變化。因此，額定起重量有最大起重量和最大幅度起重量之分。最大起重量是指基本起重臂處于最小幅度時所允許起吊的最大起重量；最大幅度起重量是指基本起重臂處于最大幅度時所允許起吊的最大起重量。一般起重機的額定起重量是指基本起重臂處于最小幅度時允許起吊的最大起重量，也就是起重機銘牌上標(biāo)定的起重量。
二、工作幅度
工作幅度是指在額定起重量下，起重機回轉(zhuǎn)中心軸線到吊鉤中心線的水平距離，通常稱為回轉(zhuǎn)半徑或工作半徑，用“R”表示，單位為“m”。工作幅度表示起重機不移位時的工作范圍，它包括最大幅度(Rmax)和最小幅度(Rmin)兩個參數(shù)。對于俯仰變幅的起重臂，當(dāng)處于接近水平的水平夾角為13°時，從起重機回轉(zhuǎn)中心軸線到吊鉤中心線的水平距離最大，為最大幅度；當(dāng)起重臂仰到最大角度（一般水平夾角為78°）時，回轉(zhuǎn)中心軸線到吊鉤中心線距離最小，為最小幅度。對于小車變幅的起重臂，當(dāng)小車行到臂架頭部端點位置時，為最大幅度；當(dāng)小車處于臂架根部端點位置時，為最小幅度。起重機的起重量，隨幅度變化而變化，同一臺起重機，幅度不同，其起重量也不同。對于有支腿裝置的輪式起重機，還應(yīng)以有效幅度A表示，即用支腿側(cè)向工作時，在額定起重量下，吊鉤中心垂線到該側(cè)支腿中心線的水平距離。有效幅度反映起重機的實際工作能力；沒有使用支腿側(cè)向工作時，則工作幅度用A1（ 單胎）或A2（雙胎）表示。
三、起重力矩
起重力矩是指起重機的起重量與相應(yīng)幅度的乘積，以M表示,M=RQ。起重力矩的單位
過去慣用tm表示，現(xiàn)都用表示，它是起重機的綜合起重能力參數(shù)，能全面和確切地反映起重機的起重能力。塔式起重機需要經(jīng)常在大幅度情況下工作，故以起重力矩作為表示型號的主參數(shù)。塔式起重機的起重力矩，通常是指最大幅度時的起重力矩。起重機的起重特性曲線是表示起重機的起重量與幅度關(guān)系的曲線，不同幅度有不同的額定起重量，將不同幅度和相應(yīng)的額定起重量以線連接起來，可以繪制成起重特性曲線。所有起重機的操縱臺旁都有這種曲線圖，使操作人員能很快地查出起重機在某一幅度時的最大起重量。
對于能配用幾種不同臂長的起重機，對應(yīng)每一種長度的起重臂都有其起重特性曲線。
四、起升高度
起升高度是指自地面到吊鉤鉤口中心的距離，用“H”表示，單位“m”，它的參數(shù)標(biāo)定值通常以額定起升高度表示。額定起升高度是指滿載時吊鉤上升到最高極限，自吊鉤中心到地面的距離。當(dāng)?shù)蹉^需要放到地面以下吊取重物時，則地面以下深度叫下放深度，總起升高度為起升高度和下放深度的和。對于動臂式起重機，當(dāng)起重臂長度一定時，起升高度隨著幅度的減少而增加，這一特性可以用起升高度曲線表示，它和起重特性曲線相對應(yīng)。
五、工作速度
起重機的工作速度包括起升、變幅、回轉(zhuǎn)和行走等速度。
1、起升速度 起升速度是指起重吊鉤上升或下降的速度，單位為“m/min”。起重機的起升速度和起升機構(gòu)的卷揚牽引速度有關(guān)，而且和吊鉤滑輪組的倍率有關(guān)。2繩比4繩快一倍；
單繩雙比雙繩快一倍。一般表示起升速度參數(shù)，應(yīng)注明繩數(shù)。
2、變幅速度 變幅速度是指吊鉤從最大幅度到最小幅度的平均線速度，單位為“m/min”。
俯仰變幅起重臂的變幅速度也就是起重臂升起和降落的速度，一般落臂速度要快于升臂速度。
3、回轉(zhuǎn)速度 回轉(zhuǎn)速度是指起重機在空載情況下，其回轉(zhuǎn)臺每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，單位為“r/min”。
4、行走速度 行走速度是指起重機在空載情況下，行走時最大的速度，單位為“m/min”。
六、自重及質(zhì)量指標(biāo)
1、自重 起重機的自重是指起重機處于工作狀態(tài)時起重機本身的總重，以“G”表示，單位為“t”或“KN”。
2、質(zhì)量指標(biāo) 質(zhì)量指標(biāo)是指起重機在單位自重下有多大的起重能力，通常用質(zhì)量利用系
數(shù)K表示，它反映了起重機設(shè)計、制造和材料的技術(shù)水平，K值越大越先進。起重機質(zhì)量利用系數(shù)（）的表示形式是以起重力矩和與此相對應(yīng)的起升高度來表示，如下式：
〈一〉 國內(nèi)外起重機的發(fā)展?fàn)顩r
一、國際現(xiàn)狀
歐洲作為工程起重機的發(fā)源地，也是經(jīng)濟非常發(fā)達(dá)的地區(qū)，代表輪式起重機的最高水平，最負(fù)盛名的生產(chǎn)企業(yè)有利勃海爾、德馬克，同時還有森內(nèi)博根、德國格魯夫、多田野·法恩、波塔恩、奧米格、里格、PPM等著名企業(yè)，該地區(qū)主要現(xiàn)狀為：主要生產(chǎn)全地面起重機、履帶式起重機，緊湊型輪胎起重機，也生產(chǎn)少量汽車起重機。其中全路面起重機、履帶起重機以中大噸位為主；緊湊型輪胎起重機則以小噸位為主；汽車起重機一般為通用底盤組裝全地面上車，即以改裝為主。其產(chǎn)品技術(shù)先進、性能高、可靠性高，產(chǎn)品遍布全球。美國工程起重機相對落后于歐洲水平。近年來，通過收購和合并的手段，先是格魯夫收購了歐洲老牌起重機企業(yè)克虜伯公司，然后特雷克斯收購了德國德馬克；隨后，馬尼托瓦克兼并了包括美國格魯夫公司在內(nèi)的國內(nèi)大部分工程起重機企業(yè)，使美國工程起重機行業(yè)得以蓬勃發(fā)展。目前該地區(qū)主要生產(chǎn)輪胎起重機、履帶式起重機、全路面起重機和汽車起重機。主要生產(chǎn)企業(yè)為馬尼托瓦克，特點是技術(shù)較先進、性能較高、可靠性能高，其中汽車底盤技術(shù)和全路面技術(shù)領(lǐng)先于歐洲，產(chǎn)品主要銷往美州地區(qū)和亞太地區(qū)。
二、我國現(xiàn)狀
1、從市場方面看：中國工程起重機取得了長足的發(fā)展，我國2003年工程起重機的銷售量近9000臺，比北美、西歐和日本的需求總和還要大，中國已經(jīng)成為世界起重機的中心。但另一方面，雖然年產(chǎn)銷量巨大，但所生產(chǎn)的起重機是很單一的汽車起重機產(chǎn)品，履帶式起重機的產(chǎn)量全年不到100臺，而汽車起重機的產(chǎn)量也集中在12噸到25噸的噸位區(qū)間內(nèi)，35噸以上的起重機全年總量也只在500臺左右。主要生產(chǎn)廠家為徐重、浦沅、北起、長起、泰起、蚌起和錦重。近年來徐重依托區(qū)位優(yōu)勢、資源優(yōu)勢和技術(shù)優(yōu)勢，一度打破了“四大家族”的行業(yè)格局，使產(chǎn)量和市場占有率一度飚升，同時依靠技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。雖然我國曾于上世紀(jì)引進了德國和日本的先進技術(shù)，但由于國內(nèi)配套件水平跟不上以及國內(nèi)工藝水平跟不上等原因，即使是同樣的技術(shù)，由于工藝水平和配套水平的差異，造成產(chǎn)品實物水平與國外存在著很大的區(qū)別。同時，近期我國起重機市場以個體用戶為主，各生產(chǎn)廠家不斷完善產(chǎn)品系列，不斷提高產(chǎn)品作業(yè)性能，而相對忽視了對產(chǎn)品可靠性的改進（受國家基礎(chǔ)工業(yè)的限制），對結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、新技術(shù)的運用推廣相對較少，嚴(yán)重減慢了我國工程起重機行業(yè)技術(shù)進步的步伐。目前我國工程起重機產(chǎn)品以滿足國內(nèi)市場為主，部分銷往非洲、中東、南美、澳州和前蘇聯(lián)市場。
2、從產(chǎn)品類型上看：我國工程起重機行業(yè)在94～99年是發(fā)展低谷，5年中行業(yè)幾個主要的生產(chǎn)廠家，苦練內(nèi)功，積極 組織產(chǎn)品變型和換代，在產(chǎn)品外觀上下功夫。
??? 從99年以來，隨經(jīng)濟建設(shè)新一輪啟動，工程起重 機市場競爭格局發(fā)生巨大變化，各企業(yè)不斷調(diào)整思路、更新觀念、轉(zhuǎn)換機制、提高核心競爭力，努力開發(fā)產(chǎn)品，開拓市場。產(chǎn)品重心也從8t、12t向16t、25t、50t中大噸位發(fā)展，25t增速最快，產(chǎn)量不斷翻新，基本占據(jù)主導(dǎo)地位。50t產(chǎn)品由于需求面較廣，技術(shù)逐漸成熟，也大批量進入市場。目前國內(nèi)主要產(chǎn)品系列，汽車起重機為8t、12t、16t、20t、25t、35t、50t、65t、80t、l00t，全地面起重機為25t、50t、125t、160t和履帶起重機為35t、50t、l00t、150t。
??? 3、從產(chǎn)品整體技術(shù)風(fēng)格上看： 下車有全頭和半頭兩種不同風(fēng)格，多年來半頭車因總體布置的方便性及價格因素一直被廣泛采用。但近年來隨著物質(zhì)條件的改善，人們的生活條件和質(zhì)量提高，操作方便、舒適、可靠 逐漸成為用戶關(guān)注的焦點，中大噸位向全頭方向發(fā)展。上車操縱從傳統(tǒng)的機械操作向液比例和電液比例方向發(fā)展，起重吊臂也從傳統(tǒng)的三節(jié)向四節(jié)、五節(jié)方向發(fā)展，產(chǎn)品的起重性能和起重高度有了較大提高，產(chǎn)品的外觀和可靠性有了較大幅度提高。
4、從我國工程起重機行業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢上來看：國內(nèi)工程機械產(chǎn)品近十年來隨著技術(shù)的引進、消化、吸收，有了長足的進步，產(chǎn)品性能、 可靠性、外觀都有較大幅度的提高，但同國外 工程機械比較來看，還存在較大差距，就工程起重機而言，今后的發(fā)展主要表現(xiàn)在如下幾個方面：
①整機性能：由于先進技術(shù)和新材料的應(yīng)用，同種型號的產(chǎn)品，整機重量要輕20%左右。隨著結(jié)構(gòu)分析應(yīng)用和先進設(shè)備的使用，結(jié)構(gòu)形式更加合理；
②高性能、高可靠性的配套件，選擇余地大、適應(yīng)性好,性能得到充分發(fā)揮；
??? ③電液比例控制系統(tǒng)和智能控制顯示系統(tǒng)的推廣應(yīng)用；
??? ④操作更方便、舒適、安全，保護裝置更加完善；
??? ⑤向吊重量大、起升高度、幅度更大的大噸位方向發(fā)展。
〈二〉 國內(nèi)外起重機的發(fā)展趨勢
一、國內(nèi)工程機械產(chǎn)品近十年來隨著技術(shù)的引進、消化、吸收，有了長足的進步，產(chǎn)品性能、可靠性、外觀都有較大幅度的提高，但同國外工程機械比較來看，還存在較大差距，就工程起重機而言，今后的發(fā)展主要表現(xiàn)在如下幾個方面：
l、整機性能：由于先進技術(shù)和新材料的應(yīng)用，同種型號的產(chǎn)品，整機重量要輕20%左右。隨著結(jié)構(gòu)分析應(yīng)用和先進設(shè)備的使用，結(jié)構(gòu)形式更
2、高性能、高可靠性的配套件，選擇余地大、適應(yīng)性好,性能得到充分發(fā)揮；
3、電液比例控制系統(tǒng)和智能控制顯示系統(tǒng)的推廣應(yīng)用；
4、操作更方便、舒適、安全，保護裝置更加完善：
5、向吊重量大、起升高度、幅度更大的大噸位方向發(fā)展。????
?二、國外工程起重機從整體情況分析，領(lǐng)先國內(nèi)10~20年(不同類型產(chǎn)品有所不同)。隨著國外經(jīng)濟發(fā)展速度趨于平穩(wěn)，工程起重機向智能、高性能、靈活、適應(yīng)性強、多功能方向發(fā)展。25t以下基本上不生產(chǎn)，產(chǎn)品向高附加值、大噸位發(fā)展，如利勃海爾公司汽車起重機基本退出市場，目前市場主導(dǎo)產(chǎn)品為全地面起重機，最小噸位是35t，而80t和160t是主導(dǎo)產(chǎn)品；格魯夫公司：主導(dǎo)產(chǎn)品是全地面起重機和輪胎起重機，最小噸位是25t；多田野公司：汽車起重機只占20%，主導(dǎo)產(chǎn)品是全地面起重機和輪胎起重機，最小噸位16t。因此行業(yè)配套也與國內(nèi)有所不同：
????1、下車主要是300kW以上柴油大功率發(fā)動機，與之配套的液力變矩器和自動換檔變速箱、12噸級驅(qū)動轉(zhuǎn)向橋及越野輪胎。
2、上車：高強度材料、大扭矩的起升機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、回轉(zhuǎn)支承。
3、液壓系統(tǒng)：變量泵、變量馬達(dá)、電磁換向先導(dǎo)閥及主閥、平衡閥、懸掛系統(tǒng)閥、液壓鎖、液壓缸及管路標(biāo)準(zhǔn)配套件。
4、智能控制系統(tǒng)：力限器顯示控制、記憶通訊及單缸順序伸縮自動控制。
〈三〉 起重機的電氣控制
起重機除過橫梁 支腿 大小車運行機構(gòu)等機械部分外，還有重要的電器控制部分。起重機運輸電力拖動系統(tǒng)中的電器設(shè)備比較多，除了異步電機 直流電機 常用的控制電器和保護電器，還有電線 電纜和移動供電裝置等。電器控制對于起重機不可或缺，采用先進的電器設(shè)備和電器控制方法對提高起重機的工作效率很重要。
起重機采用變頻調(diào)速的優(yōu)點：
1、可靠性提高，主要有以下幾個方面：消除了電動機的薄弱環(huán)節(jié)，用鼠籠電機取代繞線電機，消除了電刷和滑環(huán)等薄弱環(huán)節(jié)。
2、電磁抱閘的壽命大大延長，原拖動系統(tǒng)是在運動的狀態(tài)下進行抱閘剎車的，采用變頻調(diào)速后，可以在基本停住的狀態(tài)下進行抱閘，閘皮的磨損情況大大改善。
3、控制系統(tǒng)的故障率大為下降，原系統(tǒng)是由十分復(fù)雜的繼電系統(tǒng)和接觸器進行控制的，故障率較高。采用變頻調(diào)速控制后，系統(tǒng)簡化，可考性提高。
4、節(jié)能效果明顯，繞線異步電機在低速下運行時，轉(zhuǎn)子回路的電流將消耗大量的電能。
5、調(diào)速質(zhì)量明顯提高，具有很高的調(diào)速精度和運行效率。頻調(diào)速后可以完全節(jié)約，并且在放下重物時，還可以將重物釋放的位能反饋給電源。
PLC控制的變頻調(diào)速在門式起重機拖動系統(tǒng)中的應(yīng)用（詳細(xì)介紹了PLC控制的門式起重機變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件構(gòu)成以及系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)）。
傳統(tǒng)門式起重機的電力拖動系統(tǒng)采用交流線繞轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串接電阻的方法進行起動和調(diào)速，繼電——接觸器控制，這種控制系統(tǒng)的主要缺點有：
1、 門式起重機工作條件惡劣，工作任務(wù)中，電動機以及所串聯(lián)電阻燒損和斷裂故障時有發(fā)生。
2、 繼電——接觸器控制系統(tǒng)可靠性差，操作復(fù)雜，故障率高。
3、 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，機械特性軟，負(fù)載變化時轉(zhuǎn)速也變化，調(diào)速不理想。所串電阻長期發(fā)熱，電能浪費大，效率低。要從根本上解決這些問題，只有徹底改變傳統(tǒng)的控制方式。
4、 近年來，隨著計算機技術(shù)和電力電子器件的迅猛發(fā)展，電氣傳動和自動控制領(lǐng)域也日新月異。其中，具有代表性的交流變頻裝置和可編程控制器獲得了廣泛的應(yīng)用，為PLC控制的變頻調(diào)速技術(shù)在門式起重機拖動系統(tǒng)中應(yīng)用提供了有利的條件。
門式起重機大車、小車、主鉤，副鉤電動機都需要獨立運行，大車為八臺電動機同時拖動，所以整個系統(tǒng)有十四臺電動機，4臺變頻器傳動，并由4臺PLC分別加以控制。
可編程控制器：完成系統(tǒng)邏輯控制部分控制電動機的正、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等控制信號進入PLC，PLC經(jīng)處理后，向變頻器發(fā)出起停、調(diào)速等信號，使電動機工作，是系統(tǒng)的核心。
變頻器：為電動機提供可變頻率的電源，實現(xiàn)電動機的調(diào)速。
制動電阻：起重機放下重物時，由于重力加速度的原因電動機將處于再生制動狀態(tài)，拖動系統(tǒng)的動能要反饋到變頻器直流電路中，使直流電壓不斷上升，甚至達(dá)到危險的地步。因此，必須將再生到直流電路里的能量消耗掉，使直流電壓保持在允許范圍內(nèi)。制動電阻就是用來消耗這部分能量的。
門式起重機大車、小車、副鉤、主鉤電動工作由各自的PLC控制，大車、小車、副鉤、主鉤電動機都運行在電動狀態(tài)，控制過程基本相似，變頻器與PLC之間控制關(guān)系在硬件組成以及軟件的實現(xiàn)基本相同，而主鉤電動機運行狀態(tài)處于電動、倒拉反接或再生制動狀態(tài)，變頻器與PLC之間控制關(guān)系在硬件組成以及軟件的實現(xiàn)稍有區(qū)別。
系統(tǒng)軟件設(shè)計：
要實現(xiàn)對變頻器的控制，必須對PLC進行編程，通過程序?qū)崿F(xiàn)PLC與變頻器信息交換的控制。編程的重要依據(jù)是系統(tǒng)的工作過程。
利用PLC控制的變頻調(diào)速技術(shù)，門式起重機拖動系統(tǒng)的各檔速度、加速時間和制動減速，將轉(zhuǎn)子繞組引出線短接，去掉電刷和集電環(huán)，節(jié)省更換電動機的費用。調(diào)速性能好。若是改造原有系統(tǒng)，大小車電動機仍可采用原有的繞線轉(zhuǎn)子異步電動機，時間都可以根據(jù)現(xiàn)場情況由變頻器設(shè)置，調(diào)整方便。負(fù)載變化時，各檔速度基本不變。
電器設(shè)備是起重機上比較復(fù)雜的部分，它在沖擊、震動與擺動的工況下作業(yè)，容易發(fā)生故障，特別在高溫、多灰塵、潮濕的環(huán)境下，更容易發(fā)生故障且可能引發(fā)事故。所以，對起重機電器部分應(yīng)進行安全檢查的主要項目如下：
1.檢查電動機的絕緣電阻是否在正常范圍內(nèi)，運行時有無異響、溫升是否正常；停機時檢查其滑環(huán)、電刷、導(dǎo)線接頭有無明顯的裂紋、磨損、松動和附著碳粉等；
2.檢查集電裝置、電源滑線有無變形磨損，張緊裝置是否正常，滑線與滑塊的接觸是否良好。由電纜來輸送電源的，還應(yīng)檢查電纜絕緣層有無老化，電纜導(dǎo)向裝置是否靈活及電纜收放是否靈活自如。
3.檢查電器元件及控制系統(tǒng)。 檢查各開關(guān)外殼有無破損，合閘時接觸部位壓力是否適當(dāng)，熔斷器的容量是否符合要求；接觸器主觸頭和輔助觸頭有無燒毛，接觸時觸頭間的壓力是否足夠，觸頭脫開是進否徹底；接觸器動靜鐵芯吸合面有無附著物，吸合時有無異響，滅弧罩是否完好；以及配電柜上各繼電器工作是否正常，各接線柱、接線螺絲是否緊固等。駕駛室里應(yīng)檢查各主令控制器各動作方向是否接正確，注意檢查有無零位保護，特別應(yīng)檢查操縱臺上是否設(shè)有緊急斷電開關(guān)，并確認(rèn)遇緊急情況確能有效切斷電源。同樣，要注意檢查力矩限制器、超載限制器和各行程保護裝置的靈敏可靠程度。
各位老師大家好 集裝箱龍門起重機 電氣控制部分指導(dǎo)老師 李斌老師答辯人 李江華 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 題目 集裝箱龍門起重機設(shè)計 電氣控制部分 題目內(nèi)容 要求設(shè)計一臺港口用軌道式集裝箱門式起重機 該起重機采用雙主梁 跨距40 5t 40m 兩端有效懸臂10m 可進行20 到40 國際標(biāo)準(zhǔn)集裝箱的裝卸 轉(zhuǎn)運及堆放等作業(yè) 課題任務(wù)要求 進行集裝箱門式起重機電氣控制部分和小車機器房部分的設(shè)計 電氣控制部分采用可編程控制器 PLC 控制 需畫出電氣原理圖和電氣布置 編寫PLC梯形圖程序 說明工作原理 設(shè)計起重機的機器房結(jié)構(gòu) 編寫設(shè)計說明書 第一章 軌道式集裝箱門式起重機 第二次世界大戰(zhàn)以后 在運輸業(yè)發(fā)生了一場技術(shù)革命 集裝箱運輸 六十年代中期集裝箱運輸受到世界各國的普遍重視 從而得到了迅速發(fā)展 以形成一個完整的體系 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織為集裝箱規(guī)定了統(tǒng)一的規(guī)格 重量 為發(fā)展集裝箱運輸 又出現(xiàn)了許多種類的裝卸機械 集裝箱龍門起重機就是其中的一種 本次設(shè)計的起重機為重慶寸灘港的軌道式集裝箱門式起重機 該起重機采用雙主梁 跨距40 5t 40m 兩端有效懸臂10m 可進行20 到40 國際標(biāo)準(zhǔn)集裝箱的裝卸 轉(zhuǎn)運及堆放等作業(yè) 進行集裝箱門式起重機電氣控制部分 說明書介紹了起重機的三大工作機構(gòu) 常用電氣設(shè)備和其電氣控制部分的設(shè)計 主要內(nèi)容是起重機的電氣設(shè)備和電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計 起重機械是一種對重物能同時完成垂直升降和水平移動的機械 在工業(yè)和民用建筑工程中 起重機械作為主要施工機械用于建筑構(gòu)件和材料在運輸過程的裝卸 并將構(gòu)件吊到設(shè)計位置進行安裝等 不僅解決了人力無法勝任的作業(yè) 而且能保證工程質(zhì)量 縮短工期 降低成本 成為極其重要的建筑施工機械 起重機械的分類 起重機械的種類很多 按使用的動力設(shè)備可分為內(nèi)燃機作動力和電動機作動力兩種 按起重機載荷率可分為輕型 中型 重型 特重型四類 按起重結(jié)構(gòu)可分為龍門式和臂架式兩類 按回轉(zhuǎn)臺的角度可分為全回轉(zhuǎn)式和非全回轉(zhuǎn)式 按行走機構(gòu)的構(gòu)造可分為固定式和移動式兩類 建筑施工中常用的為移動式起重機 包括 塔式起重機 汽車式起重機 輪胎式起重機 履帶式起重機 起重機械的主要性能參數(shù)包括 起重量 工作幅度 起重力矩 起升高度以及工作速度等 軌道式集裝箱門式起重機具有以下優(yōu)點 1 場地利用率更高 跨中一般可堆放8一l5列集裝箱加1個或多個車道 而標(biāo)準(zhǔn)的輪胎式集裝箱門式起重機跨中只能堆放6列集裝箱加1個車道 2 定位能力好 且可以提供最迅速和最有效的集裝箱存儲和檢索系統(tǒng) 易于實現(xiàn)堆場自動化 如果和自動搬運車或移箱輸送機等配合作業(yè) 可以達(dá)到很高的作業(yè)效率 3 各機構(gòu)的運行速度更高 作業(yè)效率更高 4 以電力為動力 無廢氣排放 噪聲低 環(huán)保性能好 主要技術(shù)性能參數(shù) 軌道式集裝箱門式起重機的主要技術(shù)參數(shù)有起重量 起升高度 跨距和伸距 工作速度以及工作類型等 一 起重量軌道式集裝箱門式起重機的起重量有3個指標(biāo) 即額定起重量 吊具下起重量 吊鉤下起重量 目前吊具下最大起重量超過50t 但大多為30 5 42t 二 起升高度起升高度有2種表述方法 即以 m 為單位的絕對起升高度和堆箱高度 起重機的起升高度大多在15m上下 目前最大的已超過20m 從堆箱高度上講 大多為堆3過4 堆4過5和堆5過6 目前最大的達(dá)到堆8過9 三 跨距和伸距軌道式集裝箱門式起重機的跨距目前最小為15m 最大超過60m 大多在25 35m之間 起重機的工作伸距一般不超過10m 在國外 軌道式集裝箱門式起重機廣泛用于內(nèi)河港口 兼做裝卸和堆場 在萊茵河兩岸的集裝箱碼頭廣泛采用這種機型 如曼海姆集裝箱碼頭 裝備有2臺軌道式集裝箱門式起重機 其中l(wèi)臺跨距為65m 外伸距為13m 另1臺跨距為65 5m 外伸距為14 5m 起重量均為35t 四 工作速度起重機的速度參數(shù)包括起升速度 小車運行速度和大車運行速度 隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展和技術(shù)水平的不斷提高 對起重機的速度要求也越來越高 起升速度 Kunz公司為漢堡港制造的6臺軌道式集裝箱門式起重機 起升速度達(dá)到80m min ZPMC等生產(chǎn)的軌道式集裝箱門式起重機起升速度滿載為40m min 空載為80m min 小車運行速度 Noell Kunz ZPMC 交通部水運所等單位研制的起重機小車運行速度都達(dá)到了120m min 國外目前最大已達(dá)到240m min 大車運行速度 Kunz生產(chǎn)的軌道式集裝箱門式起重機大車運行速度為l80m min 門吊的工作速度有三種 根據(jù)起重機用途和起重量的不同而不同 1 起升機構(gòu)的起升速度V起 它與超重量和生產(chǎn)率有關(guān) 通常起重量大而起升速度低生產(chǎn)率高 速度可以大些 一般不超過20米 分 2 起重小車走行速度V小車 般不超過50米 分 3 起重機大車走行速度V大車 般不超過120米 分 五 工作類型起重機工作類型是表明起重機工作的載荷變化和忙閑程度的參數(shù) 載荷變化程度是起重機的實際超重量與額定起重量之間的變化關(guān)系 有的起重機額定起重量很大 如幾十噸 但只是偶然起吊這樣重的貨物 經(jīng)常起吊的貨物重量僅是額定起重量的1 2或1 3 忙閑程度是指超重機工作時的長短 如有的一年內(nèi)要工作7000小時 有的工作4000小時 還有2000小時 1000小時不等 根據(jù)載荷變化程度和忙閑程度把超重機的工作類型分為四種類型 1 輕型 JC 15 2 中型 JC 25 3 重型 JC 40 4 特重型 JC 60 第2章門式起重機的三大工作機構(gòu) 門式起重機的三大工作機構(gòu) 機械傳動部分 由起升機構(gòu) 起重小車走行機構(gòu) 大車走行機構(gòu)等構(gòu)成 它們分別實現(xiàn)吊裝貨物的上下升降 左右 橫向 搬移和前后 縱向 搬運三個動作 構(gòu)成一個作業(yè)區(qū)域 起升機構(gòu) 起升機構(gòu)的主要形式 1 吊鉤門式起重機的起升機構(gòu)2 抓斗門式起重機的起升機構(gòu)3 電磁門式起重機的起升機構(gòu)和三用門式起重機的起升機構(gòu)4 兩用門式起重機的起升機構(gòu) 小車走行機構(gòu)大車走行機構(gòu) 第3章門式起重機的電氣設(shè)備及選用3 1概述 起重機的電氣部分是起重機必不可少的重要組成部分 電氣設(shè)備工作的好壞將直接影響起重機的性能 也就是說 一臺好的起重機必須要有好的電氣設(shè)備 為此 要求設(shè)計 制造部門能精心設(shè)計 認(rèn)真制造 才能造出好的電氣設(shè)備 造出好的起重機 但是 僅僅這樣還不夠 更重要的還要求我們能夠正確 合理地使用起重機和它的電氣設(shè)備 注意日常的維護保養(yǎng) 執(zhí)行計劃預(yù)修制度 經(jīng)常保持設(shè)備完好 才能保證正常運行 以滿足日益發(fā)展的生產(chǎn)需要 起重機負(fù)載的特點 軌道式集裝箱龍門起重機的機構(gòu)一般可分為運行和升降兩種 這兩種機構(gòu)的負(fù)載性質(zhì)是不同的 運行機構(gòu)的正 反兩個方向均屬阻力負(fù)載 對電動機來說在兩個方向都是電動狀態(tài) 需要發(fā)出驅(qū)動力矩來拖動機構(gòu)運轉(zhuǎn) 升降機構(gòu)兩方向的負(fù)載性質(zhì)不一樣 上升時為阻力負(fù)載 下降時有兩種情況 當(dāng)負(fù)載很輕 其重量克服不了機構(gòu)的摩擦阻力時 也是阻力負(fù)載 當(dāng)負(fù)載較大時則為動力負(fù)載 對電動機來說 上升和輕負(fù)載下降時是電動狀態(tài) 產(chǎn)生驅(qū)動力矩來拖動機構(gòu)運轉(zhuǎn) 重負(fù)載下降時 由重物拖動機構(gòu)向下運轉(zhuǎn) 電動機處于制動狀態(tài) 產(chǎn)生制動力矩來平衡由負(fù)載產(chǎn)生的驅(qū)動力矩 使重物以穩(wěn)定的速度下降 類似升降機構(gòu)的負(fù)載稱 位能負(fù)載 上升時由電動機驅(qū)動 將動能變?yōu)槲荒?下降時由重物驅(qū)動 將位能變?yōu)閯幽?在室外工作的起重機 由于風(fēng)力的存在 當(dāng)順風(fēng)運行時 有可能把運行機構(gòu)的阻力負(fù)載變成動力負(fù)載 此時由風(fēng)力驅(qū)動機構(gòu)運行 電動機處于制動狀態(tài) 起重機常用的下降制動方法 為了使下降的重物能獲得穩(wěn)定的運行速度 需要使電動機在制動狀態(tài)下運行 異步電動機常見的制動方法有再生發(fā)電制動 反接制動和單相制動三種 再生發(fā)電制動再生發(fā)電制動發(fā)生在由于外力的作用使異步電動機的轉(zhuǎn)速超過其同步轉(zhuǎn)速時 此時電動機的運行狀態(tài)象一個與電網(wǎng)并聯(lián)的異步發(fā)電機 將電能反饋給電網(wǎng) 這種制動方法常用于起升機構(gòu)下降重物時 其特點是轉(zhuǎn)速較快 且必須超過同步轉(zhuǎn)速 繞線型異步電動機應(yīng)用再生發(fā)電制動時 不能在轉(zhuǎn)子電路中串接電阻器 因串接電阻后 轉(zhuǎn)速將更快 過快的轉(zhuǎn)速將引起機構(gòu)的損壞 反接制動電動機被過重的負(fù)載倒拉 就會出現(xiàn)反接制動狀態(tài) 此時 電動機的轉(zhuǎn)子被迫逆著旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)速是負(fù)值 轉(zhuǎn)子中將產(chǎn)生比靜止時更高的感應(yīng)電動勢 為了限制轉(zhuǎn)子電流不致過大 需在轉(zhuǎn)子電路中串接足夠的電阻 反接制動時 電動機把下降負(fù)載的位能變換成電能 并于從電網(wǎng)吸取的電能一起變成熱能 消耗在轉(zhuǎn)子電阻里 這種制動方法常用于起升機構(gòu)下降較重負(fù)載時 其特點是機械特性較軟 單相制動把三相異步電動機的定子繞組接在單相電源上或把三相電源中的任何一相斷開 并在轉(zhuǎn)子電路中串接適當(dāng)?shù)碾娮?如此時電動機由下降的重物帶動旋轉(zhuǎn) 則電動機便進入單相制動狀態(tài)運行 下面簡要介紹電氣部分 一 電制與供電本機采用交流380V 50Hz三相四線制供電系統(tǒng) 動力回路380V 控制回路和照明回路為220V 安全電壓為24V 整機供電采用磁滯式電纜卷筒供電 左右卷放有效長度為150m 小車供電采用懸掛電纜小車式 二 電力拖動與控制本設(shè)備起升機構(gòu) 大 小車運行機構(gòu)全部采用變頻驅(qū)動裝置 控制系統(tǒng)采用三菱公司的FX系列PLC 故障診斷及顯示采用觸摸屏 三 操作 先解除行走錨定裝置 然后合上總隔離閘刀和總空氣開關(guān) 此時主配電板 MBD 和聯(lián)動臺 TQK 上合閘指示燈亮 再檢查三相電源情況 若正常可進行吊裝作業(yè) 1 大車運行機構(gòu) 使用1SA進行運行機構(gòu)的操作 左右各4個操作檔位 可實現(xiàn)平滑地勻加速或勻減速運動 當(dāng)該機構(gòu)從運動狀態(tài)到停止時 先斷電 延時5 6秒后自動抱閘 以減少整機制動時的沖擊和震動 2 小車運行機構(gòu) 該機構(gòu)操作手柄為3SA 設(shè)置前進和后退各四個檔位 可實現(xiàn)平滑地勻加速或勻減速運動 在兩腿外側(cè)懸臂端設(shè)置有慢速運行區(qū)域 當(dāng)小車從懸臂端向內(nèi)側(cè)運行時 不受上述限制 3 起升機構(gòu) 該機構(gòu)的操作手柄為2SA 起升和下降各四個操作檔位 可實現(xiàn)平滑地勻加速或勻減速運動 四 保護按照 起重機設(shè)計規(guī)范 和 起重機安全規(guī)程 的規(guī)定 整機設(shè)置有總的過流 短路 失壓 欠壓保護 并且在聯(lián)動臺和主電源柜上 機器房以及在下橫梁對角位置設(shè)有緊停按鈕 1 大車運行機構(gòu) 該機構(gòu)設(shè)置有零壓 零位 過流短路 正反向聯(lián)鎖 極限位置限位 電纜卷筒極限限位等保護 另外還設(shè)置有錨定聯(lián)鎖以及防護器頂松軌聯(lián)鎖等 2 小車運行機構(gòu) 該機構(gòu)設(shè)置有零位 零壓 過流和短路保護 以及正反向聯(lián)鎖 懸臂端限速和極限位置保護等 另外還設(shè)置有駕駛室通道口聯(lián)鎖開關(guān)和小車錨定裝置 3 起升機構(gòu) 該機構(gòu)設(shè)置有零位 零壓 過流短路保護 正反向聯(lián)鎖 上下預(yù)限位保護 極限位置保護和應(yīng)急限位保護以及超載保護等 4 本機在最高處設(shè)置有避雷裝置 五 信號 通訊和照明1 超負(fù)荷限制器在起升機構(gòu)吊重達(dá)到額定載荷的95 時 發(fā)出報警信號 在達(dá)到額定載荷的110 時 起升機構(gòu)斷電 只允許下降操作 2 大車運行時有間斷的聲光報警信號以提醒現(xiàn)場人員避讓 3 各機構(gòu)極限位置時產(chǎn)生報警信號 4 風(fēng)速超過額定值時產(chǎn)生報警信號 并停止整機工作 5 設(shè)置二部對講機以便起重機上下聯(lián)系 6 照明 本機在梁底部設(shè)置有8盞500W投光燈 在小車架底部設(shè)置有4盞500W投光燈作為工作照明 司機室 機器房 電氣房 樓梯走道都設(shè)置有足夠的照明設(shè)置和不同電壓等級的插座 在機器房配置有2臺軸流風(fēng)機 在電氣房配置有一臺軸流風(fēng)機以改善散熱條件 在司機室和機器房內(nèi)的電氣房各設(shè)置1部雙制式空調(diào) 另外還配備了2盞隔爆型手提檢修燈 可充電式 和必要的消防設(shè)備 3 2電動機 下面是電動機的簡要計算過程 1 運行阻力計算2 初選電動機3 起動時間與平均加速度驗算4 校核電動機的過載能力5 電動機發(fā)熱驗算 參見 最新起重機械設(shè)計 制造 安裝調(diào)試 維護新工藝 新技術(shù)與常用數(shù)據(jù)及質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)實用手冊 根據(jù)計算所得的數(shù)據(jù)和綜合考慮以上涉及的各種情況 成本 因此本設(shè)計選用三相交流繞線式異步電動機 型號為YZR315M2 10 兩臺 YZR160L 6 八臺 YZR180L 8 四臺 備注 大連伯頓電機廠 配強迫風(fēng)冷風(fēng)機 編碼器和超速開關(guān) 3 3控制電器 起重機常見的控制電器有開關(guān) 接觸器 凸輪控制器 主令控制器 繼電器和電阻器等 3 4變頻器的選擇 在電力拖動領(lǐng)域 解決好電動機的無級調(diào)速問題具有十分重要的意義 例如 1 可以大大提高工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的加工精度 工藝水平以及工作效率等 從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量 2 可以大大減少生產(chǎn)機械的體積和重量 從而減少金屬的用量 3 對于風(fēng)機和泵類負(fù)載 如采用調(diào)速的方法改變其流量 節(jié)電率可達(dá) 20 60 等等 舊時的起重機拖動系統(tǒng)如圖 電機的旋轉(zhuǎn)速度為什么能夠自由地改變 n 60f p 1 s n 電機的轉(zhuǎn)速f 電源頻率p 電機磁極對數(shù)s 電機的轉(zhuǎn)差率電機的轉(zhuǎn)速 60 秒 頻率 Hz 電機的磁極對數(shù) 電機的轉(zhuǎn)差率 電機旋轉(zhuǎn)速度單位 每分鐘旋轉(zhuǎn)次數(shù) rpm min也可表示為rpm 電機的旋轉(zhuǎn)速度同頻率成比例 同步電機的轉(zhuǎn)差矩為0 同步電機的轉(zhuǎn)速 60 秒 頻率 Hz 電機的磁極對數(shù)異步的轉(zhuǎn)速比同步電機的轉(zhuǎn)速低 例如 4極三相步電機60Hz時低于1 800 r min 4極三相異步電機50Hz時低于1 500 r min 本文中所指的電機為感應(yīng)式交流電機 在工業(yè)領(lǐng)域所使用的大部分電機均為此類型電機 感應(yīng)式交流電機 以后簡稱為電機 的旋轉(zhuǎn)速度近似地確決于電機的極對數(shù)和頻率 由電機的工作原理決定電機的磁極對數(shù)是固定不變的 由于電機的磁極對數(shù)1個磁極對數(shù)等于2極 電機的極數(shù)不是一個連續(xù)的數(shù)值 為2的倍數(shù) 例如極數(shù)為2 4 6 所以不適和改變該值來調(diào)整電機的速度 另外 頻率是電機供電電源的電信號 所以該值能夠在電機的外面調(diào)節(jié)后再供給電機 這樣電機的旋轉(zhuǎn)速度就可以被自由的控制 因此 以控制頻率為目的的變頻器 是做為電機調(diào)速設(shè)備的優(yōu)選設(shè)備 改變頻率和電壓是最優(yōu)的電機控制方法 如果僅改變頻率 電機將被燒壞 特別是當(dāng)頻率降低時 該問題就非常突出 為了防止電機燒毀事故的發(fā)生 變頻器在改變頻率的同時必須要同時改變電壓 例如 為了使電機的旋轉(zhuǎn)速度減半 變頻器的輸出頻率必須從60Hz改變到30Hz 這時變頻器的輸出電壓就必須從400V改變到約200V 如果要正確的使用變頻器 必須認(rèn)真地考慮散熱的問題 變頻器的故障率隨溫度升高而成指數(shù)的上升 使用壽命隨溫度升高而成指數(shù)的下降 環(huán)境溫度升高10度 變頻器使用壽命減半 矢量控制是怎樣使電機具有大的轉(zhuǎn)矩的 轉(zhuǎn)矩提升 此功能增加變頻器的輸出電壓 以使電機的輸出轉(zhuǎn)矩和電壓的平方成正比的關(guān)系增加 從而改善電機的輸出轉(zhuǎn)矩 改善電機低速輸出轉(zhuǎn)矩不足的技術(shù) 使用 矢量控制 可以使電機在低速 如 無速度傳感器時 1Hz 對4極電機 其轉(zhuǎn)速大約為30r min 時的輸出轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到電機在50Hz供電輸出的轉(zhuǎn)矩 最大約為額定轉(zhuǎn)矩的150 對于常規(guī)的V F控制 電機的電壓降隨著電機速度的降低而相對增加 這就導(dǎo)致由于勵磁不足 而使電機不能獲得足夠的旋轉(zhuǎn)力 為了補償這個不足 變頻器中需要通過提高電壓 來補償電機速度降低而引起的電壓降 變頻器的這個功能叫做 轉(zhuǎn)矩提升 轉(zhuǎn)矩提升功能是提高變頻器的輸出電壓 然而即使提高很多輸出電壓 電機轉(zhuǎn)矩并不能和其電流相對應(yīng)的提高 因為電機電流包含電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩分量和其它分量 如勵磁分量 矢量控制 把電機的電流值進行分配 從而確定產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電機電流分量和其它電流分量 如勵磁分量 的數(shù)值 矢量控制 可以通過對電機端的電壓降的響應(yīng) 進行優(yōu)化補償 在不增加電流的情況下 允許電機產(chǎn)出大的轉(zhuǎn)矩 此功能對改善電機低速時溫升也有效 變頻器制動的情況 制動的概念 指電能從電機側(cè)流到變頻器側(cè) 或供電電源側(cè) 這時電機的轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速 負(fù)載的能量分為動能和勢能 動能 由速度和重量確定其大小 隨著物體的運動而累積 當(dāng)動能減為零時 該事物就處在停止?fàn)顟B(tài) 機械抱閘裝置的方法是用制動裝置把物體動能轉(zhuǎn)換為摩擦和能消耗掉 對于變頻器 如果輸出頻率降低 電機轉(zhuǎn)速將跟隨頻率同樣降低 這時會產(chǎn)生制動過程 由制動產(chǎn)生的功率將返回到變頻器側(cè) 這些功率可以用電阻發(fā)熱消耗 在用于提升類負(fù)載 在下降時 能量 勢能 也要返回到變頻器 或電源 側(cè) 進行制動 這種操作方法被稱作 再生制動 而該方法可應(yīng)用于變頻器制動 在減速期間 產(chǎn)生的功率如果不通過熱消耗的方法消耗掉 而是把能量返回送到變頻器電源側(cè)的方法叫做 功率返回再生方法 在實際中 這種應(yīng)用需要 能量回饋單元 選件 3 5可編程序控制器 PLC 國際電工委員會通過的定義為 可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng) 專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的 它采用一類可編程的存儲器 用于其內(nèi)部存儲程序 執(zhí)行邏輯運算 順序控制 定時 計數(shù)與算術(shù)運算操作等面向用戶的指令 并通過數(shù)字或模擬式輸入 輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程 可編程控制器及其有關(guān)外部設(shè)備都按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體 易于擴充其功能的原則設(shè)計 傳統(tǒng)門式起重機的電力拖動系統(tǒng)采用交流線繞轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串接電阻的方法進行起動和調(diào)速 繼電 接觸器控制 這種控制系統(tǒng)的主要缺點有 門式起重機工作條件惡劣 工作任務(wù)中 電動機以及所串聯(lián)電阻燒損和斷裂故障時有發(fā)生 繼電 接觸器控制系統(tǒng)可靠性差 操作復(fù)雜 故障率高 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 機械特性軟 負(fù)載變化時轉(zhuǎn)速也變化 調(diào)速不理想 所串電阻長期發(fā)熱 電能浪費大 效率低 要從根本上解決這些問題 只有徹底改變傳統(tǒng)的控制方式 近年來 隨著計算機技術(shù)和電力電子器件的迅猛發(fā)展 電氣傳動和自動控制領(lǐng)域也日新月異 其中 具有代表性的交流變頻裝置和可編程控制器獲得了廣泛的應(yīng)用 為PLC控制的變頻調(diào)速技術(shù)在橋式起重機拖動系統(tǒng)中應(yīng)用提供了有利的條件 PLC控制的門式起重機變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖 變頻器 為電動機提供可變頻率的電源 實現(xiàn)電動機的調(diào)速 制動電阻 起重機放下重物時 由于重力加速度的原因電動機將處于再生制動狀態(tài) 拖動系統(tǒng)的動能要反饋到變頻器直流電路中 使直流電壓不斷上升 甚至達(dá)到危險的地步 因此 必須將再生到直流電路里的能量消耗掉 使直流電壓保持在允許范圍內(nèi) 制動電阻就是用來消耗這部分能量的 控制小車電動機的變頻器與PLC控制原理圖 門式起重機小車電動機的工作過程 在駕駛室內(nèi)及橫梁欄桿門關(guān)好后 位置開關(guān)SQa SQb SQc閉合 緊急開關(guān)SB2等符合要求的情況下 速度選擇開關(guān)置于零位 按下起動按鈕SB1 接觸器KM通電吸合 三相電源接通 當(dāng)速度選擇開關(guān)置于正轉(zhuǎn)速度1時 將三相交流電和電動機接通 1檔速度起動 速度選擇開關(guān)置于正轉(zhuǎn)速度2時 2檔速度運行 一般橋式起重機正反向均有5檔速度 其余與此類似 速度選擇開關(guān)置于零位或由于停電 電動機停止運行 為防止因停電 變頻器跳閘等使拖動負(fù)載快速下降出現(xiàn)危險 乃設(shè)置有機械制動裝置 當(dāng)發(fā)生緊急情況時 可立即拉開緊急開關(guān)SB2 一方面機械制動將所有電動機制動 另一方面將變頻器緊急停機控制端EMS接通 變頻器將使電動機迅速停機 當(dāng)電動機過載時 可使熱繼電器的觸點FR接通變頻器的外接保護控制端 使變頻器停止工作 位置開關(guān)SQ1和SQ2裝在小車兩頭 當(dāng)小車行走到終端時 兩端各有擋塊 撞上位置開關(guān) 切斷小車電路 小車電動機停車并制動 變頻器因發(fā)生故障而跳閘后 當(dāng)故障已被排除 可以重新起動時 按下復(fù)位按鈕SB 接通復(fù)位控制端RST 使變頻器恢復(fù)到運行狀態(tài) 控制小車電動機的變頻器輸入控制端的安排 一般門式起重機有五檔速度 所以3個外接開關(guān)K3 K4 K5來控制速度信號 達(dá)到調(diào)節(jié)速度的目的 實際可達(dá)八檔速度 外接開關(guān)狀態(tài)與速度的對應(yīng)關(guān)系如下表所示 用戶可自由設(shè)定與每檔速度對應(yīng)的頻率大小 小車電動機的梯形圖程序 3 6電器保護裝置及選用 保護箱電氣設(shè)備保護電器熱繼電器 它是一種防止電動機在實際工作中 電動機常會遇到短時間的過載 不超過允許溫升時 這種過載沒有什么妨害 當(dāng)過載時間過長 可能超過允許溫升 將會加快電動機繞組絕緣老化速度 縮短使用壽命 由于過載程度不同 電動機達(dá)到允許溫升的時間也不同 為了充分發(fā)揮電動機的潛力 統(tǒng)允許短時間過載 又不致長時間過熱 熱繼電器可滿足隨過載程度而改變動作時間的保護電器行程限位開關(guān)和安全開關(guān) 3 7導(dǎo)電裝置以及電氣電路 吊在工作過程中大車 小車需要隨時移動 因此當(dāng)由固定電源供電時 必須利用一套輔助電器或設(shè)備將電流從電力網(wǎng)中引入各工作機構(gòu) 這些輔助電器或設(shè)備稱為導(dǎo)電裝置 導(dǎo)電裝置有兩種類型 一種是活動觸頭 適用于平移機構(gòu) 由未絕緣的固定導(dǎo)線 稱為硬滑線 和活動觸頭構(gòu)成 如用于回轉(zhuǎn)機構(gòu)時 采用環(huán)形集電器 另一種是軟導(dǎo)線 即用電纜線供電 硬滑線的材料多數(shù)為角鋼滑線和圓鋼滑線 其優(yōu)點是節(jié)省有色金屬 機械強度底 缺點是重量大 附件多 維護檢修不方便 以及容易銹蝕引起導(dǎo)電不良 有時也可采用裸銅線 露天工作的起重機 冬天被冰雪覆蓋易使電源斷路 不能工作 當(dāng)門吊的走行距離較長時 多數(shù)采用硬滑線 短距離時或小車的導(dǎo)電裝置一船采用電纜供電 尤其是寒冷地宜采用電纜供電 它具有安全可靠和重量輕的優(yōu)點 電氣電路見圖紙 3 8起重機控制站 起重機控制站與主令控制器配合使用 控制電動機的運轉(zhuǎn) 起重機的控制站分為 起重機交流控制站 控制繞線式電動機 起重機直流控制站 控制直流串激式電動機 起重機交流控制站有交流控制回路和直流控制回路兩種 兩者主回路相似 而直流控制回路的接觸器 繼電器 制動器 操作元件等均改用直流磁系統(tǒng)元件 提高了可靠性 起重機控制站的技術(shù)規(guī)格見 實用起重機手冊 和 最新起重機械設(shè)計 制造 安裝調(diào)試 維護新工藝 新技術(shù)與常用數(shù)據(jù)及質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)實用手冊 本設(shè)計選用PQK1 4Z 3 9電氣設(shè)備的維護與檢修 定期檢修的目的是防止接地不良 磨損或碰傷而發(fā)生的意外錯誤動作 保證起重機運行的準(zhǔn)確性和可靠性 有以下幾種檢修制度 1 日檢修2 雙周檢修3 月檢修4 年檢修 或大修 3 10機房結(jié)構(gòu)概述 本起重機電氣房分兩部分均采用彩鋼夾層板拼接結(jié)構(gòu) 一在小車機房內(nèi) 另一部分置于剛腿上主梁側(cè)部 主要放置大車電氣柜 控制屏等 另外配有工具箱等 本設(shè)計采用常州市勛業(yè)機械設(shè)備有限公司生產(chǎn)的電氣機器房 如下圖所示 結(jié)束 謝謝