PLC在橋式起重機(天車)中的應用

1、 畢業(yè)設(shè)計目錄前言4第一章 plc在橋式起重機（天車）中應用的前景 1.1 plc發(fā)展前景 7 1.2 plc控制橋式起重機(天車)改造的優(yōu)缺點8第二章20/5t橋式起重機常用電器 2.1 常用低壓電器設(shè)備的選擇10 2.2 刀開關(guān)和組合開關(guān)112.3 熔斷器112.4 低壓斷路器122.5 按鈕 122.6接觸器132.7 熱繼電器13第三章 20/5t橋式起重機參數(shù)，組成 3.1 20/5t橋式起重機基本參數(shù)143.8 2 20/5t橋式起重機變頻調(diào)速系統(tǒng)主要輔件電動機容量選用18 3.9 3 20/5t橋式起重機變頻調(diào)速系統(tǒng)電動機容量電阻器和頻敏變阻器選用20 2.10 20/5t橋式起

2、重機變頻調(diào)速系統(tǒng)變頻器容量選用 3.4 電阻器和頻敏變阻器制動裝置選用21 3.6 20/5t橋式起重機的起重小車 22第四章 20/5t橋式起重機機械設(shè)備4.1 電磁鐵20/5t橋式起重機橋架及運行機構(gòu)254.2 20/5t橋式起重機的車輪選擇264.3 20/5t橋式起重機的抓斗274.5 20/5t橋式起重機的鋼絲選擇27第五章 凸輪控制器，變頻器5.1 凸輪控制器29 5.2 變頻器30第六章 plc的選型,控制梯形圖 6.1 plc選型32 6.2 plci/o點分配控制程序及梯形圖33第七章20/5t橋式起重機電氣控制線路 7.1 20/5t橋式起重機工作原理橋式起重機的電氣控制要

3、求38 7.220/5t橋式起重機主令控制器通斷表 39 7.3 2 0/5t橋式起重機電氣控制裝置的安裝要點40第八章 起重機數(shù)字化控制系統(tǒng)的簡述結(jié)束語42參考文獻42 前言橋式起重機是橋架在高架軌道上運行的一種橋架型起重機，又稱天車。橋式起重機的橋架沿鋪設(shè)在兩側(cè)高架上的軌道縱向運行，起重小車沿鋪設(shè)在橋架上的軌道橫向運行，構(gòu)成一矩形的工作范圍，就可以充分利用橋架下面的空間吊運物料，不受地面設(shè)備的阻礙。橋式起重機廣泛地應用在室內(nèi)外倉庫、廠房、碼頭和露天貯料場等處。橋式起重機可分為普通橋式起重機、簡易粱橋式起重機和冶金專用橋式起重機三種。 普通橋式起重機一般由起重小車、橋架運行機構(gòu)、橋架金屬結(jié)構(gòu)

4、組成。起重小車又由起升機構(gòu)、小車運行機構(gòu)和小車架三部分組成。起升機構(gòu)包括電動機、制動器、減速器、卷筒和滑輪組。電動機通過減速器，帶動卷筒轉(zhuǎn)動，使鋼絲繩繞上卷筒或從卷筒放下，以升降重物。小車架是支托和安裝起升機構(gòu)和小車運行機構(gòu)等部件的機架，通常為焊接結(jié)構(gòu)。起重機運行機構(gòu)的驅(qū)動方式可分為兩大類：一類為集中驅(qū)動，即用一臺電動機帶動長傳動軸驅(qū)動兩邊的主動車輪；另一類為分別驅(qū)動、即兩邊的主動車輪各用一臺電動機驅(qū)動。中、小型橋式起重機較多采用制動器、減速器和電動機組合成一體的“三合一”驅(qū)動方式，大起重量的普通橋式起重機為便于安裝和調(diào)整，驅(qū)動裝置常采用萬向聯(lián)軸器。起重機運行機構(gòu)一般只用四個主動和從動車輪，如

5、果起重量很大，常用增加車輪的辦法來降低輪壓。當車輪超過四個時，必須采用鉸接均衡車架裝置，使起重機的載荷均勻地分布在各車輪上。橋架的金屬結(jié)構(gòu)由主粱和端粱組成，分為單主粱橋架和雙粱橋架兩類。單主粱橋架由單根主粱和位于跨度兩邊的端粱組成，雙粱橋架由兩根主粱和端粱組成。主粱與端粱剛性連接，端粱兩端裝有車輪，用以支承橋架在高架上運行。主粱上焊有軌道，供起重小車運行。橋架主粱的結(jié)構(gòu)類型較多比較典型的有箱形結(jié)構(gòu)、四桁架結(jié)構(gòu)和空腹桁架結(jié)構(gòu)。箱形結(jié)構(gòu)又可分為正軌箱形雙粱、偏軌箱形雙粱、偏軌箱形單主粱等幾種。正軌箱形雙粱是廣泛采用的一種基本形式，主粱由上、下翼緣板和兩側(cè)的垂直腹板組成，小車鋼軌布置在上翼緣板的中心

6、線上，它的結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，適于成批生產(chǎn)，但自重較大。偏軌箱形雙粱和偏軌箱形單主粱的截面都是由上、下翼緣板和不等厚的主副腹板組成，小車鋼軌布置在主腹板上方，箱體內(nèi)的短加勁板可以省去，其中偏軌箱形單主粱是由一根寬翼緣箱形主粱代替兩根主粱，自重較小，但制造較復雜。四桁架式結(jié)構(gòu)由四片平面桁架組合成封閉型空間結(jié)構(gòu)，在上水平桁架表面一般鋪有走臺板，自重輕，剛度大，但與其他結(jié)構(gòu)相比，外形尺寸大，制造較復雜，疲勞強度較低，已較少生產(chǎn)?？崭硅旒芙Y(jié)構(gòu)類似偏軌箱形主粱，由四片鋼板組成一封閉結(jié)構(gòu)，除主腹板為實腹工字形粱外，其余三片鋼板上按照設(shè)計要求切割成許多窗口，形成一個無斜桿的空腹桁架，在上、下水平桁架表面鋪有

7、走臺板，起重機運行機構(gòu)及電氣設(shè)備裝在橋架內(nèi)部，自重較輕，整體剛度大，這在中國是較為廣泛采用的一種型式。普通橋式起重機主要采用電力驅(qū)動，一般是在司機室內(nèi)操縱，也有遠距離控制的。起重量可達五百噸，跨度可達60米。簡易梁橋式起重機又稱粱式起重機，其結(jié)構(gòu)組成與普通橋式起重機類似，起重量、跨度和工作速度均較小。橋架主粱是由工字鋼或其他型鋼和板鋼組成的簡單截面粱，用手拉葫蘆或電動葫蘆配上簡易小車作為起重小車，小車一般在工字粱的下翼緣上運行。橋架可以沿高架上的軌道運行，也可沿懸吊在高架下面的軌道運行，這種起重機稱為懸掛粱式起重機。冶金專用橋式起重機在鋼鐵生產(chǎn)過程中可參與特定的工藝操作，其基本結(jié)構(gòu)與普通橋式起

8、重機相似，但在起重小車上還裝有特殊的工作機構(gòu)或裝置。這種起重機的工作特點是使用頻繁、條件惡劣，工作級別較高。主要有五種類型。鑄造起重機：供吊運鐵水注入混鐵爐、煉鋼爐和吊運鋼水注入連續(xù)鑄錠設(shè)備或鋼錠模等用。主小車吊運盛桶，副小車進行翻轉(zhuǎn)盛桶等輔助工作。 夾鉗起重機：利用夾鉗將高溫鋼錠垂直地吊運到深坑均熱爐中，或把它取出放到運錠車上。脫錠起重機：用以把鋼錠從鋼錠模中強制脫出。小車上有專門的脫錠裝置，脫錠方式根據(jù)錠模的形狀而定：有的脫錠起重機用項桿壓住鋼錠，用大鉗提起錠模；有的用大鉗壓住錠模，用小鉗提起鋼錠。加料起重機：用以將爐料加到平爐中。主小車的立柱下端裝有挑桿，用以挑動料箱并將它送入爐內(nèi)。主柱

9、可繞垂直軸回轉(zhuǎn)，挑桿可上下擺動和回轉(zhuǎn)。副小車用于修爐等輔助作業(yè)。鍛造起重機：用以與水壓機配合鍛造大型工件。主小車吊鉤上懸掛特殊翻料器，用以支持和翻轉(zhuǎn)工件；副小車用來抬起工件。第一章 plc在橋式起重機（天車）中應用的前景1.1 plc發(fā)展前景1 隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，plc、變頻器在工廠設(shè)備改造中得到了廣泛應用。橋式起重機由于工作環(huán)境比較惡劣，而且重載下頻繁起動、制動、反轉(zhuǎn)、變速等操作，還要求有一定的調(diào)速范圍，所以傳統(tǒng)的繼電控制和串電阻調(diào)速已呈現(xiàn)出許多的缺點，對這一類生產(chǎn)機械的改造已十分必要。 2 原設(shè)備的基本情況 某玻璃廠備煤車間的抓斗式橋式吊車用于裝煤，玻璃的放場，將玻璃從地面抓放到停放在

10、附近的列車上。橋式吊車電氣傳動共有大車電機2臺，小車電機1臺，抓斗電機1臺，抓斗提升電機1臺，均為繞線式交流電動機，采用轉(zhuǎn)子串電阻的方法啟動和調(diào)速。由于工作環(huán)境惡劣，粉塵和有害氣體對電機滑環(huán)、碳刷及21個接觸器腐蝕較大，加上任務重，操作程序難以保證，沖擊電流大，觸頭消蝕嚴重，碳刷冒火，電機及轉(zhuǎn)子繞組所串電阻燒損、斷裂故障時有發(fā)生，平均每月發(fā)生較大的故障2.5次，對生產(chǎn)影響較大.轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，機械特性軟，負載變化時，轉(zhuǎn)速也變化，調(diào)速效果差，所串電阻長期發(fā)熱，電能浪費大，效率低，因此要從根本上解決橋式吊車故障率高的問題，只有利用plc作為控制裝置以及徹底改變繞線式電機串電阻調(diào)速方式。 1.2 p

11、lc控制橋式起重機(天車)改造的優(yōu)缺點1 plc改造后的情況在現(xiàn)代工業(yè)控制中，plc由于具有可靠性高，抗干擾能力強，適應性強，應用靈活，編程方便，易于使用，控制系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試、維修方便，維修工作量少等一系列的優(yōu)點而得到了廣泛的應用，由于本系統(tǒng)主要是一些邏輯控制，所以以plc作為控制核心，整個系統(tǒng)的輸入26點，輸出點27點，可選用三菱fx2n-64mr，該型號是px系列中功能最強速度最快的plc，它有32個輸入點，32個輸出 點，內(nèi)置用戶存儲器為8k步，系統(tǒng)的組成原理圖對于橋式吊車抓斗的開合、提升、大車、小車電機分別用四臺frnic5000g7型變頻器拖動；對抓斗的開合電機、提升電機由原來

12、45kw的繞線式電機改為30kw鼠籠型電機，大車小車的配用電機不變，但將轉(zhuǎn)達子繞組引出線短路，去掉碳刷和滑環(huán)；為使工作安全和可靠，防止因停電、變頻器跳閘或制動單元失靈而導致起吊物下砸出現(xiàn)危險，原有機械抱閘制動裝置仍保留。 2 調(diào)速系統(tǒng)的工作情況 橋吊中電機所帶負載都為恒轉(zhuǎn)矩負載，抓斗開合、大車、小車電機都運行在1、3象限，均為電動狀態(tài)，抓斗提升電機可運行在1、3、4象限，采用變頻調(diào)速，機械特變硬，當負載轉(zhuǎn)矩變化時，電機轉(zhuǎn)速基本不變。 橋式吊車的速度調(diào)節(jié)可利用變頻器的多級頻率選擇功能，將fwd、cm接通則正轉(zhuǎn)，rev、cm接通則反轉(zhuǎn)，將x1、cm，x2、cm，x3、cm三對端子分別接通，或其中兩

13、對或三對同時接通，可得7種頻率，從而可方便地得到橋吊所要求的正反兩個方向各6種速度。 應現(xiàn)場工作人員的要求，為照顧操作習慣，橋吊的轉(zhuǎn)速控制仍采用原來的主令控制器和凸輪控制器。利用主令控制器的五對觸頭，來得到變頻器輸出的6種轉(zhuǎn)速。電機 加減速的時間可以通過變頻器的設(shè)定來進行改變。 3從改造后運行來看，取得的效果非常明顯。主要表現(xiàn)為：1）橋式起重機的啟動、制動、加速、減速等過程更加平穩(wěn)快速，定位更加準確，減少了負載波動，安全性大幅提高。2）系統(tǒng)運行的開關(guān)器件實現(xiàn)了無觸點化，具有半永久性的壽命。3）由于電動機啟動電流限制得較小，頻繁啟動和停止時電動機熱耗減少，壽命延長。4）電磁制動器在低速時動作,其

14、閘皮的磨損很小，使用壽命延長。5）降低了對電網(wǎng)的沖擊。6）節(jié)約能源，變頻調(diào)速的啟動、制動、加速、減速等過程中，電機運行電流小。以本案來講，節(jié)能可達30%左右。該項目投資總費用為15 萬元，改造完畢，投入運行。經(jīng)同期對比，在生產(chǎn)工況相同的情況下，改造后的電耗和維修費用比改造前每月下降約6 000元，2年左右的時間就可收回投資。 第二章20/5t橋式起重機常用電器，電機及選用 2.1 常用低壓電器 正確地選擇電氣設(shè)備對供電的可靠性，安全性，經(jīng)濟性都有重要的意義。首先，應根據(jù)使用環(huán)境選擇電氣設(shè)備的類型，是所選電氣設(shè)備與環(huán)境條件相適應；其次，按電路的實際工作條件選擇和校驗電氣設(shè)備的技術(shù)參數(shù)，以保證電力

15、系統(tǒng)在正常時和發(fā)生故障時，電氣設(shè)備均能安全,可靠地工作。選擇電氣設(shè)備時應盡量選擇國產(chǎn)先進設(shè)備，并注意在技術(shù)合理的條件下盡量節(jié)約投資。不同的電氣設(shè)備在選擇時考慮的條件也不盡相同，下面簡紹選擇電氣設(shè)備的一般原則。一，按使用環(huán)境選擇電氣設(shè)備的類型為了適應不同的裝設(shè)地點，電氣設(shè)備分為戶內(nèi)式和戶外式；按照不同的工作環(huán)境又分為普通型，防污型，濕熱型，高原型和礦用型等。礦用型又分為礦用一般型和礦用防爆型。礦用防爆型又分為增安型，隔爆型，本質(zhì)安全型等。此外，還有其他一些分類方法。選擇時，應首先根據(jù)電氣設(shè)備的工作環(huán)境條件選擇出合適的型號。二，按正常工作參數(shù)選擇選擇電氣設(shè)備（一）根據(jù)額定電壓選擇所選電氣設(shè)備的額定

16、電壓應不低于所在電網(wǎng)的額定電壓，或電氣設(shè)備的最高允許工作電壓(1.11.15un)應不低于所在電網(wǎng)的最高電壓，即 unuwn （1.11.5）unuwn（二）根據(jù)額定電流選擇電氣設(shè)備的額定電流應不小于通過他的最大負荷電流，即 ini30 三，按短路條件校顏電氣設(shè)備（一）開關(guān)電器斷流能力的校驗（二）電氣設(shè)備的短路穩(wěn)定性校驗2.2刀開關(guān)和組合開關(guān)1. 普通刀開關(guān)（開啟式負荷開關(guān)）普通刀開關(guān)是是一種簡單手動的控制電器，它由操作手柄，靜動觸頭，進出線座和絕緣底板等組成。推動手柄，是動觸頭緊緊的插入靜觸頭中，電路就被接通。其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，價格便宜。因不設(shè)專門的滅弧裝置，所以不宜分段負載電流，不宜頻

17、繁操作。它適用于照明，電熱設(shè)備及小容量的電動機控制線路中。 2.組合開關(guān)組合開關(guān)又稱轉(zhuǎn)換開關(guān)，實質(zhì)上也是一種刀開關(guān)，不過它的刀片是轉(zhuǎn)動式的。它由裝在同一根軸上的單個或多個單級旋轉(zhuǎn)開關(guān)疊裝在一起組成的，有單極，雙極，三極結(jié)構(gòu)，根據(jù)動觸片和靜觸片的不同組合，有許多接線方式。2.3 熔斷器 熔斷器是最常用的短路保護電器，串聯(lián)在被保護的電路中。熔斷器中的熔片或熔絲統(tǒng)稱熔體，一般有電阻率較大而熔點較低的合金制成，在電流較大的電路中也有用細銅絲制成的。線路在正常工作時，熔斷器的熔體不熔斷，一旦發(fā)生短路，熔體應立即熔斷，及時切斷電源，已達到保護線路和電氣設(shè)備的目的。 2.4 低壓斷路器低壓斷路器原來叫自動空

18、氣斷路器，簡稱斷路器。這是低壓配電網(wǎng)絡(luò)電力拖動系統(tǒng)中常用的一種配電電器，它集控制和多種保護功能于一體，在正常情況下可用于不頻繁地接通和斷開電路以及控制電機的運行。當電路中發(fā)生短路，過載和失壓等故障時，它能自動切換故障電路和電器設(shè)備。低壓斷路器主要由動觸頭，靜觸頭，滅弧裝置，操作機構(gòu)，熱脫扣器，電磁脫扣器及外殼等部分組成的。其結(jié)構(gòu)符號如下：在設(shè)計過程中會用到：單p 10 a ，12a ,主要用于控制回路電源控制 雙p 12a , 24a, 32a ,63a 3p 32a , 63a斷路器：16a , 32a , 63a, 80a, 100a, 125a, 160a, 200a .主要用于主回路電

19、源的控制 2.5 按鈕. 按鈕是一種具有用人體的一部分（一般為手指或手掌）施加力而操作的操動器，并能夠儲能復位的控制開關(guān)，按鈕的觸頭允許通過的電流較小，一般不超過5a，因此一般情況下它不直接控制主電路的通斷，而是在控制電路中發(fā)出指令或信號去控制接觸器，繼電器等電器，在由他們?nèi)タ刂浦鲾嗦返耐〝?，功能轉(zhuǎn)換或電氣聯(lián)鎖。 按鈕主要用于控制桌面來控制電器：有啟動按鈕，停止按鈕設(shè)計需要2.6接觸器 接觸器的結(jié)構(gòu)：電磁系統(tǒng)，觸頭系統(tǒng)，滅弧裝置及輔助部件組成。 選用條件：（1） 選擇接觸器主觸頭的額定電壓 接觸器主觸頭的額定電壓應大于或等于控制線路的額定電壓。 (2 ) 選擇接觸器主觸頭的額定電流（3）選擇接

20、觸器吸引線圈電壓 當控制線路簡單，使用電器較少時，為節(jié)省變壓器，可直接選用380v和220v的電壓，當線路復雜，使用電器超過5小時，從人生和設(shè)備安全角度考慮，吸引線圈的電壓要低一些，可用36v或110v電壓的線圈。（4）選擇接觸器的觸頭數(shù)量及類型設(shè)計過程中考慮到線路的精簡及接觸器的更換統(tǒng)一選擇吸引線圈的電壓為220v，設(shè)計需要 2.7熱繼電器 熱繼電器是利用流過繼電器的電流所產(chǎn)生的熱效應而反時限動作的繼電器。所謂反時限動作，是指繼電器的延時動作時間隨通過電路電流的增加而縮短，熱繼電器主要用于電動機的過載保護，斷相保護電流不平衡運行的保護及其他電氣設(shè)備發(fā)熱狀態(tài)的控制。熱繼電器的選用：一般情況下，

21、熱元件的鎮(zhèn)定電流為電動機額定電流的0.95 1.05倍設(shè)計需要第三章 20/5t橋式起重機參數(shù)，組成 3.1 20/5t橋式起重機基本參數(shù) 橋式起重機（天車）早已系列化和標準化。其統(tǒng)一參數(shù)如下;1. 質(zhì)量和載荷參數(shù)：起重量g，有效起重量gp，額定起重量gn，總起重量gt，最大起重量gmax，起重力矩m，起重傾覆力矩ma，起重機總質(zhì)量go ，輪壓p 2. 起重機尺寸參數(shù)：幅度l，最大幅度lmax，最小幅度lmin，懸臂有效伸縮距l(xiāng)，起升高度h，下降深度h，起升范圍d，起重臂長度lb，起重機傾角 3. 運動速度參數(shù)：起升（下降）速度vn，微速下降速度vm，回轉(zhuǎn)速度，起重機(大車)運行速度vk，小車

22、運行速度vt，變幅速度vr 4. 與起重機運行線路有關(guān)的參數(shù)：跨度s 5. 一般性能參數(shù)：工作級別，機構(gòu)工作級別6. 跨度指橋式起重機運行軌道中心線之間的水平距離，單位為m，橋式起重機的小車運行軌道中心線之間的距離稱為小車的軌距，地面有軌運行的臂架式起重機的運行軌道中心線之間的距離稱為該起重機的軌距。 通用橋式起重機技術(shù)參數(shù)表(1) 起重量t 跨度m 起升高度m 速度m/min 重量t 最大輪壓kn 薦用軌道主鉤副鉤主鉤副鉤起升運行小車起重機主鉤副鉤小車起重機802013-3120225.5/1.87.8/2.643.6903284-11730-37qu801003213-3120225.6/

23、1.99.3/3.143.6904195-13035.5-44qu1001003213-3130325.6/1.99.3/3.143.6904595-13536.5-45qu1001253213-3120324.3/1.49.3/3.143.6704290-14041-51qu1001253213-3130324.3/1.49.3/3.143.6704695-14529-54qu1001605013-3130323.7/1.27.2/2.429.36164110-18651-33qu1002005013-3122262.8/0.97.2/2.429.345.267135-19532-39qu1

24、002005013-3132323.1/1.07.2/2.429.345.275143-20333-40qu1002505013-3128322.3/0.87.2/2.429.345.279148-21237-46qu120起升及運行速度欄內(nèi)后一速度為下降調(diào)速后之速度工作級別均為a5電源ac,380v,50hz通用橋式起重機技術(shù)參數(shù)表(2) 起重量t小車起重量t跨度m起升高度m速度m/min重量t最大輪壓kn薦用軋道主鉤副鉤主鉤副鉤起升運行一號小車二號小車起重機主鉤副鉤小車起重機200200503332323.139.832842.87267290480qu100400250503328322

25、.329.832837.576.576.5430760qu120400300803432333.039.226.237.5126.3105490770qu120工作級別均為a5；電源ac, 380v,50hz1. 起重量和工作級別20/5t橋式起重機的起重量和工作級別見下表 取物裝置 起重量系列t工作級別吊鉤單小車3.2，4，6.3，8，10，12.5，16，20，25，32，40，50，63，80，100，125，160，200，250，a1 a6雙小車2.5+2.5,3.2+3.2,4+4,5+5，6.3+6.3，8+8，10+10，12.5+12.5，16+16，20+20，25+25，

26、32+32，40+40，50+50，63+63，80+80，100+100，125+125，a4 a6抓斗3.2，4，5，6.3，8，10，12.5，16，20，25，32，40，50，a5 a7 電磁吸盤5,6.3,8,10,12.5,16,20,25,32,40,50, 注：1. 當設(shè)有主、副鉤時，其匹配關(guān)系為3：15：1，并用分子分母形式表示，如：8020：5010等。 2二用、三用的起重量根據(jù)用戶需要進行匹配。 表中16t以上的起重機有主副兩套起升機構(gòu)，副勾起重量一般為主鉤起重量的1/31/5.起重量用分數(shù)形式表示，分子為主鉤起重量，分母為副勾起重量。2. 跨度我國生產(chǎn)的橋式起重機標準

27、跨度在10.531.5m之間（每3m一個間距），在選用時要注意，建筑物（廠房）跨度與起重機跨度應符合下表要求：起重量gnt建筑物跨度定位曲線l9121518212427303336 跨度 s50無通道7.510.513.516.519.522.525.528.531.534.5有通道7101316192225283134631251619222528313416025015.518.521.524.527.530.533.5 注：有無通道，系指建筑物上沿著起重機運行線路是否留有人行安全通道。 3. 起升高度 小噸位起重機起升高度一般有6m, 8m，10m，12m，14m，16m，等規(guī)格供選擇，

28、大噸位起升高度一般在24m以下。 4. 工作速度 國產(chǎn)起重機系列的速度范圍 主鉤起升速度 中小噸位 1.616m/min 大噸位 0.6310m/min 小車運行速度 1063m/min 大車運行速度 20125m/min 3.8 2 20/5t橋式起重機變頻調(diào)速系統(tǒng)主要輔件電動機容量選用   電機的選擇：    起重機提升和運行機構(gòu)的調(diào)速比一般不大于1:20，且為斷續(xù)工作制，通常接電持續(xù)在60%以上，負載多為大慣量系統(tǒng)。嚴格意義上的變頻電機，轉(zhuǎn)動慣量較小，響應速度較快，可工作在比額定轉(zhuǎn)速高出很多的工況條件下，這些特性均非起重機的特定要求。普通電機與變頻電機在不連

29、續(xù)工作狀態(tài)下特性基本一致；在連續(xù)工作時考慮到冷卻效果限制了普通電機轉(zhuǎn)矩應用值，普通電機僅在連續(xù)工作時的變頻驅(qū)動特性比變頻電機稍差。    普通變頻器在調(diào)度比為1:20的范圍內(nèi)確保起重機上普通電機有150的過載力矩值。此外起重機電機多用于大慣量短時工作制，通常不工作時間大于或略小于工作時間。電機在起動過程中可承受2.5倍額定電流值，因此高頻引起的1.1倍電流值可不予考慮。但若電機要求在整個工作周期內(nèi)在大于1:4的速比下持續(xù)運行則必須采用風冷式電機。    作為提升機構(gòu)的電機選用適合頻繁起動、轉(zhuǎn)動慣量小、起動轉(zhuǎn)矩大的變頻用電機。目前，國外以四極電機作變頻電機

30、首選極數(shù)。電機功率為：        式中p功率，kw；    w額定起重量(最小幅度時)吊釣重量鋼絲繩重量，n；    v提開速度，m/s；    機械效率。    用變頻器驅(qū)動異步電動機時，由于變頻器的換向沖擊電壓及開關(guān)元件瞬間的開閉而產(chǎn)生沖擊電壓(浪涌電壓)引起電機絕緣惡化，對電壓型pwm變頻器應盡量縮短變頻器與電機間接線距離或者考慮加入阻尼回路(濾波器)。    電動機功率的選擇，必須根據(jù)生產(chǎn)的需求來決定。一般來說，起重機用電動機比一般工業(yè)生產(chǎn)機械

31、所用的電動機的功率大10%左右。電動機的選擇取決于下面兩個主要條件：    (1) 發(fā)熱。電動機在工作時，一方面將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能而作功，另一方面由于電動機繞組本身的阻抗要消耗一部分電能轉(zhuǎn)變成熱能，使電動機的溫度升高。電動機由于受體積結(jié)構(gòu)等的限制，內(nèi)部絕緣材料的耐熱能力很差，極易造成老化。當溫度超過電動機所允許的限度時，絕緣能力被破壞，電動機將燒毀。電動機銘牌上都規(guī)定有電動機的溫升，它指的是電動機在額定負載下運行時，定子發(fā)熱后的允許溫升與周圍環(huán)境溫度之差。    (2) 過載能力。各種電動機都有一定的過載能力。交流電動的過載能力tm是最大轉(zhuǎn)矩m與額定轉(zhuǎn)矩

32、mc的比值，即一般起重機用的交流異步電動機的過載能力為2.53.3。交流電動機的過載能力為：        式中，imax電動機允許的最大電流值；    ic電動機的額定電流值。    各種電動機的過載能力可從設(shè)計手冊中查得。    電動機因過載而發(fā)生溫升需要有一段時間，從發(fā)熱方面來說，容許有短時的過載。但就過載能力而言，即使在很短時間內(nèi)也是允許的。所以發(fā)熱和過載能力必須同時考慮。    橋式起重機的電氣傳動系統(tǒng)有大車電動機兩臺、小車電動機一臺、15噸大鉤、3噸小鉤提升電動機

33、各一臺，這次設(shè)計總的思路是用4臺變額器來控制5臺電機。根據(jù)分析計算后電機的基本選型見表1。表1 電機的選擇 3.9 3 20/5t橋式起重機變頻調(diào)速系統(tǒng)電動機容量電阻器和頻敏變阻器電阻器反映導體對電流起阻礙作用的大小，其種類很多按結(jié)構(gòu)不同可以分為固定電阻和可變電阻（包括電位器）：按材料不同可分為炭膜，線繞，金屬膜電阻等。電阻的主要參數(shù) ：（1） 標稱電阻 標稱電阻是工廠生產(chǎn)的系列電阻器的電阻值。 (2) 承受功率 承受功率是在正常情況下電阻器長期工作時能承受的最大功率（2） 允許偏差 允許偏差是標稱電阻允許的偏差在主回路串標稱電阻改變啟動性能 3.4 電阻器和頻敏變阻器制動裝置選用1，起重機是

34、一種間歇動作的機械，要經(jīng)常地啟動或制動。為保證起重機安全準確的吊物，無論在起升機構(gòu)中或在運行機構(gòu)，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)中都應該設(shè)有制動裝置。制動器分為單塊制動器，雙塊制動器，我們選擇雙塊制動器，雙塊制動器在制動輪輪緣外側(cè)對稱地安裝兩個制動瓦塊，并用杠桿系統(tǒng)把他們聯(lián)系起來，是兩個制動瓦塊根據(jù)機構(gòu)結(jié)合合閘或松閘的要求，同時壓緊或脫開制動輪，這種制動器就是雙塊制動器他正好適用于需要正反轉(zhuǎn)的機構(gòu)，在起重機電動機通電工作時，制動器上的松閘 裝置通電推動制動桿松閘，使瓦塊脫開制動輪，機構(gòu)運轉(zhuǎn)。而在電動機斷電不工作時，松閘裝置不通電，依靠彈簧、重錘或元件自重產(chǎn)生的作用力合閘制動，使機構(gòu)速度降低直到停止。這種能實現(xiàn)機構(gòu)斷

35、電制動、通電運轉(zhuǎn)的制動器稱為常閉式制動器。在起重機械突然斷電的情況下，常閉式制動器使機構(gòu)合閘制動停止運動，對保證人生設(shè)備安全有著重要的意義。 雙塊制動器所用的松閘裝置（又稱松閘器）有制動電磁鐵和電動推桿兩類。制動電磁鐵又有交流，直流，長行程，短行程和液壓電磁鐵之分；而電動推桿則有電動液壓推桿和電動離心推桿之分。 2，短行程電磁鐵雙塊制動器的調(diào)整（1） 調(diào)整電磁鐵行程（2） 調(diào)整主彈簧工作長度（3） 調(diào)整兩制動瓦塊與制動輪的間隙3.6 20/5t橋式起重機的起重小車 橋式起重機的起重小車由起重機構(gòu)，小車運行機構(gòu)和小車架三部分以及安全防護裝置組成，一， 起升機構(gòu)起升機構(gòu)是由電動機、傳動裝置，卷繞裝

36、置、取物裝置和制動裝置組成這里主要介紹起升機構(gòu)傳動方式及其小車架上的布置。起升機構(gòu)的傳動方式分為閉式傳動和開式傳動兩種1， 閉式傳動閉式傳動是在電動機與卷筒之間只有“閉式”的減速器的傳動，該傳動方式的傳動齒輪完全密封于減速箱內(nèi)，在油浴內(nèi)工作。由于潤滑及防塵性能好，齒輪壽命長，所以這種傳動方式在橋式起重機中廣泛使用。起升機構(gòu)中常用的是臥室二級圓柱斜齒輪減速器。電動機與減速器之間是帶制動輪的彈性柱銷聯(lián)軸器、梅花形彈性聯(lián)軸器或全齒聯(lián)軸器相連。電動機與減速器之間用了一段浮動軸，軸的一端裝有半齒聯(lián)軸器，另一端則裝上帶制動輪的半齒聯(lián)軸器。浮動軸的長度不可太短，一般不小于500m，否則對安裝誤差的補償作用不

37、大。從安全角度考慮，帶制動輪的半齒聯(lián)軸器不應裝在靠近電動機的一頭，而應裝在靠減速器高速軸的一頭。這樣，即使浮動軸被扭斷，制動器仍能制動住卷筒，保證了安全。有的起升機構(gòu)把制動輪裝在減速器高速軸的外側(cè)，2， 開式傳動在大起重量的起重機上，由于要求起升速度很小，減速器必須有較大的傳動比，這就得用很多笨重的多級減速器。為減輕起升機構(gòu)自重，把靠近卷筒最后一級減速齒輪從減速器移除，形成既有減速器又有開式傳動的起升機構(gòu)。我們設(shè)計過程中選用閉環(huán)傳動，提高工作效率二， 小車運行機構(gòu) 起重小車有四個車輪，其中兩個是主動車輪。車輪和角型軸承箱都裝在小車架下面。制動器安裝在小車架上面，減速器則采用立式的，通過他把小車

38、架上面的動力傳遞給小車架下面的主動車輪。三， 小車架小車架用于支撐和安裝起升機構(gòu)、小車運行機構(gòu)。此外，它還承載全部的起重量。小車架必須有足夠的強度和剛度，但又要求它自重小，以降低小車輪壓和橋架的受載。小車架一般采用型鋼和鋼板的焊接結(jié)構(gòu)。小車架由兩根順著小車軌道方向的縱梁和兩根或多根于縱梁垂直的橫梁及鋪焊在他們之上的臺面鋼板組成，常見的縱梁、橫梁多為箱型，通過焊接構(gòu)成一個剛性整體，縱梁的兩端下部，留有安裝角型軸承箱的直角形懸臂。小車臺面上安裝著電動機、減速機、卷筒、軸承座、制動器等。為方便安裝對中，在臺面焊上必須的墊板。臺面上還留有讓鋼絲繩通過的矩形槽。小車架上、受集中力大的地方，是安裝定滑輪的

39、部位，定滑輪支座可放在小車臺面上，也可焊在小車架臺面下邊。小車運行機構(gòu)的立式減速機一般都固定在焊于橫梁策邊的墊板上，為保證其強度和剛度，通常還要焊上肋板。四， 安全裝置 起重小車的安全裝置主要有欄桿、限位開關(guān)、撞尺緩沖器、排障板等1， 欄桿橋式起重機起重小車運行的軌道中間為鋼絲繩和吊鉤工作的空間，考慮到維修人員在小車上工作的安全，小車架朝著這個空間的兩邊都焊有保護欄，小車架的另倆邊朝著走臺，為方便維修人員的上下小車不設(shè)欄桿。2， 限位開關(guān)當起升機構(gòu)或運行機構(gòu)運動到極端位置時，用限位開關(guān)來切斷電源開關(guān)，防止因操作失誤發(fā)生事故。3， 緩沖器為防止運行機構(gòu)的行程限位開關(guān)失靈，小車架上安裝了彈簧緩沖器

40、。在橋架小車軌道的極端位置處裝上擋鐵，用它來阻擋小車的運動并使緩沖器吸收碰撞時的能量。國家規(guī)定，容許的最大減速度為4m/s。當小車速度不高時，也可用橡膠塊和木塊來緩沖。4， 排障板 焊在小車架上位于車輪外邊的鋼板，它的作用是在運行時排除小車軌道上可能存在的障礙物，如維修時遺忘而擱在軌道上的工具等。 第四章 20/5t橋式起重機機械設(shè)備 4.1 電磁鐵20/5t橋式起重機橋架及運行機構(gòu) 橋架為金屬結(jié)構(gòu)件，是起重機最重要的部件之一。橋式起重機的橋架主梁分為單梁和雙梁橋架兩種。 我們選用雙梁橋架，雙梁橋架分為以下幾種：1桁構(gòu)式橋架2箱型橋架3單腹板式橋架4空腹桁架式橋架橋架運行機構(gòu)又稱大車運行機構(gòu)，

41、它由電動機、減速機、制動器、車輪和其他傳動零件組成的。按傳動機構(gòu)組合的形式，基本上分為集中驅(qū)動和分散驅(qū)動兩大類。一、集中驅(qū)動的橋架運行機構(gòu)集中驅(qū)動的橋架走臺中部只安裝一臺電動機。通過長傳動軸同時驅(qū)動兩邊端梁上的主動車輪，以使橋架兩側(cè)車輪同時啟動或停止且轉(zhuǎn)速相等的驅(qū)動形式 二、分別驅(qū)動的橋架運行機構(gòu) 分別驅(qū)動是指橋架兩端的主動車輪分別由兩臺電動機通過減速器來驅(qū)動的形式 選用集中驅(qū)動的橋架運行機構(gòu) 4.2 20/5t橋式起重機的車輪選擇1、車輪的類型車輪按輪緣分為無輪緣、單輪緣、和雙輪緣三種，為防止車輪脫軌，大軌距情況下應采用雙輪緣車輪，如橋式起重機大車車輪。規(guī)矩不超過4m的情況下，允許采用單輪緣

42、車輪，如橋式起重機的小車車輪。但對于有輪緣的車輪，當起重機走斜時常會發(fā)生輪緣與軌道的強烈摩擦和嚴重磨損，這種現(xiàn)象稱為啃軌，有時避免啃軌磨損、減少運行阻力而采用無輪緣車輪，但是這種車輪只在保證不脫軌的情況下使用2、車輪材料起重機車輪所用材料：軋制車輪材料應不低于60鋼;鍛造車輪材料應不低于45鋼；鑄造車輪材料應不低于zg340640。車輪輪坯應優(yōu)先采用軋制或模鍛輪坯。為了提高車輪表面的耐磨性能和使用壽命，鋼制車輪應一般經(jīng)熱處理，踏面和輪緣內(nèi)側(cè)面硬度應達到300380hbs。3、車輪的支撐和安裝車輪有定軸式和轉(zhuǎn)軸式倆種支撐和安裝方式。定軸式是把車輪安裝在固定機架的心軸上，輪轂與心軸之間可以裝滑動軸

43、承，也可裝滾動軸承，車繞心軸能夠自由轉(zhuǎn)動，驅(qū)動轉(zhuǎn)矩是靠與車輪固定在一起的齒圈傳遞給車輪的，轉(zhuǎn)軸式是把車輪安裝在轉(zhuǎn)動軸上，通過轉(zhuǎn)動軸來傳遞轉(zhuǎn)矩的車輪是主動車輪，不傳遞轉(zhuǎn)矩的車輪為從動車輪。4、均衡車架裝置車輪直徑的大小主要根據(jù)輪壓來確定，輪壓大的輪徑應大。但由于受廠房和軌道承載能力的限制，輪壓又不宜過大。這時應增加車輪數(shù)并是個車輪輪壓相等的辦法來降低輪壓，具體的說就是采用均衡車架裝置。4.3 20/5t橋式起重機的抓斗 抓斗是一種裝運散狀物料的自動取物裝置。抓斗按開閉方式不同有單繩抓斗、雙繩抓斗和馬達抓斗等，選用的是雙繩抓斗， 4.5 20/5t橋式起重機的鋼絲選擇 起重機上所用的鋼絲繩是一種撓

44、性件。所謂撓性就是有易于彎曲的特性。其優(yōu)點是：1.可以向任意方向彎曲，適用于多分支的滑輪組，提高了起重能力；2可以多層卷繞。再起升高度時尤為重要；3鋼絲繩承受驟加載荷和過載能力強，極少有驟然破斷的現(xiàn)象；4鋼絲繩強度高、彈性好。自重小、工作平穩(wěn)、噪聲小。 鋼絲繩在起重機中屬于易損件，時常要進行更換，選用時，首先按鋼絲繩的使用情況，從下表確定鋼絲繩的類型，然后受力情況決定鋼絲繩的直徑，最后進行校驗。 起重機械常用的鋼絲繩類型 鋼絲繩的用途 鋼絲繩類型起重及曳引用單層繞道卷筒上256×19w+nf6×19+nf206×37s+nf6×37+nf多層繞道卷筒上2

45、5306×19s+nf拉索 不繞過滑輪的1×37+nf繞過滑輪的與起重用單層卷繞的相同 注：d為卷筒、滑輪繩槽槽底直徑；d為鋼絲直徑。表中鋼絲繩類型6×19、6×37和1×37為點接觸鋼絲繩。 鋼絲繩在工作中受拉、壓、彎、扭復合應力作用，除了靜載荷外還有沖擊載荷的影響，受力情況復雜，難以精確計算。為簡化起見，只根據(jù)拉伸載荷進行實用計算，計算方法有如下倆種，可選一種。 1）鋼絲繩最小直徑按下式計算確定 d=c式中 d為鋼絲繩最小直徑（mm）；c為選擇系數(shù)（mm/），按表1-13選取；f為鋼絲繩最大工作靜拉力（n）。 表1-13 c和n值機構(gòu)工作級

46、別 選擇系數(shù)c值安全系數(shù)n鋼絲公稱抗拉強度b（mpa）155017001850m1m30.0930.0890.0854m40.0990.0950.0914.5m50.1040.1000.0965m60.1140.1090.1066m70.1230.1180.1137m80.1400.1340.1289注：對于運搬危險物品的起重用鋼絲繩，一般應按比設(shè)計工作級別高一級的工作級別選擇其中的c或n值，對起升機構(gòu)工作級別為m7、m8的某些冶金起重機，在保證一定壽命的前提下允許按低的工作級別選擇，但最低安全系數(shù)不得小于6。 2）按與工作級別有關(guān)的安全系數(shù)選擇鋼絲繩直徑，所選鋼絲繩的破段拉力應滿足 f0fn

47、 （1-5）式中 f0 為所選鋼絲繩的破段拉力（n）；f為鋼絲繩最大工作靜壓力（n）；n為鋼絲繩最小安全系數(shù)，按表1-13選用。所選的鋼絲繩直徑還應滿足與卷筒（滑輪）直徑的比例要求，才能保證鋼絲繩的使用壽命，為此，可參照式（1-3）進行驗算。第五章 凸輪控制器，變頻器5.1 凸輪控制器凸輪控制器是橋式起重機的主要電氣控制設(shè)備，電動機的起停、調(diào)速、反向及正反轉(zhuǎn)的聯(lián)鎖等功能都由凸輪控制器完成。目前應用較多的是kt10、kt12及kt14型，額定電流有25a和60a兩種。一般20/5t橋式起重機所用的凸輪控制器，通常由三臺kt12-25j/1凸輪控制器分別控制大車、小車及吊鉤電動機。凸輪控制器有電動

48、機工作電源供給部分、電阻器切換部分和安全保護部分。這三部分分別由凸輪控制的12對觸點進行控制，其中4對為電源控制用，5對為電阻切換用，2對起限位作用，還有1對為零位控制安全保護作用。凸輪控制器的功能：l 控制電動機的啟動與停止。l 改變電動機的運動方向。l 控制電阻器來限制電動機的啟動電流并獲得較大的啟動轉(zhuǎn)矩。l 切換電阻器的電阻值調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。l 可以適應起重機所要求的頻繁啟動與變速要求l 可以防止起重機運動機構(gòu)超過極限位置l 保證在零位啟動5.2 變頻器5.2 變頻器的選擇變頻器采用日本安川cimr-g7a、cimr-g7b、cimr-f7b系列起重專用變頻器。 5.2.1 變頻器控制

49、方式的選擇由于起重機機構(gòu)多為恒轉(zhuǎn)矩負載，故選用帶低速轉(zhuǎn)矩提升功能的電壓型變頻器。平移機構(gòu)慣量較大，負載變化相對小，屬于阻力性負載，故大車、小車選用u/f 開環(huán)控制方式的安川cimr-f7b4045 型變頻器；起升機構(gòu)慣量較小，負載變化大，屬于位能性負載，為獲得快速的動態(tài)響應，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩的快速調(diào)節(jié)，獲得理想的動態(tài)性能，通常采用矢量控制方式，故抓斗升降、開閉機械分別選用安川cimr-g7b4055、安川cimr-g7a4055 型變頻器，采用閉環(huán)矢量控制方式可獲得穩(wěn)定的工作狀態(tài)和良好的機械特性。 5.2.2 變頻器容量的選擇變頻器容量的選擇是以電動機的額定功率為依據(jù)的。由于繞線轉(zhuǎn)子異步電動機與通用

50、鼠籠異步電動機相比，其繞組的阻抗較小，因此使用變頻器調(diào)速時應考慮紋波電流引起的過電流跳閘情況，同樣功率下的電動機，繞線轉(zhuǎn)子異步電動機額定電流往往較大，所以選擇時應考慮一定余量。雖然起重機升降機構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量很小，加速時間較短，但考慮到電網(wǎng)電壓波動的因素，以及安全勞動部門對起重機1.25倍額定靜載荷檢測要求等因素來選擇起升機構(gòu)電動機的變頻器容量。大車、小車運行機構(gòu)屬于大慣量負載，其加減時間一般不超過20 s，變頻器的短時過載能力為150，不同的加速時間對變頻器容量的計算不同，當加速時間>2 min時，變頻器功率選擇應放大些，以此來選擇大車、小車運行機構(gòu)電動機的變頻器容量。5.2.3 變頻器功

51、能參數(shù)的設(shè)置橋式起重機各傳動機構(gòu)改造采用的日本安川cimr-g7 和cimr-f7 系列變頻器的功能參數(shù)設(shè)置如表1所列。 第六章 plc的選型,控制梯形圖6.1 plc選型本系統(tǒng)中選用日本歐姆龍cpm2ae-60cdr-a型plc 來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的邏輯控制，接線簡化，電源功率損耗減少。設(shè)置回路故障診斷功能和有效的電氣保護功能使系統(tǒng)具有一定的智能性和更高的可靠性。橋式起重機plc 邏輯控制梯形圖如下圖所示。其主要功能如下：1）變頻器運行、停止控制；2）控制制動器，保證電動機停止時能夠及時制動，既不提前，也不延后；3）升降變頻器控制方式切換；4）電氣閉鎖保護控制；5）升降、開閉變頻器中任意一臺變頻

52、器報警故障時，兩臺變頻器均能夠立即停止輸出，并同時制動；6）任何時刻斷電，系統(tǒng)將會立即停止運行，制動器制動。6.2 plci/o點分配 控制程序及梯形圖6.2.1i/o點分配圖6.2.2設(shè)置公用程序可以充分利用plc的i/o點，減少外部接線，其程序主要是實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)、與提減速，其間用輔助繼電器輸出為后面的程序調(diào)用作準備。該程序主要用比較的指令來實現(xiàn)電機的提減速，在按i0.1或i0.2時，使存儲器vb100中存儲的數(shù)字在15間順序變化，控制串入轉(zhuǎn)子電阻的數(shù)量來實現(xiàn)調(diào)速，其部分程序如下。ld i0.4euld m11.0edoldld m11.1edoldld q0.0ed ldb= vb100, 0= m10.0 ldb>= vb100, 5= m10.2 ld m11.0 o m11.1 ldn m10.0a i0.6euld m11.0o m11.1 ldb= vb100, 1= m10.3ldb= vb100, 2= m