陳良論文正文09-2-18doc(B5)

1、遼寧廣播電視大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文摘 要起重機(jī)械用來(lái)對(duì)物料作起重、運(yùn)輸、裝卸和安裝等作業(yè)的機(jī)械設(shè)備，它可以減輕體力勞動(dòng)、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行某些特殊的工藝操作，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)、港口碼頭、車站倉(cāng)庫(kù)、建筑工地、海洋開(kāi)發(fā)、宇宙航行等各個(gè)工業(yè)部門，起重機(jī)一般由機(jī)械、金屬結(jié)構(gòu)和電氣等三大部分組成，機(jī)械方面是指起升、運(yùn)行、變幅和旋轉(zhuǎn)等機(jī)構(gòu)，即起重機(jī)一般是多動(dòng)作的。 本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)橋式起重機(jī)的大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)部分的總體設(shè)計(jì)計(jì)算，以及電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、緩沖器、制動(dòng)器的選用；運(yùn)行機(jī)構(gòu)減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算和零件的校核計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完成了橋式起重機(jī)的大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)。通過(guò)一系列的設(shè)

2、計(jì)，滿足了50t起重量、橋跨度為44米的設(shè)計(jì)要求，并且整個(gè)傳動(dòng)過(guò)程比較平穩(wěn)，且大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便，維修容易，價(jià)格低廉。關(guān)鍵詞：橋式起重機(jī) 金屬結(jié)構(gòu)、操縱控制系統(tǒng)、主令控制器Abstract Lifting of the materials used for lifting, transportation, handling and installation of mechanical equipment operation, it can reduce the manual labor, improve labor productivity and in the productio

3、n process to carry out some special process operation, implementation of mechanization and automation. Widely used in industrial and mining enterprises, port terminals, stations, warehouses, construction sites, ocean development, space and other industrial sectors, in general by a crane machinery, m

4、etal structures and electrical and so on three major components, mechanical means are lifting, running, Luffing and rotating body, the cranes are many movements in general.      Designed by the bridge crane of the truck to run the calculation of part of the overall design, as wel

5、l as motors, couplings, bumpers, brake selection; run institutions reducer design computing and parts of the check calculation and structural design, the completion of a bridge crane bodies of carts to run the mechanical parts design. Through a series of designs to meet the 50t from the weight of th

6、e bridge span of 44 meters for the design requirements, and the whole transmission process is relatively smooth, and the carts run institutions simple structure, easy disassembly, easy repair and low prices.KEY WORDS：Bridge crane、 metal structure、 manipulation of control systems、the main controller.

7、第一章 緒論1.1 課題提出的意義現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)要求有各種類型的起重運(yùn)輸機(jī)械來(lái)滿足企業(yè)物流機(jī)械化需求，又要有效地運(yùn)用和增加設(shè)備的利用能力，以達(dá)到最經(jīng)濟(jì)的效果。在現(xiàn)代生產(chǎn)中，起重機(jī)不僅在物料運(yùn)輸領(lǐng)域起著重要作用，而且有些起重機(jī)直接參與生產(chǎn)工藝過(guò)程，成為工藝設(shè)備的主要組成部分，大大提高了勞動(dòng)效率，同時(shí)減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。起重機(jī)是用來(lái)進(jìn)行物料搬運(yùn)作業(yè)的機(jī)械設(shè)備。起重機(jī)械通過(guò)工作機(jī)構(gòu)的組合運(yùn)動(dòng)，把物料提升，在空間一定范圍內(nèi)移動(dòng)，然后按要求將物料安放到指定位置，空載回到原處，準(zhǔn)備再次作業(yè)，從而完成一次物料搬運(yùn)的工作循環(huán)。起重機(jī)械的搬運(yùn)作業(yè)是周期性的間歇作業(yè)。廣泛用于輸送、裝卸和倉(cāng)儲(chǔ)等作業(yè)場(chǎng)所。傳統(tǒng)的橋式起重機(jī)

8、主要是有交流凸輪控制器進(jìn)行控制，采用繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，交流控制器由于頻繁的動(dòng)作和高電壓的影響，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)觸點(diǎn)燒損的現(xiàn)象，電阻箱受工作環(huán)境的影響，容易出現(xiàn)腐蝕、老化現(xiàn)象。頻繁的生產(chǎn)事故勢(shì)必會(huì)影響生產(chǎn)。隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，PLC、變頻器工廠設(shè)備中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。由于PLC的工作可靠性高，因此用PLC來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的交流控制器已成為一種必然趨勢(shì)。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1930年以來(lái)，物料搬運(yùn)技術(shù)僅指的是各類起重運(yùn)輸設(shè)備，而1990年以來(lái)的物料搬運(yùn)系統(tǒng)逐漸增加了許多自動(dòng)化內(nèi)容，包括自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)導(dǎo)向、自動(dòng)計(jì)數(shù)、自動(dòng)稱重等。為了使生產(chǎn)和流動(dòng)能夠緊密配合，構(gòu)成更大、更高效的物流系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)技術(shù)得

9、到了廣泛的應(yīng)用，起重機(jī)的很多工作將被機(jī)器人和其它機(jī)器所取代。目前世界銷售市場(chǎng)對(duì)起重機(jī)械的需量正在不斷增加，從而使國(guó)外各種制造起重機(jī)企業(yè)在生產(chǎn)中更多地采用優(yōu)化設(shè)計(jì)、機(jī)械自動(dòng)化和自動(dòng)化設(shè)備去提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，這對(duì)世界銷售市場(chǎng)、制造商和用戶都產(chǎn)生了巨大的影響。有關(guān)調(diào)查資料表明，65%的起重機(jī)械用戶主要是為了提高生產(chǎn)率、減少勞動(dòng)工資，因而要求采用先進(jìn)的起重機(jī)設(shè)備的用戶便越來(lái)越多。美國(guó)因制造技術(shù)、質(zhì)量問(wèn)題和價(jià)格昂貴等原因，降低了其在世界上的競(jìng)爭(zhēng)能力；原聯(lián)邦德國(guó)德馬克公司（DEMAG），由于實(shí)行了生產(chǎn)技術(shù)振興，解決了提高生產(chǎn)的工藝手段，以占優(yōu)勢(shì)的新產(chǎn)品來(lái)保持其發(fā)展的優(yōu)勢(shì)。由于鋼鐵工業(yè)新技術(shù)的應(yīng)用，鋼材質(zhì)量得

10、以提高，如瑞典的SSAB薄鋼板公司，其生產(chǎn)的DOMEX系列高強(qiáng)度及超高強(qiáng)度鋼材，在設(shè)計(jì)起重機(jī)主梁強(qiáng)度時(shí)，可使用較高的許用應(yīng)力，而不需要很高的安全系數(shù)，以便減少起重機(jī)材料用量(這并不意味著不安全)，從而降低設(shè)備的重量和價(jià)格。因起重機(jī)重量的減小，可用功率較小的驅(qū)動(dòng)裝置啟動(dòng)，因此，減少了電力，節(jié)省了開(kāi)支。在機(jī)加工方面，盡管采用少切削的精密鑄件，尤其是鋁合金鑄件占多；加工設(shè)備大量采用高精、高效的加工中心，數(shù)控自動(dòng)機(jī)床等，既保證加工質(zhì)量，又提高了生產(chǎn)率、降低了成本；同時(shí)在工藝線上，使用機(jī)械來(lái)代替人機(jī)操作，如焊接用的機(jī)械手和配用機(jī)械手等。國(guó)外起重機(jī)廠商為了能迅速制造和裝配出品種多樣化的產(chǎn)品來(lái)，要求企業(yè)之間

11、密切聯(lián)系和協(xié)調(diào)，企業(yè)走向?qū)I(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。因?yàn)槭褂脴?biāo)準(zhǔn)件設(shè)備能迅速組合和安裝，減少標(biāo)準(zhǔn)件外組合部分的加工制造就顯得特別重要。組合構(gòu)件的使用比生產(chǎn)非標(biāo)準(zhǔn)件起重機(jī)來(lái)，有助于減少成本。我們已經(jīng)看到世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入新的技術(shù)革命時(shí)代，這個(gè)時(shí)代的特征是有大量的新技術(shù)出現(xiàn)，它使企業(yè)開(kāi)始走向小型化、分散化和專業(yè)化；另一個(gè)特征是知識(shí)的不斷更新，生產(chǎn)達(dá)到高度柔性化階段。我國(guó)目前仍然處在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)周期化階段，起點(diǎn)低、設(shè)備落后，相對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家落后20年左右。如果我國(guó)能從國(guó)外工業(yè)發(fā)展中得到啟示，將可加快我國(guó)起重機(jī)械工業(yè)的發(fā)展。我們必須調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、企業(yè)結(jié)構(gòu)，應(yīng)將大而全、小而全的企業(yè)改革成為獨(dú)立的專業(yè)化

12、工廠，企業(yè)之間密切聯(lián)系和協(xié)調(diào)，減少標(biāo)準(zhǔn)件以外組合部分的加工制作。近年來(lái)，起重機(jī)制造企業(yè)的訂貨合同，按照非標(biāo)準(zhǔn)尺寸和特殊要求訂貨的用戶越來(lái)越多，約占標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的60%，但生產(chǎn)一臺(tái)非標(biāo)準(zhǔn)起重機(jī)的主要零部件的成本和造價(jià)相當(dāng)高(約為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的3倍)。如果把起重機(jī)的主要零部件按照不同規(guī)格分散加工，然后組裝，這樣就可使我國(guó)中小型起重機(jī)企業(yè)逐步走上標(biāo)準(zhǔn)化的軌道，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的作用、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃、計(jì)算機(jī)輔助制造、柔性自動(dòng)化系統(tǒng)等新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用，可大大縮短設(shè)計(jì)和生產(chǎn)周期、降低成本。增強(qiáng)企業(yè)參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的能力，使中國(guó)起重機(jī)制造行業(yè)趕上世界先進(jìn)水平。1.3 本課題研究的內(nèi)容本課題研究的主要內(nèi)容有：主鉤、

13、副鉤、大車、小車運(yùn)行PLC變頻控制方案的擬定與選擇，輪壓及穩(wěn)定性計(jì)算、起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算、小車機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算、減速器以及鏈傳動(dòng)計(jì)算、大車運(yùn)行計(jì)算等內(nèi)容。第二章 起重機(jī)的結(jié)構(gòu)與裝置設(shè)計(jì)2.1 起重機(jī)的分類起重機(jī)械按其構(gòu)造類型可分為輕小起重設(shè)備、升降機(jī)和起重機(jī)。2.1.1 輕小起重設(shè)備 輕小型起重設(shè)備一般只有一個(gè)升降機(jī)構(gòu)，常見(jiàn)的有千斤頂、電動(dòng)或手拉葫蘆、絞車、滑車等。有的電動(dòng)葫蘆配有可以沿單軌運(yùn)動(dòng)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)。2.1.2 升降機(jī)常見(jiàn)的升降機(jī)有垂直升降機(jī)、電梯等。它雖然也只有一個(gè)升降機(jī)構(gòu)，但由于配有完善的安全裝置及其他附屬裝置，其復(fù)雜程度是輕小起重設(shè)備不能比擬的，故列為單獨(dú)一類。2.1.3起重機(jī)起重機(jī)是指

14、除了起升機(jī)構(gòu)以外還有其他運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的起重設(shè)備。根據(jù)水平運(yùn)動(dòng)形式的不同，分為橋架類型起重機(jī)和臂架類型起重機(jī)兩大類別。橋架類型起重機(jī)分為橋式起重機(jī)和門式起重機(jī)；臂架類型起重機(jī)分為流動(dòng)式起重機(jī)、塔式起重機(jī)。橋式起重機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1 橋式起重機(jī)結(jié)構(gòu)圖2.2 起重機(jī)的組成起重機(jī)械由驅(qū)動(dòng)裝置、工作機(jī)構(gòu)、取物裝置、操縱控制系統(tǒng)和金屬結(jié)構(gòu)組成。通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)的操縱，驅(qū)動(dòng)裝置將動(dòng)力能量輸入，轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能（即適宜的力或運(yùn)動(dòng)速度），再傳遞給取物裝置。取物裝置將被搬運(yùn)物料與起重機(jī)聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)工作機(jī)構(gòu)單獨(dú)或組合運(yùn)動(dòng)，完成物料搬運(yùn)任務(wù)?？梢苿?dòng)的金屬結(jié)構(gòu)將各組成部分連接成一個(gè)整體，并承載起重機(jī)的自重和吊重。起

15、重機(jī)的組成如圖2-2所示。圖2-2 起重機(jī)的組成2.2.1 驅(qū)動(dòng)裝置 驅(qū)動(dòng)裝置是用來(lái)驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)的動(dòng)力設(shè)備的。常見(jiàn)的驅(qū)動(dòng)裝置有電力驅(qū)動(dòng)、內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)和人力驅(qū)動(dòng)等。電能是清潔、經(jīng)濟(jì)的能源，電力驅(qū)動(dòng)是現(xiàn)代起重機(jī)的主要驅(qū)動(dòng)型式，幾乎所有的在有限范圍內(nèi)運(yùn)行的有軌起重機(jī)、升降機(jī)、電梯等都采用電力驅(qū)動(dòng)。對(duì)于可以遠(yuǎn)距離移動(dòng)的流動(dòng)式起重機(jī)（如汽車起重機(jī)、輪胎起重機(jī)和履帶起重機(jī)）多采用內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)。人力驅(qū)動(dòng)適用于一些輕小起重設(shè)備，也用作某些設(shè)備的輔助、備用驅(qū)動(dòng)和意外（或事故狀態(tài)）的臨時(shí)動(dòng)力。2.2.2 工作機(jī)構(gòu)（1）起升機(jī)構(gòu)。是用來(lái)實(shí)現(xiàn)物料的垂直升降的機(jī)構(gòu)，是任何起重機(jī)不可缺少的部分，因而是起重機(jī)最主要、最基本的機(jī)

16、構(gòu)。（2）運(yùn)行機(jī)構(gòu)。是通過(guò)起重機(jī)或起重小車運(yùn)行來(lái)實(shí)現(xiàn)水平搬運(yùn)物料的機(jī)構(gòu)，有無(wú)軌運(yùn)行和有軌運(yùn)行之分，按其驅(qū)動(dòng)方式不同分為自行式和牽引式兩種。2.2.3 取物裝置 取物裝置是通過(guò)吊、抓、吸、夾、托或其他方式，將物料與起重機(jī)聯(lián)系起來(lái)進(jìn)行物料吊運(yùn)的裝置。根據(jù)被吊物料不同的種類、形態(tài)、體積大小，采用不同種類的取物裝置。例如，成件的物品常用吊鉤、吊環(huán)；散料（如糧食、礦石等）常用抓斗、料斗；液體物料使用盛筒、料罐等。也有針對(duì)特殊物料的特種吊具，如吊運(yùn)長(zhǎng)形物料的起重橫梁，吊運(yùn)導(dǎo)磁性物料的起重電磁吸盤，專門為冶金等部門使用的旋轉(zhuǎn)吊鉤，還有螺旋卸料和斗輪卸料等取物裝置，以及集裝箱專用吊具等。合適的取物裝置可以減輕

17、作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，大大提高工作效率。防止吊物墜落，保證作業(yè)人員的安全和吊物不受損傷是對(duì)取物裝置安全的基本要求。 2.2.4 金屬結(jié)構(gòu)金屬結(jié)構(gòu)是以金屬材料軋制的型鋼（如角鋼、槽鋼、工字鋼、鋼管等）和鋼板作為基本構(gòu)件，通過(guò)焊接、鉚接、螺栓連接等方法，按一定的組成規(guī)則連接，承受起重機(jī)的自重和載荷的鋼結(jié)構(gòu)。金屬結(jié)構(gòu)的重量約占整機(jī)重量的40 70左右，重型起重機(jī)可達(dá)90；其成本約占整機(jī)成本的30以上。金屬結(jié)構(gòu)按其構(gòu)造可分為實(shí)腹式（由鋼板制成，也稱箱型結(jié)構(gòu)）和格構(gòu)式（一般用型鋼制成，常見(jiàn)的有根架和格構(gòu)柱）兩類，組成起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的基本受力構(gòu)件。這些基本受力構(gòu)件有柱（軸心受力構(gòu)件）、梁（受彎構(gòu)件）和臂架（

18、壓彎構(gòu)件），各種構(gòu)件的不同組合形成功能各異的起重機(jī)。受力復(fù)雜、自重大、耗材多和整體可移動(dòng)性是起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的工作特點(diǎn)。起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)是起重機(jī)的重要組成部分，它是整臺(tái)起重機(jī)的骨架，將起重機(jī)的機(jī)械、電氣設(shè)備連接組合成一個(gè)有機(jī)的整體，承受和傳遞作用在起重機(jī)上的各種載荷井形成一定的作業(yè)空間，以便使起吊的重物順利搬運(yùn)到指定地點(diǎn)。金屬結(jié)構(gòu)的垮塌破壞會(huì)給起重機(jī)帶來(lái)極其嚴(yán)重甚至災(zāi)難性的后果。2.2.5 控制操縱系統(tǒng)通過(guò)電氣、液壓系統(tǒng)控制操縱起重機(jī)各機(jī)構(gòu)及整機(jī)的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行各種起重作業(yè)?？刂撇倏v系統(tǒng)包括各種操縱器、顯示器及相關(guān)元件和線路，是人機(jī)對(duì)話的接口。安全人機(jī)學(xué)的要求在這里得到集中體現(xiàn)。該系統(tǒng)的狀態(tài)直接關(guān)系

19、到起重作業(yè)的質(zhì)量、效率和安全。起重機(jī)與其他一般機(jī)器的顯著區(qū)別是龐大、可移動(dòng)的金屬結(jié)構(gòu)和多機(jī)構(gòu)的組合工作。間歇式的循環(huán)作業(yè)、起重載荷的不均勻性、各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)的不一致性、機(jī)構(gòu)負(fù)載的不等時(shí)性、多人參與的配合作業(yè)等特點(diǎn)，又增加了起重機(jī)的作業(yè)復(fù)雜性、安全隱患多、危險(xiǎn)范圍大。事故易發(fā)點(diǎn)多、后果嚴(yán)重，因而起重機(jī)的安全格外重要。2.3 起重機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)2.3.1額定起重量GN額定起重量是指被起升重物的質(zhì)量，單位為kg或t。該起重機(jī)GN=50t。2.3.2 起升高度H起升高度是指起重機(jī)運(yùn)行軌道頂面（或地面）到取物裝置上極限位置的垂直距離，單位為m。通常用吊鉤時(shí)，算到吊鉤鉤環(huán)中心；用抓斗及其他容器時(shí)，算到容

20、器底部。該起重機(jī)H=30m。2.3.3 下降深度h當(dāng)取物裝置可以放到地面或軌道頂面以下時(shí)，其下放距離稱為下降深度。即吊具最低工作位置與起重機(jī)水平支承面之間的垂直距離。該起重機(jī)h=5m。2.3.4 起升范圍D起升范圍為起升高度和下降深度之和，即吊具最高和最低工作位置之間的垂直距離。有式D=H+h，該起重機(jī)D=H+h=30 m +5 m =35m。2.3.5 跨度S跨度指橋式類型起重機(jī)運(yùn)行軌道中心線之間的水平距離。該起重機(jī)S=44m。2.3.6 工作速度工作速度是指起重機(jī)工作機(jī)構(gòu)在額定載荷下穩(wěn)定運(yùn)行的速度。分為起升速度、大車運(yùn)行速度、小車運(yùn)行速度。（1）起升速度vq。起升速度是指起重機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)行狀

21、態(tài)下，額定載荷的垂直位移速度，單位為m/min。該起重機(jī)vq=1 m/min。（2）大車運(yùn)行速度vk。大車運(yùn)行速度是指起重機(jī)在水平軌道上帶額定載荷的運(yùn)行速度，單位為m/min。該起重機(jī)vk=5 m/min。（3）小車運(yùn)行速度vt。小車運(yùn)行速度是指穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，小車在水平軌道上帶額定載荷的運(yùn)行速度，單位為m/min。該起重機(jī)vt=3 m/min。2.4 起重機(jī)設(shè)計(jì)初始條件（1）風(fēng)速與風(fēng)級(jí)。計(jì)算風(fēng)速：6級(jí)；最大非工作風(fēng)速：10級(jí)（不加錨定）；最大非工作風(fēng)速：12級(jí)（不加錨定）。3級(jí)以下為類風(fēng)，6級(jí)以下為類風(fēng)，1012級(jí)為類大風(fēng)。（2）起升載荷：Q=GN=50t。（3）起升速度：滿載vq=1 m/

22、min；空載vq=11.3 m/min。（4）小車運(yùn)行速度：滿載vt=3 m/min；空載vt=37.2 m/min。（5）大車運(yùn)行速度：滿載vk=5 m/min；空載vk=91.9 m/min。（6）采用雙軌雙輪支承型式，每側(cè)軌距1.4m。（7）跨度S=32m。吊鉤中心線到端梁中心線距離L1=1.5m。（8）起升高度：H =40m。其中門架高度HM=44.8m。（9）下降深度：h =5m。（10）小車自重：G1=6.7t。（11）龍門架自重：G2=260t。（12）大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)自重：G3=10t。（13）司機(jī)室自重：G4=0.5t。（14）電氣部分自重：G5=1.5t。2.5 輪壓計(jì)算2.5

23、.1 載荷計(jì)算2.5.1.1 起重機(jī)受力分析起重機(jī)正、側(cè)面受力情況如表2-1所示。表2-1 起重機(jī)正、側(cè)面受力情況分析名稱正面受力側(cè)面受力風(fēng)力系數(shù)高度系數(shù)擋風(fēng)面積（m2）受力（N）高度（m）風(fēng)力系數(shù)高度系數(shù)擋風(fēng)面積（m2）受力（N）高度（m）CKhACKhAhCKhACKhAh貨物1.21.622242.8501.21.622242.850小車1.11.71611.3681.11.71611.368司機(jī)室1.11.514.57.5401.11.5135.040門架1.61.51188454.2441.61.5114234344大車1.11.022.20.51.11.022.20.5合計(jì)5184

24、042.5.1.2 給定工作風(fēng)壓（1）正常工作狀態(tài)計(jì)算風(fēng)壓（類風(fēng)）：q=114N/m2。（2）正常工作狀態(tài)最大風(fēng)壓（6級(jí)以下類風(fēng)）：q=190N/ m2。（3）非正常工作狀態(tài)風(fēng)壓（1012級(jí)類大風(fēng)）：q=8001000N/ m2。2.5.1.3 起重機(jī)正面受力情況（正面受力總和乘以對(duì)應(yīng)風(fēng)壓）（1）正常工作狀態(tài)計(jì)算受力：FW=518×114N=5.91×104N。（2）正常工作狀態(tài)最大受力：FW=518×190N=9.84×104N。（3）非正常工作狀態(tài)受力（1012級(jí)大風(fēng)）：FW=518×800518×1000N=41.4×

25、10451.8×104N。2.5.1.4 起重機(jī)側(cè)面受力情況（側(cè)面受力總和乘以對(duì)應(yīng)風(fēng)壓）（1）正常工作狀態(tài)計(jì)算受力：F W=404×114N=4.61×10N。（2）正常工作狀態(tài)最大受力：F W=404×190N=7.68×10N。（3）非正常工作狀態(tài)受力（1012級(jí)大風(fēng)）：F W=404×800404×1000=32.32×1040.4×10N。2.5.2 龍門吊輪壓計(jì)算小車位于大車橫梁最外端，垂直于龍門吊大車正面吹類風(fēng)，考慮運(yùn)行機(jī)構(gòu)的起、制動(dòng)慣性力的方向與風(fēng)載荷方向相同。（1）龍門吊自重G=G1+ G

26、2+ G3+ G4+ G5=6.7t +260t +10 t +0.5 t +1.5t =278.7t（2）起升載荷Q=50t（3）水平風(fēng)載荷F W=9.84t（4）水平風(fēng)載荷對(duì)軌道面的力矩M W= F W×HM=9.84×44.8 t·m =440.8t·m（5）水平慣性力Fa=（G+GN）a=（278.7+50）×0.2×1000 N =6.57×10000N=6.57t式中：a-運(yùn)行加（減）速度，取a=0.2 m/s2。（6）水平慣性力對(duì)軌道面的力矩Ma= Fa HM=6.57×44 t·m =28

27、9.1t·m（7）總的水平力力矩：M1=Ma+ M W=729.9tm（8）小車對(duì)中心線的力矩M2=（G1+GN）S/2=（6.7+50）×16 t·m =907.2t·m（9）龍門吊滿載時(shí)單輪最大工作輪壓（按n=16個(gè)輪計(jì)算）Rmax=（G-G1）/n+（GN+G1）（S-L1）/2S=（278.7-6.7）/16+（50+6.7）（32-1.5）/2×32 t=44t（9）龍門吊滿載時(shí)單輪最小工作輪壓（按n=16個(gè)輪計(jì)算）Rmin=（G-G1）/n+（GN+G1）L1/2S=（278.7-6.7）/16+（50+6.7）1.5/2×

28、;32 t=18.3t2.6 起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算2.6.1 鋼絲繩計(jì)算由額定起重量GN=50t=50000kg，鋼絲繩倍率q=4，卷入卷筒根數(shù)a=2，=0.97，則有單根鋼絲繩受力大小為Smax=Q/（qa）=50000/（4×2×0.97）kg =64.4×10kg選擇型號(hào)為6W（19）-20-185-I-光鋼絲繩。2.6.2 起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的選擇及校核已知額定起升速度v=1m/min=1/60 m/s，額定起升負(fù)荷Q=50×1000×9.8N，則有需要起升電動(dòng)機(jī)計(jì)算功率為Pqj=9.61kW選擇變速調(diào)速電機(jī)YTSZ180L-8。其額定參數(shù)為額

29、定功率：11kW；額定電流：26A；額定轉(zhuǎn)矩：140.1N·m；額定轉(zhuǎn)速：735r/min；重量：250kg；過(guò)載系數(shù)：3.0。再經(jīng)過(guò)過(guò)載校核和熱校核，能夠滿足起升要求。2.7 小車機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算2.7.1 確定車輪直徑小車采用四輪布置，小車輪數(shù)n=4，軌道距2m，輪距2.5m，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，可以計(jì)算出小車最大輪壓為R小max=（0.35GN+ GN）/1.2n=（0.35×500000+500000）/1.2×4=14.1×10N采用圓柱車輪和鐵路軌道，初選車輪直徑400mm，鐵軌型號(hào)P43，車輪材料為45#鋼，表面硬度300-380HBS，硬度層為15

30、mm，P43軌道面是凸起弧形，曲率半徑R=300mm。2.7.2 運(yùn)動(dòng)阻力計(jì)算（1）運(yùn)行摩擦阻力。已知=0.008，依式有運(yùn)行摩擦阻力Ff=（G1+GN）=（6.7+50）=0.008×56.7×104N=3.74×103N（2）坡度阻力。令坡角為，給定sin=0.01，則有坡度阻力F=（G1+GN）sin=56.7×104×0.01N=5.67×103N（3）風(fēng)阻力。已知q=114N/m2，則有風(fēng)阻力Fw=（F貨物+F小車）q=（42.8+11.3）×114N=6.17×103N式中：F貨物-貨物正面因風(fēng)受力大小

31、；F小車-小車正面因風(fēng)受力大小。取值見(jiàn)表2-1。（4）總運(yùn)行阻力。依上有總運(yùn)行阻力F=2.7.3 小車電動(dòng)機(jī)計(jì)算已知總運(yùn)行阻力F=15.58×103N，小車滿載時(shí)運(yùn)行速度vt=3 m/min=3/60m/s，效率=0.85，則有小車電動(dòng)機(jī)計(jì)算功率為可選擇型號(hào)為YTSZ90S-4交流變頻電動(dòng)機(jī)。其參數(shù)為標(biāo)稱功率：1.1 kW額定電流：3 A額定轉(zhuǎn)速：1415r/min重量：17 kg2.8 大車運(yùn)行計(jì)算2.8.1 確定車輪直徑大車采用4×4輪布置，軌道2m，輪距1.8m，由總體計(jì)算，可知大車輪的最大輪壓Rmax=44t，最小輪壓Rmin=18.3t。初選大車車輪直徑為的D=6

32、00mm，軌道型號(hào)為P43的軌道鋼，確定車輪滿載轉(zhuǎn)速為車輪空載轉(zhuǎn)速為2.8.2運(yùn)行阻力計(jì)算（1）運(yùn)行摩擦阻力。已知摩擦系數(shù)=0.007，龍門吊總重量G=278.7t，則有Ff=G=0.007×278.7×104N=1.95×104N（2）坡度阻力。令坡角為，給定sin=0.01，則有坡度阻力F=Gsin=278.7×104×0.01N=2.79×104N（3）風(fēng)阻力。已知q=114N/m2，則有風(fēng)阻力Fw=（F小車+F司機(jī)室+F門架+F大車）q=475.2×114N=5.42×104N（4）空載總阻力F= Ff +

33、 F+ Fw =（1.95+2.79+5.42）×104N=1.016×105N（5）滿載總阻力。依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式有F=1.12 F=1.12×1.016×105N=1.14×105N2.8.3 大車電動(dòng)機(jī)選擇已知大車空載總阻力F=1.016×105N，大車運(yùn)行空載運(yùn)行速度v=10m/min=10/60m/s，大車運(yùn)行效率=0.85，則有大車電動(dòng)機(jī)計(jì)算功率為由于速度低，選二套電動(dòng)機(jī)來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算功率為kW，實(shí)際上選兩臺(tái)11kW電機(jī)。電動(dòng)機(jī)型號(hào)為選擇變速調(diào)速電機(jī)YTSZ180L-8，具體參數(shù)如前述。第三章 PLC變頻控制概述與

34、主要器件3.1 PLC電氣控制概述起重機(jī)的工作條件十分惡劣，常處在多粉塵，高溫，高濕度的環(huán)境，工作負(fù)載性質(zhì)屬于重復(fù)短時(shí)工作制，經(jīng)常處于頻繁帶負(fù)載起動(dòng)，制動(dòng)，正反轉(zhuǎn)狀態(tài)，要承受較大過(guò)載和機(jī)械沖擊。因而對(duì)電力拖動(dòng)與電力控制有一定要求。起重機(jī)為重復(fù)短時(shí)工作制，拖動(dòng)起重機(jī)運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)在工作當(dāng)中的特點(diǎn)為：工作期內(nèi)溫度升高，由于時(shí)間短，來(lái)不及上升到穩(wěn)定值；停止期內(nèi)溫度降低，也來(lái)不及冷卻到周圍環(huán)境溫度。顯然在同樣功率下，重復(fù)短時(shí)間工作比長(zhǎng)期穩(wěn)定的溫度要低，允許過(guò)載運(yùn)行。對(duì)這種重復(fù)短時(shí)工作制的電動(dòng)機(jī)要采用適合起重的交流電動(dòng)機(jī)。起重機(jī)的負(fù)載力矩為位能性反抗力矩，因而電動(dòng)機(jī)可能運(yùn)轉(zhuǎn)在電動(dòng)狀態(tài)或制動(dòng)狀態(tài)，為了設(shè)備與

35、人身的安全，下放重物時(shí)應(yīng)工作在制動(dòng)狀態(tài)，停車時(shí)必須采用可靠的機(jī)械制動(dòng)。傳統(tǒng)橋式起重機(jī)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)采用交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的方法進(jìn)行起動(dòng)和調(diào)速，繼電接觸器控制，這種控制系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)有：（1）橋式起重機(jī)工作環(huán)境惡劣，工作任務(wù)重，電動(dòng)機(jī)以及所串電阻燒損和斷裂故障時(shí)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(jī)械特性軟，負(fù)載變化時(shí)轉(zhuǎn)速也變化，調(diào)速不理想。所串電阻長(zhǎng)期發(fā)熱，電能浪費(fèi)大，效率低。要從根本上解決這些問(wèn)題，只有徹底改變傳統(tǒng)的控制方式。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力電子器件的迅猛發(fā)展，電氣傳動(dòng)和自動(dòng)控制領(lǐng)域也日新月異。其中，具有代表性的交流變

36、頻裝置和可編程控制器（PLC）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(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了有利條件。PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，30年來(lái)，PLC從無(wú)到有，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍；其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步；其應(yīng)用領(lǐng)域從小

37、到大，實(shí)現(xiàn)了單體設(shè)備簡(jiǎn)單控制到勝任運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制、及集散控制等各種任務(wù)的跨越。今天的PLC正在成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在世界各地發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。PLC是一種以微處理器為核心，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)，半導(dǎo)體存儲(chǔ)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的新型工業(yè)控制器。PLC與傳統(tǒng)的繼電器控制比較，具有通用性好、功能強(qiáng)、可靠性高、定時(shí)準(zhǔn)確、定時(shí)范圍寬、擴(kuò)展靈活、維修方便等許多優(yōu)點(diǎn)。從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按

38、照一定規(guī)則組合配置。3.2 采用變頻控制的優(yōu)點(diǎn)（1）提供靈活的啟動(dòng)方式選擇及優(yōu)異的啟動(dòng)特性?？商峁┸泦?dòng)、帶可選突跳啟動(dòng)的軟起動(dòng)、限流起動(dòng)及雙斜坡啟動(dòng)和全壓?jiǎn)?dòng)等啟動(dòng)方式選擇，用戶可根據(jù)自身要求及系統(tǒng)電網(wǎng)要求來(lái)選擇相應(yīng)的啟動(dòng)方式并設(shè)置起動(dòng)參數(shù)，以達(dá)到最佳的啟動(dòng)效果。（2）全功能保護(hù)系統(tǒng)。軟啟動(dòng)器不僅能提供過(guò)載保護(hù)，而且可提供各種操作故障狀態(tài)下的保護(hù)，諸如輸入/輸出缺相、電機(jī)堵轉(zhuǎn)、晶閘管短路及失壓、過(guò)壓、短路等保護(hù)，其中內(nèi)置的過(guò)載保護(hù)功能可省去熱繼電器，使配電柜內(nèi)布線更加簡(jiǎn)單、迅速。此外不需增加任何傳感器或儀表，可讀取電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，如：電流、電壓、功率千瓦時(shí)及運(yùn)行時(shí)間等。除了擁有強(qiáng)大的保護(hù)功能

39、之外，軟啟動(dòng)還具有故障自診斷功能，大大減少了以往故障查找與檢修的時(shí)間，節(jié)省了人力。 （3）運(yùn)行可靠，維修方便。軟啟動(dòng)器大電流運(yùn)行無(wú)觸點(diǎn)，采用交流開(kāi)關(guān)無(wú)級(jí)調(diào)壓，消除了系統(tǒng)中產(chǎn)生接觸不良的影響，且調(diào)壓范圍寬，過(guò)載能力強(qiáng)，人性化的菜單界面可極為方便地查閱參數(shù)或修改參數(shù)，通過(guò)附加的通信網(wǎng)絡(luò)接口達(dá)到自動(dòng)化集中控制。（4）節(jié)能運(yùn)行。隨著電機(jī)負(fù)載率的變化，軟啟動(dòng)自適應(yīng)控制自動(dòng)調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使電機(jī)運(yùn)行功率因素相應(yīng)提高，同時(shí)降低電機(jī)運(yùn)行時(shí)的功率損耗。對(duì)經(jīng)常啟動(dòng)且負(fù)載變化頻繁的電機(jī)，節(jié)能效果顯著。電機(jī)在負(fù)載到滿載范圍內(nèi)的最高綜合節(jié)電效果可達(dá)損耗的40左右。（5）延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高生產(chǎn)率。電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)能有效

40、降低啟動(dòng)機(jī)械應(yīng)力，減少對(duì)傳動(dòng)元件的機(jī)械沖擊，在液流系統(tǒng)中能有效消除喘振或液擊問(wèn)題，提高設(shè)備利用率，提高生產(chǎn)率。3.3 變頻器基本結(jié)構(gòu)與分類 變頻器是把工頻電源變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備，其中控制電路完成對(duì)主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對(duì)于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來(lái)說(shuō)，有時(shí)還需要一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算的CPU以及一些相應(yīng)的電路。變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開(kāi)關(guān)方式分類，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高

41、載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等。變頻器有非智能控制方式和智能控制方式。非智能控制方式有：（1）轉(zhuǎn)差頻率控制。轉(zhuǎn)差頻率控制是一種直接控制轉(zhuǎn)矩的控制方式，它是在V/f控制的基礎(chǔ)上，按照已知異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的電源頻率，并根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩來(lái)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，就可以使電動(dòng)機(jī)具有對(duì)應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩。這是一種閉環(huán)控制方式，可以使變頻器具有良好的穩(wěn)定性，并對(duì)急速的加減速和負(fù)載變動(dòng)有良好的響應(yīng)特性。（2）矢量控制。矢量控制是通過(guò)矢量坐標(biāo)電路控制電動(dòng)機(jī)定子電流的大小和相位，以達(dá)到對(duì)電動(dòng)機(jī)在d、q、o坐標(biāo)軸系中的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流分別

42、進(jìn)行控制，進(jìn)而達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。（3）直接轉(zhuǎn)矩控制。直接轉(zhuǎn)矩控制是利用空間矢量坐標(biāo)的概念，在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，通過(guò)檢測(cè)定子電阻來(lái)達(dá)到觀測(cè)定子磁鏈的目的，因此省去了矢量控制等復(fù)雜的變換計(jì)算，系統(tǒng)直觀、簡(jiǎn)潔，計(jì)算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在開(kāi)環(huán)的狀態(tài)下，也能輸出100%的額定轉(zhuǎn)矩，對(duì)于多拖動(dòng)具有負(fù)荷平衡功能。（4）最優(yōu)控制。最優(yōu)控制在實(shí)際中的應(yīng)用根據(jù)要求的不同而有所不同，可以根據(jù)最優(yōu)控制的理論對(duì)某一個(gè)控制要求進(jìn)行個(gè)別參數(shù)的最優(yōu)化。例如在高壓變頻器的控制應(yīng)用中，就成功的采用了時(shí)間分段控制和相位平移控制兩種策略，以實(shí)現(xiàn)一定條件下的電壓最

43、優(yōu)波形。（5）其他非智能控制方式。在實(shí)際應(yīng)用中，還有一些非智能控制方式在變頻器的控制中得以實(shí)現(xiàn)，例如自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、差頻控制、環(huán)流控制、頻率控制等。3.4 起重機(jī)的保護(hù)裝置（1）電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)。用于各電動(dòng)機(jī)過(guò)載時(shí)的過(guò)電流保護(hù)。（2）起重機(jī)短路保護(hù)。用于起重機(jī)主、控制電路出現(xiàn)短路時(shí)的保護(hù)。（3）失壓保護(hù)。起重機(jī)停電再來(lái)電時(shí)，起重機(jī)回復(fù)到原始停止?fàn)顟B(tài)，不會(huì)自行工作。（4）大、小車行程保護(hù)。（5）門開(kāi)關(guān)。橋式起重機(jī)駕駛室門外、通向橋架的倉(cāng)口以及起重機(jī)兩側(cè)的端梁門上應(yīng)安裝門艙聯(lián)鎖保護(hù)裝置。（6）升降限位。過(guò)卷?yè)P(yáng)限位器應(yīng)保證吊鉤上升或下降到極限位置時(shí)，能自動(dòng)切斷電源。（7）起重量限制。50

44、 t及以上的起重機(jī)，宜安裝超負(fù)荷限制器。（8）停車保護(hù)。起重機(jī)大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)，在軌道終端極限位置，均應(yīng)安裝緩沖器。（9）零位保護(hù)。防止起重機(jī)在工作過(guò)程中，突然停電再來(lái)電出現(xiàn)自行工作現(xiàn)象。3.5 主令控制器的原理與結(jié)構(gòu)凸輪控制器控制線路簡(jiǎn)單，緊急使用且方便，與保護(hù)配電箱配合，廣泛用于橋式起重機(jī)的電氣控制，但在下列情況下，卻難以勝任，即：（1）電動(dòng)機(jī)容量大。（2）操作頻率高。（3）起重機(jī)的操作手柄多，要求減輕司機(jī)的疲勞強(qiáng)度。（4）起重機(jī)工作繁重，要求電氣設(shè)備有較長(zhǎng)的壽命。（5）要求起重機(jī)工作時(shí)，有較好的調(diào)速和點(diǎn)動(dòng)性能。這時(shí)就需要采用主令控制器與交流磁力控制盤想配合來(lái)完成，即通過(guò)主令控制器的觸電變

45、換，來(lái)控制交流磁力控制盤上的接觸器動(dòng)作以達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，調(diào)速，換向和制動(dòng)等目的。主令控制器的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。圖1中編號(hào)1與7為固定于方軸上的凸輪塊；3是靜觸頭；4是動(dòng)觸頭，固定于繞軸6轉(zhuǎn)動(dòng)的支桿5上。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)方軸時(shí)，凸輪塊隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)凸輪塊的凸起部分轉(zhuǎn)到與小輪8接觸時(shí)，推動(dòng)支桿5向外張開(kāi)，使動(dòng)觸頭4離開(kāi)靜觸頭3，將被控回路斷開(kāi)。當(dāng)凸輪的凹陷部分與小輪8接觸時(shí)，支桿5在反力彈簧作用下復(fù)位，使動(dòng)、靜觸頭閉合，從而接通被控回路。這樣安裝一串不同形狀的凸輪，可使觸頭按一定順序閉合與斷開(kāi)。 圖3-1 主令控制器結(jié)構(gòu)原理圖第四章 PLC控制的橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成PLC控制的橋式起重機(jī)

46、變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖如圖4-1所示。橋式起重機(jī)大車、小車、主鉤，副鉤電動(dòng)機(jī)都需獨(dú)立運(yùn)行，大車為兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)拖動(dòng)，所以整個(gè)系統(tǒng)有5臺(tái)電動(dòng)機(jī)，4臺(tái)變頻器傳動(dòng)，并由4臺(tái)PLC分別加以控制?？删幊绦蚩刂破鞔筌囎冾l器大車電動(dòng)機(jī)小車變頻器小車電動(dòng)機(jī)升降變頻器主鉤電動(dòng)機(jī)大車制動(dòng)器小車制動(dòng)器升降制動(dòng)器大車操作桿小車操作桿升降操作桿限位與保護(hù)升降變頻器副鉤電動(dòng)機(jī)圖4-1 PLC控制的橋式起重機(jī)系統(tǒng)框圖橋式起重機(jī)PLC控制系統(tǒng)主要包括：（1）可編程控制器：完成系統(tǒng)邏輯控制部分?？刂齐妱?dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等控制信號(hào)進(jìn)入PLC，PLC經(jīng)處理后，向變頻器發(fā)出起停、調(diào)速等信號(hào)，使電動(dòng)機(jī)工作，是系統(tǒng)的核心。（2）變頻器：為電

47、動(dòng)機(jī)提供可變頻率的電源，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。（3）制動(dòng)電阻：起重機(jī)放下重物時(shí)，由于重力加速度的原因電動(dòng)機(jī)將處于再生制動(dòng)狀態(tài)，拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)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(xiǎn)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(dòng)電阻就是用來(lái)消耗這部分能量的。橋式起重機(jī)大車、小車、副鉤、主鉤電動(dòng)機(jī)工作由各自的PLC控制，大車、小車、副鉤、主鉤電動(dòng)機(jī)都運(yùn)行在電動(dòng)狀態(tài)，控制過(guò)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(shí)現(xiàn)基本相同，而主鉤電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)處于電動(dòng)、倒拉反接或再生制動(dòng)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(shí)現(xiàn)稍有

48、區(qū)別。4.2 橋式起重機(jī)電力拖動(dòng)系統(tǒng)4.2.1 橋式起重機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)（1）大車拖動(dòng)系統(tǒng)拖動(dòng)整臺(tái)起重機(jī)順著車間或者地面主軌道方向左右移動(dòng)（以司機(jī)的坐向?yàn)閰⒖迹＃?）小車拖動(dòng)系統(tǒng)拖動(dòng)吊鉤及重物順著橋架作前后運(yùn)動(dòng)。（3）吊鉤拖動(dòng)系統(tǒng)拖動(dòng)重物作吊起或放下的上下運(yùn)動(dòng)。大型起重機(jī)（超過(guò)10t）有兩個(gè)起升機(jī)構(gòu)：主起升機(jī)構(gòu)（主鉤）和副起升機(jī)構(gòu)（副鉤）。通常主鉤與副鉤不能同時(shí)起吊重物。4.2.2 負(fù)荷特點(diǎn)橋式起重機(jī)的拖動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載都屬于恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)，且其起升機(jī)構(gòu)為位能性負(fù)載，當(dāng)起升機(jī)構(gòu)起吊重物下降或者快速減速運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)。需要將電能通過(guò)反饋裝置反送給電網(wǎng)或消耗在制動(dòng)電阻上，以提高制動(dòng)效果。4

49、.2.3 控制要求（1）起升機(jī)構(gòu)要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)運(yùn)行平穩(wěn)。能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行且要有超載、限位、限流等多種保護(hù)。（2）起升機(jī)構(gòu)在啟停過(guò)程中易出現(xiàn)“溜鉤”問(wèn)題。    由于制動(dòng)器從抱緊到松開(kāi)，以及從松開(kāi)到抱緊的動(dòng)作過(guò)程需要時(shí)間約0.6s，而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生或消失，是在通電或斷電瞬間就立刻反應(yīng)的。因此，制動(dòng)器和電動(dòng)機(jī)在動(dòng)作的配合上極易出現(xiàn)問(wèn)題。如電動(dòng)機(jī)已經(jīng)通電，而制動(dòng)器尚未松開(kāi)，將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的嚴(yán)重過(guò)載；反之，如電動(dòng)機(jī)已經(jīng)斷電，而制動(dòng)器尚未抱緊，則重物必將下滑，即出現(xiàn)溜鉤現(xiàn)象。因此要有相應(yīng)的防止措施。起升機(jī)構(gòu)中要有機(jī)械制動(dòng)器。起重用變頻器具有零速全轉(zhuǎn)矩功能零伺服功能，

50、即零速時(shí)電動(dòng)機(jī)仍能輸出150%的額定轉(zhuǎn)矩，使重物停在空中，但是若重物停在空中時(shí)出現(xiàn)電源瞬間停電等情況，就會(huì)有重物下滑的危險(xiǎn)。因此，電動(dòng)機(jī)軸上必須加裝制動(dòng)器。常用的有電磁鐵制動(dòng)器和液壓電磁制動(dòng)器等。4.3 PLC、變頻器的應(yīng)用設(shè)計(jì)4.3.1系統(tǒng)配置（1）變頻器。橋式起重機(jī)的平移機(jī)構(gòu)對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)的性能要求不高，為了節(jié)省成本，選用V/f控制方式的通用變頻器即可滿足要求。    起升機(jī)構(gòu)要求有較高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和調(diào)速性能，采用帶速度反饋的矢量控制型變頻器。這類變頻器種類很多，本課題采用安川VS-616G5 變頻器進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，如圖4-2所示。它具有零速全轉(zhuǎn)矩功能，保證了吊鉤由運(yùn)

51、行狀態(tài)降為零速時(shí)，電動(dòng)機(jī)能夠使重物在空中暫停，直到電磁制動(dòng)器將電動(dòng)機(jī)軸抱住為止，從而防止了溜鉤。圖4-2 VS-616G5變頻器外部接線圖（2）PLC可選擇日本三菱的FX2N-80MR。如圖4-3所示。上端子排主要是輸入端口，N、L為220V輸入；當(dāng)X輸入端口接到GND時(shí)指示燈亮，表示相應(yīng)位輸入為1，這兩種端口最大輸入電壓為30V；X0、X1可以作為高速計(jì)數(shù)端口。ADC0、ADC1 對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)寄存器：D8030、D8031。編程口邊兩個(gè)電位計(jì)，對(duì)應(yīng) D8032、D8033。模擬輸入為10位，MAX=1023，05V。圖4-3 FX2N-80MR輸入/輸出接口圖下端子排為功能端口及輸出端口。DAC

52、0、DAC1為010V輸出，12位，其精度為0.000488V。在D8073 D8074中B為485通信口。COM是晶體管輸出的公用口，也是24V電源的地。電源+24VCOM可以外加，也可以在電流小于250mA時(shí)對(duì)外供電。（3）主副提升機(jī)構(gòu)的變頻電機(jī)裝有光電編碼器，與PLC的速度反饋控制卡相連接；為了保證足夠的啟動(dòng)和運(yùn)行力矩，主提升機(jī)構(gòu)的變頻器一般比電動(dòng)機(jī)容量放大一個(gè)等級(jí)；變頻器的制動(dòng)單元應(yīng)加大一個(gè)檔次，以便允許有較大的制動(dòng)電流，縮短制動(dòng)過(guò)程；制動(dòng)電阻的額定功率應(yīng)加大一倍。4.3.2 主提升機(jī)構(gòu)PLC變頻控制4.3.2.1主提升機(jī)構(gòu)PLC變頻控制系統(tǒng)圖本文給出主提升機(jī)構(gòu)PLC變頻控制系統(tǒng)圖，如

53、圖4-3所示。圖4-3主提升機(jī)構(gòu)PLC變頻控制系統(tǒng)圖PLC端子及控制關(guān)系說(shuō)明：上述系統(tǒng)中PLC為控制中心，它的輸人信號(hào)來(lái)自主令控制器、變頻器、超載以及限位等檢測(cè)開(kāi)關(guān)的信號(hào)。如圖4-4所示的主令控制器，用以控制主鉤電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)和多段速及零位保護(hù)。它的輸出信號(hào)控制變頻器和主電路（制動(dòng)器、風(fēng)機(jī)、變頻器電源電路）的通斷。圖4-4 主令控制器變頻器的各端子功能：1-正轉(zhuǎn)；2-反轉(zhuǎn)；3-外部故障（制動(dòng)電阻過(guò)熱保護(hù)）；4-故障復(fù)位；5-多段速1，6-多段速2；7-多段速3；8-點(diǎn)動(dòng)；58-多功能輸人端；25-零速；26-速度一致；27-集電極開(kāi)路多功能。4.3.2.2 PLC程序  &

54、#160;本系統(tǒng)PLC程序?yàn)橐话愕捻樞蚩刂瞥绦?，其中的關(guān)鍵是要理清系統(tǒng)工作過(guò)程中實(shí)際需要的控制關(guān)系，以及把主令控制器的運(yùn)行及速度指令邏輯轉(zhuǎn)換為三位二進(jìn)制輸出給變頻器多段速輸人端，程序及輸人輸出關(guān)系如圖4-5和表4-1所示。圖4-5 多段速PLC程序表4-1 多段速輸入/輸出表輸入輸出結(jié)果KA2X0Y0變頻器1端正轉(zhuǎn)KA3X1Y1變頻器2端反轉(zhuǎn)KA4X2Y2經(jīng)譯碼00,01,10,11給變頻器5、6端形成四個(gè)速度一速二速三速四速KA5X3Y3KA6X4Y44.3.2.3 工作過(guò)程   系統(tǒng)上電后，在無(wú)故障反饋情況下，司機(jī)室駕駛員通過(guò)聯(lián)動(dòng)臺(tái)的主令控制器發(fā)出操作指令信號(hào)

55、給PLC，PLC根據(jù)內(nèi)部程序的執(zhí)行結(jié)果輸出給變頻器正反轉(zhuǎn)和多段速輸人端，從而控制主鉤的升降運(yùn)行和變速。4.3.2.4 溜鉤的防止VS-616G5矢量控制型變頻具有零速全轉(zhuǎn)矩功能，在設(shè)計(jì)橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)時(shí)只需考慮PLC和變頻器的適當(dāng)配合，即可圓滿解決“溜鉤”問(wèn)題。如本例中可以利用集電極開(kāi)路輸出端的“零速”、“速度一致”信號(hào)分別控制機(jī)械制動(dòng)器的抱閘和松閘，或者用“頻率檢測(cè)信號(hào)”作為機(jī)械制動(dòng)器的松合閘控制指令。但都需要參數(shù)設(shè)置與之相配合，以取得制動(dòng)器與電動(dòng)機(jī)運(yùn)行之間的最佳配合。4.3.2.5 功能擴(kuò)展（1）如果需要，可在PLC輸人端連接遙控器對(duì)橋式起重機(jī)的拖動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制。（2）可以配置觸摸屏或液

56、晶顯示器對(duì)系統(tǒng)的主鉤高度、載荷、運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)視。測(cè)試卡輸出脈沖到PLC高頻脈沖輸人端，經(jīng)SPD脈沖速度計(jì)算指令計(jì)算用于速度控制和顯示。PLC與觸摸屏通過(guò)R32串行接口相連，接口程序在PLC中為觸摸屏設(shè)立數(shù)據(jù)讀取區(qū)及相關(guān)狀態(tài)標(biāo)志，用于觸摸屏的監(jiān)視。4.3.2.6 系統(tǒng)保護(hù)該系統(tǒng)中，變頻器本身具有短路、過(guò)載、過(guò)壓、缺相、失速等多種保護(hù)和故障輸出功能，對(duì)主起升機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，變頻器驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，所以變頻器的輸出可以直接連接電動(dòng)機(jī)而不必接熱繼電器作過(guò)載保護(hù)。線路主回路中接有總接觸器和分接觸器，它們除了通斷線路的作用外，還兼有短路、過(guò)載、欠壓等多種保護(hù)。司機(jī)可以通過(guò)聯(lián)動(dòng)臺(tái)中的啟停按鈕控制總接觸器進(jìn)而控制總電源的通斷，在無(wú)法用接觸器通斷電路的情況下，可以通過(guò)急停開(kāi)關(guān)接通總斷路器的分勵(lì)脫扣線圈來(lái)斷開(kāi)電源電路。另外在總電源控制回路中還串有門限位開(kāi)關(guān)和鑰匙開(kāi)關(guān)作為安全保護(hù)措施。4.3.3 大車機(jī)構(gòu)PLC變頻控制4.3.3.1大車機(jī)構(gòu)PLC變頻控制系統(tǒng)圖大車機(jī)構(gòu)PLC變頻控制系統(tǒng)圖如圖4-6所示。大車運(yùn)行由兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)同步驅(qū)動(dòng)，要求控制參數(shù)對(duì)稱。圖4-6 所示大車機(jī)構(gòu)PLC變頻控制系統(tǒng)圖4.3.3.2 橋式起重機(jī)大車電動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程在駕駛室門及橫梁欄桿門關(guān)好后，位置開(kāi)關(guān)SQa、SQb、SQc閉合，緊急開(kāi)關(guān)SB2等符合要求的情況下，速度選擇