PLC在桥式起重机(天车)中的应用

设计学校：班级：学号：姓名：指导老师：目录前言4第一章 PLC在桥式起重机（天车）中应用的前景 1.1 PLC发展前景 7 1.2 PLC控制桥式起重机(天车)改造的优缺点8第二章20/5t桥式起重机常用电器 2.1 常用低压电器设备的选择10 2.2 刀开关和组合开关112.3 熔断器112.4 低压断路器122.5 按钮 122.6接触器132.7 热继电器13第三章 20/5t桥式起重机参数，组成 3.1 20/5t桥式起重机基本参数143.8 2 20/5t桥式起重机变频调速系统主要辅件电动机容量选用18 3.9 3 20/5t桥式起重机变频调速系统电动机容量电阻器和频敏变阻器选用20 2.10 20/5t桥式起重机变频调速系统变频器容量选用 3.4 电阻器和频敏变阻器制动装置选用21 3.6 20/5t桥式起重机的起重小车 22第四章 20/5t桥式起重机机械设备4.1 电磁铁20/5t桥式起重机桥架及运行机构254.2 20/5t桥式起重机的车轮选择264.3 20/5t桥式起重机的抓斗274.5 20/5t桥式起重机的钢丝选择27第五章 凸轮控制器，变频器5.1 凸轮控制器29 5.2 变频器30第六章 PLC的选型,控制梯形图 6.1 PLC选型32 6.2 PLCI/O点分配控制程序及梯形图33第七章20/5t桥式起重机电气控制线路 7.1 20/5t桥式起重机工作原理桥式起重机的电气控制要求38 7.220/5t桥式起重机主令控制器通断表 39 7.3 2 0/5t桥式起重机电气控制装置的安装要点40第八章 起重机数字化控制系统的简述结束语42参考文献42 前言桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机，又称天车。桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行，构成一矩形的工作范围，就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。桥式起重机广泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。桥式起重机可分为普通桥式起重机、简易粱桥式起重机和冶金专用桥式起重机三种。 普通桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构组成。起重小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成。起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。电动机通过减速器，带动卷筒转动，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下，以升降重物。小车架是支托和安装起升机构和小车运行机构等部件的机架，通常为焊接结构。起重机运行机构的驱动方式可分为两大类：一类为集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮；另一类为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机驱动。中、小型桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动机组合成一体的“三合一”驱动方式，大起重量的普通桥式起重机为便于安装和调整，驱动装置常采用万向联轴器。起重机运行机构一般只用四个主动和从动车轮，如果起重量很大，常用增加车轮的办法来降低轮压。当车轮超过四个时，必须采用铰接均衡车架装置，使起重机的载荷均匀地分布在各车轮上。桥架的金属结构由主粱和端粱组成，分为单主粱桥架和双粱桥架两类。单主粱桥架由单根主粱和位于跨度两边的端粱组成，双粱桥架由两根主粱和端粱组成。主粱与端粱刚性连接，端粱两端装有车轮，用以支承桥架在高架上运行。主粱上焊有轨道，供起重小车运行。桥架主粱的结构类型较多比较典型的有箱形结构、四桁架结构和空腹桁架结构。箱形结构又可分为正轨箱形双粱、偏轨箱形双粱、偏轨箱形单主粱等几种。正轨箱形双粱是广泛采用的一种基本形式，主粱由上、下翼缘板和两侧的垂直腹板组成，小车钢轨布置在上翼缘板的中心线上，它的结构简单，制造方便，适于成批生产，但自重较大。偏轨箱形双粱和偏轨箱形单主粱的截面都是由上、下翼缘板和不等厚的主副腹板组成，小车钢轨布置在主腹板上方，箱体内的短加劲板可以省去，其中偏轨箱形单主粱是由一根宽翼缘箱形主粱代替两根主粱，自重较小，但制造较复杂。四桁架式结构由四片平面桁架组合成封闭型空间结构，在上水平桁架表面一般铺有走台板，自重轻，刚度大，但与其他结构相比，外形尺寸大，制造较复杂，疲劳强度较低，已较少生产。空腹桁架结构类似偏轨箱形主粱，由四片钢板组成一封闭结构，除主腹板为实腹工字形粱外，其余三片钢板上按照设计要求切割成许多窗口，形成一个无斜杆的空腹桁架，在上、下水平桁架表面铺有走台板，起重机运行机构及电气设备装在桥架内部，自重较轻，整体刚度大，这在中国是较为广泛采用的一种型式。普通桥式起重机主要采用电力驱动，一般是在司机室内操纵，也有远距离控制的。起重量可达五百吨，跨度可达60米。简易梁桥式起重机又称粱式起重机，其结构组成与普通桥式起重机类似，起重量、跨度和工作速度均较小。桥架主粱是由工字钢或其他型钢和板钢组成的简单截面粱，用手拉葫芦或电动葫芦配上简易小车作为起重小车，小车一般在工字粱的下翼缘上运行。桥架可以沿高架上的轨道运行，也可沿悬吊在高架下面的轨道运行，这种起重机称为悬挂粱式起重机。冶金专用桥式起重机在钢铁生产过程中可参与特定的工艺操作，其基本结构与普通桥式起重机相似，但在起重小车上还装有特殊的工作机构或装置。这种起重机的工作特点是使用频繁、条件恶劣，工作级别较高。主要有五种类型。铸造起重机：供吊运铁水注入混铁炉、炼钢炉和吊运钢水注入连续铸锭设备或钢锭模等用。主小车吊运盛桶，副小车进行翻转盛桶等辅助工作。 夹钳起重机：利用夹钳将高温钢锭垂直地吊运到深坑均热炉中，或把它取出放到运锭车上。脱锭起重机：用以把钢锭从钢锭模中强制脱出。小车上有专门的脱锭装置，脱锭方式根据锭模的形状而定：有的脱锭起重机用项杆压住钢锭，用大钳提起锭模；有的用大钳压住锭模，用小钳提起钢锭。加料起重机：用以将炉料加到平炉中。主小车的立柱下端装有挑杆，用以挑动料箱并将它送入炉内。主柱可绕垂直轴回转，挑杆可上下摆动和回转。副小车用于修炉等辅助作业。锻造起重机：用以与水压机配合锻造大型工件。主小车吊钩上悬挂特殊翻料器，用以支持和翻转工件；副小车用来抬起工件。第一章 PLC在桥式起重机（天车）中应用的前景1.1 PLC发展前景1 随着工业自动化的发展，PLC、变频器在工厂设备改造中得到了广泛应用。桥式起重机由于工作环境比较恶劣，而且重载下频繁起动、制动、反转、变速等操作，还要求有一定的调速范围，所以传统的继电控制和串电阻调速已呈现出许多的缺点，对这一类生产机械的改造已十分必要。 2 原设备的基本情况 某玻璃厂备煤车间的抓斗式桥式吊车用于装煤，玻璃的放场，将玻璃从地面抓放到停放在附近的列车上。桥式吊车电气传动共有大车电机2台，小车电机1台，抓斗电机1台，抓斗提升电机1台，均为绕线式交流电动机，采用转子串电阻的方法启动和调速。由于工作环境恶劣，粉尘和有害气体对电机滑环、碳刷及21个接触器腐蚀较大，加上任务重，操作程序难以保证，冲击电流大，触头消蚀严重，碳刷冒火，电机及转子绕组所串电阻烧损、断裂故障时有发生，平均每月发生较大的故障2.5次，对生产影响较大.转子串电阻调速，机械特性软，负载变化时，转速也变化，调速效果差，所串电阻长期发热，电能浪费大，效率低，因此要从根本上解决桥式吊车故障率高的问题，只有利用PLC作为控制装置以及彻底改变绕线式电机串电阻调速方式。 1.2 PLC控制桥式起重机(天车)改造的优缺点1 PLC改造后的情况在现代工业控制中，PLC由于具有可靠性高，抗干扰能力强，适应性强，应用灵活，编程方便，易于使用，控制系统设计、安装、调试、维修方便，维修工作量少等一系列的优点而得到了广泛的应用，由于本系统主要是一些逻辑控制，所以以PLC作为控制核心，整个系统的输入26点，输出点27点，可选用三菱FX2N-64MR，该型号是PX系列中功能最强速度最快的PLC，它有32个输入点，32个输出 点，内置用户存储器为8K步，系统的组成原理图对于桥式吊车抓斗的开合、提升、大车、小车电机分别用四台FRNIC5000G7型变频器拖动；对抓斗的开合电机、提升电机由原来45KW的绕线式电机改为30KW鼠笼型电机，大车小车的配用电机不变，但将转达子绕组引出线短路，去掉碳刷和滑环；为使工作安全和可靠，防止因停电、变频器跳闸或制动单元失灵而导致起吊物下砸出现危险，原有机械抱闸制动装置仍保留。 2 调速系统的工作情况 桥吊中电机所带负载都为恒转矩负载，抓斗开合、大车、小车电机都运行在1、3象限，均为电动状态，抓斗提升电机可运行在1、3、4象限，采用变频调速，机械特变硬，当负载转矩变化时，电机转速基本不变。 桥式吊车的速度调节可利用变频器的多级频率选择功能，将FWD、CM接通则正转，REV、CM接通则反转，将X1、CM，X2、CM，X3、CM三对端子分别接通，或其中两对或三对同时接通，可得7种频率，从而可方便地得到桥吊所要求的正反两个方向各6种速度。 应现场工作人员的要求，为照顾操作习惯，桥吊的转速控制仍采用原来的主令控制器和凸轮控制器。利用主令控制器的五对触头，来得到变频器输出的6种转速。电机 加减速的时间可以通过变频器的设定来进行改变。 3从改造后运行来看，取得的效果非常明显。主要表现为：1）桥式起重机的启动、制动、加速、减速等过程更加平稳快速，定位更加准确，减少了负载波动，安全性大幅提高。2）系统运行的开关器件实现了无触点化，具有半永久性的寿命。3）由于电动机启动电流限制得较小，频繁启动和停止时电动机热耗减少，寿命延长。4）电磁制动器在低速时动作,其闸皮的磨损很小，使用寿命延长。5）降低了对电网的冲击。6）节约能源，变频调速的启动、制动、加速、减速等过程中，电机运行电流小。以本案来讲，节能可达30%左右。该项目投资总费用为15 万元，改造完毕，投入运行。经同期对比，在生产工况相同的情况下，改造后的电耗和维修费用比改造前每月下降约6 000元，2年左右的时间就可收回投资。 第二章20/5t桥式起重机常用电器，电机及选用 2.1 常用低压电器 正确地选择电气设备对供电的可靠性，安全性，经济性都有重要的意义。首先，应根据使用环境选择电气设备的类型，是所选电气设备与环境条件相适应；其次，按电路的实际工作条件选择和校验电气设备的技术参数，以保证电力系统在正常时和发生故障时，电气设备均能安全,可靠地工作。选择电气设备时应尽量选择国产先进设备，并注意在技术合理的条件下尽量节约投资。不同的电气设备在选择时考虑的条件也不尽相同，下面简绍选择电气设备的一般原则。一，按使用环境选择电气设备的类型为了适应不同的装设地点，电气设备分为户内式和户外式；按照不同的工作环境又分为普通型，防污型，湿热型，高原型和矿用型等。矿用型又分为矿用一般型和矿用防爆型。矿用防爆型又分为增安型，隔爆型，本质安全型等。此外，还有其他一些分类方法。选择时，应首先根据电气设备的工作环境条件选择出合适的型号。二，按正常工作参数选择选择电气设备（一）根据额定电压选择所选电气设备的额定电压应不低于所在电网的额定电压，或电气设备的最高允许工作电压(1.11.15UN)应不低于所在电网的最高电压，即 UNUWN （1.11.5）UNUWn（二）根据额定电流选择电气设备的额定电流应不小于通过他的最大负荷电流，即 INI30 三，按短路条件校颜电气设备（一）开关电器断流能力的校验（二）电气设备的短路稳定性校验2.2刀开关和组合开关1. 普通刀开关（开启式负荷开关）普通刀开关是是一种简单手动的控制电器，它由操作手柄，静动触头，进出线座和绝缘底板等组成。推动手柄，是动触头紧紧的插入静触头中，电路就被接通。其结构简单，操作方便，价格便宜。因不设专门的灭弧装置，所以不宜分段负载电流，不宜频繁操作。它适用于照明，电热设备及小容量的电动机控制线路中。 2.组合开关组合开关又称转换开关，实质上也是一种刀开关，不过它的刀片是转动式的。它由装在同一根轴上的单个或多个单级旋转开关叠装在一起组成的，有单极，双极，三极结构，根据动触片和静触片的不同组合，有许多接线方式。2.3 熔断器 熔断器是最常用的短路保护电器，串联在被保护的电路中。熔断器中的熔片或熔丝统称熔体，一般有电阻率较大而熔点较低的合金制成，在电流较大的电路中也有用细铜丝制成的。线路在正常工作时，熔断器的熔体不熔断，一旦发生短路，熔体应立即熔断，及时切断电源，已达到保护线路和电气设备的目的。 2.4 低压断路器低压断路器原来叫自动空气断路器，简称断路器。这是低压配电网络电力拖动系统中常用的一种配电电器，它集控制和多种保护功能于一体，在正常情况下可用于不频繁地接通和断开电路以及控制电机的运行。当电路中发生短路，过载和失压等故障时，它能自动切换故障电路和电器设备。低压断路器主要由动触头，静触头，灭弧装置，操作机构，热脱扣器，电磁脱扣器及外壳等部分组成的。其结构符号如下：在设计过程中会用到：单P 10 A ，12A ,主要用于控制回路电源控制 双P 12A , 24A, 32A ,63A 3P 32A , 63A断路器：16A , 32A , 63A, 80A, 100A, 125A, 160A, 200A .主要用于主回路电源的控制 2.5 按钮. 按钮是一种具有用人体的一部分（一般为手指或手掌）施加力而操作的操动器，并能够储能复位的控制开关，按钮的触头允许通过的电流较小，一般不超过5A，因此一般情况下它不直接控制主电路的通断，而是在控制电路中发出指令或信号去控制接触器，继电器等电器，在由他们去控制主断路的通断，功能转换或电气联锁。 按钮主要用于控制桌面来控制电器：有启动按钮，停止按钮设计需要2.6接触器 接触器的结构：电磁系统，触头系统，灭弧装置及辅助部件组成。 选用条件：（1） 选择接触器主触头的额定电压 接触器主触头的额定电压应大于或等于控制线路的额定电压。 (2 ) 选择接触器主触头的额定电流（3）选择接触器吸引线圈电压 当控制线路简单，使用电器较少时，为节省变压器，可直接选用380V和220V的电压，当线路复杂，使用电器超过5小时，从人生和设备安全角度考虑，吸引线圈的电压要低一些，可用36v或110V电压的线圈。（4）选择接触器的触头数量及类型设计过程中考虑到线路的精简及接触器的更换统一选择吸引线圈的电压为220V，设计需要 2.7热继电器 热继电器是利用流过继电器的电流所产生的热效应而反时限动作的继电器。所谓反时限动作，是指继电器的延时动作时间随通过电路电流的增加而缩短，热继电器主要用于电动机的过载保护，断相保护电流不平衡运行的保护及其他电气设备发热状态的控制。热继电器的选用：一般情况下，热元件的镇定电流为电动机额定电流的0.95 1.05倍设计需要第三章 20/5t桥式起重机参数，组成 3.1 20/5t桥式起重机基本参数 桥式起重机（天车）早已系列化和标准化。其统一参数如下;1. 质量和载荷参数：起重量G，有效起重量Gp，额定起重量Gn，总起重量Gt，最大起重量Gmax，起重力矩M，起重倾覆力矩MA，起重机总质量Go ，轮压P 2. 起重机尺寸参数：幅度L，最大幅度Lmax，最小幅度Lmin，悬臂有效伸缩距l，起升高度H，下降深度h，起升范围D，起重臂长度Lb，起重机倾角 3. 运动速度参数：起升（下降）速度Vn，微速下降速度Vm，回转速度，起重机(大车)运行速度Vk，小车运行速度Vt，变幅速度Vr 4. 与起重机运行线路有关的参数：跨度S 5. 一般性能参数：工作级别，机构工作级别6. 跨度指桥式起重机运行轨道中心线之间的水平距离，单位为m，桥式起重机的小车运行轨道中心线之间的距离称为小车的轨距，地面有轨运行的臂架式起重机的运行轨道中心线之间的距离称为该起重机的轨距。 通用桥式起重机技术参数表(1) 起重量t 跨度m 起升高度m 速度m/min 重量t 最大轮压kN 荐用轨道主钩副钩主钩副钩起升运行小车起重机主钩副钩小车起重机802013-3120225.5/1.87.8/2.643.6903284-11730-37QU801003213-3120225.6/1.99.3/3.143.6904195-13035.5-44QU1001003213-3130325.6/1.99.3/3.143.6904595-13536.5-45QU1001253213-3120324.3/1.49.3/3.143.6704290-14041-51QU1001253213-3130324.3/1.49.3/3.143.6704695-14529-54QU1001605013-3130323.7/1.27.2/2.429.36164110-18651-33QU1002005013-3122262.8/0.97.2/2.429.345.267135-19532-39QU1002005013-3132323.1/1.07.2/2.429.345.275143-20333-40QU1002505013-3128322.3/0.87.2/2.429.345.279148-21237-46QU120起升及运行速度栏内后一速度为下降调速后之速度工作级别均为A5电源AC,380V,50Hz通用桥式起重机技术参数表(2) 起重量t小车起重量t跨度m起升高度m速度m/min重量t最大轮压KN荐用轧道主钩副钩主钩副钩起升运行一号小车二号小车起重机主钩副钩小车起重机200200503332323.139.832842.87267290480QU100400250503328322.329.832837.576.576.5430760QU120400300803432333.039.226.237.5126.3105490770QU120工作级别均为A5；电源AC, 380V,50Hz起重量和工作级别20/5t桥式起重机的起重量和工作级别见下表 取物装置 起重量系列t工作级别吊钩单小车3.2，4，6.3，8，10，12.5，16，20，25，32，40，50，63，80，100，125，160，200，250，A1 A6双小车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+25，32+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 电磁吸盘5,6.3,8,10,12.5,16,20,25,32,40,50, 注：1. 当设有主、副钩时，其匹配关系为3：15：1，并用分子分母形式表示，如：8020：5010等。 2二用、三用的起重量根据用户需要进行匹配。 表中16t以上的起重机有主副两套起升机构，副勾起重量一般为主钩起重量的1/31/5.起重量用分数形式表示，分子为主钩起重量，分母为副勾起重量。2. 跨度我国生产的桥式起重机标准跨度在10.531.5m之间（每3m一个间距），在选用时要注意，建筑物（厂房）跨度与起重机跨度应符合下表要求：起重量Gnt建筑物跨度定位曲线L9121518212427303336 跨度 S50无通道7.510.513.516.519.522.525.528.531.534.5有通道7101316192225283134631251619222528313416025015.518.521.524.527.530.533.5 注：有无通道，系指建筑物上沿着起重机运行线路是否留有人行安全通道。 3. 起升高度 小吨位起重机起升高度一般有6m, 8m，10m，12m，14m，16m，等规格供选择，大吨位起升高度一般在24m以下。 4. 工作速度 国产起重机系列的速度范围 主钩起升速度 中小吨位 1.616m/min 大吨位 0.6310m/min 小车运行速度 1063m/min 大车运行速度 20125m/min 3.8 2 20/5t桥式起重机变频调速系统主要辅件电动机容量选用 电机的选择： 起重机提升和运行机构的调速比一般不大于1:20，且为断续工作制，通常接电持续在60%以上，负载多为大惯量系统。严格意义上的变频电机，转动惯量较小，响应速度较快，可工作在比额定转速高出很多的工况条件下，这些特性均非起重机的特定要求。普通电机与变频电机在不连续工作状态下特性基本一致；在连续工作时考虑到冷却效果限制了普通电机转矩应用值，普通电机仅在连续工作时的变频驱动特性比变频电机稍差。 普通变频器在调度比为1:20的范围内确保起重机上普通电机有150的过载力矩值。此外起重机电机多用于大惯量短时工作制，通常不工作时间大于或略小于工作时间。电机在起动过程中可承受2.5倍额定电流值，因此高频引起的1.1倍电流值可不予考虑。但若电机要求在整个工作周期内在大于1:4的速比下持续运行则必须采用风冷式电机。 作为提升机构的电机选用适合频繁起动、转动惯量小、起动转矩大的变频用电机。目前，国外以四极电机作变频电机首选极数。电机功率为： 式中p功率，kw； w额定起重量(最小幅度时)吊钓重量钢丝绳重量，n； v提开速度，m/s； 机械效率。 用变频器驱动异步电动机时，由于变频器的换向冲击电压及开关元件瞬间的开闭而产生冲击电压(浪涌电压)引起电机绝缘恶化，对电压型pwm变频器应尽量缩短变频器与电机间接线距离或者考虑加入阻尼回路(滤波器)。 电动机功率的选择，必须根据生产的需求来决定。一般来说，起重机用电动机比一般工业生产机械所用的电动机的功率大10%左右。电动机的选择取决于下面两个主要条件： (1) 发热。电动机在工作时，一方面将电能转变为机械能而作功，另一方面由于电动机绕组本身的阻抗要消耗一部分电能转变成热能，使电动机的温度升高。电动机由于受体积结构等的限制，内部绝缘材料的耐热能力很差，极易造成老化。当温度超过电动机所允许的限度时，绝缘能力被破坏，电动机将烧毁。电动机铭牌上都规定有电动机的温升，它指的是电动机在额定负载下运行时，定子发热后的允许温升与周围环境温度之差。 (2) 过载能力。各种电动机都有一定的过载能力。交流电动的过载能力tm是最大转矩m与额定转矩mc的比值，即一般起重机用的交流异步电动机的过载能力为2.53.3。交流电动机的过载能力为： 式中，imax电动机允许的最大电流值； ic电动机的额定电流值。 各种电动机的过载能力可从设计手册中查得。 电动机因过载而发生温升需要有一段时间，从发热方面来说，容许有短时的过载。但就过载能力而言，即使在很短时间内也是允许的。所以发热和过载能力必须同时考虑。 桥式起重机的电气传动系统有大车电动机两台、小车电动机一台、15吨大钩、3吨小钩提升电动机各一台，这次设计总的思路是用4台变额器来控制5台电机。根据分析计算后电机的基本选型见表1。表1 电机的选择 3.9 3 20/5t桥式起重机变频调速系统电动机容量电阻器和频敏变阻器电阻器反映导体对电流起阻碍作用的大小，其种类很多按结构不同可以分为固定电阻和可变电阻（包括电位器）：按材料不同可分为炭膜，线绕，金属膜电阻等。电阻的主要参数 ：（1） 标称电阻 标称电阻是工厂生产的系列电阻器的电阻值。 (2) 承受功率 承受功率是在正常情况下电阻器长期工作时能承受的最大功率（2） 允许偏差 允许偏差是标称电阻允许的偏差在主回路串标称电阻改变启动性能 3.4 电阻器和频敏变阻器制动装置选用1，起重机是一种间歇动作的机械，要经常地启动或制动。为保证起重机安全准确的吊物，无论在起升机构中或在运行机构，旋转机构中都应该设有制动装置。制动器分为单块制动器，双块制动器，我们选择双块制动器，双块制动器在制动轮轮缘外侧对称地安装两个制动瓦块，并用杠杆系统把他们联系起来，是两个制动瓦块根据机构结合合闸或松闸的要求，同时压紧或脱开制动轮，这种制动器就是双块制动器他正好适用于需要正反转的机构，在起重机电动机通电工作时，制动器上的松闸 装置通电推动制动杆松闸，使瓦块脱开制动轮，机构运转。而在电动机断电不工作时，松闸装置不通电，依靠弹簧、重锤或元件自重产生的作用力合闸制动，使机构速度降低直到停止。这种能实现机构断电制动、通电运转的制动器称为常闭式制动器。在起重机械突然断电的情况下，常闭式制动器使机构合闸制动停止运动，对保证人生设备安全有着重要的意义。 双块制动器所用的松闸装置（又称松闸器）有制动电磁铁和电动推杆两类。制动电磁铁又有交流，直流，长行程，短行程和液压电磁铁之分；而电动推杆则有电动液压推杆和电动离心推杆之分。 2，短行程电磁铁双块制动器的调整（1） 调整电磁铁行程（2） 调整主弹簧工作长度（3） 调整两制动瓦块与制动轮的间隙3.6 20/5t桥式起重机的起重小车 桥式起重机的起重小车由起重机构，小车运行机构和小车架三部分以及安全防护装置组成，一， 起升机构起升机构是由电动机、传动装置，卷绕装置、取物装置和制动装置组成这里主要介绍起升机构传动方式及其小车架上的布置。起升机构的传动方式分为闭式传动和开式传动两种1， 闭式传动闭式传动是在电动机与卷筒之间只有“闭式”的减速器的传动，该传动方式的传动齿轮完全密封于减速箱内，在油浴内工作。由于润滑及防尘性能好，齿轮寿命长，所以这种传动方式在桥式起重机中广泛使用。起升机构中常用的是卧室二级圆柱斜齿轮减速器。电动机与减速器之间是带制动轮的弹性柱销联轴器、梅花形弹性联轴器或全齿联轴器相连。电动机与减速器之间用了一段浮动轴，轴的一端装有半齿联轴器，另一端则装上带制动轮的半齿联轴器。浮动轴的长度不可太短，一般不小于500m，否则对安装误差的补偿作用不大。从安全角度考虑，带制动轮的半齿联轴器不应装在靠近电动机的一头，而应装在靠减速器高速轴的一头。这样，即使浮动轴被扭断，制动器仍能制动住卷筒，保证了安全。有的起升机构把制动轮装在减速器高速轴的外侧，2， 开式传动在大起重量的起重机上，由于要求起升速度很小，减速器必须有较大的传动比，这就得用很多笨重的多级减速器。为减轻起升机构自重，把靠近卷筒最后一级减速齿轮从减速器移除，形成既有减速器又有开式传动的起升机构。我们设计过程中选用闭环传动，提高工作效率二， 小车运行机构 起重小车有四个车轮，其中两个是主动车轮。车轮和角型轴承箱都装在小车架下面。制动器安装在小车架上面，减速器则采用立式的，通过他把小车架上面的动力传递给小车架下面的主动车轮。三， 小车架小车架用于支撑和安装起升机构、小车运行机构。此外，它还承载全部的起重量。小车架必须有足够的强度和刚度，但又要求它自重小，以降低小车轮压和桥架的受载。小车架一般采用型钢和钢板的焊接结构。小车架由两根顺着小车轨道方向的纵梁和两根或多根于纵梁垂直的横梁及铺焊在他们之上的台面钢板组成，常见的纵梁、横梁多为箱型，通过焊接构成一个刚性整体，纵梁的两端下部，留有安装角型轴承箱的直角形悬臂。小车台面上安装着电动机、减速机、卷筒、轴承座、制动器等。为方便安装对中，在台面焊上必须的垫板。台面上还留有让钢丝绳通过的矩形槽。小车架上、受集中力大的地方，是安装定滑轮的部位，定滑轮支座可放在小车台面上，也可焊在小车架台面下边。小车运行机构的立式减速机一般都固定在焊于横梁策边的垫板上，为保证其强度和刚度，通常还要焊上肋板。四， 安全装置 起重小车的安全装置主要有栏杆、限位开关、撞尺缓冲器、排障板等1， 栏杆桥式起重机起重小车运行的轨道中间为钢丝绳和吊钩工作的空间，考虑到维修人员在小车上工作的安全，小车架朝着这个空间的两边都焊有保护栏，小车架的另俩边朝着走台，为方便维修人员的上下小车不设栏杆。2， 限位开关当起升机构或运行机构运动到极端位置时，用限位开关来切断电源开关，防止因操作失误发生事故。3， 缓冲器为防止运行机构的行程限位开关失灵，小车架上安装了弹簧缓冲器。在桥架小车轨道的极端位置处装上挡铁，用它来阻挡小车的运动并使缓冲器吸收碰撞时的能量。国家规定，容许的最大减速度为4m/s。当小车速度不高时，也可用橡胶块和木块来缓冲。4， 排障板 焊在小车架上位于车轮外边的钢板，它的作用是在运行时排除小车轨道上可能存在的障碍物，如维修时遗忘而搁在轨道上的工具等。 第四章 20/5t桥式起重机机械设备 4.1 电磁铁20/5t桥式起重机桥架及运行机构 桥架为金属结构件，是起重机最重要的部件之一。桥式起重机的桥架主梁分为单梁和双梁桥架两种。 我们选用双梁桥架，双梁桥架分为以下几种：1桁构式桥架2箱型桥架3单腹板式桥架4空腹桁架式桥架桥架运行机构又称大车运行机构，它由电动机、减速机、制动器、车轮和其他传动零件组成的。按传动机构组合的形式，基本上分为集中驱动和分散驱动两大类。一、集中驱动的桥架运行机构集中驱动的桥架走台中部只安装一台电动机。通过长传动轴同时驱动两边端梁上的主动车轮，以使桥架两侧车轮同时启动或停止且转速相等的驱动形式 二、分别驱动的桥架运行机构 分别驱动是指桥架两端的主动车轮分别由两台电动机通过减速器来驱动的形式 选用集中驱动的桥架运行机构 4.2 20/5t桥式起重机的车轮选择1、车轮的类型车轮按轮缘分为无轮缘、单轮缘、和双轮缘三种，为防止车轮脱轨，大轨距情况下应采用双轮缘车轮，如桥式起重机大车车轮。规矩不超过4m的情况下，允许采用单轮缘车轮，如桥式起重机的小车车轮。但对于有轮缘的车轮，当起重机走斜时常会发生轮缘与轨道的强烈摩擦和严重磨损，这种现象称为啃轨，有时避免啃轨磨损、减少运行阻力而采用无轮缘车轮，但是这种车轮只在保证不脱轨的情况下使用2、车轮材料起重机车轮所用材料：轧制车轮材料应不低于60钢;锻造车轮材料应不低于45钢；铸造车轮材料应不低于ZG340640。车轮轮坯应优先采用轧制或模锻轮坯。为了提高车轮表面的耐磨性能和使用寿命，钢制车轮应一般经热处理，踏面和轮缘内侧面硬度应达到300380HBS。3、车轮的支撑和安装车轮有定轴式和转轴式俩种支撑和安装方式。定轴式是把车轮安装在固定机架的心轴上，轮毂与心轴之间可以装滑动轴承，也可装滚动轴承，车绕心轴能够自由转动，驱动转矩是靠与车轮固定在一起的齿圈传递给车轮的，转轴式是把车轮安装在转动轴上，通过转动轴来传递转矩的车轮是主动车轮，不传递转矩的车轮为从动车轮。4、均衡车架装置车轮直径的大小主要根据轮压来确定，轮压大的轮径应大。但由于受厂房和轨道承载能力的限制，轮压又不宜过大。这时应增加车轮数并是个车轮轮压相等的办法来降低轮压，具体的说就是采用均衡车架装置。4.3 20/5t桥式起重机的抓斗 抓斗是一种装运散状物料的自动取物装置。抓斗按开闭方式不同有单绳抓斗、双绳抓斗和马达抓斗等，选用的是双绳抓斗， 4.5 20/5t桥式起重机的钢丝选择 起重机上所用的钢丝绳是一种挠性件。所谓挠性就是有易于弯曲的特性。其优点是：1.可以向任意方向弯曲，适用于多分支的滑轮组，提高了起重能力；2可以多层卷绕。再起升高度时尤为重要；3钢丝绳承受骤加载荷和过载能力强，极少有骤然破断的现象；4钢丝绳强度高、弹性好。自重小、工作平稳、噪声小。 钢丝绳在起重机中属于易损件，时常要进行更换，选用时，首先按钢丝绳的使用情况，从下表确定钢丝绳的类型，然后受力情况决定钢丝绳的直径，最后进行校验。 起重机械常用的钢丝绳类型 钢丝绳的用途 钢丝绳类型起重及曳引用单层绕道卷筒上25619W+NF619+NF20637S+NF637+NF多层绕道卷筒上2530619S+NF拉索 不绕过滑轮的137+NF绕过滑轮的与起重用单层卷绕的相同 注：D为卷筒、滑轮绳槽槽底直径；d为钢丝直径。表中钢丝绳类型619、637和137为点接触钢丝绳。 钢丝绳在工作中受拉、压、弯、扭复合应力作用，除了静载荷外还有冲击载荷的影响，受力情况复杂，难以精确计算。为简化起见，只根据拉伸载荷进行实用计算，计算方法有如下俩种，可选一种。 1）钢丝绳最小直径按下式计算确定 d=c式中 d为钢丝绳最小直径（mm）；c为选择系数（mm/），按表1-13选取；F为钢丝绳最大工作静拉力（N）。 表1-13 c和n值机构工作级别 选择系数c值安全系数n钢丝公称抗拉强度b（Mpa）155017001850M1M30.0930.0890.0854M40.0990.0950.0914.5M50.1040.1000.0965M60.1140.1090.1066M70.1230.1180.1137M80.1400.1340.1289注：对于运搬危险物品的起重用钢丝绳，一般应按比设计工作级别高一级的工作级别选择其中的c或n值，对起升机构工作级别为M7、M8的某些冶金起重机，在保证一定寿命的前提下允许按低的工作级别选择，但最低安全系数不得小于6。 2）按与工作级别有关的安全系数选择钢丝绳直径，所选钢丝绳的破段拉力应满足 F0Fn （1-5）式中 F0 为所选钢丝绳的破段拉力（N）；F为钢丝绳最大工作静压力（N）；n为钢丝绳最小安全系数，按表1-13选用。所选的钢丝绳直径还应满足与卷筒（滑轮）直径的比例要求，才能保证钢丝绳的使用寿命，为此，可参照式（1-3）进行验算。第五章 凸轮控制器，变频器5.1 凸轮控制器凸轮控制器是桥式起重机的主要电气控制设备，电动机的起停、调速、反向及正反转的联锁等功能都由凸轮控制器完成。目前应用较多的是KT10、KT12及KT14型，额定电流有25A和60A两种。一般20/5t桥式起重机所用的凸轮控制器，通常由三台KT12-25J/1凸轮控制器分别控制大车、小车及吊钩电动机。凸轮控制器有电动机工作电源供给部分、电阻器切换部分和安全保护部分。这三部分分别由凸轮控制的12对触点进行控制，其中4对为电源控制用，5对为电阻切换用，2对起限位作用，还有1对为零位控制安全保护作用。凸轮控制器的功能：l 控制电动机的启动与停止。l 改变电动机的运动方向。l 控制电阻器来限制电动机的启动电流并获得较大的启动转矩。l 切换电阻器的电阻值调节电动机的转速。l 可以适应起重机所要求的频繁启动与变速要求l 可以防止起重机运动机构超过极限位置l 保证在零位启动5.2 变频器5.2 变频器的选择变频器采用日本安川CIMR-G7A、CIMR-G7B、CIMR-F7B系列起重专用变频器。 5.2.1 变频器控制方式的选择由于起重机机构多为恒转矩负载，故选用带低速转矩提升功能的电压型变频器。平移机构惯量较大，负载变化相对小，属于阻力性负载，故大车、小车选用U/f 开环控制方式的安川CIMR-F7B4045 型变频器；起升机构惯量较小，负载变化大，属于位能性负载，为获得快速的动态响应，实现对转矩的快速调节，获得理想的动态性能，通常采用矢量控制方式，故抓斗升降、开闭机械分别选用安川CIMR-G7B4055、安川CIMR-G7A4055 型变频器，采用闭环矢量控制方式可获得稳定的工作状态和良好的机械特性。 5.2.2 变频器容量的选择变频器容量的选择是以电动机的额定功率为依据的。由于绕线转子异步电动机与通用鼠笼异步电动机相比，其绕组的阻抗较小，因此使用变频器调速时应考虑纹波电流引起的过电流跳闸情况，同样功率下的电动机，绕线转子异步电动机额定电流往往较大，所以选择时应考虑一定余量。虽然起重机升降机构的转动惯量很小，加速时间较短，但考虑到电网电压波动的因素，以及安全劳动部门对起重机1.25倍额定静载荷检测要求等因素来选择起升机构电动机的变频器容量。大车、小车运行机构属于大惯量负载，其加减时间一般不超过20 s，变频器的短时过载能力为150，不同的加速时间对变频器容量的计算不同，当加速时间2 min时，变频器功率选择应放大些，以此来选择大车、小车运行机构电动机的变频器容量。5.2.3 变频器功能参数的设置桥式起重机各传动机构改造采用的日本安川CIMR-G7 和CIMR-F7 系列变频器的功能参数设置如表1所列。 第六章 PLC的选型,控制梯形图6.1 PLC选型本系统中选用日本欧姆龙CPM2AE-60CDR-A型PLC 来实现整个系统的逻辑控制，接线简化，电源功率损耗减少。设置回路故障诊断功能和有效的电气保护功能使系统具有一定的智能性和更高的可靠性。桥式起重机PLC 逻辑控制梯形图如下图所示。其主要功能如下：1）变频器运行、停止控制；2）控制制动器，保证电动机停止时能够及时制动，既不提前，也不延后；3）升降变频器控制方式切换；4）电气闭锁保护控制；5）升降、开闭变频器中任意一台变频器报警故障时，两台变频器均能够立即停止输出，并同时制动；6）任何时刻断电，系统将会立即停止运行，制动器制动。6.2 PLCI/O点分配 控制程序及梯形图6.2.1I/O点分配图6.2.2设置公用程序可以充分利用PLC的I/O点，减少外部接线，其程序主要是实现电机的正反转、与提减速，其间用辅助继电器输出为后面的程序调用作准备。该程序主要用比较的指令来实现电机的提减速，在按I0.1或I0.2时，使存储器VB100中存储的数字在15间顺序变化，控制串入转子电阻的数量来实现调速，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,