10T塔吊电气控制系统设计【毕业论文+CAD图纸全套】

1 摘 要 随着改革开放的不断发展，现代化建设进入了一个全新阶段，塔式起重机需求量不断增多。50 年代初，我国塔机由仿制开始起步。 20 世纪 60 年代，由于高层、超高层建筑的发展，广泛使用了内部爬升式和外部附着式塔式起重机，并在工作机构中采用了比较先进的技术，如直流电机调速、可控硅调速、涡流制动器，在回转和运行机构中安装液力偶合器等。在此时期，中国开始进入了自行设计与制造塔式起重机的阶段。 本文是以满足塔式起重机的各个动作而设计的电气控制系统。从塔式起重机的变幅动作、回转动作、起降动作和各个动作中的变速入手，根据继电 接触控制器原理和三相异步电机的变速原理设计的电气控制电路。 与加入 制器的控制系统相比只由继电 接触控制器组成的电气控制系统比加入 是对塔式起重机的钢铁结构冲击较大适合用于小型塔式起重机。 此次毕业设计题目为塔式起重机电气控制系统设计，主要包括起升机构的控制，三速变化的设计，回转机构的绕线电机变速设计，小车变幅双速电机的控制设计，电器元件的选型，控制柜安装布置图，电气接线图的设计等。 关键词 ： 塔式起重机 变幅 起升 回转 2 s of a At 0 by of to of in a as of C in a a in to of s is to of of in of to of of to LC of of to by of to LC is of 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 目录 摘 要 . 1 . 2 目录 . 3 第一章 绪论 . 5 式起重机 设计概述 . 5 机的发展 . 5 统的塔式起重机的控制现状 . 5 升机构的工作原理 . 6 第二章 塔机总体方案设计 . 7 计要求 . 7 计任务 . 7 机基本结构图 . 7 第三章 塔式起重机机构设计及其选择 . 9 重机冶金用电动机 . 9 动机的选择方法 . 9 升机构 . 10 升机构电动机的选择 . 10 升机构制 动器的选择 . 16 升机构减速器的选择 . 16 幅机构 . 16 幅机构电动机的选择 . 16 幅机构制动器的选择 . 18 幅机构减速器的选择 . 18 转机构 . 18 转机构电动机的选择 . 18 转机构减速器的选择 . 20 第四章 选择与课题介绍 . 21 控制原理 . 21 制塔机的优越性 . 21 机的电气控制设计内容 . 22 选型 . 22 式起重机 制系统原理 . 25 第五章 塔式起重机电气控制的硬件设计 . 26 机电动机控制电路设计 . 26 输入输出接线设计 . 27 4 程图 . 28 第六章 塔式起重机控制的软件设计 . 29 退机构工作设计 . 29 、右行机构工作设计 . 31 升机构工 作设计 . 33 转机构 . 35 光指示控制设计 . 37 位保护闭锁及复位操作设计 . 37 总 结 . 38 参考文献 . 39 致 谢 . 40 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 第一章 绪论 式 起重机设计概述 近年来，随着我国经济建设的高速增长，基本建设规模不断扩大，特别是高层建筑施工的不断增多，塔式起重机的应用愈来愈广泛，并已成为建筑施工中的一种主要水平运输和垂直运输机械。 此次毕业设计的题目为塔式起重机电气控制系统设计，主要内容包括塔机的回转机构设计，塔机的小车牵引系统设计，塔机的起升机构设计。完成所有图纸的绘制，其中包括电气控制原理图，施工图，电器元件接线图等。 机的发展 塔式起重机简称塔机，亦称塔吊，起源于西欧。 20 世纪末 20 余年国外塔机技术发展的主要特点是： （ 1）组合塔机（ 称模块塔机（ 到迅速发展。 （ 2）一些超重型塔机相继问世 （ 3）适应都市改建需要的城市塔机（ 运而生并得到发展。 （ 4）安装架设速度快， 450900kN*m 级塔机借助液压伸缩臂汽车起重机作为安装辅机，在 46 小时内可以安装完毕。 （ 5）采用较完善的调速，操控系统和电子仪表。 进入 20 世纪 90 年代以后，我国塔机行业随着全国范围建筑任务的增加进入了一个新的全盛时期，年产量连年猛增，全国塔机总拥有量截至 2000 年约 为 6 万台，塔机出口业务始于 1988年曾一度极为兴旺，据统计 19931997 年出口共创汇近 8400 万美圆。至此，无论从生产规模，应用范围和塔机总量等角度来衡量，我国均堪称世界首号塔机大国。 塔机的学名为塔式回转起重机，属于一种非连续性搬运机械 统的塔式起重机的控制现状 塔式起重机是我们建筑机械的关键设备在建筑施工中起着重要作用，我们只用了五十时间走完了国外发达国家上百年塔机发展的路程，如今已达到发达国家水平并跻身于当代国际市场随着高层建筑发展，对施工机械提出了新的要求 160着 式、 45爬式、 120八十年代，国家建设突飞猛进，建筑用最大的 250机也应运而生 代化进程不断加快，国内外市场对塔机要求越来越高，众多城市大型建筑、水利、电力、桥梁等不断增加，市场的要求加快了新产品发的力度，先后有400平臂和 300臂式塔机，叩年代开发生产的塔机产品技术性能均显著提高，起升机构采用三速电机驱动、涡流制动、电动换挡减速箱，变幅回转采用双速电机液力联轴节驱动，或采用变频调速，有多种速度，工作平稳生产效率高 齐全，动作灵敏可靠，装有防止误操作和野蛮操作装置，可杜绝安全事故。随着 功 率 电子技术的发展，早在六十年代后期，国外就开始致力于晶闸管定子调压调速技术的开发研究目前，该技术己进入了成熟稳定的发展应用阶段 砚引人到交流电气传动系统后，使传动系统性能发生了质的变化 侧显示等，达到了新的技术高度。由变 频 器 构成的交流调速系统可取代直流调速系统，是随着计算机技术特别是大规模集成电路制造技术的不断发展的必然结果，符合起重机的发展趋势 量的起重机。 6 升机构的工作原理 起升采用全程磁通矢量电流控制、速度变频调速线路，使起升机构在上升、下降时可获得稳定的速度，其调速比一般大于 10。动力电源通过开关和继电设备进入变频器，在变频器内由整流单元整流，将交流电变成直流电。经过逆变单元将直流电变为交流电，逆变单元的输出频率全程可控，电动机可获得不同频率的交流电源。当电动机的转速超过同步转速 (变频器的频率值 )时，电动机进入回馈状态，其电能返回变频器，变频器制动单元自动将这些能量释放在制动电阻器上，使电动机获得制动转矩。装置具有过压、过流、超速、 缺相等保护功能。 抓斗采用电动液压系统，液压泵由 l 台电动机驱动。当主控开关上电后，在 令控制下，开动作接触器闭合，电动机正向转动抓斗打开；闭动作接触器闭合，电动机反向转动抓斗闭合。抓斗开闭由触摸屏和主令控制器控制。采用主令控制器控制，控制器的挡位为 1 0 一 l，2 个方向对称。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 第二章 塔机总体方案设计 计要求 最大载重 10t 最高速度 30m/小 /最大工作幅度 4m/70m 计任务 （ 1） 完成塔吊电气控制系统总体方案设计； （ 2） 重要零部件的设计、校核计算； （ 3） 绘制总装图、零部件图 纸，折合 纸不少于 ； 机基本结构图 图 机基本机构 1 123 8 图 机基本结构 2 4 5 6 7 8 9 101112131415 161718192021买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 第三章 塔式起重机机构设计及其选择 重机冶金用电动机 起重机的 工作特点是：反复短时运行；频繁的起动和逆转；频繁的电气和机械制动；经常地过负荷；显著的机械震动和冲击；工作环境多灰尘，有的还有金属粉尘；环境温度范围大（ +70 度）；等等。尤其是冶金用电动机的工作条件更为恶劣。 为了满足起重机的工作要求，起重及冶金用电动机与一般工业用电动机相比，有它自己的特点： 同的接电持续率下电动机的功率不同。基准的接电持续率由 种。此外还派生有带强迫通风电动机，其基准接电持续率为用于接电持续率较高的场 合； 适应频繁的重负载下起动、制动和逆转，满足减少起动时间和经常过载的要求； 小，转子长度与直径的比（ L/D）较大，以得到较小的加速时间和较小的起动损耗； 且在机械机构上适当加强。考虑了使用于多灰尘场合，电动机的密封性较好； 制造工作环境温度 +60 度的电动机。 动 机的选择方法 电动机的选择应满足生产机械的要求（如速度、加速度、起动、过载能力和调速等），也应能满足电网的要求和使用环境条件的要求，并按技术经济合理的原则进行选择。选定的电动机应对其起动能力、过载能力、温升等方面进行校验。 起重机上使用的电动机有交流和直流两大类型，根据之前选择的电气传动方案，在这选用交流电动机。 交流异步电动机又分为鼠笼型和绕线型两种。绕线型电动机是起重机使用最广泛的一种电动机，也是本次设计所选用的电动机类型。 交流起重及冶金用电动机的功率在 250 千瓦以下，一般都选用 380 伏电动机。 在减速器速比允许的情况下，应尽量选用转速较高的电动机，这样，同功率的电动机重量可以轻一些，尤其是对无底脚的端盖有凸缘的安装方式，更要求电动机重量轻。但是高速电动机的起动损耗比较大，当每小时起动次数较多时，应考虑选用高速电动机是否合理。 起重机用电动机最常用的安装型式是机座带底脚卧式安装，带一端轴伸或两端轴伸。但为了合理布置机构、缩小安装尺寸，有时也要求机座无底脚的端盖有凸缘的卧式或立式的安装型式。 10 升机构 升机构电动机的选择 1 电动机静功率计算 （千瓦）起静 06 120Q （ 起Q=10（吨）， v=30 米 /分 起升机构采用封闭式齿轮传动式，取 ，则单位（每吨）静功率约为 )(o 千瓦v （ 所以，经过计算得： （千瓦）静 ， （千瓦）千瓦 6)(o v 对于抓斗起重机，满载抓斗由起升绳与开闭绳共同提升，由于司机操作有差异，起升绳与开闭绳受力可能不很均匀，但因不均匀受力时间很短暂，其不均匀性也不大，故起升与开闭机构之电动机功率仍按总功率的 50%初选。 对于装卸散粒用的大型高生产率装卸桥或门座起重机，在实际使用中往往抓斗一卸空便提升（抓斗仍处于张开状态），此时开闭绳松弛，空抓斗有可能仅有起升绳所提升，而且一般采用直流电动机驱动，空抓斗的上升速度很高（几乎较满载抓斗高一倍），因 此，要核算空抓斗高速提升的功率，并与满载常速提升的功率相比较，取其大值。 当抓斗在水中进行作业或抓取粘性、浸湿的物料时，因抽空而产生的吸附现象将使机构阻力增大。根据经验，此时应计及 2530%的吸附加载作用。 为了满足电动机起动时间与不过热要求，对起升机构，可按下式初选相应于机构 的电动机功率： （千瓦）静电 C （ 表 3查表 3 电K=以， )(瓦（千瓦）静电 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 大多数起重机的工作循环周期小于 10 分钟，而起升机构每次运行时间往往在 12分钟内。在这种工况下使用的起升机构电动机，在求出静功率侯，可按重复短时工作制（ 0%）选择电动机型号。 表 3选电动机型号与参数 基准工作制 载持续率 6 次 /h 0% 型号 定功率/子电流/A 转子电流/A 最 大 转 矩额 定 转 矩 空载电流/A 转速/(r/效率（ %） 率因数 81250 30 20 87 、起动时间和起动平均加速度验算 起升机构电动机的起动力矩主要用来克服载荷静力矩以及由高速轴上转动件的质量引起的惯性力矩： ) ( 2202 米公斤联电起静惯静平起 （ 由（ 3得到起动时间： ) (M 1 2202 秒联电起静平起起 （ 式中 起Q 起升载荷重量（千克）； v 物品上升速度（米 /秒）； n 电动机转速（转 /分）； 2电 电动机转子飞轮矩（ 2米千克 ）； 2联 电动机轴上带制动轮联轴器的飞轮矩（ 2米千克 ）； k 计及其他传动件飞轮矩影响的系数，换算到电动机轴上时可取k = 平起M 电动机平均起动力矩（ 米千克 ），其值见表 3 12 表 3电动机的平均起动力矩平起平起M 三相交流绕线式 （ 额M 三相交流鼠笼式 (并激直流电动机 (额M 串激直流电动机 (额M 复激直流电动机 (额M 复激直流电动机 (额M 注 1. 额M 电动机额定力矩，额M=975米千克 ）， N 电动机额定功率（千瓦）， n 电动机额定转速（转 /分）。 2. 电动机实际最大力矩， M,式中 为电动机最大力矩倍数 。 由表 平起M=米千克 ） 经计算得： 起t=） 对于中、小起重量的起重机，起动时间应该短一些；对于大起重量的起重机，起动时间可以稍长；速度高时，也可长一些，但起动时间也不能太长，可按表 表 3升机构起 动时间 起重机起升机构工作特性 起t （秒） 安装用起重机（ v 1030 米 /分） 1起重量桥式与龙门起重机（ v 3060米 /分） 1口用门座起重机（ v 3080米 /分） 2次设计的起重机，是属于中、小起重机，根据表 1围内，可以看到起t=）在这个范围内。 但是起动时间也不能太短，以免造成过大冲击，通常由起动平均加速度来核算： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 ）秒（米起平2/（ 经计算得：平a=秒（米 2/ 起重机供安装用或吊运液态物料时，要求运行平稳，其加速度要小些；起重机用在高生产率场合并对平稳性无严格要求时，其加速度可以大些。平均加速度值见表 3 如将起升机构的平均加速度控制在表列数值内，则起动时间一般是可以满足要求的。 表 3升机构平均加速度 起重机用途 平a ）秒（米 2/作精密安装用 运液态物料 般加工车间、仓库及堆场用吊钩、电磁及抓斗起 重机 口用吊钩门座起重机 口用抓斗门座起重机 金工厂中生产率高的起重机 ,8 港口用吊钩龙门起重机 口用装卸桥 据上表 3a=秒（米 2/ 在 一般抓斗起重机要求的范围之内的，所以起动加速度是合适的。 综上所述，起动时间和起动平均加速度验算合格。 3、电动机发热验算 电动机工作中因温升而发热，过高的温升会使绕组的绝缘材 料老化，故需要对按静功率初选的电动机作发热验算，以控制电动机的温升在容许范围内。 电动机发热验算的常用方法是：找出一个不变的等效负载，它与实际变化的负载在使电动机发热上等效。如所选电动机的热容量大于由这个等效负载产生的热容量，电动机就不会过热。 平均损耗法式验算电动机容量较精确的方法，但不便于实用。 在这，我采用： 综合系数法 载荷变化系数与起动特性系数法 1）热平衡方程式 制制稳静起静起起工电 ）（ 200222 22 （ 式中 电N 电动机容许功率，电N=4040 起N 电动机起动功率； 制N 电动机制动功率，采用机械制动时制N=0； 静N 满载时的静功率， 瓦）。 14 2）换算成 0%额定值时的功率 由（ ，经转化后得： 静静起 04040 Q（ 式中 Q 载荷变化系数 Q=2)(1 200 起 起动特性系数 起=工起平起工起 K 系数，与电动机配合何种电阻器 有关。目前起重机用电阻器由 5%和 0%两种，根据配用的电阻器型号， K 值分别近似的取为 %25K 25和%40K 40 平起 电动机平均起动力矩倍数，平起=算时可取平起= 起t 起动时间； 工t 机构开动一次的工作时间，平均值按 v/算，平H=（ H 为平均起升高度， H 额定起升高度， v 额定起升速度； 0Q 取物装置重量； Q 物品重量。 比值工起 可按表 3的经验值取用 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 表 3机构工起 机构名称 起重机用途及特点 工起 起升 通用起重机 电磁、抓斗起重机 装卸桥 安装用起重机 行 运行距离长的起重机 吊钩、电磁及抓斗起重机 安装用起重机 装卸桥大车 装卸桥小车 幅 安装用起重机 装卸用起重机 转 安装用起重机 装卸用起重机 这里，根据实际情况所设计的是抓斗起重机，所以工起 对于抓斗起重机， 取 )(，其 值见表 3 表 3Q值 起重机名称 配用 5%电阻器时 配用 0%电阻器时 机构的 15 25 40 40 60 抓斗起重机 - 3中的40=40 值 所以按（ 计算得到40N=瓦 )30（千瓦），符合电动机不过热条件， 16 所以，电动机不会过热。 表 3所选用的电动机参数 基准工作制 载持续率 6次 /h 0% 型号 定功率 /子电流/A 转子电流/A 额定转矩最大转矩 空载电流/A 转速/(r/效率（ %） 功率因数 81250 30 20 87 起升机构制动器的选择 1、制动力矩及制动安全系数 起升机构制动器之制动力矩需满足下面条件： 制静制制 （ 式中 制这里制K= 经计算制M=、制动器型号 所选制动器的型号为 5。 升机构减速器的选择 根据起升机构的计算载荷及传动比，从标准减速器系列中选取。 因为传动比为 所以所选的减速器型号为 幅机构 幅机构电动机的选择 1、电动机功率计算 按第一类载荷确定驱动功率。齿条或螺杆的均方根（等效）轴 向力为 i 克） （ 式中 取齿条轴向力组合之大者； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 每一变幅位置间隔所需要的时间，可由齿条行程 Y 及移动速度 V 算出： V 1i ） 于是变幅功率为 102方均方 （千瓦） （ 式中 V 齿条移动速度（米 /秒）； 变幅驱动机构效率。 经计算得：均方N=瓦），接电持续率为 0%。 查手册选用变幅电动机型号为 8 2、电动机过载能力验算 由计算可选出电动机在 0%时的额定功率 N=11转速 n=700r/额定力矩额M=975N/n( 米千克 )=米千克 )。 电动机平均起动力矩（采用电阻分级起动）： 额平起 ）（ 51M =米千克 ) 电动机过载力矩（实际最大力矩）： 额电 ）（ m a x = 米千克 ) 3、起动时间验算： )(3 7 5M 1 220秒联电静平起起 （ 经计算得： 起t =）。据手册，港口装卸用门座起重机 1 秒 起t 4 秒，我所选的电动机起动时间在这个范围之内，所以满足要求。选用的电动机的具体参数如下表 18 表 3所选用的变幅电动机参数 基准工作制 载持续率 6次 /h 0% 型号 定功率 /子电流/A 子电流/A 额定转矩最大转矩空载电流/A 转速/(r/效率（ %） 功率因数 811 4 00 81 变幅机构制动器的选择 这里是平衡变幅机构，由于超载对于制动轴上静力矩影响较小，故可用较小的安全系数： 1工作状态时 I I m a x 制制工K （ 2非工作状态时 制制非K (式中 制 ma x 齿rS 千克米） 非 （千克米） 根据计算选择型号为 5。 幅机构减速器的选择 变幅机构的减速器一般都是采用标准系列型号。因为速比为 40，所以在这里采用涡轮减速器，型号是 转机构 转机构电动机的选择 1、电动机功率 所需要的电动机功率为 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 n9 7 5 等效倾等效摩 （千瓦） （ ）止止摩 米千克 ） （ 式中 G 包括物品重量在内的起重机旋转部分的重量（千克）； R 支承轨道的平均半径（米）； r 滚子的 半径（米）； k 滚子在轨道上的滚动摩擦系数（米）； 止 滚子止推轴承中的摩擦系数； 止r 滚子止推轴承的平均半径（米）； 圆锥形滚子对其轴线的斜角（度）。 经计算得： N=瓦）。初选电动机的型号为 2、起动时间验算 电动机的起动时间按等加速起动计算： )(1)M(3 7 5 M)(m a xm a （ 经计算得： ）。符合手册中的时间要求范围，所以可取。 查手册的所选用的旋转电动机的具体参数如下表 3 表 3选用的旋转电动机参数 基准工作制 载持续率 6次 /h 0% 型号 定功率 /子电流/A 转子电流/A 额定转矩最大转矩 空载电流/A 转速/(r/效率（ %） 功率因数 83 05 20 转机构减速器的选择 旋转机构的减速器采用标准系列的减速器，根据旋转机构驱动装置的传动型式。 表 3转机构减速系统 减 速 系 统 一级减速 类型 三角带传动 速比 90/216 二级减速 类型 蜗轮减速器 速比 0 三级减速 类型 开式齿轮传动 速比 43/18 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 第四章 选择与课题介绍 控制原理 可编程控制器是一种工业控制计算机，其核心就是一台计算机。但由于有接口器件及监控软件的包围，因此，其外形不像计算机，操作使用方法、编程语言甚至工作原理都与计算机有所不同。另一方面，作为继电控制盘的替代物，由于其核心为计算机芯片，因此与继电器控制逻辑的工作原理也有很大区别。 可编程控制器的工作过程如下： a)输入处理 程序执行前，可变成控制器的全部输入端子的通 /断状态读入输入映像寄存器。在程序执行中，即使输入状态变化，输入映像寄存器的内容也不变，直到下一扫描周期的输入处理阶段才读入 这变化。另外，输入触点从通（ 断（ 或从断（ 通（ 变化到处于确定状态止，输入滤波器还有一响应延迟时间（约 10 b)程序处理 对应用户程序存储器所存的指令，从输入映像寄存器和其他软元件的映像寄存器中将有关软元件的通、断状态读出，从 0 步开始顺序运算，每次结果都写入有关的映像寄存器，因此，各软元件（ X 除外）的映像寄存器的内容随着程序的执行在不断变化。 输出继电器的内部触点的动作由输出映像寄存器的内容决定。 c)输出处理 全部指令执行完毕，将输出 Y 的映像寄存器的通、断状态向输出 锁存寄存器传送，成为可编程控制器的实际输出。可编程控制器内的外部输出触点对输出软元件的动作有一个响应时间，即要有一个延迟才动作。 制塔机的优越性 可编程控制器原理及应用为电气控制、机电一体化专业的重要专业基础课之一。它所