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目 录 第一篇：大型冶金起重机的优化设计研究 第二篇： 基于 控系统的感应电动机的设计与实现 2011 年国际会议上的发展工程 大型冶金起重机优化设计的研究 u a， a ， a， i b， a* 18000四川工程职业技术学院 18000中国第二重型工业集团公司 摘 要 根据此应用程序 ， 320/50型淬火起重机的结构和技术要 求，起重机的总体结构和起重机制进行了优化 ，对 起重机的主要技术参数进行了计算。对设计中的关键问题进行了研讨。为未来的类似起重机的设计和计算提供了参考。此论文具有一定的应用价值。 2011 年由 在 可下公开访问 责选择及同行评审 关键词 ： 冶金起重机、优化、总体结构、起重机制。 1 简介 冶金起重机是一种起重设备。它通常被用于这些部门 ， 例如铸造行业、锻造部门、淬火行业、冶金行业。随着发电设备的发展，石油、化工和重型机械以及用户对于大型锻件 的质量要求越来越高，热处理技术和设备都需要有相应的提升。另外 ， 用于起重重型锻件的淬火起重机的大小也需要加大。因为，淬火起重机的重量很重以及淬火起重机的制造更加复杂 ， 在设计上具有较高的技术难度。因此，在中国 320/50t 大小的淬火起重机是相当的大。起重机的总体结构和起重机制的优化讨论如下。 2 起重机的主要技术特点 根据冶金起重机的工作原理和设计要求，编写了起重机的设计手册。起重机的关键技术特点如下。 （ 1）起重能力 主要看点 ： 320t；辅助钩 ： 50t。 （ 2）范围 长度 = 22m。 （ 3）举 升高度 主钩 ： 23m， 副钩 ： 24m。 （ 4）额定工作速度 起重机制的主钩： 16(m/ 起重机制的副钩： 19.6(m/ 小车运行速度 ： 26(m/ 起重机运行速度 ： 41(m/ （ 5）极限位置 主钩的中心到起重机的轨面距离为 ： 2000m。 副钩中心和起重机的轨面距离为 ： 1000m。 3 设计标准和原则 对冶金起重机的工作应用的条件和工作需求 ， 托举载荷和价格及速度必须要考虑。83标准 规范了起重机的设计， 金起重机，所以在设计过程中这些规范必须被遵守 2。有一些需要考虑的因素 ， 如钢结构表面处理 ， 电力系统保护和操作模式。电气控制模式是通过变频器来实现的。起重机桥的计算 ， 选择整个起重机的布局方案模型证明的计算和通过条件的方法计算或类比的分析方法，去实现整个设计计算。 这种用于计算危险界面内力的机械方法用于结构上 。通过容许应力发或者极限状态法设计一个横截面和检查强度和刚度为了优化起重机的总体设计 3。 4 总体结构的起重机 320/50t 桥式起重机是一种结合大型做硬化处理的淬火起 重机，与此同时 ， 它可以用作大型起重设备部分。起重机主要由电车 ， 桥架 ， 更大的行驶机制 ， 过载安全保护装置 ， 司机驾驶室 ， 维护室 ， 电车电力室 ， 干油润滑设备 ， 电气系统。起重机的结构 ， 如图 1所示。 电车供电装置维护房间司机室电车桥龙门 图 1冶金起重机的主要组件 车 小车主要由小车框架 ， 从动起重机制 ， 旋转机制 ， 320/50t 悬挂器的组件如图 2 所示。每一个小车框架的主横梁和端梁都是箱形断面梁结构。电车框架组装结构有足够的强度和刚度 ，另一面 ，必须确定其连接安全可靠。当它载荷时，电车框架变形不影响它们的正 常工作。 t 钩组 t 钩组电车行驶机制主要起重机制 电车框架辅助起重机制 图 2汽车冶金起重机 主起重机制 通过齿轮减速器 ， 四个普通电机分别驱动四个滚轮并实现机械同步为了在两个电动机同步系统中四滚轮结合高速同步轴。 从动起重机制 通过减速器电动机驱动双滚轮。圈绕系统通过绳子连接圈绕滚轮组件，固定滚轮组件和移动滚轮组件。 主起重机制 ，采用四组磁盘 制动 装置 ， 但从动 起重机制 采用两部分 液压推进器制动装置。圈绕滚轮在滚动焊接过程中采用钢板成分。使用旋转边缘滚轮。采用双输入双输出的中等硬度齿 轮面电动机，旋转电车机制。集中驱动电车的旋转机制的方法是 1/4制。 电机驱动两个轮子通过固定在电车上的垂直齿轮减速器 4。 电动机与减速器连接通过完整的齿联轴器。齿轮减速机和齿轮之间的联系通过十字通用联轴器来实现。车轮组采用闭角型轴承箱。轮子采用双边缘外圆面类型。限制液压推进器制动类型。立式齿轮减速器的类型是 有中等硬度的齿轮表面。 全保护 主从起重机制有位置限制开关和超速保护开关。超载限制器设置在主从起重机构的平衡臂下，当负载率到达 90%时提示报警。另外，当负载率到达 105%时起重机制只能减速。每次安装都要安装一个旋转器在低速轴上的两个齿轮减速机中用于检测低速轴的同步。实际生产表明 ， 在开始阶段两个齿轮减速机低速轴向同步误差超过 5%，电机立即停止运行。 5 起重机的 关键升降机构的设计计算 算最大静态钢丝绳的拉力 Q = 320t）； Q = 30t） m *12 )； Q*2； t. 择钢丝绳 最大断裂的拉力必须满足下列公式 2的条件。 钢丝绳的类型是 446个钢丝绳的断裂拉力是 117.2t。钢丝绳的安全系数是 。 轮长度计算 滚轮有效长度通过公式 3计算 H = 23.5m )； m * 6 )； t=49m )； n=3)； 通过公式 4可以算出整个绳子长度。 L = 326m ） 47m ）； 所以整个滚筒的长度是 2300 此外 ， 轧辊强度和稳定性需要相应的计算方程。主要起重电动机的类型是转速 742 r / 它的功率是 475 千瓦。其传动比为 要起重制动的类型是 6 结论 根据应用程序，淬火起重机的结构特点，相关技术文件，国家 的特定 标准， 淬火起重机的主要技术参数进行了计算和设计。 目前 ， 这种起重机被高效的应用在热处理工厂的企业里 。 320 吨淬火起重机的发展遇到了企业生 产需求的发展。对未来类似的起重机的设计是一个很好的参考和引导。此论文具有一定的应用价值。 参考文献 1 C. 1980： 1452 et of of 2007： 3683 of t， 2006： 6674 1999： 3325 P.， .， . of ff 1988： 637基于 控系统的感应电动机的设计与实现 . 级会员 摘 要 我们将对基于可编程逻辑控制器（ 术的感应电机的监测控制系统的实现进行说明。此外，我们也提供速度控制与保护的硬件软件的实现。这部分是来自对感应电机性能测试所获取的结果。在正常操作期间和跳闸条件下， 速度的相关操作参数由用户与监测器的请求来实现。和常见的 V/变压器驱动和 制的效率高 速地增加到了 95%的同步率。因此， 明了他们自己在电力驱动的工控方面是一个通用有效的工具。 关键词 ： 计算机控制系统；计算机监控；电力驱动；感应电机；运动控制；可编程逻辑控制器（ 变频驱动器；电压控制 1 引言 自从有了有效的电力驱动器的运动控制技术后，在电机应用方面，可编程逻辑控制器（ 电力电子的结合使用已经被引入到自动化制造中 1， 2。这种使用有以下优点，比如当开关接通时低压下降，以及用一个功率因素控制电机和其他设备的能力 3。许多工厂在自动化过程使用 减少生产成本 ，并提高质量与可靠性 4 - 9。由于使用 ，其它应用也有这些优点，其中包括具有改进精度的计算机化数字控制（ 10。为了获得准确的工业电力驱动系统，很有必要使用配有电力转换器、个人计算机和其它电气设备的接口 11 - 13。然而这会使得设备更加精细、复杂和昂贵 14， 15。 已发布的论文中少有涉及到 制的直流电机。他们既报道用 变电枢电压，来实现直流电机 /发电机的速度控制模糊方法 16，也报道现有工业 基于自校正调节器技术的自适应控制器一体化 17。此外，其他类型的机器也与 接口。因此，工业 用于控制步进电机的五轴转子的位置、方向和速度，并降低电路部件的数目，减少成本，提高可靠性 18。由于开关磁阻电机作为一种可能的替代方法，以代替速度可调的交流和直流驱动器，所以用于控制转矩和速度的单芯片逻辑控制器就使用了配备电力控制器的 实现数字逻辑 19。其他被报道的应用涉及了一种用于乘客电梯的线性感应电机，该电机采用 实现驱动系统的控制和数据采集 20。为了监测电能质量，并确定破坏变电站生产的干扰，两个 用来确定设备的灵 敏度 21。 只有极少数的论文发表在感应电机与 领域。三相感应电机的功率因数控制 器利用 提高功率因数，并在整个控制的条件下使其电压 3。矢量控制集成电路在三相脉宽调制（ 变器 22的电压或电流调节上，使用一个复杂可编程逻辑器件（ 整数运算。 此外，感应电机的许多应用需要电机控制功能，对几个特定的模拟和数字 I/O 信号、家用信号、跳闸信号、开 /关 /反转指令的处理。在这样的情况下，包括 控制单元必须被添加到系统的结构中。本文针对三相异步电机提出了一种基于 监控系统。它描述了其所配置的硬件与软件的设计与实现。在感应电动机的性能表现上获得的测试结果提高了效率，并在可变负载恒速控制操作下提高精度。因此， 联并控制用户请求的速度设定点的操作参数，并在正常操作和跳闸条件下监测感应电动机系统。流程的输入输出设备连接到 ，而且控制程序被输入到 存储器中（图 1）。 2 作系统控制器 一种以微处理器为基础的控制系统，专为在工业环境中的自动化过程而设计。它使用一个可编程存储器来实现 特定的功能，如算术，计数，逻辑，排序和定时 ，该可编程 存储器适用于定位用户的指导说明的内存 23， 24。 以编程用于感应、激活和控制工业设备，因此，采用了许多允许电信号进行接口的 I/O 口。 图 1 控制动作 在我们的应用里，它控制着通过模拟和数字的输入输出，这些输入输出是感应电机多变的恒定负载的速度运行时的变化。另外，通过控制程序， 连续性地监视输入并激活输出。这个 统是一种包含特殊化硬件构造块的模块类型，它直接插入一个专用总线，一个中央处理单元（ 一个供电单元，输入 输出模块的 I / O 口，以及一个程序终端。这种模块化方 法具有这样的优点：初始配置可用于扩展其他未来的应用，例如多机系统或计算机连接。 3 感应电机控制系统 图 2 是实验系统的方框图，下列配置能够从这种设置中获得。 a）一个用于恒定速度操作的闭环控制系统，配置有速度反馈和负载电流反馈。由逆变器供电，感应电动机驱动可变负载，同时 制逆变器 V/f 的输出。 b）一个用于可变速度运转的开环控制系统。感应电机驱动可变负载，并通过在恒定控制 V/f 模式下的逆变器进行供电。 止活动。 图 2 实验系统的电气图 c）标准变速操作。感应电机驱动的可变负载，并且由恒定电 压 从闭环结构 a）除去速度和负载反馈可以得到开环配置 b）。 4 硬件说明 该控制系统由绕线转子感应电动机实现并测试，其具有的技术规范在表 应电动机驱动一个提供了一个可变负载的直流发电机。三相电源与三相主开关相连， 然后接到一个三相热过载继电器上，该继电器提供保护以防止电流过载。继电器输出端连接到整流器，整流器整流三相电压，并给出一个直流输入送至绝缘栅双极晶体管（ 变器。表概括了它的技术规范 25。直流电压输入值通过 变器转换成三相电压输出，这个 电压将供给感应电动机的定子。另一方面，逆变器和基于 表 1 异步电动机技术规格 表 2 逆变器技术规格 此控制器的是在 模块化系统上实现的 5， 26 - 28。 结构指的是其内部的硬件和软件。作为一个基于微处理器的系统， 统硬件由以下模块设计并构建 29 - 37： 中央处理器单元（ 离散输出模块（ 离散输入模块（ 模拟量输出模块（ 模拟量输入模块（ 电源。 和 4所示。 表 3 速度传感器被用于速度反馈，电流传感器被用于负载电流反馈，而第二个电流传感器连接到定子回路 32。因此，闭环系统的两个反馈回路是通过使用负载电流传感器、速度传感器和 测速发电机（永磁直流电动机）被用于速度检测。感应电机机械地驱动其主轴并产生一个输出电压，它的幅度和旋转速度成正比。极性取决于旋转的方向。来自测速发电机的电压信号必须和 定的电压范围匹配（ 000千欧内阻）。其他的 4 表 4 I/对于手动控制，该方案配备了启动，停止，和跳闸按钮，以及一个前后方向选择的开关。如图 2所示，所有被描述的组件：主开关，自动三相开关，自动单相开关，三相热过载继电器，负载自动开关，信号灯（前进，后退，开始，停止，跳闸），按钮（开始，停止，跳闸），选择开关（向前或向后旋转），速度选择器，增益选择器，以及在控制面板上安装的 块和整流逆变器。程序通过 人计算机和 口下载到 编程要基于输入设备的逻辑要求，并且程序主要是逻辑算法实现，而不是数值计算。 大多数的编程操作是在简单的两态“开或关”的基础上工作，这些不同的可能性分别对应于“真或假”（逻辑格式）和“ 1 或 0”（二进制形式）。因此， 用模拟 设备，对基于继电器控制系统的电路提供灵活的可程序化选择。 用梯形图编程方法。 统以软件工具的形式供了一个在主计算机终端上运行的设计环境，该环境允许开发，检验，测试和诊断梯形图。首先，在梯形图中写入高级别程序 33， 34。然后，梯形图被转换成二进制指令码，以便它们可以被存储在随机存取存储器（ 可擦除可编程只读存储器（ 。 每个连续的指令由码并执行。 功能是控制存储器和 I / O 设备的动作，并根据程序来处理数据。 每个输入和输出连接点有用于识别 I / O 位的地址。该方法用于与输入、输出相关联的数据的直接表示，并且存储器是基于这样一个事实，即 存储器被组织成三个区域：输入图象存储器（ I）、输出图像存储器（ Q）、以及内部存储器（ M）。任何一个存储单元都用 I， 4）。 图 3 主程序流程图 3）。该程序循环一开始通过扫描输 入到系统里，并在固定存储器位置（输入图象存储器 I）中存储它们的状态。然后梯形图程序逐级执行。扫描程序并解决各种梯级的逻辑性以判定输出状态。更新后的输出状态被存储在固定的存储单元（输出图像存储器 Q）。然后在程序扫描结束时，保存在内存中的输出值被用于同时设置和重置 物理输出。对于给定的成一个循环时间或扫描时间所花费的时间为 K（ 1000步），并且有 1000步的最大程序容量。 开发系统包括一台通过 口与 标连接的主机（ 主机提供软件环境来执行文件编辑、存储、打印和 程序操作监测。在 用编辑器画出梯形图源程序，源程序转换成二进制对象代码，这些代码将运行在 通过串行通讯端口从 制软件 如图 4 所示，这是速度控制软件的流程图。软件调节速度并监视恒速控制而不考虑扭矩 的变化。此时作为电机电源的逆变器开始执行，同时它也受 软件控制。没有反馈控制回路和 变器不能单独保持恒定的速度。 在控制面板上，操作者选择速度设定值 及向 前 /向后的旋转方向。然后，通过按压手动启动按钮时，电动机开始转动。如果停止按钮被按下，则停止转动。如表 4 所示，对应的输入信号通过接口连接到 输出信号连接到 定子电流传感器中接收跳闸信号测速发电机中接收速度反馈信号，以及从控制面板上接收这种方式来读取被要求的速度和电机的实际速度。操作者要求的速度和电动机的实际速度之间的差值会给出误差信号。如果误差信号不是零，而是 正或负的，那么根据由 行的计算， 减小或增加逆变器的 V/后结果就是电动机的速度会被校正。 所实现的控制是比例积分（ 型（即：误差信号由增益 K 和被积分值相乘，并加入到所请求的速度中）。其结果是，控制信号被发送到 连接逆变器的数字输入端以控制 K 的变化。在开始时，操作员通过使用安装在控制面板上的旋转电阻（增益调整）来选择增益 K，而 收它的压降作为控制器的增益信号（ 0）。 我们使用旋转电阻来选择所需的转速时 读取该信号。它的值会被发送到 在控制面板上显示（速度设定点显示器）。控制面板的其它显示器显示实际速度，这些实际速度是从速度反馈信号中计算得出的。第三个显示器以牛顿 米）。其相应信号被输出到 图 4 速度控制软件流程图 图 5显示出了该软件的流程图。在电机运转期间，不可能通过改变开关位置以反转其方向。在方向逆转之前，必须按下停止按钮。在启动和加载过程中，为了保护电机防止电流过载，下列的命令要被编写入软件中。 i)向前 /向后的信号要输入到 度给定信号载电流子电流速度反馈信号要输入到 负载时 如果速度设置点低于超过 20%或者 3 0 0 / m i 电机不会启动。 i)当增量负载超过 m（额定转矩的 40%）， 1 . 3并且速度设定点低于量超过 40%或者 6 0 0 / m i ，电机不会启动。 果负载增加超过了 m（额定转矩）， 且如果速度设定点超过了 100%或者 1 5 0 0 / m i 点击进入中止过程。 所有其他情况下，电机进入速度控制模式并执行速度控制软件如 图 5 监测器和保护软件流程图 图 6 是该软件的流程图。 在超载的情况下，电机被切断，跳闸指示灯（黄色）亮起。操作者必须释放热继电器，然后通过按下跳闸按钮或停止按钮关掉跳闸灯。热继电器设置为 的额定电流。接下来电机可以再次启动。 操作者可以按下停止按钮切断电机：实际速度的显示被设置为零，启动灯（绿色）熄灭，以及停车灯（红）亮起并保持点亮 3 秒钟。 在电机被切断后和驱动系统被重新启动之前，负载必须立刻断开。电机在切断后，即使按下了启动按钮后， 3 秒内也无法启动。 图 6 电机的中止和重启软件流程图 在运行过程中系统和变化的 负载进行测试，包括对跳闸的情况下的测试和对异步电动机调速性能的测试。 一开始，感应电动机的性能由标准 380伏电压提供，测量 50上仅供参考。然后，如第 分中所描述的那样，在无负载和满载（ 1， 0 种不同模式之间操作试验的控制系统： a）由变频器和 制反馈至异步电机 ; b）由逆变器反馈至感应电机。 在前几节已描述，速度和负载转矩的范围对应于 如图 7所示，我们在 500分的范围内对转速 转矩特性进行了研究 。结果表明，对于不同的速度设定值置 b）在变速变负载转矩特性下工作。配置 a）在速度范围 0 /分和负载范围 0工作时有恒速变负载转矩的特性。但是，在速度超过 1400转 /分并且负载高于 70的范围时，系统不能保持在变速变负载和恒速下工作。因此，当 N1400 转 /分时，两种配置 a）和 b）具有类似的转矩 速度响应。这一事实表明，在同步率低于 93的速度时， 制对于由 件实现的恒定速度有效。 图 7 含 扭矩实 验曲线 我们研究了不同图 8 中，效率经过归一化后表示出来，作为基准值或 1 自标准网络提供的感应电机的效率来使用。如图 8 所描绘的，结果表明，在所有情况下配置 a）比配置 b）具有更高的效率。此外，在负载高于 70且归一化效率是 ( ) 1 时操作，意味着在 制下所获得的效率比另一种情况的效率更高。后者是指在标准 380伏、 50赫兹的网络，没有 据 该图， 制系统与标准电机操作相比，其效率提高了10从理论的角度来看，如果我们忽略磁化电流，效率的近似值是： 11 R 其中 S 是滑差，分别是定子绕组阻抗和转子绕组阻抗。如从图 7 中可以看出， 制系统 a）工作时有非常低的滑差值，几乎为零。在所有的速度和负载转矩条件下，配置 a）比配置 b）有更小的滑移，因而效率较高的值是合理，尤其是在高速和高 频条件下。在较低的频率时，磁通会增加，一次励磁电流的增加导致损失增加。 图 9表示 定子频率特性，和在图 7中的速度和转矩是相同的范围。对于图 7 中的每一个速度 转矩特性，定子电压和定子频率之间的关系是不变的。然而，如图 10 所示 ,对应于电机磁通的这种关系随着频率的降低而增加，从 50赫兹的 2赫兹的 此，从图 7可看出，其中可用的扭矩从 50赫兹的 100下降到 20 赫兹的 60。当电压和频率都下降时，磁通量会随着最大可用扭矩的减少而增加。 图 8 控制系统在有、无 况下每单位标准供给电机的效率 对于全部速度和转矩范围的调节器增益 曲线如图 11所示。结果表明，在特性之间小的位移情况下，在变化的负载情况下，它提供了 这个系统提供了一个相似的动态响应，作为 V/的暂态性能是有限的，由于扭矩的振荡 32和它的行为对进程限制了该系统的应用，而该过程仅需缓慢的速度变化。 从先前描述的方案可以获得成功的实验结果，结果表明 用于有感应电机的 自动化系统。由逆变器驱动并由 制的感应电机监控系统证明了其在恒速可变负荷下运转时，具有高准确度的调速功能。 图 9 频率特性曲线 图 10 定子电压与定子频率之比 图 11 忽略所用的速度控制方法的简单性，这种系统列出： 在负载转矩下恒定速度的变化 ; 在更宽的转速范围内的可调全扭矩 ; 闭环速度控制方案具有很好的精度 ; 更高的效率 ; 过载保护。 从而，在工业电力驱动应用方面， 致 谢 笔者衷心感谢雅典国家技术大学对实验系统建设和实 验室测试及测量的财政支持。 参考文献 1 G. 992. 29, 4748, 1992. 2 , 993. 30, 5860, 1993. 3 A. R. M. M. . A a 3 2, 2000, 10651072. 4 A. . M. of a 1997, 2025. 5 K. T. 15, 1417, 1996. 6 B. S. . 3, 1997, 12861291. 7 A. . 111999, 106113. 8 J. E. . M. of 1995, 395400.
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