机械毕业设计（论文）-吊钩桥式起重机设计（全套图纸）

摘摘 要要 桥式起重机是一种提高劳动生产率重要物品搬运设备，主要适应车间物品搬 运、设备的安装与检修等用途。我国生产的吊钩电动双梁桥式起重机额定起重范 围为 5500t，一般 10t 以上，起重机有主、副两套起升机构；300t 以上，起重机 还有三套起升机构。 电动双梁起重机由桥架、小车运行机构、大车运行机构和电气设备构成。在 系统整体设计中采用传统布局的典型结构，小车运行机构采用集中驱动。起升机 构滑轮组采用双联滑轮组，重物在升降过程中没有水平移动，起升过程平稳，且 钢丝绳的安装和更换容易。相应的卷绕装置采用单层卷筒，有与钢丝绳接触面积 大，单位压力低的优点。在起升机构中还涉及到钢丝绳、减速器、联轴器、电动 机和制动器的选择等。小车运行机构中涉及小车轮压计算、小车车轮、小车轨道、 减速器、联轴器、电动机和制动器的选择计算等。 在起重机控制方面，起升机构用主令控制器和磁力控制屏来实现控制，大、 小车运行机构用凸轮控制器直接控制。在控制系统设计中，主要针对起升机构、 大车运行机构、小车运行机构电路控制系统的设计及保护电路的设计。利用低压 电气元件控制起重机，其使用寿命较长，适合车间恶劣环境。 关键词：桥式起重机 起升机构 小车运行机构 电气控制系统 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 ABSTRACT Bridge crane is a significant increase labor productivity goods handling equipment, primarily to carry goods workshops, equipment installation and maintenance, and other purposes. Chinas production of electrical hook rated double- beam bridge crane lifting the range of 5 500 t, generally more than 10 t, cranes are the main, two sets of lifting300 t above, there are three sets of cranes lifting bodies. Two- electric beam from the bridge crane, the trolley running, traveling mechanism and electrical equipment constituted. The overall design of the system using the traditional layout of the typical structure and operation of institutions used car driven focus. Pulley group or agency from using double- pulley blocks, heavy objects in the process of lifting the level of no movement, or from the process smooth, and the installation and replacement of wire rope easily. Winding installations in the corresponding single reel, a large area of contact with the rope, the advantages of low pressure units. In lifting bodies also involves rope, reducer, couplings, electrical and brake the choice. Vehicles involved in the operation of institutions pressure on the wheels, car wheels, car track, reducer, couplings, electrical and brake the choice of calculation. In the crane control, or from the institutions with the main controller and magnetic control of the screen to achieve control, big and small car cam controller running institutions with direct control. In the control system design, mainly for lifting bodies, traveling mechanism, the car run institutions circuit design and control system for the protection of the circuit design. Use of low- voltage electrical components control crane, a longer service life for workshop harsh environment. Key words: bridge crane hoisting mechanism car agencies operating electric control system I 目目 录录 绪绪 论论 . 1 第一章第一章 桥式起重机的简介桥式起重机的简介 2 1.1 桥式起重机的简介 2 1.2 普通桥式起重机的主要组成部分 2 1.2.1 大车 2 1.2.2 小车 2 1.2.3 动力装置和控制系统 2 1.3 普通桥式起重机的运行方式 2 第二章第二章 设计任务及技术参数及吊钩组的选择计算设计任务及技术参数及吊钩组的选择计算 3 2.1 主要技术参数及工作机构的级别 3 2.2 设计步骤 3 第三章第三章 起重机主梁的设计计算起重机主梁的设计计算 9 3.1 桥式起重机主梁的设计计算主要涉及内容 9 第四章第四章 安全装置的选择说明安全装置的选择说明 . 10 4.1 主要安全装置的说明 . 10 4.1.1 走台和栏杆 . 10 4.1.2 排障板 . 10 4.1.3 小车行程限位开关 . 10 4.1.4 起升高度限位开关 . 10 4.1.5 大车行程限位开关 . 10 4.1.6 缓冲器与挡铁 . 10 第五章第五章 起重机的控制系统设计起重机的控制系统设计 . 11 5.1 控制电路设计分析 . 11 5.1.1 控制对象分析及控制元件的确定 . 11 5.1.2 控制系统的基本要求 . 11 5.1.3 电动机的工作状态分析 . 11 图 5.4 . 13 5.1.4 起重机的供电 . 14 5.2 起升机构控制电路工作原理 . 14 5.2.1 起升机构电路的特点 . 14 5.2.2 起升机构电路的保护与联锁 . 14 5.2.3 起升机构电气工作控制原理 . 15 5.3 小车运行机构电路工作原理 . 18 II 5.3.1 小车运行机构电路工作特点 . 18 5.3.2 小车运行机构的电气控制原理 . 18 5.4 大车运行机构电路工作原理 . 20 5.4.1 大车运行机构电路的工作特点 . 20 5.4.2 大车运行机构的电气控制原理 . 20 5.5 保护电路的工作原理 . 21 5.5.1 保护电路的组成 . 21 5.5.2 保护电路的工作过程 . 22 结结 论论 . 22 参考文献参考文献 24 致致 谢谢 24 长春理工大学光电信息学院毕业设计 1 绪绪 论论 起重机械主要用于装卸和搬运物料，是现代化生产的重要设备。它不仅广泛 应用于工厂、矿山、港口、车站、建筑工地、电站等生产领域，而且也应用到人 们的生活领域。使用起重运输机械，能减轻工人劳动强度，降低装卸费用，减少 货物的破损，提高劳动生产率，实现生产过程机械化和自动化不可缺少的机械设 备。起重机械是以间歇、重复工作方式，通过起重吊钩或其它吊具的起升、下降， 或升降与运移重物的机械设备。其工作特点具有周期性。在每一工作循环中，它 的主要机构作一次正向及反向运动，每次循环包括物品的装载及卸载，搬运物品 的工作行程和卸载后的空钩回程，前后两次装载之间还有包括辅助准备时间在内 的短暂停歇。 长春理工大学光电信息学院毕业设计 2 第一章第一章 桥式起重机的简介桥式起重机的简介 1.1 桥式起重机的简介桥式起重机的简介 桥式起重机是生产车间、料场、电站厂房和仓库中为实现生产过程机械化和 自动化，减轻体力劳动，提高劳动生产率的重要物品搬运设备。它通常用来搬运 物品，也可用于设备的安装与检修等用途。桥式起重机安装在厂房高处两侧的吊 车梁上，整机可以沿铺设在吊车梁上的轨道纵向行驶，而起重小车又可沿小车轨 道（铺设在起重机的桥架上）横向行驶，吊钩则作升降运动 【1】。因此，它的工作 范围是其所能行驶地段的长方体空间，正好与一般车间形式相适应。 1.2 普通桥式起重机的主要组成部分普通桥式起重机的主要组成部分 1.2.1 大车大车 由桥架和大车运行机构组成。桥架：桥架为起重机的金属结构，一方面支撑 小车，允许小车在它上面横向行驶；另一方面又是起重机行走的车体，可沿铺设 在厂房上面的轨道行驶。在其两侧的走台上，安装有大车运行机构和电器设备， 大车运行机构用来驱动大车行走，大车上一般还有驾驶室，用来操纵起重机和安 装各机构的控制设备。桥架主要由主梁和端梁组成。设计时要考虑其强度，刚度 和稳定性要求，也应考虑自重和外形尺寸要小，加工制造简单，运输，存放和使 用维修方便，成本低等因素。 1.2.2 小车小车 小车由起升机构，小车运行机构，小车架和保护装置等组成。小车架要承受 起升载荷和各机构自重，应有足够的强度和刚度，同时又要尽量减轻自重，以降 低轮压和桥架受载。小车的电力则由滑线或软电缆引入。设计时要考虑改善零部 件的受力情况、减少外形尺寸和自重、安全可靠、工作平稳、装配维修方便等因 素 【2】。 1.2.3 动力装置和控制系统动力装置和控制系统 动力装置是驱动起重机运动的动力设备，它在很大程度上决定了起重机的性 能和构造特点，桥式起重机的动力装置一般采用电动机。控制系统包括操纵装置 和安全装置。各机构的启动、调速、改向、制动和停止，都通过操纵控制系统来 实现。 1.3 普通桥式起重机的运行方式普通桥式起重机的运行方式 桥式起重机是一种循环的、间隙动作的、短程搬运机械。一个工作循环一般 包括上料、运送、卸料及回到原位的过程，即取物装置从取物地点由起升机构把 物料提起，由运行机构把物料移位，然后物料在指定地点下放，接着进行相反动 作，使取物装置回到原处，以便进行下一次工作循环。 长春理工大学光电信息学院毕业设计 3 第二章第二章 设计任务及技术参数及吊钩组的选择计算设计任务及技术参数及吊钩组的选择计算 2.1 主要技术参数及工作机构的级别主要技术参数及工作机构的级别 最大起重量： 20 吨 粱跨度： 31500mm 起升速度: 18 28m/min 起升高度: 14mm 起重机运行速度: 80 95m/min 起升机构运行速度: 40 45m/min 起重机工作级别 A6; 其中载荷状态为 Q2(有时起升额定载荷,一般起升中等 载荷);起升机构工作级别 M6;其中利用等级为 T6,载荷状况为 L2 小车运行机构工作级别 M4;其中利用等级为 T4,载荷状况 L3 大车运行机构工作级别 M4;其中利用等级为 T4,载荷状况 L2 2.2 设计步骤设计步骤 表 2.1 计算项目 计算内容 计算结果 1. 吊 钩 形式选择 吊钩采用倍率 m=4 的双联滑轮组,故采用 长形吊钩组 吊钩用普通的短吊钩 长形吊钩组 普通短吊钩 2. 吊 钩 结构及制造 方法的确定 选用吊钩断面为梯形的吊钩,其受力情况 合理.用锻造方式制造,材料为 20 钢,机加工前 热处理,硬度小于或等于 156HBS 梯形断面吊 钩 锻造制造 长春理工大学光电信息学院毕业设计 4 3. 吊 钩 主要尺寸的 确定 D=160mm h=180mm B=140mm mme65 1 = 4. 钩 身 强度计算 计 算 项 目 12 和 34 断面为危险断面，通常垂直断 面 34 取与水平断面 12 相同的断面， 而最 大拉应力约为 12 断面的 50% ，故只验算 1 2 面。 计算内容 计算结果 4. 钩 身 强度计算 计算公式： = = 096 . 0 15840 1020056 . 1 2 3 1 2 1 D e A P B Q 7 . 166 160 652 = N/ 2 mm 式中：A断面面积，A=15840 2 mm 1 e 断面重心坐标， 1 e =65mm B 断面形状系数， B =0.096 2 起升动力系数， 2 =1.56 对于 20 钢，查表得 2 /220mmN s =；取 安全系数 n=1.3，则许用应力为： 2 0 /169 3 . 1 220 mmN n S = 1 /7 .166mmN= 0 /169mmN= 1 14 mm n=3.5 6.0376mm mm20= b=200mm d=120mm h=100mm 长春理工大学光电信息学院毕业设计 9 第三章第三章 起重机主梁的设计计算起重机主梁的设计计算 3.1 桥式起重机主梁的设计计算主要涉及内容桥式起重机主梁的设计计算主要涉及内容 主梁材料的选择：选用 Q235，其力学性能好。 桥式起重机主梁结构形式及截面尺寸的确定：根据标准选用后，验算是否 符合要求。本设计选用箱形结构主梁，其组成由上下盖板及左右腹板焊接而成， 断面为封闭的箱形，小车轨道安装在上盖板上。本设计选用了轨道安装在主梁的 正中形式。为了防止上盖板变形，在箱形主梁内部，每隔一定间隔加焊了“长加 劲板”和“短加劲板”。桥架的刚度由两主梁保证，两主梁外侧，一侧走台上安 放大车运行机构，另一侧安放电气设备，走台增加了桥架的整体刚度，便于起重 机的维修，但也增大了桥架的自重和对主梁的附加扭矩。在设计中应尽量减少走 台的宽度 【3】。从主梁受力来考虑，主梁纵向外形以抛物线为优，但制造费时，故 一般将两端做成斜线段式。 主梁桥架载荷的组合情况：由于起重机桥架受力情况复杂，在分析计算过 程中，应合理处理。 主梁强度的计算：主要验证危险截面的强度是否满足要求。 端梁的计算：端梁采用压制成型，再焊接成箱形结构，有焊缝和加工工时 少，端梁变形小，重量轻，外形美观等优点。选用后进行强度较核。 主梁与端梁的连接形式的选择：采用加连接扳用焊接的形式连接，桥架的 运输分割位置在端梁的中间区段，接头处的下盖板用连接板螺栓联接，侧面与顶 面用角钢法兰联接。有制造简单、装拆方便、成本低等优点 【4】。 司机室的选用：司机室的构造与安装位置，应保证司机有良好的视野，司 机室一般与桥架固定，并应安装在无滑线一侧。司机室的结构有敞开式和封闭式 两种，若无特殊要求，室温在 1040 摄氏度的厂房内工作的一般制成敞开式，在 多灰尘和有害气体的场合，露天及高温车间工作的司机室，一般制成封闭式 【5】。 司机室的内部尺寸一般以满足视线要求为条件，宽度不宜过大，一般取 1.3m1.6m，长度不小于 2m，高度不低于 1.9m，司机室内部具体尺寸根据电器设 备和工作要求确定。 司机室的骨架应有足够的强度和刚度， 一般有轧制的型钢和冲压的薄板焊成。 地板应用厚 20mm 的木板制成，地板离骨架 100mm，人形过道处铺以 45mm 厚 的橡胶板，地板和墙壁内用留有电缆线槽，玻璃窗的玻璃厚度应不小于 5mm 玻 璃窗的尺寸和位置应保证司机坐着能看见起重机的取物装置在任何位置的工作情 况。根据需要可设置上视窗和下视窗。 长春理工大学光电信息学院毕业设计 10 第四章第四章 安全装置的选择说明安全装置的选择说明 4.1 主要安全装置的说明主要安全装置的说明 电动双梁桥式起重机有相应的电气保护装置以外，还有其他保护装置。 4.1.1 走台和栏杆走台和栏杆 走台与作业平台的铺设采用具有防滑性能的钢板制成，设置牢固的栏杆，栏 杆离铺板的垂直高度不低于 1000mm,离铺板约 450mm 处应有中间夹栏，底部有 不低于 70mm 的挡板。 4.1.2 排障板排障板 装在大车和小车的车轮前，用来推开轨道上可能有的障碍物，以利于大车和 小车的顺利运行。 4.1.3 小车行程限位开关小车行程限位开关 安装在小车一根轨道两端外侧的主梁盖板上，小车架相应的端梁外侧，固定 一根用角钢弯折的撞尺，当小车行至极限位置时，撞尺压迫限位开关的摇杆，使 其转动，从而切断小车运行机构电动机的电源，由于接线关系电动机只能做反向 运动。因而小车行程限位开关的位置要安装适当，及因考虑到小车撞尺与限位开 关接触时，使电动机断电以后，小车由于惯性还要向前走一段距离。 4.1.4 起升高度限位开关起升高度限位开关 采用丝杆传动起升高度限位开关，其工作零件是螺杆和滑块。螺杆两端分别 支承在壳体上的轴承中，一端通过十字联轴器与卷筒轴相连，卷筒转动，滑块沿 螺杆移动，当吊钩上升到极限位置时，滑块移动到右端极限位置，螺栓压迫开关， 切断电源，使起升机构停止运动，从而控制吊钩高度。安装时应注意，吊钩装置 上升到极限位置时，应该与卷筒或定滑轮之间保持一定距离；机构设计上保证螺 杆不能横向窜动，否则要出事故。 4.1.5 大车行程限位开关大车行程限位开关 由于大车运行速度大于 80m/min， 采用杠杆式限位开关不能提供可靠的保证， 故采用无触点运行限位系统：光电装置来保证。 4.1.6 缓冲器缓冲器与挡铁与挡铁 为了阻止起重机和小车越轨，在起重机和小车轨道两极端位置装挡铁。为了 吸收起重机和小车与挡铁相撞的能量，保证设备部受损坏，应采用缓冲器。由于 本起重机的速度较大。选用弹簧缓冲器，它有吸收动能大，寿命长的优点，但是 其自重大、成本高、工作时有硬性碰撞的缺点 【6】。 长春理工大学光电信息学院毕业设计 11 第五章第五章 起重机的控制系统设计起重机的控制系统设计 5.1 控制控制电路电路设计分设计分析析 5.1.1 控制控制对象对象分分析析及控制及控制元件元件的的确定确定 桥式起重机的动力源为三相绕线转子电动机，制动装置为电力液压制动器， 其驱动装置也是电动机。因而整个控制系统的控制对象为电动机；从前面主要结 构的设计中可以知道，整个结构有 4 个电动机驱动，一个用于起升机构，一个用 于小车运行机构，两个用于大车运行机构，其具体型号：起升电机 M，YZR315S 8，P=85KW，n=724r/min；小车运行电机 M3，YZR160M16，P=6.3KW， n=921r/min；大车运行电机 M2，YZR160L6，P=13KW，n=942r/min；由于起升 机构电机功率大，不能采用凸轮控制器，而用主令控制器和磁力控制屏，通过继 电器触头控制；大、小车运行电机用凸轮控制器直接控制。 5.1.2 控制系统的控制系统的基本基本要要求求 提升机构电力拖动的要求 主钩能快速升降，轻载提升速度应大于额定负载的提升速度；具有一定的调 速范围；具有适当的低速区，一般在 30%额定速度内分几挡，以便选择；提升第 一挡的作用是为了消除传动间隙，将钢丝绳张紧，称为预备级，这一挡的电动机 的起动转矩不能过大，以免过强的机械冲击，一般在额定转矩一半以下；在负载 下降时，根据负载的大小，提升电动机可以工作在电动、倒拉制动、回馈制动等 工作状态，以满足对不同下降速度的要求；为了安全，起重机要采用断电制动方 式的机械抱闸制动，以免因停电造成无制动力矩，导致重物自由下落引发事故， 同时也应具备电气制动方式，以减少机械抱闸的磨损；桥式起重机的电气控制还 应具有完善的保护和联锁环节 【7】。 大小车移行机构电力拖动的要求 大车移行机构和小车移行机构对电力拖动简单，只要有一定的调速范围，分 几挡即可。起动第一挡作预备挡，以消除起动时的机械冲击，所以，起动转矩也 限制在额定转矩的一半以下，为实现准确停车，增加了电气制动，同时可以减轻 机械抱闸负担，减少机械抱闸的磨损，提高制动可靠性。 5.1.3 电电动机的工作动机的工作状态状态分分析析 移行机构电动机的工作状态 移行机构电动机的负载转矩为飞轮滚动摩擦力矩与轮轴上的摩擦力矩之和， 这种负载力矩始终是阻碍运动的，为阻力矩；当大车和小车需要来回移动时，电 动机工作于正反转状态。 提升机构电动机工作状态 提升机构电动机的负载除一小部分是由摩擦产生的力矩以外，主要是由重物 和吊钩产生的重力矩，这种负载当提升时都是阻力矩，下降时都是动力矩，而轻 载或空钩下降时，是阻力负载还是动力负载视具体情况而定。 提升时电动机的工作状态 长春理工大学光电信息学院毕业设计 12 提升重物时，电动机承受两个阻力转矩，一个是重物的自重产生的重力转矩，另 一个是在提升过程中传动系统存在的摩擦转矩，当电动机产生的电磁转矩克服阻 力转矩时，重物被提升，电动机处于电动状态，以提升方向为正向旋转方向，则 电动机处于正转电动状态，其如图 5.1 示，工作在第一象限，当 TTTfge += 时： 图 5.1 2) 下降时电动机的工作状态： a. 重物下降：当下放重物时，负载较重，T g T f 时，为了获得较低的下 降速度，需将电动机按正转提升方向接线，则电动机的电磁转矩T e与重力转矩 Tg方向相反，电磁转矩成为阻碍下降的制动转矩，当Tg=Tf +T e时，电动机稳 定运行在-na转速下，电动机处于倒拉反接制动状态 【8】，如图 5.2 示，工作在第 四象限，此时，交流绕线转子电动机的转子应串联较大的电阻。 图 5.2 长春理工大学光电信息学院毕业设计 13 b.轻载下降：当T g T f 时，虽然负载转矩很小，但重力转矩仍大于摩擦转矩，当电动机 按反转接线时，电动机的电磁转矩与重力转矩方向相同，在T e与Tg的共同作用 下，电动机仍加速，使nn0，电动机处于反向再生发电制动状态，在 Tg=Te+Tf 时，电动机稳定在-nc转速下运行，如图 5.4 示，工作在第四象限， nc n0，此时，要求电动机机械特性硬，以免下降速度过高，因此，再生发电 制动时，电动机转子回路不允许串电阻。 图 5.4 长春理工大学光电信息学院毕业设计 14 5.1.4 起重机的供电起重机的供电 桥式起重机的大车与厂房之间，小车与大车之间都有相对运动，因此电源不 能像一般固定的电气设备一样采用固定连接， 而必须适应其工作经常移动的特点， 对于大中型起重机一般采用滑线和电刷供电。三相交流电源接到沿车间长度架设 的三根主滑线上， 再通过大车上的电刷引入到操纵室中保护箱的总电源刀开关 QS 上，由保护箱再经穿管导线送到大车电动机，大车制动器电机及交流控制站，送 到大车一侧的辅助滑线，对于上升电动机，小车运行电动机，制动器电动机和提 升限位的供电和转子电阻的连接， 则由架设再大车侧面的辅助滑线和电刷来实现。 5.2 起升机构控制起升机构控制电路电路工作工作原理原理 5.2.1 起升机构电路的特点起升机构电路的特点 主电路由刀开关 QS 和三个过流 KA1、KA2、KA3；电力液压制动器电机由 接触器 KM3 主触头控制；KM1、KM2 控制电动机定子电路，使电动机正反转； KM4、KM5 为反接制动接触器，控制反接电阻 R1、R2；KM6、KM7、KM8、 KM9 起动加速接触器，用来控制电动机转子电阻的切断和串入，使电动机速度调 节；电动机转子电路串有 7 段三相对称电阻，其中 R1、R2 为反接制动限流电阻， R3R6 为起动加速电阻，R7 为常接电阻，用来软化机械特性，SQ5、SQ6 为上升 与下降极限限位开关。 控制电路由主令控制器 SA 和 PQR10 型磁力控制屏组成， 上升和下降各分为 6 挡。上升 6 挡中，从“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”挡依次短接 电动机转子电路中的电阻，使电动机加速运行，而定子电路的接法保持不变。下 降 6 挡中，前 3 挡（C、1、2），电动机相序接法与上升时相同，但转子中串入 了较大的电阻，在一定位能转矩负载下电动机运行在速度反向的倒拉反接制动状 态，从而得到较小的下降速度，适于重负载下降。在后 3 挡（3、4、5），电动机 按下降方向运转，得到强力下放，适于轻载（空钩）下降。主令控制器 SA 共 12 对触点，通过控制继电器来控制电动机定子电路，使其正反转，控制转子电路上 的电阻的切断来调节电动机的转速。由于是通过继电器来控制的，可以采用对称 控制电阻的切断。 5.2.2 起升机构电路的保护与联锁起升机构电路的保护与联锁 下放重物时，为了避免高速下降而造成事故，应将主令控制器的手柄置于 下降“1”、“2”两挡。若司机对负载重量估计失误，下降重物时手柄扳到了下 降“5”挡，此时，重物高速下降，为了低速下降，手柄应从下降“5”换成下降 “2”、 “1”挡，手柄转换中要经过下降“3”、 “4”两挡，分析可知，下降“4”、 “3”挡的下降速度比下降“5”挡要快，为了避免经过下降“3”、“4”挡时造 成更危险的高速。 线路中采用了接触器 KM9 辅助常开触点与接触器 KM2 的常开 触点串接后，接于主令控制器触点 K8 与 KM9 线圈之间。手柄置于下降“5”挡 时，KM2、KM5 线圈通电吸合，利用这两个触点自锁使 KM9 线圈通电。当手柄 从下降“5”挡扳动，经过下降“4”、“3”挡时，由于主令控制器的 K5 和 K8 触点始终接通，KM2、KM5 线圈仍吸合，从而保证了 KM9 线圈始终通电，转子 电路只接入电阻 R7， 电动机始终运行在下降机械特性曲线 5 上， 而不会使转速再 长春理工大学光电信息学院毕业设计 15 升高，实现了由强迫下降到制动下降时，出现高速下降的保护。在 KM9 自锁电 路中串入 KM2 辅助常开触点的目的是为了在电动机正向运行时，KM2 是断电， 此电路不起作用，从而不会影响提升时的调速 【9】。 保证反接制动电阻串入的条件下才进入制动下降的联锁，主令控制器的手 柄由下降“3”挡转到下降“2”挡时，主令控制器触点 K5 断开，K6 闭合，反向 接触器 KM2 断电释放，正向接触器 KM1 通电吸合，电动机处于反接制动状态， 为防止制动过程中产生过大的冲击电流，在 KM2 断电后，应使 KM9 立即断电释 放，电动机转子电阻全部串入，KM1 再通电吸合。一方面在主令控制器触点闭合 顺序上保证了K8断开后K6才能闭合； 另一方面还设计了用KM2和KM9与KM1 构成互锁环节。保证了只有 KM9 断电释放后，KM1 才能接通并自锁工作。 当主令控制器的手柄在下降“2”挡与下降“3”挡之间转换，控制正反接 触器 KM1 与 KM2 进行换接时，由于二者之间采用了电气和机械联锁，必存在一 个瞬间，一个已释放，另一个还未吸合的现象，电路中 KM1，KM2 触点均断开， 容易造成 KM3 断电，使电动机高速下进行机械制动，引起不允许的震动。为此 引入 KM3 自锁触点与 KM1、KM2 辅助常开触点并联，以确保在 KM1、KM2 换 接的瞬间使 KM3 始终保持通电状态。 加速接触器KM6KM8的辅助常开触点串接下一级加速接触器KM7KM9 电路中，实现短接转子电阻的顺序联锁作用 【10】。 起升机构的零位保护通过过电压继电器 KV 与主令控制器 SA 实现；线路 的过电流保护是通过主电路中的三个过电流继电器 KA1、KA2、KA3 实现的；重 物上升、下降限位保护通过限位开关 SQ5、SQ6 实现。 5.2.3 起升机构电气工作控制原理起升机构电气工作控制原理 电机起动前的准备：合上闸刀开关 QS1、QS2，将主令控制器 SA 手柄置 于“0”位，K1 触点接通，零电压继电器 KV 线圈得电并自锁，接通控制电路电 源。 提升时电路的工作状况 1) 提升“1”挡 主令控制器手柄扳到提升“1”挡，主令控制器中的 K3、K6、K4、K7 触点 接通，提升极限开关 SQ5 串接在控制电路中，当上升极限开关 SQ5 无动作，则 KM1、KM3、KM4 接触器线圈得电吸合，电动机正向起动，电动机运行在如下 图示的机械特性曲线 1 上，电力液压制动器的电机也起动，松开制动闸。起升电 动机转子电路中第一段电阻 R1 被切除。 2) 提升“2”挡 主令控制器手柄扳到提升“2”挡，主令控制器中的 K3、K6、K4、K7、K8 触点接通，KM5 接触器线圈得电吸合，短接电阻 R2，电动机加速运行，电动机 运行在如下图示的机械特性曲线 2 上。 3) 提升“3”挡 主令控制器手柄扳到提升“3”挡，除上述两挡已闭合的触头接通外，K9 触 点也接通，KM6 接触器线圈得电吸合，短接电阻 R3，电机加速运行，电动机运 行在如下图示的机械特性曲线 3 上。 4) 提升“4”挡 主令控制器手柄扳到提升“4”挡，除上述三挡已闭合的触头接通外，K10 长春理工大学光电信息学院毕业设计 16 触点也接通，KM7 接触器线圈得电吸合，短接电阻 R4，电机加速运行，电动机 运行在如下图示的机械特性曲线 4 上。 5)提升“5”挡 主令控制器手柄扳到提升“5”挡，除上述四挡已闭合的触头接通外，K11 触点也接通，KM8 接触器线圈得电吸合，短接电阻 R5，电机加速运行，电动机 运行在如下图示的机械特性曲线 5 上。 6)提升“6”挡 主令控制器手柄扳到提升“6”挡，除上述五挡已闭合的触头接通外，K12 触点也接通，KM9 接触器线圈得电吸合，短接电阻 R6，此时，电动机除还有一 段为增加其机械性能的电阻外，其它电阻均已切除，电动机以最高转速运行，电 动机运行在如下图示的机械特性曲线 6 上。 下降时电路的工作状况 1) 下降“C”挡 主令控制器手柄扳到下降“C”挡，K1 触点断开，但 KA 通过自锁触头保持 闭合，提升极限开关 SQ5 串接在控制电路中，K3 触点接通控制电源，K6 触点闭 合，使 KM1 接触器线圈得电吸合，电机正向运行，K7、K8 触点接通，接触器 KM4、KM5 线圈通电吸合，短接电阻 R1、R2，其中情形与上升“2”挡相同。 但 KM3 线圈不通电，制动器电机不起动，制动闸闭合 【11】。电动机只能向提升方 向产生转矩而不能运转，这一挡是为下降作好准备，由于受制动器的限制，操作 时，停留时间不应过长，电动机运行在机械特性下降曲线 C 上（为上升 2 挡曲线 在第四象限的延长线），由于电机转速为零，故用虚线表示。 2) 下降“1”挡 主令控制器手柄扳到下降“1”挡，K3 触点接通，接通控制电源，K6 触点接 通，KM1 接触器得电吸合，K4 触点接通，KM3 接触器得电吸合，制动器电机起 动，制动闸松开，K7 触点接通，KM4 接触器得电，短接电阻 R1，电动机转子电 阻串入情况与上升 “1” 挡相同， 电动机运行在提升曲线 1 在第四象限的延长线上， 见起升机构电机机械特性图。 由于增加了转子串入电阻， 使电动机电磁转矩减小， 当负载重力矩大于电磁转矩时，电动机处于倒拉反接制动状态，负载可以获得较 低速下放，但当负载重力矩小于电磁转矩时，负载不降反而上升，这时必须迅速 将其控制器手柄推到下降“2”挡。 3) 下降“2”挡 主令控制器手柄扳到下降“2”挡，K3 触点接通，接通控制电源，K6 触点接 通，KM1 接触器得电吸合，K4 触点接通，KM3 接触器得电吸合，制动器电机起 动，制动闸松开，K7 触点断开，转子外接电阻全部接入，使电动机电磁转矩进一 步减小。电动机运行在如下图示的机械特性曲线下降 2 上。此时，当负载重力矩 大于电磁转矩时，负载可以获得较低速下放。如果负载轻或轻钩，负载重力矩小 于电磁转矩时，负载不降反而上升，这时必须迅速将其控制器手柄推到下降“3” 挡。 4) 下降“3”挡 主令控制器手柄扳到下降“3”挡，下降极限开关 SQ6 串接在控制电路中， K2 触点接通，接通控制电源，K5 触点接通，KM2 接触器得电吸合，起升电动机 定子相序改变，电动机反向运转，K4 触点接通，KM3 接触器得电吸合，制动器 电机起动，制动闸松开，K7、K8 触点接通，KM4、KM5 接触器得电，短接电阻 长春理工大学光电信息学院毕业设计 17 R1、R2，电动机转子电阻串入情况与上升“2”挡相同。电动机运行在如下图示 的机械特性曲线下降 3 上。控制器手柄在此位置为强迫下放，故下放速度与重力 负载大小有关，负载较轻或空钩，电机处于反转电动状态，负载较重，下降速度 将超过电动机的同步转速，而进入再生发电制动状态，电动机工作在机械特性曲 线下降 3 在第四象限的延长线上，此为高速下放状态，且重物愈重，下降速度愈 快，这时必须迅速将其控制器手柄推到下降“4”挡。 5) 下降“4”挡 主令控制器手柄扳到下降“4”挡，下降极限开关 SQ6 串接在控制电路中， K2 触点接通，接通控制电源，K5 触点接通，KM2 接触器得电吸合，起升电动机 反向运转。K4 触点接通，KM3 接触器得电吸合，制动器电机起动，制动闸松开， K7、K8、K9 触点接通，KM4、KM5、KM6 接触器得电，短接电阻 R1、R2、R3， 电动机转子电阻串入情况与上升“3”挡相同，电动机运行在如下图示的机械特性 曲线下降 4 上。重物较轻，电机处于反转电动状态，获得低速下放，重物较重， 进入再生发电制动状态，下降速度将超过电动机的同步转速，电动机工作在机械 特性曲线下降 4 在第四象限的延长线上，且重物愈重，下降速度愈快，但速度比 上一挡要小，这时必须迅速将其控制器手柄推到下降“5”挡。 6) 下降“5”挡 主令控制器手柄扳到下降“5”挡，K2 触点接通，接通控制电源，下降极限 开关 SQ6 串接在控制电路中，K5 触点接通，KM2 接触器得电吸合，起升电动机 反向运转。K4 触点接通，KM3 接触器得电吸合，制动器电机起动，制动闸松开， K7、K8、K9、K10、K11、K12 触点接通，KM4、KM5、KM6、KM7、KM8、 KM9 接触器得电，依次短接电阻 R1、R2、R3、R4、R5、R6，电动机只剩下一 段常串电阻 R7。电动机运行在如下图示的机械特性曲线下降 5 上，此时，重物较 轻或空钩下放，电机处于反转电动状态，获得低速下放，但下降速度比下降“3” 、 下降“4”挡要高，负载较重，进入再生发电制动状态，下降速度将超过电动机的 同步转速，电动机工作在机械特性曲线下降 5 在第四象限的延长线上，且重物愈 重，下降速度愈快，但速度比前两挡要小。 总结 重载下降时，若主令控制器手柄置于下降“C”、“1”、“2”挡时，其中 “C”挡为准备挡，“1”、“2”两挡可获得重载低速下降，电动机处于倒拉反 接制动状态， 但 “2” 挡下降速度比 “1” 挡要快。 若主令控制器手柄置于下降 “3” 、 “4”、 “5”挡时，可获得超过电动机同步转速的高速下降，且“3”挡速度最快， “4”挡次之，“5”挡最小，下降重物愈重，下降速度最快，这时“3”、“4” 两挡下降速度太快，不安全，只能选在“5”挡工作，此时，电动机处于再生发电 状态。 轻载或空钩下降，主令控制器手柄置于下降“1”、“2”挡时，由于重力转 矩太小，比电动机电磁转矩还要小，重物不能下降反而上升，电动机工作在正转 电动状态，此时，应将手柄推过下降“1”、“2”挡位。在主令控制器手柄置于 下降后 3 个挡位时，重物将强迫下降，电动机工作在反转电动状态，且最后一挡 下降速度比前一挡要高。 长春理工大学光电信息学院毕业设计 18 提升 下2下1下3 下4 下5 制动下降 强迫下降 提升机构电动机机械特性 图 5.5 5.3 小车运行机构小车运行机构电路电路工作工作原理原理 5.3.1 小车运行机构小车运行机构电路电路工作工作特点特点 采用可逆对称线路，凸轮控制器左右各有 5 个位置，用对称接法连接电路， 由于用凸轮控制器控制绕线转子电动机的转子电路电阻的切换，为了减少控制转 子电阻的触点数量，转子电路串接不对称电阻 【12】。 采用 KT1060J/2 凸轮控制器，共有 12 对触点，零位有 3 对触点，其中 1 对触点用来保证零位起动，另外 2 对除了保证零位起动以外，还配合两个运动 方向行程开关 SQ3、 SQ4 来实现限位保护。 主电路中用了三个过电流继电器 KA4、 KA5、KA6 实现电动机的过载保护。电动机定子和转子回路中用了 9 对触点，4 对用于定子回路中，控制电动机的正反转，5 对用于切换转子电路电阻，限制电 动机的电流和调节转速。 在正常工作时，若发生停电事故，接触器 KM 断电，电动机停止转动，一旦 重新恢复供电，电动机不会自行起动，而必须将凸轮控制器手柄返回到“0”位， 再次按下起动按钮 SB，再将手柄转动到所需位置时，电动机才能再次起动工作。 从而防止了电动机在转子回路外接电阻切除情况下自行起动产生很大的冲击电流 或发生事故，这是零位触点的零位保护 【13】。 5.3.2 小车运行机构的小车运行机构的电气电气控制控制原理原理 合上闸刀开关 QS，紧急事故开关 QS1，舱口开关 SQ3，按下起动按钮 SB。 凸轮控制器“0”位挡。 凸轮控制器手柄置于“0”位，K3 触点接通，SB 启动按钮按下，接通 KM 接 触器线圈，KM 常开触点闭合，凸轮控制器 K1、K2 触点接通，行程开关 SQ3、 长春理工大学光电信息学院毕业设计 19 SQ4 串接入控制电路中，使 KM 接触器自锁，为电动机起动做准备。 右移“1”挡 凸轮控制器 K1 触点接通， K2 触点断开， 限位保护开关 SQ3 串接入控制电路 中起限位保护作用，KM 接触器通电，线圈吸合并自锁，凸轮控制器 K4 触点接 通， V3 与 W 相连接，K6 触点接通，W3 与 V 相连接。凸轮控制器 K8、K9、K10、 K11、K12 触点断开，转子电阻全部接入，电动机平稳起动，电力液压制动器电 机起动，制动闸松开，电动机运行在下图示机械特性曲线右移 1 上。 右移“2”挡 凸轮控制器 K1、K4、K6 触点连接与右移“1”挡相同，K8 触点接通，转子 串入电阻 R1 上切除一段，电动机加速运行，制动器松开，电动机运行在下图示 机械特性曲线右移 2 上。 右移“3”挡 凸轮控制器 K1、K4、K6、K8 触点连接与右移“2”挡相同，K9 触点接通， 转子串入电阻 R2 上切除一段，电动机继续加速运行，制动器松开，电动机运行 在下图示机械特性曲线右移 3 上。 右移“4”挡 凸轮控制器 K1、K4、K6、K8、K9 触点连接与右移“3”挡相同，K10 触点 接通，转子串入电阻 R3 全部切除，电动机继续加速运行，制动器松开，电动机 运行在下图示机械特性曲线右移 4 上。 右移“5”挡 凸轮控制器 K1、K4、K6、K8、K9、K10 触点连接与右移“4”挡相同，K11、 K12 触点接通，转子串入电阻 R1、R2、R3 全部切除，电动机以最高转速运行， 制动器松开，电动机运行在下图示机械特性曲线右移 5 上。 小车在右移过程中，若限位开关 SQ3 动作，则 KM 接触器失电，电动机停止 转动，此时必须将凸轮控制器重新返回“0”位才能继续起动。 小车左移 小车左移过程与右移过程相似，只是在左移“1”挡，凸轮控制器的 K2 触点 接通，小车行程限位开关 SQ4 串接入控制电路中并自锁，KM 接触器线圈得电， K5 触点接通，V3 与 V 相连接，K7 触点接通，W3 与 W 相连接，电动机反转， 在左移“2”、“3”、“4”、“5”挡时，保持 K2、K5、K7 触点接通不变，使 电动机的定子电路接通方式不变。当左限位 SQ4 动作时，电机停止转动，转子回 路电阻的切入与右移档位相对应，电动机运行在下图示机械特性曲线左移 2、3、 4、5 上。 长春理工大学光电信息学院毕业设计 20 小车运行机构电动机机械特性 左移 右移 图 5.6 5.4 大车运行机构大车运行机构电路电路工作工作原理原理 5.4.1 大车运行机构大车运行机构电路电路的工作的工作特点特点 大车控制电路特点与小车相似，只是由于大车由两电动机分别驱动，其凸轮 控制器比小车的要多 5 触点，采用 KT1460J/2，有 17 个触点，3 个进行零位保 护，4 个触点用于电动机定子电路的控制，使电动机正反转，10 个触点用于两电 动机的转子电路的电阻切入， 以调节电动机的转速。 主电路中用过流继电器 KA7、 KA8、KA9、KA7、KA8、KA9来实现电动机过流保护。 5.4.2 大车运行机构的大车运行机构的电气电气控制控制原理原理 闭合闸刀开关 QS，紧急停止按钮 QS1，驾驶室门开关 SQ3，舱门开关 SQ4。 “0”位挡 凸轮手柄置于“0”位挡，按下启动按钮 SB1，凸轮控制器 K1 触点接通，接 触器 KM 线圈得电， KM 常开触点闭合， K2、 K3 触点连接， 使限位开关 SQ1 （SQ2） 串接入控制电路中。若限位开关 SQ1、SQ2 不动作，则 KM 自锁，为电机起动做 准备。 前进“1”挡 凸轮控制器 K2 触点接通，限位保护开关 SQ1 串入控制电路中起限位保护作 用，KM 接触器通电，线圈吸合并自锁，凸轮控制器 K4 触点接通，V3 与 W 相连 接，K6 触点接通，W3 与 V 相连接。凸轮控制器 K8K17 触点断开，转子电阻全 部接入，电动机平稳起动，电力液压制动器电机起动，制动闸松开，电动机运行 在下图示机械特性曲线前移 1 上。 前进“2”挡 凸轮控制器 K2、K4、K6 触点连接与前进“1”挡相同，K8、K13 触点接通， 转子串入电阻 R1 上切除一段，电动机加速运行，制动器松开，电动机运行在下 图示机械特性曲线前移 2 上。 前进“3”挡 凸轮控制器 K2、K4、K6、K8、K13 触点连接与前进“2”挡相同，K9、K14 触点接通，转子串入电阻 R2 上切除一段，电动机继续加速运行，制动器松开， 长春理工大学光电信息学院毕业设计 21 电动机运行在下图示机械特性曲线前移 3 上。 前进“4”挡 凸轮控制器 K2、K4、K6、K8、K13、K9、K14 触点连接与前进“3”挡相 同，K10、K15 触点接通，转子串入电阻 R3 全部切除，电动机继续加速运行，制 动器松开，电动机运行在下图示机械特性曲线前移 4 上。 前进“5”