集装箱龙门起重机设计（电气控制部分）【全套5张CAD图纸和WORD毕业论文】
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目 录
摘要………………………………………………………………………………1
前言………………………………………………………………………………1
第1章 轨道式集装箱龙门式起重机…………………………………………3
1.1 概述 …………………………………………………………………3
1.2 特点………………………………………………………………… 6
1.3 分类……………………………………………………………………7
1.4 主要技术参数…………………………………………………………7
1.5 集装箱门式起重机机构…………………………………………… 9
第2章 门式起重机的工作机构…………………………………………… 11
2.1 概述…………………………………………………………………11
2.2 起升机构……………………………………………………………11
2.3 小车走行机构………………………………………………………12
2.4 大车走行机构………………………………………………………13
第3章 门式起重机的电气设备…………………………………………… 16
3.1 概述…………………………………………………………………16
3.2 电动机………………………………………………………………22
3.3 控制电器及选用……………………………………………………29
3.4 变频器的选择………………………………………………………33
3.5 可编程序控制器（PLC）………………………………………… 42
3.6 电器保护装置及选用………………………………………………51
3.7 导电装置以及电气电路……………………………………………53
3.8 起重机控制站………………………………………………………54
3.9 电气设备的维护与检修……………………………………………54
3.10 机房结构概述………………………………………………………55
结语……………………………………………………………………………57
谢词……………………………………………………………………………58
主要参考文献…………………………………………………………………59
注：电气图中各种元件和电缆型号见附录1、2
摘 要
轨道式集装箱门式起重机是目前国内外非常受推崇的一种集装箱堆场机型，我国港口越来越多地选用这种机型。本文介绍轨道式集装箱门式起重机的三大工作机构、电气设备和电气控制系统等内容，主要是集装箱门式起重机的电气控制系统的设计过程。
关键词：门式起重机，电动机，变频器，接触器，继电器
Abstract
Rail mounted container gantry crane is very popular container stack crane，and more and more port choose this crane．This paper introduces the three operating mechanism ,the electric appliance equipment and the electricity control system of rail mounted container gantry crane, and the design of electricity control system of rail mounted container gantry crane is the important content in the paper.
Key words： gantry crane, motor, converter ,circuit breaker, contactor
- 内容简介：
-
文 献 综 述引子：在日常生活和大量施工中，起重机的作用不可小视。下面就了解一下起重机几个方面的情况概 述起重机械是一种对重物能同时完成垂直升降和水平移动的机械。在工业和民用建筑工程中，起重机械作为主要施工机械用于建筑构件和材料在运输过程的装卸，并将构件吊到设计位置进行安装等，不仅解决了人力无法胜任的作业，而且能保证工程质量，缩短工期，降低成本，成为极其重要的建筑施工机械。起重机械的分类：起重机械的种类很多，按使用的动力设备可分为内燃机作动力和电动机作动力两种；按起重机载荷率可分为轻型、中型、重型、特重型四类；按起重结构可分为龙门式和臂架式两类；按回转台的角度可分为全回转式和非全回转式；按行走机构的构造可分为固定式和移动式两类。建筑施工中常用的为移动式起重机，包括：塔式起重机、汽车式起重机、轮胎式起重机、履带式起重机，以及最基本的起重机械卷扬机等。随着高层建筑中作为垂直运输机械而迅速发展的施工升降机也已纳入起重机械范围。起重机械的主要性能参数包括：起重量、工作幅度、起重力矩、起升高度以及工作速度等。一、起重量起重量是指起重机能吊起重物的质量，其中应包括吊索和铁扁担或容器的质量，它是衡量起重机工作能力的一个重要参数。通常称为额定起重量，用“Q”表示。起重量的单位过去惯用“t”表示，现都用“KN”表示（10KN约等于1t）。起重机随着工作幅度的变化，其起重量也随之变化。因此，额定起重量有最大起重量和最大幅度起重量之分。最大起重量是指基本起重臂处于最小幅度时所允许起吊的最大起重量；最大幅度起重量是指基本起重臂处于最大幅度时所允许起吊的最大起重量。一般起重机的额定起重量是指基本起重臂处于最小幅度时允许起吊的最大起重量，也就是起重机铭牌上标定的起重量。二、工作幅度工作幅度是指在额定起重量下，起重机回转中心轴线到吊钩中心线的水平距离，通常称为回转半径或工作半径，用“R”表示，单位为“m”。工作幅度表示起重机不移位时的工作范围，它包括最大幅度(Rmax)和最小幅度(Rmin)两个参数。对于俯仰变幅的起重臂，当处于接近水平的水平夹角为13时，从起重机回转中心轴线到吊钩中心线的水平距离最大，为最大幅度；当起重臂仰到最大角度（一般水平夹角为78）时，回转中心轴线到吊钩中心线距离最小，为最小幅度。对于小车变幅的起重臂，当小车行到臂架头部端点位置时，为最大幅度；当小车处于臂架根部端点位置时，为最小幅度。起重机的起重量，随幅度变化而变化，同一台起重机，幅度不同，其起重量也不同。对于有支腿装置的轮式起重机，还应以有效幅度A表示，即用支腿侧向工作时，在额定起重量下，吊钩中心垂线到该侧支腿中心线的水平距离。有效幅度反映起重机的实际工作能力；没有使用支腿侧向工作时，则工作幅度用A1（ 单胎）或A2（双胎）表示。三、起重力矩起重力矩是指起重机的起重量与相应幅度的乘积，以M表示,M=RQ。起重力矩的单位过去惯用tm表示，现都用表示，它是起重机的综合起重能力参数，能全面和确切地反映起重机的起重能力。塔式起重机需要经常在大幅度情况下工作，故以起重力矩作为表示型号的主参数。塔式起重机的起重力矩，通常是指最大幅度时的起重力矩。起重机的起重特性曲线是表示起重机的起重量与幅度关系的曲线，不同幅度有不同的额定起重量，将不同幅度和相应的额定起重量以线连接起来，可以绘制成起重特性曲线。所有起重机的操纵台旁都有这种曲线图，使操作人员能很快地查出起重机在某一幅度时的最大起重量。对于能配用几种不同臂长的起重机，对应每一种长度的起重臂都有其起重特性曲线。四、起升高度起升高度是指自地面到吊钩钩口中心的距离，用“H”表示，单位“m”，它的参数标定值通常以额定起升高度表示。额定起升高度是指满载时吊钩上升到最高极限，自吊钩中心到地面的距离。当吊钩需要放到地面以下吊取重物时，则地面以下深度叫下放深度，总起升高度为起升高度和下放深度的和。对于动臂式起重机，当起重臂长度一定时，起升高度随着幅度的减少而增加，这一特性可以用起升高度曲线表示，它和起重特性曲线相对应。五、工作速度起重机的工作速度包括起升、变幅、回转和行走等速度。1、起升速度 起升速度是指起重吊钩上升或下降的速度，单位为“m/min”。起重机的起升速度和起升机构的卷扬牵引速度有关，而且和吊钩滑轮组的倍率有关。2绳比4绳快一倍；单绳双比双绳快一倍。一般表示起升速度参数，应注明绳数。2、变幅速度 变幅速度是指吊钩从最大幅度到最小幅度的平均线速度，单位为“m/min”。俯仰变幅起重臂的变幅速度也就是起重臂升起和降落的速度，一般落臂速度要快于升臂速度。3、回转速度 回转速度是指起重机在空载情况下，其回转台每分钟的转数，单位为“r/min”。4、行走速度 行走速度是指起重机在空载情况下，行走时最大的速度，单位为“m/min”。六、自重及质量指标1、自重 起重机的自重是指起重机处于工作状态时起重机本身的总重，以“G”表示，单位为“t”或“KN”。2、质量指标 质量指标是指起重机在单位自重下有多大的起重能力，通常用质量利用系数K表示，它反映了起重机设计、制造和材料的技术水平，K值越大越先进。起重机质量利用系数（）的表示形式是以起重力矩和与此相对应的起升高度来表示，如下式：一 国内外起重机的发展状况一、国际现状欧洲作为工程起重机的发源地，也是经济非常发达的地区，代表轮式起重机的最高水平，最负盛名的生产企业有利勃海尔、德马克，同时还有森内博根、德国格鲁夫、多田野法恩、波塔恩、奥米格、里格、PPM等著名企业，该地区主要现状为：主要生产全地面起重机、履带式起重机，紧凑型轮胎起重机，也生产少量汽车起重机。其中全路面起重机、履带起重机以中大吨位为主；紧凑型轮胎起重机则以小吨位为主；汽车起重机一般为通用底盘组装全地面上车，即以改装为主。其产品技术先进、性能高、可靠性高，产品遍布全球。美国工程起重机相对落后于欧洲水平。近年来，通过收购和合并的手段，先是格鲁夫收购了欧洲老牌起重机企业克虏伯公司，然后特雷克斯收购了德国德马克；随后，马尼托瓦克兼并了包括美国格鲁夫公司在内的国内大部分工程起重机企业，使美国工程起重机行业得以蓬勃发展。目前该地区主要生产轮胎起重机、履带式起重机、全路面起重机和汽车起重机。主要生产企业为马尼托瓦克，特点是技术较先进、性能较高、可靠性能高，其中汽车底盘技术和全路面技术领先于欧洲，产品主要销往美州地区和亚太地区。 二、我国现状 1、从市场方面看：中国工程起重机取得了长足的发展，我国2003年工程起重机的销售量近9000台，比北美、西欧和日本的需求总和还要大，中国已经成为世界起重机的中心。但另一方面，虽然年产销量巨大，但所生产的起重机是很单一的汽车起重机产品，履带式起重机的产量全年不到100台，而汽车起重机的产量也集中在12吨到25吨的吨位区间内，35吨以上的起重机全年总量也只在500台左右。主要生产厂家为徐重、浦沅、北起、长起、泰起、蚌起和锦重。近年来徐重依托区位优势、资源优势和技术优势，一度打破了“四大家族”的行业格局，使产量和市场占有率一度飚升，同时依靠技术创新引领行业发展。虽然我国曾于上世纪引进了德国和日本的先进技术，但由于国内配套件水平跟不上以及国内工艺水平跟不上等原因，即使是同样的技术，由于工艺水平和配套水平的差异，造成产品实物水平与国外存在着很大的区别。同时，近期我国起重机市场以个体用户为主，各生产厂家不断完善产品系列，不断提高产品作业性能，而相对忽视了对产品可靠性的改进（受国家基础工业的限制），对结构创新、新技术的运用推广相对较少，严重减慢了我国工程起重机行业技术进步的步伐。目前我国工程起重机产品以满足国内市场为主，部分销往非洲、中东、南美、澳州和前苏联市场。 2、从产品类型上看：我国工程起重机行业在9499年是发展低谷，5年中行业几个主要的生产厂家，苦练内功，积极 组织产品变型和换代，在产品外观上下功夫。 从99年以来，随经济建设新一轮启动，工程起重 机市场竞争格局发生巨大变化，各企业不断调整思路、更新观念、转换机制、提高核心竞争力，努力开发产品，开拓市场。产品重心也从8t、12t向16t、25t、50t中大吨位发展，25t增速最快，产量不断翻新，基本占据主导地位。50t产品由于需求面较广，技术逐渐成熟，也大批量进入市场。目前国内主要产品系列，汽车起重机为8t、12t、16t、20t、25t、35t、50t、65t、80t、l00t，全地面起重机为25t、50t、125t、160t和履带起重机为35t、50t、l00t、150t。 3、从产品整体技术风格上看： 下车有全头和半头两种不同风格，多年来半头车因总体布置的方便性及价格因素一直被广泛采用。但近年来随着物质条件的改善，人们的生活条件和质量提高，操作方便、舒适、可靠 逐渐成为用户关注的焦点，中大吨位向全头方向发展。上车操纵从传统的机械操作向液比例和电液比例方向发展，起重吊臂也从传统的三节向四节、五节方向发展，产品的起重性能和起重高度有了较大提高，产品的外观和可靠性有了较大幅度提高。 4、从我国工程起重机行业技术发展趋势上来看：国内工程机械产品近十年来随着技术的引进、消化、吸收，有了长足的进步，产品性能、 可靠性、外观都有较大幅度的提高，但同国外 工程机械比较来看，还存在较大差距，就工程起重机而言，今后的发展主要表现在如下几个方面： 整机性能：由于先进技术和新材料的应用，同种型号的产品，整机重量要轻20%左右。随着结构分析应用和先进设备的使用，结构形式更加合理； 高性能、高可靠性的配套件，选择余地大、适应性好,性能得到充分发挥； 电液比例控制系统和智能控制显示系统的推广应用； 操作更方便、舒适、安全，保护装置更加完善； 向吊重量大、起升高度、幅度更大的大吨位方向发展。 二 国内外起重机的发展趋势一、国内工程机械产品近十年来随着技术的引进、消化、吸收，有了长足的进步，产品性能、可靠性、外观都有较大幅度的提高，但同国外工程机械比较来看，还存在较大差距，就工程起重机而言，今后的发展主要表现在如下几个方面： l、整机性能：由于先进技术和新材料的应用，同种型号的产品，整机重量要轻20%左右。随着结构分析应用和先进设备的使用，结构形式更2、高性能、高可靠性的配套件，选择余地大、适应性好,性能得到充分发挥；3、电液比例控制系统和智能控制显示系统的推广应用；4、操作更方便、舒适、安全，保护装置更加完善：5、向吊重量大、起升高度、幅度更大的大吨位方向发展。二、国外工程起重机从整体情况分析，领先国内1020年(不同类型产品有所不同)。随着国外经济发展速度趋于平稳，工程起重机向智能、高性能、灵活、适应性强、多功能方向发展。25t以下基本上不生产，产品向高附加值、大吨位发展，如利勃海尔公司汽车起重机基本退出市场，目前市场主导产品为全地面起重机，最小吨位是35t，而80t和160t是主导产品；格鲁夫公司：主导产品是全地面起重机和轮胎起重机，最小吨位是25t；多田野公司：汽车起重机只占20%，主导产品是全地面起重机和轮胎起重机，最小吨位16t。因此行业配套也与国内有所不同：1、下车主要是300kW以上柴油大功率发动机，与之配套的液力变矩器和自动换档变速箱、12吨级驱动转向桥及越野轮胎。 2、上车：高强度材料、大扭矩的起升机构、回转机构、回转支承。 3、液压系统：变量泵、变量马达、电磁换向先导阀及主阀、平衡阀、悬挂系统阀、液压锁、液压缸及管路标准配套件。 4、智能控制系统：力限器显示控制、记忆通讯及单缸顺序伸缩自动控制。三 起重机的电气控制 起重机除过横梁 支腿 大小车运行机构等机械部分外，还有重要的电器控制部分。起重机运输电力拖动系统中的电器设备比较多，除了异步电机 直流电机 常用的控制电器和保护电器，还有电线 电缆和移动供电装置等。电器控制对于起重机不可或缺，采用先进的电器设备和电器控制方法对提高起重机的工作效率很重要。起重机采用变频调速的优点：1、可靠性提高，主要有以下几个方面：消除了电动机的薄弱环节，用鼠笼电机取代绕线电机，消除了电刷和滑环等薄弱环节。2、电磁抱闸的寿命大大延长，原拖动系统是在运动的状态下进行抱闸刹车的，采用变频调速后，可以在基本停住的状态下进行抱闸，闸皮的磨损情况大大改善。3、控制系统的故障率大为下降，原系统是由十分复杂的继电系统和接触器进行控制的，故障率较高。采用变频调速控制后，系统简化，可考性提高。4、节能效果明显，绕线异步电机在低速下运行时，转子回路的电流将消耗大量的电能。5、调速质量明显提高，具有很高的调速精度和运行效率。频调速后可以完全节约，并且在放下重物时，还可以将重物释放的位能反馈给电源。PLC控制的变频调速在门式起重机拖动系统中的应用（详细介绍了PLC控制的门式起重机变频调速系统的硬件构成以及系统软件的实现）。传统门式起重机的电力拖动系统采用交流线绕转子异步电动机转子串接电阻的方法进行起动和调速，继电接触器控制，这种控制系统的主要缺点有：1、 门式起重机工作条件恶劣，工作任务中，电动机以及所串联电阻烧损和断裂故障时有发生。2、 继电接触器控制系统可靠性差，操作复杂，故障率高。3、 转子串电阻调速，机械特性软，负载变化时转速也变化，调速不理想。所串电阻长期发热，电能浪费大，效率低。要从根本上解决这些问题，只有彻底改变传统的控制方式。4、 近年来，随着计算机技术和电力电子器件的迅猛发展，电气传动和自动控制领域也日新月异。其中，具有代表性的交流变频装置和可编程控制器获得了广泛的应用，为PLC控制的变频调速技术在门式起重机拖动系统中应用提供了有利的条件。门式起重机大车、小车、主钩，副钩电动机都需要独立运行，大车为八台电动机同时拖动，所以整个系统有十四台电动机，4台变频器传动，并由4台PLC分别加以控制。可编程控制器：完成系统逻辑控制部分控制电动机的正、反转、调速等控制信号进入PLC，PLC经处理后，向变频器发出起停、调速等信号，使电动机工作，是系统的核心。变频器：为电动机提供可变频率的电源，实现电动机的调速。制动电阻：起重机放下重物时，由于重力加速度的原因电动机将处于再生制动状态，拖动系统的动能要反馈到变频器直流电路中，使直流电压不断上升，甚至达到危险的地步。因此，必须将再生到直流电路里的能量消耗掉，使直流电压保持在允许范围内。制动电阻就是用来消耗这部分能量的。门式起重机大车、小车、副钩、主钩电动工作由各自的PLC控制，大车、小车、副钩、主钩电动机都运行在电动状态，控制过程基本相似，变频器与PLC之间控制关系在硬件组成以及软件的实现基本相同，而主钩电动机运行状态处于电动、倒拉反接或再生制动状态，变频器与PLC之间控制关系在硬件组成以及软件的实现稍有区别。系统软件设计：要实现对变频器的控制，必须对PLC进行编程，通过程序实现PLC与变频器信息交换的控制。编程的重要依据是系
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