电动单梁起重机质量检测的PLC设计.doc

摘 要改革开放以来，我国经济建设飞速发展，随着社会建设不断发展，各种新兴工程的不断动工，建设的不断发展，起重运输机械应用的范围也越来越广，要求越来越高，操作人员的需求越来越多，工作量也非常大，还有各种原因容易造成人员伤亡事故。据有关资料统计，我国每年起重伤害事故的因工死亡人数占全部工业企业因工死亡总人数的15%左右，因此我们在提高工作人员素质的同时，也要努力提高机械的自动化和智能化，以便减轻工作人员的负担，这也是人类二十一世纪奋斗的目标：把人类从繁重的体力劳动中彻底解放出来。随着科技的进步，各种先进的科学技术在不断的应用在改善人的工作环境中，慢慢的解放人类的体力劳动，向着高度自动化和无人职守的方向发展，在这些技术中，PLC（可编程序控制器）具有微型计算机体积小、功能强、灵活性大、程序修改方便等优点，而且编程简单，一般电气技术人员容易掌握，使用方便，安装、调试、维修；维修量小、价格便宜。用PLC构成的控制系统，不仅非常方便的代替了复杂的继电器、接触器控制，而且在一般控制领域中比使用单板微机、工业控制用微机要简单方便，可靠得多。PLC在其稳定性、高自动化程度的不断加强，越来越受工程人员的喜爱。因此，起重机械中也正在运用PLC技术改造，在这里我们主要研究PLC在单臂桥梁起重机质量检测中的应用软件设备，进行系统仿真和过程分析，对PLC有一些初步了解。关键词：PLC；起重机；质量检测；软件设计；仿真； AbstractSince the reform and open policy, the our country economic development rapid development, has constructed the unceasing development along with the society, each kind of emerging project begins construction unceasingly, the construction unceasing development, lifts heavy objects the transport machinery application the scope also more and more broadly, request more and more high, operators demand more and more many, work load also extremely big, but also has each kind of reason to be easy to create the personnel casualty accident. According to pertinent data statistics, our country lifts heavy objects the injury accident because the labor death total number of people 15%. Therefore we during enhancement staff quality also must enhance the machinery diligently the automation and the intellectualization, in order to lighten staffs burden. This also is the human 21st century goals: Liberates thoroughly the humanity from the arduous physical labor.Along with the technical progress, each advanced science and technology unceasing application in is improving in humans working conditions, the slowly liberation humanitys working conditions, the slowly liberation humanitys physical labor, turns towards high automated and nobody duty direction develops. In these technologies, PLC(programmable foreword controller) has the microcomputer volume small, function, flexibility big, merit and so on red-tape operation convenience, also the programming simple, the installment, the debugging, the service quantity small price is cheap. Control system constitutes which with PLC, not only extremely convenient has replaced the complex relay, the contact device control, moreover in the general control domain the use veneer microcomputer, the industry control micro confidentially uses simple to be more convenient than, is much more reliable. PLC in its stability, the high automat city strengthens unceasingly, more and more receives the project personnels affection. Therefore, in the hoisting machinery also is utilizing the PLC technological transformations, mainly studies PLC in here us in the simple ratio bridge crane quality examination application and to PLC some understandings.Key words：PLC；Hoist crane；Quality examination; Software design; Simulation目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章 绪论11.1 概述1第2章 PLC结构与工作原理32.1 PLC基本单元的构成32.2 PLC软件62.3 PLC的工作原理8第3章 起重机械在生产中的地位与情况113.1 起重机的分类143.2 起重机械的主要参数及起重机构造标准术语143.3 起重机械工作的特点以及存在的危险因素153.4 国内外工程起重机发展动向153.5 桥式起重机桥架简介16第4章 新型LD电动单梁起重机184.1 结构与特点184.2 性能参数20第5章 电动单梁起重机质量检测的PLC设计225.1 起重机质量检测系统的工艺和控制要求225.2 应用OMRON公司的PLC进行质量检测设计23参考文献34致谢35III第1章 绪论1.1 概述1.1.1 PLC发展简况自从1969年美国DEC公司研制出世界上第一台可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller：PLC）以来，经过三十多年的发展与实践，其功能和性能已经有了很大的提高，从当初用于逻辑控制和顺序控制领域扩展到运动控制和过程控制领域。可编程逻辑控制器（PLC）也改称为可编程控制器（Programmable Controller，PC），由于个人计算机也简称PC为了避免混淆，可编程控制器仍然被称为PLC。 PLC最初用于逻辑控制和顺序控制，当其面对运动控制和过程控制时，PLC必须扩展自己的功能，才能满足生产的需求。机床工业、汽车工业等属于离散型制造工业，这类工业侧重于运动控制，如位置控制和速度控制，为此，生产PLC的厂家相继推出了位置控制模块、伺服定位模块、运动控制模块、电子凸轮模块、A/D转换模块、闭环控制模块，以及高速记数模块等功能模块，用于速度、加速度，以及位置控制等运动控制。大量的中小型企业属于混合型制造工业厂家，这类制造业中既有运动控制又有过程控制。为了适应这些企业的需，各厂家都在自己的PLC产品中推出了温度传感器模块、PID（比例、积分、微分）控制模块、A/D转换模块、D/A转换模块、闭环控制模块、以及模糊控制模块等功能模块，用于温度、压力、流量及液位等过程控制。因PLC本身的模块化结构，以及远程I/O模块功能的不断完善，使得PLC易于实现多级控制（分布控制、分散控制），通过不同级别的网络将PLC与PLC、PLC与远程I/O模块、PLC与人机界面，以及PLC与PC连接起来，形成管控一体化的网络结构。1.1.2 PLC的定义可编程控制器从诞生至今一直在发展，因此尚无一个最后公认的定义，为了说明可编程控制器是一种什么样的装置，不妨看一下1987年国际电子委员会(IEC)对它下的定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计，它采用可编程的存贮器在其内部存贮程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字量或模拟量输入输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备都接易于和工业控制系统联合一个整体、易于扩充其功能的原则设计。”由此可见，可编程控制器必然成为随着计算机技术发展而同步发展的新一代工业控制计算机。在其功能模块和网络化进一步发展中，采用PLC来构成各种综合控制系统将会与日俱增，因为它具有其它工业控制装置很难具备的特点。1.1.3 PLC的特点(1)可靠性高在PLC的设计与制造中采取了许多有效措施，如采用优质器件、严格的隔离和电磁屏蔽、有效的故障自诊断、良好的电源系统等，保证PLC具有很高的可靠性其平均无故障时间达到以万小时计的程度。(2)组合灵活PLC具有丰富的输入输出方式。输入可以是无源的触点开关或晶体管的集电极开路输出。输出有继电器、晶体管和可控硅等不同方式，可以直接驱动不同类型的继电器、接触器和电磁阀等各种交直流负载。此外还有模拟量输入输出，各种智能I/O模块，过程控制模块，通信模块，用于数控的定位模块等。用户可以根据需要进行组合，以建立各种各样的控制系统。(3)编程方便PLC生产厂为其系列产品开发了多种类型的编程器，并向用户提供多种编程语言，如梯形图语言、指令表、流程图语言或步进顺序控制语言(SFC)。有的PLC还提供“用户宏指令”供用户扩展指令。大型PLC还能使用计算机高级语言编程，如BASIC和C语言等。借助PLC的通讯能力，有的PLC直接在个人计算机(PC)上进行编程，可以实现程序的存贮和编辑、模拟运行和自动跟踪，形成良好的编程环境。(4)维护简单由于PLC的高可靠性，延长了控制系统的检修周期，使维护工作量大大减少；PLC的模块化结构和自诊断功能又使维修简便快捷，故障修复时间大大缩短。有的PLC还具备在线修改程序的能力，使用户可以方便地启用后备元件替换发生故障的元件。这些显著的特点，使PLC在我国已成为数显、数控之后在技术改造和设备更新中的三大技术之一。第2章 PLC结构与工作原理PLC的特点是基于包括硬件和软什的组成实现的所以时其基本组成可分为硬件(基本单元的构成)和软件两部分。2.1 PLC基本单元的构成 一个较典型的PLC系统通常可以由若干个模块或部件组合而成，如图2-1所示。在小规模应用时，只要有一个PLC基本单元，外加一个编程器即可(图中虚线框)。图中I/O扩展单元用来增加塞本单元的输入/输出接点，以满足实际应用的需要编程器用于向基本单元输入用户程序，并完成各种程序调试的操作及程序运行的监视。个人计算机(PC)通过通信口与基本单元连接，以其丰富的资源支持PLC的各种需求，实现复杂系统的控制。显然PLC基本单元的构成是本节要说明的核心，它有图2-2所示的几个组合部分。图2-1 PLC系统组成图2-2 PLC基本单元构成2.1.1 处理机模板 处理机实际上就是一个小规模的电子计算机，通常做成单板机形式，其上有CPU、存贮器和各种I/O接口。对于微型和小型PLC而言，通常采用单CPU，而中大型PLC则采用双或多CPU因为PLC是面向工业控制的装置，所以其CPU除了一般的算术逻辑运算(字处理)外还需要更强的逻辑处理(位处理)能力。故其CPU配备有专门的逻辑处理器，例如INTEL的98系列、51系列等。在多CPU方式下，可分开设置字处理CPU和位处理CPU，以提高运算速度及处理能力。存贮器分ROM和RAM，ROM中存放了PLC的系统监控程序或操作系统。RAM用来存放用户程序及用作数据空间。使用RAM的PLC均带有后备电源(容性或电池后备)作为RAM的维持电源，以保持用户程序和数据不致因断电而丢失。有的PLC为了方便用户制备用户程序的拷贝，使用EEPROM代替RAM作为用户程序的存贮空间。此外，为了增加用户空间，有的PLC还设置了存贮器扩展接口，使用EEPROM和EPROM作为扩展存贮器。I/0接口芯片有PIO、SIO、CTC及中断接口等，用来完成串行/并行传送、定时和计数以及中断处理等各种I/O操作。2.1.2 输入接口 典型的输入电路使用直流+24V电源，输入电流典型值为7mA,最小电流2.5-3mA，因此传感器送来的ON电流最好大于4.5mA,OFF电流应用小于1.5mA 交流输入电路的初级使用一个交直流变换电路，例如整流电桥，将交流信号变为直流，然后通过光电隔离藕合至后级。模拟量输入电路的初级使用一个A/D变换电路，将模拟量变成数字量，然后通过光电隔离藕合送CPU处理。模拟量输入信号有多种规格供用户选用，常用的有0-5V, 0-l0V, 0-20mA。 4-20mA等以适应不同传感器的需要。 除了上述几种输入电路外，PLC还设置高速脉冲设计输入(如l0kHz)，有的PLC还设置直接(立即)输入来响应高速脉冲或实时信号。2.1.3 输出接口 PLC的输出有三种基本形式：继电器输出，输出触点开关信号，所以它既可用于直流输出，又可用于交流输出，同时也实现了电隔离，使输出回路电浮空。回路中一般均带有消火花电路以减少电干扰；晶体管输出，使用光电隔离器进行内外电路的隔离。有电流注入型输出，也有电流流出型的输出，选用时要注意；光电隔离可控硅输出，可直接驱动交流负载。为了提高晶体管和可控硅的负载能力，通常另加一级功率放大电路。除了数字量输出外，PLC还配置模拟量输出，有的PLC还具有直接输出的能力。2.1.4 电源PLC内部设置性能良好的电源，所以可直接使用交流220V作电源如果直接使用动力电源，为减少干扰需要使用带屏蔽的变压器进行隔离。PLC电源容许瞬间断电。例如偶然的10ms的跳动，并不影响PLC原定的工作程序。为了方便用户，PLC产品一般还提供直流输入使用的电源，如+24V,200mA作为传感器的电源。若每点输入电流以7mA计,则这个电源可驱动30个点左右。存贮器的后备电源使用的锂电池，其寿命3-5年。电力不足时PLC会发出报警信号。更换电池时，信息仍被维持。2.1.5 I/O扩展接口这个接口用来连接I/O扩展单元。例如，有的PLC基本单元只配置数字量I/O，实际应用时需要模拟量I/O，这就要借助于I/O扩展接口也可扩展数字量I/O单元以增加I/O点数。有的PLC产品也可用I/ O扩展接口来连接一个通信单元以扩展一个通讯接口。2.1.6 通信接口通信接口用来实现PLC-PLC或PC-PLC连接，通常都是串行接口，使用RS-232等，用这个接口可以实现组网。有些PCL甚至不配置编程器，直接利用通信口，在PC上进行编程，并可进行模拟运行和跟踪调试。2.1.7 编程器接口PLC是一个程序存贮式的控制装置，所以编制用户的控制程序是不可少的。但当它投入正常运行后，编程也就不再需要了，听以大多PLC的编程器总是设计成独立的部件，以降低PLC的成本，但有些微型PLC也将基本单元和编程器做成一体以方便用户临时修改程序的需求。 编程器除了完成程序写入、修改、读出和调试外，还可实现程序运行的启停和监视和测定扫描周期以及程序的复制操作等，有的甚至还用来连接其它外部设备。当编程器接口空载时，PLC加电后，用户程序将自动起动运行。若连接编程器，则由编程器选择开关和操作命令决定PLC的操作。2.1.8 外部设备各种规格的PLC产品所配置的外部设备不尽相同。总的说来，PLC的外部设备是指除基本单元和扩展单元以外的装置，有各种规格的编程器(取决于所使用的编程语言及显示手段等)、程序写入器、盒式磁带录音机、打印机、定时器和计数器等。供用户选用。2.2 PLC软件 2.2.1 系统监控程序PLC软件由两大部分组成:系统监控程序和用户程序该程序主要完成对PLC系统的管理，创建用户程序的运行环境，解释并运行用户程序以及向用户提供必要的服务。2.2.2 用户程序用户使用PLC提供的编程语言编制用户程序，用以完成控制系统的整个控制过程。它的大小取决于控制的复杂程度。如果程序太大，超出了基本单元用户程序存贮器的容量则必须使用扩展存贮器。用户程序操作的时象统称为元件。有三种基本元件：位元件，字元件及它们的混合元件。位元件可以看作就是继电器它由一个继电器线圈和一个常开触点NO，一个常闭触点NC等三个元素组成。当继电器线圈ON时，NO触点ON, NC触点OFF：当继电器线圈OFF时，NO触点OFF，而NC触点ON。位元件是PLC的基本元件，包括输入继电器、输出继电器、辅助继电器、保持继电器、暂存继电器、特殊功能继电器等。每个位元件都分配有一个地址(编号)与之对应。字元件通常是位元件的有序集合。例如，4个连续编号的位元件依地址顺序，地址小的作字的低位，地址大的作字的高位，组成一个4位长的字元件如果按BCD码规则，这个字元件即可存放一个十进制数字。字元件的组织及地址，各种PLC都有明确的规定。图2-3是一个例子，这一个字元件，可以存贮一个4位十进制数(按BCD码规则) 字位混用的元件如定时器，计数器等。它有一个位元件和一个字元件。字元件用来存放设定值定时器的设定值即定时值，其位元件线圈在未发生定时溢出时保持OFF，当发生定时溢出则为ON。计数器情况相似。 图2-3 字元件的组织及其地址2.2.3 PLC主要的技术参数电源交流电源或直流电源，例如120V/240V AC或24V DC。用户电源为用户输入传感器提供的电源例如+24VDC 200mA 。 I/O点数输入和输出点数例如40点I/O 24入/16出。 I/O型式直流输入/交流输入，继电器输出/晶体管输出/可控硅输出。I/O分组包括分组数量及每组的接点分配。 CPU处理速度例如5s/字平均值(基本指令)。 8ms/K字。 指令表。 程序容量用户程序的存贮容量，扩充能力及型式。 I/O接点的电气参数。 编程元件类型及其数量和地址分配。此外，还有PLC空间安装尺寸，瞬时断电容许时间备电源的型式与寿命等。2.3 PLC的工作原理2.3.1 PLC的作业过程PLC的作业特点是顺序工作，作业的根据是外部输入的条件，作业的目的是向外部输出适当的控制，所以PLC的作业过程依顺序是： 输入外部条件：程序运算处理：输出外部控制信号。这三步过程将被连接不断地重复执行，构成一个连续的控制过程。因此PLC的作业过程就是一个三步处理的循环扫描过程。一次循环扫描的时间称扫描周期。实际扫描过程可能还包含一个辅助处理。图2-4表示了一个扫描周期的例子。这个扫描周期由5步处理组成。2.3.1.1 输入处理PLC对输入接点的信号进行采样，并把采样结果送输入缓冲器暂存起来。再次采样需等到本次扫描周期结束以后。所以，输入信号的保持时间，不论是ON还是OFF必须大于扫描周期，否则这个信号将有可能被忽略。2.3.1.2 程序运算处理 输入处理结束后，PLC开始运算用户程序，按程序规定的顺序逐次运算处理程序的每一步操作，并将运算处理的结果存贮起来，有关外部输出的则送外部输出缓冲器暂存。2.3.1.3 强制置位/复位处理这个处理是按运算处理的结果改变指定的断电保持继电器的状态及指定的定时器和计数器的状态。2.3.1.4 外围处理用以完成PLC和外部设备的信息传送如在PLC运行时向编程器发送监视信息和从编程器接收程序运行的控制信号。2.3.1.5 输出处理扫描周期的最后一步处理，是将外部输出缓冲器中寄存的输出信息，送往输出继电器，驱动外部控制电路。显然，外部控制改变的频率受到扫描周期的限制。PLC一般都提供扫描周期的自测功能。用户也可以通过PLC生产厂提供的各种指令执行时间表的数据进行估算。从上述的过程可以看件，PLC的I/0处理的实时性受到扫描周期的限制。为了改善实时性，有些PLC设置了直接输入输出指令，这些指令的操作不受扫描周期的限制。另外，高速计数输入也不受扫描周期的限制。2.3.2 PLC的自诊断功能从可靠性及维护的需要出发，各种PLC产品都配备了程度不同的故障自诊断措施总起来说，有以下几个方面:2.3.2.1 电源故障的诊断区分电源的瞬时跳动与掉电。在电源出现偶然的短暂的电压跌落时，维持系统正常运行如果发生长时间停电，则在停电前保护指定的数据和程序。2.3.2.2 后备电池电压检测后备电池电压下降需更换电池时，会提前发出报警信号。2.3.2.3 WDT(Watching Dog Timer)中断当PLC运行时，它的每个扫描周期都将 WDT这个定时器复位一次。只要WDT的设定值大于扫描周期，WDT中断就不会发生。换句话说，就是一旦发生WDT中断，就被认为程序运行超时而判为程序运行故障。2.3.2.4 程序语法检查任何一种编程语言都有一定的语法规则与约定。例如指令与数据的格式，元件的使用方法，地址的有效分配，程序的编排原则等等。如果用户编制的程序违反了这些语法规定，就会造成各种各样的程序运行故障，所以PLC在运行用户程序时先要对程序的语法错误进行检查，一旦发现即中止程序运行并发出监控信息提示用户。一般情况下，用户在程序调试阶段就应该执行语法检查，确认无语法错误后，才能投入正常运行。2.3.2.5 存贮器校验与其它系统运行时对存贮器的访问是很频繁的，其工作是否正常对整个系统至关重要。因此，从控制系统出发，必须保证从存贮器读出的程序和数据没有错误，否则就中止程序运行，以免发生事故。此外，对运算结果、输入输出、指令超时等故障进行检测和诊断可以保证系统的安全运行，缩短故障修复时间。 图2-4 PLC扫描周期实例第3章 起重机械在生产中的地位与情况建国初期，我国受苏联经济建设方针的影响，加上新中国刚刚成立，百废待兴，重型工业在我国工业领域起着主导作用，而起重机械则是重型工业中不可缺少的一部分，起重机是被广泛的应用于各种物料的起重、运输、装卸、安装和人员输送等作业中现代工业生产不可缺少的设备。起重机是以间歇、重复的工作方式，通过起重吊钩或者其它吊具起升、下降或者升降与运移物料的机械设备。在现今的生产过程中，由于机械设计、自动化控制技术、管理学都综合到了一起，使得起重机械成为了物流机械设备技术中的主要技术，所以谈到起重机，我们就不得不说说物流机械设备。物流技术是先进制造技术中的重要部分，它已经从以前简单的物料搬运发展到了今天集机械设计、计算机技术、管理学和自动化控制技术等于一身的综合技术。为适应计算机科学和自动化技术的发展，物流技术本身也正在加速发展和变化。物流机械设备作为物流技术中的硬技术，是物流软技术的强有力的支撑。许多先进的物流技术的应用是通过物流机械设备来实现的。因此，物流机械设备是物流系统的物质技术基础，是构成物流保障力的重要组成要素，是实现物流功能的手段和技术保证。第二次世界大战后，物流科学得到了快速发展，并成为最具代表性、最引人注目地创造价值的广阔领域。与此相适应，物流机械设备也得到了相应的发展，取得了许多重要的成果。20世纪80年代以后至今，物流机械设备更是取得了长足的进步。从仓储设备和装卸搬运机械设备方面来看：大型起重机、自动运输机、自动分拣设备、自动上下料机械及智能型装卸堆垛机器人等快速、高效、自动化的物流机械设备的应用，提高了装卸搬运设备的协调性，极大地推进了世界各国物流业的迅速发展。起重机械大型化发展势头也非常强劲，当前，世界上的浮游起重机起重量己达6500t，最大的履带起重机起重量为3000t，最大的桥式起重机起重量为1200t，堆垛起重机最大运行速度达240m/min。从运输设备来看：汽车、铁路运输设备、船舶、航空运输设备、管道运输设备等广泛应用于货物的运输中。大型运输设备不断出现，如目前最大的油轮载重量达56.3万t，载货汽车载重量超过50t。高速化运输设备也得到快速发展。从世界各国的物流机械设备发展来看，美国是世界上现代化物流发展得比较早的国家，目前己拥有较为完善的运输体系和先进的物流机械设备。日本、德国、荷兰等国家也非常重视物流机械设备的运用。这些国家许多公司在货物运输、装卸、储存过程中，都广泛采用了先进自动化物流设备。从国际经验来看，物流领域是现代信息技术应用比较普遍和成熟的领域，物流企业正在转变为信息密集型企业群体。我国自20世纪70年代末物流概念引入以后，物流机械设备发展很快，一些设备如起重机、输送机、集装箱等在仓库、货场、港口、码头得到了广泛的应用。20世纪90年代以后，随着计算机技术的飞速发展，一些先进的物流设备不断涌现。1999年上海振华港机公司研制成功了我国目前最大的2500t/h抓斗卸船机。近年来，在上海、深圳、广州、北京、天津等地，已掀起了物流配送的热潮，配送中心、物流中心的建设使更先进的物流机械设备得到了应用。从目前来看，虽然我国物流机械设备发展快，取得了丰硕的成果，但要满足新世纪全新物流任务的要求，还有很大差距，还需要配置、开发和应用一些先进物流机械设施。现代物流的理念已被广泛认同和接受，它的巨大功能和作用必定会促使企业的决策者下决心来改善和整合自己企业的物流系统，同时，飞速发展的信息与网络技术、各种先进的物流技术与物流机械装备都将使企业得到更快的发展。随着生产和物流规模的扩大，自动化程度的提高，物流机械设备在现代化生产和物流中应用越来越广，作用越来越大，而现代化生产和物流又对物流机械设备提出了更高的要求。现代机械设备设计能力的提高，科学技术的飞速进步，使得物流机械设备的技术含量、知识含量、文化含量急剧增加，物流机械设备正经历着一场巨大的变革。在新世纪，物流机械设备技术性能将进入一个崭新的发展阶段，物流机械设备必将取得更大的发展。为适应现代物流的需要，物流机械设备有如下的发展趋势：1.大型化、高速化现代社会经济快速发展，使得生产和物流规模不断扩大，为了提高作业效率和规模效益，大型、高速的物流机械需求量不断增长。物流机械设备的起重量、载重量、生产率、作业能力越来越大，工作速度越来越高。2.实用化、轻型化物流机械设备要好用，容易维护、操作、具有优越的耐久性、无故障性和良好的经济性，以及较高的安全性、可靠性。因此，今后会更加注重开发使用性能好、成本低、可靠性高、环保性好的物流机械设备。有一些物流机械设备是在通用的场合使用，工作并不很繁重.这类设备批量较大、用途广，考虑综合效益，可降低外型高度，简化结构，降低造价，同时也可减少设备的运行成本，这种轻型化的设备在今后会有更快的发展。3.专用化、通用化物流活动的系统性，一致性、经济性、机动性、快速化，要求一些设备向专门化方向发展，又有一些设备向通用化、标准化方向发展。专用设备以特有的功能满足特殊的需要，能发挥出最佳的效用。除上所述以外，物流机械设备还向自动化、智能化、成套化和系统化等方面发展。 起重机是减轻笨重体力劳动，提高作业效率，实现安全生产的起重运输设备。它能在一定范围内垂直起升和水平移动物品，具有动作间歇性和作业循环性特点。起重机可按主要用途和构造分类。按主要用途可分为通用起重机、建筑起重机、冶金起重机、铁路起重机、港口起重机、造船起重机及甲板起重机等。按构造特征可分为桥式类型起重机和臂架式类型起重机；旋转式起重机和非旋转式起重机；固定式起重机和运行式起重机等。在国民经济各部门的物质生产和物资流通中，起重机作为关键的工艺设备或重要的辅助机械，应用十分广泛。起重机特别是桥式起重机主要用于大型加工企业，如钢铁、冶金、建材等行业。因此在物流机械设备中起重机自然占了非常重要的、不可替代的作用。加强对起重机的研究和改进，促进其不断发展，必将对整个物流行业产生深远的影响。长期以来，桥式起重机设计制造大都是参考老一辈设计人员所提供的图纸进行，而老一辈设计人员由于一些条件的限制和对起重机过多安全方面的考虑，所设计的起重机均具有太大的安全系数，致使其浪费许多材料，并增加了许多基建费用。随着社会技术水平的不断提高和一些现代设计方法的出现，桥式起重机在此方面的问题越来越突出。不断提高桥式起重机的技术含量，减轻桥式起重机的重量是起重机械研究的主要方向，是不可抗拒的技术潮流。桥式起重机主要由桥架、大车运行机构、起重小车等组成。桥架是一种移动的金属结构，它一方面承受着满载的起重小车的轮压作用，另一方面又通过支撑桥架的运行车轮，将满载起重机的全部重量传给了厂房的轨道和建筑结构。桥架的重量往往占起重机自重的60%以上。因此，采用一些合理的桥架构造型式以减轻自重，其意义不仅在于节约本身所消耗的钢材和降低成本，同时还因减轻了厂房建筑结构的受载而节省基建费用。有时在一些现有厂房中，通过换用自重较轻的桥架结构来代替原来的起重机，便可以在不必加固厂房的情况下提高起重量，以满足生产发展的需要。当然，自重是桥架结构的质量优劣的一个重要指标，但是在桥架结构选型时还应该考虑到其它方面的要求:如有足够的强度，垂直和水平刚性较好，外形尺寸紧凑，运行机构安装维护方便，以及桥架结构的制造省工等。箱形桥架是箱形梁桥式起重机的主要承载构件，它的设计参数取值优劣决定了整个起重机的设计成败。基于以上原因，在现代起重机设计中，对桥式起重机箱形梁的优化设计研究无疑占有很重要的地位。在起重机桥架的优化设计方面人们已经取得了一些成果，如西南交通大学机械工程研究所曾用FORTRAN语言编制了箱形龙门起重机金属结构系统优化设计软件，该软件是在Dos状态下操作，已经不适应现代的设计者使用，但其对于后人的进一步研究具有一定的参考价值。在起重机受力分析方面，为了解决超静定问题和起重机多工况等情况，有限元分析在起重机上也越来越得到广泛的应用。这些属于起重机械的优化设计范畴，我们在此不便赘述。3.1 起重机的分类起重机械根据其用途分为起重机和其他起重机械，其中起重机的分类如下：（1）桥架式起重机 桥式起重机 如：电动单梁起重机、悬挂单梁起重机、葫芦双梁起重机、双梁桥式起重机（2）门式起重机 如：葫芦门式起重机、单主梁门式起重机、双主梁门式起重机、轮胎式集装箱门式起重机、岸边集装箱门式起重机（3） 半门式起重机 如：半门式起重机（4）臂架型起重机 悬臂起重机 如：柱式悬臂起重机（5）流动式起重机 如：汽车起重机、轮胎起重机、履带起重机（6）塔式起重机 如：固定式塔式起重机（7）门座起重机 如：港口门座起重机（8）其他 如：集装箱正面吊运起重机其他起重机械 缆索起重机 如：固定式缆索起重机 施工升降机 如：施工升降机 擦窗机 如：擦窗机 其它 如：高处作业吊篮3.2 起重机械的主要参数及起重机构造标准术语起重机械的主要参数有： 额定起重量Gn、跨度S、幅度L、起升高度H、运行速度V、起重力矩M、轨距k、基距B、轮压p、工作级别等起重机构造标准术语有： （1） 钢结构：主梁、端梁（横梁）、小车架、支腿、下横梁、起重臂、 平衡臂、立柱、门架、拉杆、塔身、走台和司机室等。（2） 传动机构：起升机构、运行机构、回转机构、变幅机构和顶升机构等。（3） 电气系统：手持控制器、主令控制器、导电装置、电缆卷筒、电阻箱、变频器和控制柜等。（4） 主要零部件：吊钧、抓斗、起重电磁铁、钢丝绳、环链、滑轮、卷筒、制动器、车轮和轨道等。（5） 起重机安全装置：上升高度限位器、运行极限限位器、缓冲器、锚定装置、夹轨器或防风铁鞋、安全钧、防后倾装置、起重量限制器、力矩限制器和防碰撞装置等。3.3 起重机械工作的特点以及存在的危险因素起重机械工作特点以及存在的危险因素共有七点：1、起重机械通常具有庞大的结构和比较复杂的机构，作业过程中常常是几个不同方向的运动同时操作，技术难度较大。2、能够吊运的重物多种多样，载荷是变化的。有的重物重达上百吨，体积大且不规则，还有散粒、热融和易燃易爆危险品等，使吊运过程复杂而危险。3、需要在较大的范围内运行，活动空间较大，一旦造成事故，影响的面积也较大。4、有些起重机械（仅指施工升降机等），需要直接载运人员做升降运动，其可靠性直接影响人身安全5、暴露的活动的各部件较多，且常与作业人员直接接触，潜在许多偶发的危险因素。6、作业环境复杂，如涉及企业、港口、工地等场所，涉及高温、高压、易燃易爆等环境危险因素，对设备和作业人员形成威胁。7、作业中常常需要多人协同配合，对指挥者、操作者和起重工等要求较高。3.4 国内外工程起重机发展动向随着社会建设的不断发展，起重机应用的范围也越来越广，起重机也向着多方面的发展来满足工业的需求。其发展方向主要表现在以下几个方面：1、发展超大型起重机2、“迷你”起重机大量涌现3、伸缩臂结构不断改进4、数据总线技术得到应用5、静液压传动起重机进入市场6、混合型起重机得到发展7、汽车起重机也在不断发展8、随车起重机产销量不断增长3.5 桥式起重机桥架简介桥式起重机是减轻笨重体力劳动，提高作业效率，实现安全生产的起重运输设备.它能在一定范围内垂直起升和水平移动物品，具有动作间歇性和作业循环性的特点。起重机可按主要用途和构造特征分类。按主要用途可分为通用起重机、建筑起重机、冶金起重机、铁路起重机、港口起重机、造船起重机、甲板起重机等。桥式起重机主要适用于工矿企业的车间、库房以及铁路、港口等货场固定跨间物料的装卸与搬运。构成桥式起重机的主要金属结构部分是桥架，它横架在车间两侧由立柱支撑起来的轨道上，并能在其上作前后运行。除桥架外的组成部分，还有小车，小车上有起升机构和运行机构，可以带着吊起的物品沿桥架上铺设的轨道左右运行。小车的左右运行，桥架的前后运行以及起升机构的升降动作，这三者所构成的立体空间范围是桥式起重机吊运物品的服务空间。桥式起重机桥架型式繁多，按主梁数目来分，可分为单梁桥架和双梁桥架。按其结构可分为型钢梁式桥架、箱形结构桥架、精架式桥架。型钢梁式结构一般主梁采用工字钢或加强了的工字钢，它的运行小车一般采用电动葫芦。此结构简单，起重量一般较小。箱形结构桥架是应用广泛的一种结构型式，它具有制造工艺简单，组装方便、通用性强、利于自动焊、抗扭刚度好等优点。缺点是自重大，主梁易下挠，桥架水平刚度较差，箱形内部施焊条件差，上翼缘板与腹板之间连接焊缝寿命低，上翼缘板与横向加劲板之间焊缝易开裂等。随着新结构、新工艺和现代设计方法的应用，这些缺点正逐步得以改善。桁架式结构又分为三角形桁架式、四桁架式及空腹桁架式结构。桁架式结构较箱形结构制造工艺复杂，费工时，难以保证各构件按规定的形心要求组装，焊接变形大，优点是迎风面积小，自重较轻。在设计桥式起重机的桥架结构时，必须满足以下基本要求：1.桥架的强度和刚度要足够。2.桥架和大、小车运行机构要配合好，确保运行机构正常运转。3.桥架的自重要尽可能减轻，桥架重量的减轻具有很大的经济意义。4.要便于成批生产和尽量使得桥架外型美观。典型的双梁桥式起重机的桥架主要由主梁、端梁、栏杆、走台、轨道和操纵室等构件组成。 桥架的构造型式主要取决于主梁的结构型式。目前国内外采用的桥架主梁型式繁多，其中比较典型的是四桁架式和箱形截面的双腹板梁式两种，其它型式都是这两种基本型式发展的结果。四桁架式桥架主要由主桁架(或实腹工字形梁)、辅助桁架及上、下水平桁架以及箱形截面的端梁所组成。它的两根主梁都是由四个平面桁架组合成的封闭空间结构。桁架中各杆件在节点处通常采用节点板来连接。箱形截面的板梁式桥架是我国生产的桥式起重机桥架结构的基本型式。其主梁由上下盖板和两块垂直腹板组成封闭的箱形截面。起重小车的轨道固定在主梁上盖板上，桥架结构的强度和刚性均由箱形主梁来保证。箱形梁式桥架虽然自重大些，但是从制造省工省场地，结构总高度小，运行机构安装维修方便，以及对结构的疲劳强度有利等条件考虑，作为大批量生产的起重机桥架结构的主要型式是合理的。箱形桥架结构常采用薄壁箱形构件，为满足稳定性的要求，一般都设纵向和横向加强筋。加强筋对构件的强度和刚度的影响较小，主要表现如下：1.纵向加强筋产生的影响：纵向加强筋沿构件的长度方向连续改变构件的横截面特性，显然对构件的强度和刚度都有一定的影响。但经过研究，可求得由于纵向加强筋引起的正应力与挠度减小量小于10%，纵向加强筋对剪应力的影响较小，可不必考虑。2.横向加强筋产生的影响：从分析梁在承受拉压、弯曲与扭转应力与位移计算的公式不难看出，由于横向加强筋仅在其自身所在的截面内改变梁的截面性质，对强度和刚度的影响不大。通过专用的加强筋箱形梁有限元程序分析后可以得出金属结构构件横向加强筋对其强度与刚度影响很小，可以忽略。箱形结构双梁桥架根据小车轨道在主梁上的布置可分为：中轨箱形双梁桥架、半偏轨箱形双梁桥架和全偏轨箱形双梁桥架。我们在后面研究的电动单梁起重机，就是属于桥式起重机的范畴。第4章 新型LD电动单梁起重机起重机种类繁多，功能作用各不相同，但其重要作用和其工作原理是一样的，在本论文里我们主要研究电动单梁起重机。该系列起重机符合JB1306LD电动单梁桥式起重机及JB2603LX电动单梁悬挂起重机技术条件。其结构特点是电动葫芦或手动单轨小车沿主梁工字钢下翼缘运行，进行物料搬运作业，通常用于车间、机械制造、装备、仓库等物料搬运作业，其中手动单梁起重机用于不允许用电或无电源场合。配合马达抓斗或单轨抓斗还可用于散装物料搬运作业。本单元起重机结构紧凑、外形美观、体积小、重量轻、操作灵活、安全可靠，既可用于地面操作，也可用于司机室操作。特殊要求情况下，还可进行遥控操作。是工业生产或贮藏不可缺少的装备。4.1 结构与特点LDT型电动单梁起重机具有三维全双速运转，即起升、左右横行与前后纵行均可单、双速运转；电动葫芦的起升机构及起重机大车运行机构均采用结构紧凑的“三合一”驱动装置；电动葫芦可以采用普通型也可以采用低建筑高度型；地面操纵采用非跟随式扁电缆滑道手电门操纵。除此之外还具有以下特点：（1）配用先进的AS电动葫芦AS型电动葫芦采用了多种先进的安全保护装置，如电动机的热保护，限制电动机在一定温升范围内工作，电动机为F级绝缘；电动机轴头以斜齿轮作为第一级传动的主动齿轮，可使制动力矩随载荷变化，改善了制动性能；根据需要可以安装第二制动器；装有上下双向限位和相序保护作用的限位器及紧急停车装置；运行机构均为双边驱动，并具有保护装置。（2）采用不同结构的桥架桥架由主梁、端梁及运行机构组成。主梁根据吨位与跨度可采用三种不同的结构形式。小吨位小跨度的主梁采用热轧钢与工字钢组焊而成；中等吨位与跨度的直接采用宽翼缘工字钢；大吨位与跨度的主梁是以厚钢板为缘翼的组焊箱型梁。上述三种结构形式的主梁不仅建筑高度低，而且刚性与工艺性均好。端梁采用钢板压延成形的门型槽钢，与钢板组焊成箱型梁，主、端梁之间采用螺栓加减载凸缘连接形式，便于拆装、运输与储藏。运行结构采用GL型“三合一”驱动装置，与车轮的连接采用锥形端齿连接形式，装拆十分方便。车轮采用球墨铸铁无键锥套连接。（3）电气控制主要电气控制装置与电器的特点如下：扁电缆滑道装置 新型电动单梁起重机采用异型钢滑道和扁电缆控制形式。这套装是在起重机的主梁上，根据不同跨度，伸出几根支架，在其下面装卡两根异型滑道。一跟滑道内装有供电动葫芦电源的扁电缆滑车。控制手电门吊挂在扁电缆的吊线盒上可沿滑道自由横向移动，不仅操作视野好，而且十分方便可靠。大车开关箱 所用DKX型大车开关箱设计为前后两扇门，并均可拆下，便于安装。接线端子与电器元件分前后设置，外型美观，接线、维修均很方便。箱内主要元件，如空气开关、接触器等均采用引进联邦德国西门子公司的产品。使用安全可靠，寿命长。箱体外形采用静电喷涂，牢固、美观，具有防潮、耐腐蚀等优点。升降限位器 新型电动单梁起重机配套的AS型电动葫芦采用升降限位器，结构简单，动作可靠，并具有相序保护。一旦相序接错，当吊重下降到一定位置时断开的触点不是“