料车提升系统课程设计

1、精品文档仲恺农业工程学院课程设计报告书电机拖动与运动控制综合课程设计院 系：自动化学院所选题目：设计类题目一专业班另i：自动化（工业自动化） 143姓 名：邱勇杰学 号： 201421714327提 交 日 期： 2017 年 9 月 6 日电机拖动与运动控制课程设计说明书目录一、目的与要求 4（1） 、总体要求和目的 4（2） 、具体要求 4二、主要任务和内容 4（一）、主要任务和内容 4（二）、具体设计步骤 5三、设计题目与要求 61. 设计题目：料车提升电机拖动系统设计 62. 设计任务及要求 73. 设计指导 7四、系统结构及工作原理分析 81 .系统结构组成分析 82 . 系统工作原

2、理概述 8五、电动机的选择 81. 类型的选择 82. 提升系统的负载功率 93. 确定电动机转速 94. 确定电动机型号 10六、电动机的校验 111. 发热校验 112. 检验过载能力 113. 校验启动能力 12七、减速器的选择 121. 总传动比的计算 122. 分配各级传动比 13八、系统原理电路图及运行分析 131. 系统原理电路图 132. 相关元件说明： 143. 运行分析 16九、总结 16十、参考文献 18十一、附录 184. 1 y 系列电动机型号大全 185. 2 电机详细参数 19一、目的与要求（一） 、总体要求和目的1 通过本课程设计教学环节，使学生加深对所学课程内

3、容的理解和掌握；2 结合工程问题，培养提高学生查阅文献、相关资料以及组织素材的能力；3 培养锻炼学生结合工程问题独立分析思考和解决问题的能力；4 要求学生能够运用所学课程的基本理论和设计方法，根据工程问题和实际应用任务的要求，进行方案的总体设计和分析评估；5 . 报告原则上要求依据相应工程技术规范进行设计、制图、分析和撰写等。设计 题目及要求。（二） 、具体要求1. 熟悉电动机的运行特性并确定电机及其拖动系统的总体结构；2. 了解控制电路中常用的基本控制电器及其原理及选型；3. 理解控制电路的基本单元；4. 掌握根据要求分析并自行设计控制电路原理图的方法；5. 要求对控制电路进行具体分析说明；

4、6. 要求设计的电路正确并能实现功能。二、主要任务和内容（一）、主要任务和内容1. 依据要求进行主回路的设计，且拖动电机选择、比较，计算并选定电机；2. 完成控制回路电路原理分析、 过程设计、 选择合适的控制器件， 特别是对短路、过载、零压保护等的额定值；3. 控制方式选择及相关计算， 转子回路电阻级数确定计算， 转子控制回路设计与计算；4. 依据计算结果，进行硬件回路设计；并验证设计方案，验证方法可采用仿真或测试。5. 按任务要求完成设计任务，编写出完整设计说明书，总结设计心得等；说明书中应包含（主电路原理图、控制电路、保护电路原理图，印刷电路板图）。（二） 、具体设计步骤1. 根据要求拟定

5、设计任务。2. 根据拖动系统分析设计主电路。在绘制主电路时，可考虑以下几个方面： 电动机的控制方式，应根据其容量及拖动负载性质考虑其启动要求，选择适当的启动线路。对于容量小（ 7.5kw 以下）、起动负载不大的电动机，可采用直接起动；对于大容量电动机应采用降压起动。 设计转向控制。 根据电动机的工作制，决定是否需要设置过载保护或过电流控制措施。 根据拖动负载及工艺要求决定停车时是否需要制动控制，并决定采用何种控制方式。 设置短路保护及其他必要的电气保护。 考虑其他特殊要求：调速要求、主电路参数测量、信号检测等。3. 根据主电路的控制要求设计控制回路，其设计方法是： 正确选择控制电路电压种类及大

6、小。 根据每台电动机的起动、运行、调速、制动及保护要求依次绘制各控制环节（基本单元控制线路）。 如有必要，设置必要的联锁。 设置短路保护以及设计任务书中要求的位置保护（如极限位、越位、相对位置保护）、电压保护、电流保护和各种物理量保护（温度、压力、流量等）。 根据拖动要求，设计特殊要求控制环节，如自动抬刀、变速与自动循环、工艺参数测量等控制。 按需要设置应急操作。4. 根据照明、指示、报警等要求没计辅助电路。5. 总体检查、修改、补充及完善。主要内容包括如下： 校核各种动作控制是否满足要求，是否有矛盾或遗漏。 检查接触器、继电器、主令电器的触点使用是否合理。 检查联锁要求能否实现。 检查各种保

7、护能否实现。 检查发生误操作所引起的后果与防范措施。6. 进行主电路与控制回路参数计算。7. 正确、合理地选择各电器元件，按规定格式编制元件清单。8. 根据完善后的设计草图，按gb/t 6988 电气制图标准绘制电气原理线路图，并按 gb/t 5094-1985 电气技术中的项目代号要求标注器件的项目代号，按 gb 4884-1985 绝缘导线的标记的要求对线路进行统一编号。三、设计题目与要求1 .设计题目：料车提升电机拖动系统设计拖动对象为一料车提升系统。 下图所示， 料车在轨道下部装料， 装完料后提升至上部料仓卸载。装料时间为 3 分钟，卸载时间不计，提升及下放速度最大值不超过0.4米/秒

8、，料仓距轨道底部15米，料车自重40公斤，每次装料100 公斤，企业每天分三班工作，每班提升 25次，提升为接班后即开始至提升 25 次结束。系统提升使用钢丝纯，钢丝绳轮的直径为0.4米。工作现场只有三相四 线制380v交流电源，电网最大电压波动 5%,通风良好，环境干燥，现场无防 爆要求。2 .设计任务及要求要求电机拖动系统能够可靠工作，电机温升在允许范围内。设三个手动操作按钮控制电机运转，即提升、下放、停止。系统应能实现在提升到轨道顶部和下放到底部时自动停止。3 .设计指导为简化设计，提升系统钢丝纯重量及摩擦阻力均可不计。 设计时要先算出负 载转矩，可根据提升速度、电机速度选择减速机。选择

9、电机时要先确定电机类型， 确定电机容量，然后还要考虑是否需要校验起动转矩、电机温升等。电气控制系统要设计为能够实现自锁功能。对料车提升到轨道顶部和下放到底部时自动停止问题，建议选择行程开关， 通过行程开关的常开或常闭触点来设计控制电路。四、系统结构及工作原理分析1 .系统结构组成分析此系统的主要是由电动机、减速器、钢丝绳轮、两组定滑轮等组成。2 .系统工作原理概述该系统由电动机提供原动力，经减速器减速拖动钢丝绳来提升或下放料车。料车到达最高点和最低点触碰行程开关自动关断。 当提升料车时， 按下提升按钮，电动机开始运转， 带动传动装置运转， 通过减速器将电动机的高转速降为低转速，再通过皮带传递给

10、钢丝绳轮， 然后钢丝绳轮开始转动， 再通过定滑轮将料车提升，当料车到达顶部时，触碰到行程开关，电动机停止运转，料车停止上升。当卸料完成后，按下放按钮，电动机反转，原理跟上升时相同，到达地面时，触碰到行程开关，电动机停止转动，料车停止下放。五、电动机的选择1 .类型的选择选择哪种类型的电动机， 一方面要根据生产机械对电动机的机械特性、 起动性能、 调速性能、 制动方法和过载能力等方面的要求， 对各种类型的电动机进行分析比较； 另一方面在满足上述要求的前提下， 还要从节省初期投资， 减少运行费用等经济方面进行综合分析， 最后将电动机的类型确定下来。 在对起动、 调速等性能没有特殊要求的情况下， 优

11、先选用三相笼型异步电动机。 根据工作要求选用 y 系列封闭扇冷式三相异步电动机， 电源电压 380v 。 三相异步电动机具有结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，启动性能好等优点。2 .提升系统的负载功率由于此提升系统是双向周期运动，而且两次运动的负载是不同的，所以得求 ,一、，2周期变动负载：(假设重力加速度 g=10 m/s )上升时的负载功率：p上升u14000.40.56kw10001000下降时的负载功率：pv降f下降v4000.40.16kw10001000p t p- t则平均功率：pl - 0.36w2t预选电动机额定功率：pn (1.1 1.6) fl 0.396 0.57

12、6kw上式中系数(1.11.6 )是考虑在负载变动引起的瞬态过程中，电流对发热的影响。因为电机的铜损耗与电流的平方成正比，其影响应予以考虑。负载变动大，该系数要选大些。所以电机的额定功率应为：pn 1.6pl 0.576kw3 .确定电动机转速计算钢丝绳轮工作转速：nw 60 0.4 60 0.4 19.11r/mind 0.4由推荐的传动比合理范围，v带轮的传动比范围：24,二级圆柱齿轮减速 器的传动比的一般范围：840,则总传动比的范围为:i 16160,故电机的可 选转速为：nd i nw (16 160) 19.11 320 3200r / min4 .确定电动机型号根据以上计算在这个

13、范围内电动机的同步转速有500r/min ， 600r/min ，750r/min ， 1000r/min， 1500r/min， 3000r/min 。综合考虑电动机和传动装置的情况，同时也要降低电动机的重量和成本，最终可确定同步转速为1500r/min ，根据所需的额定功率及同步转速确定电动机的型号为 y80m2-4 ，满载转速 1390r/min。其主要参数：额定功率： 0.75kw ；额定电流： 2a ；满载转速： 1390r/min效率： 74.5% ；功率因数cos巾：0.76 ;堵转转矩/额定转矩：2.3；堵转电流/额定电流：6.0；最大转矩/额定转矩：2.3；振动速度：1.8m

14、m/s重量：17kg六、电动机的校验1.发热校验首先是进行发热校验，检查电动机温升是否会超过其额定温升。由于本系统 所用的电动机p0和r不变，t i ,而且转速n基本不变，故可以选用等效功率 法。pl22啖升t年降t2 t由于n不变，负载功率与负载转矩成正比，这时的等效负载功率为:_2_20.562 0.1620.411kw2又因为pn 0.576kw所以plpn ,发热校验合格2.检验过载能力由于此系统的负载是变化的，所以得求出最大负载时的负载转矩，由题目可知，当上升时负载最大，所以所要求的负载转矩为：60 p上升tl 2 n由于刚上升时不可能达到满载转速，取 n=800r/min560tl

15、 9.556.68n m800又tmmt tnh 60pn576ttn 9.553.96n m2n满载1390tm 2.3 3.96 9.108n m因为tl tm ,所以过载能力校验合格。3.校验启动能力校验启动能力就是要求所选电动机的起动转矩ts大于启动时的负载转矩的(1.11.2 )倍，即ts (1.11.2)。而且还要考虑起动电流is是否会超过要求, 但如果采用直接起动(容量小时可采用)，起动电流的影响可不考虑。由题：tn 处 里 9.55 -576- 3.96n m2n满载1390起动转矩：tsmt tn 2.3 3.96 9.108n m起动转矩即上升时的转矩：tls型乙9.55变

16、0 6.68n m 2 n800由于ts 9.108n m (1.11.2)tl 7.35 8.02n m因为此系统所用的电动机额定功率为 0.75kw ,远小于7.5kw ,所以可以采用 直接起动，因此不用考虑起动电流的影响。所以起动能力校验合格。七、减速器的选择1 .总传动比的计算已知电动机的满载转速为1390r/min,钢丝绳轮的工作转速19.11r/min。所以总传动比为 ia=1390/19.11=72.74。2 .分配各级传动比根据机械设计指导书，取 v带的传动比i0=3,则减速器的传动比i为:iaio72.74324.25取两级圆柱齿轮减速器高速级的传动比i12.1.4i,1.4

17、 24.25 5.83则低速级的传动比为：i 24.25i234.16i125.83八、系统原理电路图及运行分析1 .系统原理电路图此料车提升系统的原理图与电动机正反转原理图相似，如图所示2 .相关元件说明:qs -刀开关km1 -正转用接触器km2 -反转用接触器fu -主电路熔断器fr -热继电器m - 三相异步电动机sb1 - 正转按钮sb2 - 反转按钮sb3 - 停止按钮sq1-1-上升行程开关sq2-1-下降行程开关刀开关是带有动触头（闸刀），并通过它与底座上的静触头（刀夹座）相楔合（或分 离），以接通（或分断）电路的一种开关。刀开关又称闸刀开关或隔离开关，它是手控电器 中最简单而

18、使用又较广泛的一种低压电器。刀开关通常由绝缘底板、 动触刀、静触座、灭弧装置和操作机构组成。 刀开关按照极数可以分为单极刀开关、 双极刀开关和三极刀开关； 按照转换方式可以分为单投式刀开关、 双 投式刀开关；按操作方式可分为手柄直接操作式和杠杆式刀开关。接触器 （contactor） 是指工业电中利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器，由电磁系统、触头系统和灭弧装置组成。可用作控制工厂设备、电热器、工作母机和各样电力机组等电力负载， 接触器不仅能接通和切断电路， 而且还具有低电压释放保护作用。其原理是当接触器的电磁线圈通电后， 会产生很强的磁场， 使静铁心产生电磁吸力吸引衔

19、铁，并带动触头动作：常闭触头断开；常开触头闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触头复原：常闭触头闭合；常开触头断开。 利用金属导体作为熔体串联于电路中，当过载或短路电流通过熔体时，因其自身发热而熔断，从而分断电路的一种电器。熔断器结构简单，使用方便，广泛用于电力系统、各种电工设备和家用电器中作为保护器件。熔断器 （ fuse ） 是指当电流超过规定值时， 以本身产生的热量使熔体熔断， 断开电路的一种电器。 熔断器是根据电流超过规定值一段时间后， 以其自身产生的热量使熔体熔化， 从 而使电路断开； 运用这种原理制成的一种电流保护器。 熔断器广泛应用于高低

20、压配电系统和控制系统以及用电设备中，作为短路和过电流的保护器，是应用最普遍的保护器件之一。 热继电器的工作原理是电流入热元件的电流产生热量，使有不同膨胀系数的双金属片发生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作， 使控制电路断开， 从而使接触器失 电， 主电路断开， 实现电动机的过载保护。 继电器作为电动机的过载保护元件， 以其体积小，结构简单、成本低等优点在生产中得到了广泛应用。电动机在实际运行中， 如拖动生产机械进行工作过程中， 若机械出现不正常的情况或电路异常使电动机遇到过载， 则电动机转速下降、 绕组中的电流将增大， 使电动机的绕组温度升高。若过载电流不大且过载的时间较短，电动机绕组

21、不超过允许温升，这种过载是允许的。 但若过载时间长， 过载电流大， 电动机绕组的温升就会超过允许值， 使电动机绕组老化，缩短电动机的使用寿命， 严重时甚至会使电动机绕组烧毁。 所以， 这种过载是电动机不能承受的。热继电器就是利用 电流的热效应原理，在出现电动机不能承受的过载时切断电动机电路，为电动机提供过载保护的保护电器。作电动机运行的三相异步电机。 电动机工作原理为： 当电动机的三相定子绕组 （各相差 120 度电角度），通入三相对称 交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割 转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流 （转子绕组是闭合通路） ，载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力

22、， 从而在电机转轴上形成电磁转矩， 驱动电动机旋转， 并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。按钮，是一种常用的控制电器元件，常用来接通或断开控制电路（其中电流很小），从而达到控制电动机或其他电气设备运行目的的一种开关。也称为按键，是一种电闸 （或称开关），用来控制机械或程式的某些功能。一般而言，红色按钮是用来使某一功能停止，而绿色按钮，则通可开始某一项功能。 行程开关又称限位开关，是一种常用的小电流主令电器，是位置开关的一种，由操作头、触点系统和外壳组成。按其结构可分为直动式、滚轮式、微动式和组合式。行程开关是利用生产机械运动部件的碰撞使其触头动作来实现接通或分断控制电路， 达到一定的控制目的。

23、 通常这类开关被用来限制机械运动的位置或行程， 使运动机械按一定位置或行程自动停止、反向运动、变速运动或自动往返运动等。3. 运行分析首先闭合 qs ， 由于在左支路中 sb2 为常闭开关， 所以刚开始时左支路sb2闭合，右支路sb2 断开，闭合sb1 ，左支路导通， km1 带电，线圈闭合，此时的 sb1 已经断开，可是km1 已经闭合，启动了自保功能，左支路依然导通，电动机正转，料车上升，上升到顶部时，触碰到行程开关sq1-1 ，导致左支路断开， km1 不带电，线圈断开，电动机停止运转。再闭合sb2 ，右支路导通，km2 带电，线圈闭合，同理电路启动自保功能，电动机反转，料车下放。如果想

24、系统停止工作，按下停止按钮sb3 。由于此电路图的设计是正反转互锁，所以不会存在正转的同时也要反转，即左右支路不会同时导通。 同时正转按钮sb1和反转按钮sb2 实现了自锁功能。九、总结电机拖动与运动控制课程设计是本次课程学习的一个重要环节，通过大四上学期这一周的课程设计使我从各个方面都得到了锻炼和提高， 对电机拖动和运动控制系统的各个相关零部件有机的结合在一起有了更深刻的认识， 并且可以通过查找相应的电工手册找到自己需要的工具和此工具的性能特点。由于时间的紧迫，实际操作动手能力的低弱，再加上自己的理论知识不够牢 周，遇到很多问题都需要查找书籍与借助网络， 虽然自己很努力的做到最好，但 这次的

25、课程设计还是存在许多问题。例如大部分公式都需要查找和借鉴才能写上 去，有时候模模糊糊知道在哪本书上有这公式， 但一翻发现错了，是在另外一本 书上。所以我觉得学会制作属于自己的知识目录很重要，这样学过的东西即使忘了也不重要，只需要用时能通过目录查找到并最终使用得当即可，因为人的脑容量是有限的，应该用来做更有意义的思考。对于大学学过的许多专业知识，如果 是需要考试或者考取证件，那就要背上以应付过关，虽然这样的做法有利有弊， 但中国社会即如此，入门首先看证件。所以我们若需要变的更好，就需要在两者 之间找到自己处理得过来的平衡。然而有很多苦恼的是：有些知识点自己没有系统的整理和消化，很多需要 重新看书

26、才能理解得过来，虽然最终达到了目的，但这样还是严重的影响了自己 的设计速度和降低了自己课程设计的质量， 在边计算边画图边改正的过程中发现 自己走了很多的弯路。所以团队学习很重要，在分工合作中共同进步，共同分享 资源与发现可能存在的错误。一个好的团队能有益于团队中的每一个人的发展， 个人英雄主义在团队中是不可取的，团队最终会弱化个人的作用，在队员问取长 补短，团队是实现每个队员的大同化。古人云：勤能补拙，所以在设计的过程中，不但需要多动脑，还需要勤奋的 计算与思考。这不但能让我熟能生巧，说不定会有意想不到的灵感诞生！最后， 此次课程设计培养了我综合应用电机拖动与运动控制这门课程及其他课程的理论知

27、识和生产实际知识解决工程实际问题的能力。 通过这次设计， 我想会对我以后独立设计打下一个良好的基础， 知道自己的短处， 才能去弥补。 为了能更好更快的达成目标， 在以后的设计中避免很多不必要的工作， 为了有能力设计出结构更紧凑、传动更稳定、更精确的设备，就需要各种各样的设计经验。十、参考文献1 陈伯时著，电力拖动自动控制系统第四版，北京：机械工业出版社， 20112 陈建明等，电气控制与plc 应用第三版，北京：电子工业出版社， 20143 杨天明著，电机与拖动，中国林业出版社出版社， 20084 何此昴著，变压器与电感器设计方法及应用实例，人民邮电出版社，20115 赵敏、刘丽主著，电气控制

28、与自动控制系统，西南交通大学出版社，20066 杨文焕著，电机与拖动基础，西安电子科技大学出版社， 20087 姚舜才著，电机学与电力拖动技术m ，国防工业出版社， 20068 许志军著，电气自动化控制技术实训教程m ，电子科技大学出版社， 20089 刘行川著，简明电工手册 m ，福建科学技术出版社， 2003十一、附录附录 1 y 系列电动机型号大全y 系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。安装尺寸和功率等级符合iec 标准，外壳防护等级为 ip44 ，冷却方法为 ic411 ，连续工作制（ s1 ）。适用于驱动无特殊要求的机械设备，如机床、泵、风机、压缩机、搅拌机、运

29、输机械、农业机械、食品机械等。y系列电动机效率高、节能、堵转转矩高、噪音低、振动小、运行安全可靠。y80315 电动机符合y系列（ip44 ）三相异步电动机技术条件 jb/t9616-1999。y355电动机符合 y系列（ip44）三相异步电动机技术条件jb5274-91 。y80315电动机采用b级绝缘。y355电动机采用f级绝缘。额定电压为380v ,额定频率为50hz。功率3kw 及以下为y接法；其它功率 均为接法。电动机运行地点的海拔不超过1000m ;环境空气温度随季节变化， 但不超过40 c；最低环境空气温度为-15 c；最湿月月平均最高相对湿度为 90% ;同时该月月平均最低温度

30、不高于 25 c。电动机有一个轴伸，按用户需要，可制成双轴伸，第二轴伸亦能传递额定功 率，但只能用联轴器传动。按用户需要，还可供应其他功率、电压、频率、湿热带型（ th）、防护等 级等电动机。附录2电机详细参数型号额定 功率 kw额定 电流a转速r/min效率功率 因数cos堵转 转矩/ 额定 转矩（倍）堵转 电流/ 额定 电流 （倍）最大 转矩/ 额定 转矩 （倍）振动 速度 mm/s重量kg同步转速 3000r/min2级y80m1-20.751.8283075.00.842.26.52.31.817y80m2-21.12.5283077.00.862.27.02.31.818y90s-2

31、1.53.4284078.20.852.27.02.31.822y90l-22.24.8284080.50.862.27.02.31.825y100l-236.4288082.00.872.27.02.31.834y112m-248.2289085.50.872.27.02.31.845y132s1-25.511.1290085.50.882.07.02.31.867y132s2-27.515290086.20.882.07.02.31.872y160m1-21121.8293087.20.882.07.02.32.8115y160m2-21529.4293088.20.882.07.02.3

32、2.8125y160l-218.535.5293089.00.892.07.02.22.8145y180m-22242.2294089.00.892.07.02.22.8173y200l1-23056.9295090.00.892.07.02.22.8232y200l2-23769.8295090.50.892.07.02.22.8250y225m-24584297091.50.892.07.02.22.8312y250m-55103297091.50.892.07.02.24.53872y280s-275139297092.00.892.07.02.24.5515y280m-29016629

33、7092.50.892.07.02.24.5566y315s-2110203298092.50.891.86.82.24.5922y315m-2132242298093.00.891.86.82.24.51010y315l1-2160292298093.50.891.86.82.24.51085y355l2-2200365298093.50.891.86.82.24.51220y355m1-2220399298094.20.891.26.92.24.51710y355m2-2250447298594.50.901.27.02.24.51750y355l1-2280499298594.70.901.27.12.24.51900y355l2-2315560298595.00.901.27.12.24.52105同步转速 1500r/min4级y80m1-40.551.5139073.00.762.46.02.31.817y80m2-40.752139074.50.762.36.02.31.