基于PLC的门式起重机控制系统设计

1、目 录中文摘要、关键词 . 1英文摘要、关键词 . 2引言 . 3第 1章 门式起重机系统概述 . 4 1.1 门式起重机的工作参数 . 4 1.2 门式起重机的特点 . 6 1.3 轨道式集装箱门式起重机的分类 . 7 1.4 主要技术性能参数 . 7 1.5 轨道式集装箱门式起重机的机构 . 8第 2章 门式起重机的三大工作机构 . 11 2.1 起升机构 . 11 2.2 小车走行机构 . 12 2.3 大车走行机构 . 13第 3章 门式起重机的电气设备及选用 . 16 3.1 门式起重机的工作类型及过程 . 16 3.2 起重机常用的下降制动方法 . 17 3.2 电气控制系统 .

2、18 3.3 电动机 . 19 3.4 控制电器及选用 . 20 3.5 变频器的选择 . 24 3.5.1 变频器的主要特点 . . 25 3.5.2 变频器类型 . . 24 3.5.3 门式起重机的变频调速 . . 25 3.5.4 变频器容量选定 . . 27 3.6 可编程序控制器(PLC . 28 3.6.1 PLC的主要特点:. 293.6.2 PLC的基本组成 . 29 3.6.3 PLC的软件组成 . 31第 4章 电器保护装置及维护 . 37 4.1 电器设备 . 37 4.2 导电装置以及电气电路 . 39 4.3 电气设备的维护与检修 . 40结论 . 42致谢 . 4

3、3参考文献 . . 44附录 A . 44基于 PLC 的门式起重机控制系统设计摘要:门式起重机是桥式起重机的一种变形,主要用于室外的货场、料场货、散货 的装卸作业。它的金属结构像门形框架,承载主梁下安装两条支脚,可以直接在地 面的轨道上行走,主梁两端可以具有外伸悬臂梁。门式起重机具有场地利用率高、 作业范围大、适应面广、通用性强等特点,在港口货场得到广泛使用。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,电器设备是起重机上比较复杂的部分,它在冲击、 震动与摆动的工况下

4、作业,容易发生故障,特别在高温、多灰尘、潮湿的环境下, 更容易发生故障且可能引发事故。本文主要主要是利用 PLC 控制的变频调速技术, 控制门式起重机拖动系统的各档速度、加速时间和制动减速,将转子绕组引出线短 接,去掉电刷和集电环,节省更换电动机的费用。而且调速性能好,时间都可以根 据现场情况由变频器设置,调整方便。负载变化时,各档速度基本不变。采用先进 的电器设备和电器控制方法提高起重机的工作效率。关键词:门式起重机 电动机 变频器 接触器 继电器 PLCPLC-based control system design of gantry craneAbstract :The portal t

5、ype hoist crane is the bridge-type hoist crane's one kind of distortion, mainly uses in the outdoor freight yard, the materials yard goods, the bulk cargo handling operation. Its metal structure portal type frame, under the load bearing king post installs two stubs likely, may walk directly on t

6、he ground track, the king post both sides may have overhang the cantilever beam. The portal type hoist crane has the location use factor to be high, the work scope is big, the adaptation surface is broad, versatility strong and so on characteristics, obtains the widespread use in the harbor freight

7、yard.The container portal type hoist crane is one kind of container dump site type which present domestic and foreign receives esteems, our country harbor more and more selects this type. This article introduced that rail-mounted container portal type contents and so on hoist crane's three big o

8、perating mechanism, electrical equipment and electric control system, the electric appliance equipment is on the hoist crane the quite complex part, it in the impact, the vibration and under the swinging operating mode the work, easy to break down, under the high temperature, the multi-dusts, the mo

9、ist environment, easier to break down specially, and possible to cause the accident. This article mainly is mainly uses the PLC control the frequency conversion velocity modulation technology, control portal type hoist crane dragging system's various grade of speeds, the rise time and the brake

10、decelerates, the rotor winding lead-out wire pipe nipple, removes the electronics brush and the ring header, saves replaces electric motor's expense. Moreover the velocity modulation performance is good, the time may establish according to the scene situation by the frequency changer, the adjust

11、ment is convenient. When variation of load, various grade of speeds basic invariable. Uses the advanced electric appliance equipment and the electric appliance control method raises hoist crane's working efficiency.Keywords: gantry; crane; motor; inverter ccontactor; relay; PLC引 言随着社会生产力的发展,在运输业

12、发生了一场技术革命集装箱运输。六十 年代中期集装箱运输受到世界各国的普遍重视,从而得到了迅速发展,以形成一个 完整的体系。国际标准化组织为集装箱规定了统一的规格、重量。为发展集装箱运 输,又出现了许多种类的装卸机械,集装箱龙门起重机就是其中的一种。集装箱龙门起重机由普通龙门起重机发展而来,是专门用来装卸集装箱的一种 起重机,被广泛的用于码头、车站、货场等。集装箱龙门起重机最早出现于 1958年。 1965年以后轨道式集装箱龙门起重机有了很大的发展, 随后在 19711972年轮 胎式集装箱龙门起重机又有显著的增多。目前,国内外集装箱龙门起重机正朝着装卸自动化的方向发展,为了提高装卸 效率,采用

13、计算机控制起重机的各种动作,它可以安全、准确的将集装箱搬运到指 定的位置,起重机械是物流机械化系统中的重要设备。社会化大生产愈发展,居民 生活水平愈提高,物料搬运和人员的输送量就愈大,起重机械的应用范围也就愈广 泛。根据人类生产和生活的需要,许多具有持殊用途的新型设备不断出现。 本课题通过 PLC 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。利用 PLC 控制的变频调速技术,门式起重机拖动系统的各档速度、加 速时间和制动减速,调速性能好。第 1章 门式起重机系统概述起重机械是一种对

14、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

15、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。1.1 式起重机的工作参数1.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

16、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。2.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,

17、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。3.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

18、M 表示, M=RQ。起重力 矩的单位过去惯用 tm 表示, 现都用 KN m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

19、特性 曲线。4.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。5.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

20、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” 。(5自重及质量指标 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

21、“ KN ” 。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(2/KN m KN 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:QRH K G = (1-11.2 门式起重机的特点 轨道式集装箱门式起重机在我国铁路系统的应用较早,而在港口的应用只是最 近十几年的事情,且先主要用于内河小型集装箱码头。近年来,轨道式集装箱门式 起重机技术发展很快,随着国际燃油价格的不断上涨,许多集装箱码头正在考虑放 弃原定的轮胎式集装箱门式起重机堆场方案而改用轨道式集装箱门

22、式起重机方案。 与轮胎式集装箱门式起重机相比,轨道式集装箱门式起重机具有以下优点:1.场地利用率更高,跨中一般可堆放 8一 l5列集装箱加 1个或多个车道,而 标准的轮胎式集装箱门式起重机跨中只能堆放 6列集装箱加 1个车道。2.定位能力好,且可以提供最迅速和最有效的集装箱存储和检索系统,易于 实现堆场自动化,如果和自动搬运车或移箱输送机等配合作业,可以达到很高的作 业效率。3.各机构的运行速度更高,作业效率更高。4.以电力为动力,无废气排放,噪声低,环保性能好。但是,轨道式集装箱 门式起重机也有许多不足,比如地面轨道安装要求较高,起重机转场困难,对于周转时间较长的堆场,设备利用率较低。另外,

23、起重机运行轨道的存在,使路面不再 平整。有的轨道式集装箱门式起重机还带有吊钩横梁,可以与集装箱吊具实现快速 互换,以实现重大件杂货的吊装作业。还有的轨道式集装箱门式起重机可以横跨港 池或利用长悬臂装卸船舶,这在中小港口可以实现一机多用,降低设备投资。 目前, 轮胎式集装箱门式起重机有一些行业性标准, 国家标准正在制定过程中。 轨道式集装箱门式起重机还没有像轮胎式集装箱门式起重机那样形成完善的参数 系列,轨距和外伸距等更多的是依据集装箱堆场的场地条件来确定,而这也正是轨 道式集装箱门式起重机得以推广的一大优势。1.3 轨道式集装箱门式起重机的分类轨道式集装箱门式起重机的结构形式很多,早期有桁架结

24、构和 L 型箱形单梁结构 等, 但目前基本上都采用箱形双梁结构形式。 轨道式集装箱门式起重机可分为不带悬 臂、单悬臂和双悬臂 3大类。其中单悬臂结构形式的轨道式集装箱门式起重机主要受 使用场地的限制, 从结构受力角度讲并不是一种好的结构形式, 使用较少。 对于带悬 臂结构形式的轨道式集装箱门式起重机,又可分为门腿只需要通过 20ft 集装箱和门腿 需要通过 40ft 集装箱 2大类。 对于悬臂结构形式的轨道式集装箱门式起重机, 根据门架 是否配有马鞍架和斜拉杆,又可分为 3大类,即不带马鞍架和斜拉杆;配有马鞍架和 斜拉杆。1.4主要技术性能参数轨道式集装箱门式起重机的主要技术参数有起重量、起升

25、高度、跨距和伸距、 工作速度以及工作类型等。1.起重量轨道式集装箱门式起重机的起重量有 3个指标, 即额定起重量、 吊具下起重量、 吊钩下起重量。目前吊具下最大起重量超过 50t ,但大多为 30.542t 。2.起升高度起升高度有 2种表述方法,即以“ m ”为单位的绝对起升高度和堆箱高度。起 重机的起升高度大多在 15 m 上下,目前最大的已超过 20m 。从堆箱高度上讲,大 多为堆 3过 4、堆 4过 5和堆 5过 6,目前最大的达到堆 8过 9。3.跨距和伸距轨道式集装箱门式起重机的跨距目前最小为 15m , 最大超过 60m , 大多在 25 35m 之间;起重机的工作伸距一般不超过

26、 10m 。在国外,轨道式集装箱门式起重机广泛用于内河港口,兼做装卸和堆场。在莱茵河两岸的集装箱码头广泛采用这种机 型,如曼海姆集装箱码头,装备有 2台轨道式集装箱门式起重机,其中 l 台跨距为 65m ,外伸距为 13m ;另 1台跨距为 65. 5m ,外伸距为 14.5m ,起重量均为 35t 。 本设计轨道式集装箱门式起重机的跨距为 40m, 两端悬臂均长 10m 。4.工作速度起重机的速度参数包括起升速度、小车运行速度和大车运行速度。随着经济的 不断发展和技术水平的不断提高, 对起重机的速度要求也越来越高。 起升速度:Kunz 公司为汉堡港制造的 6台轨道式集装箱门式起重机, 起升速

27、度达到 80 m/min; ZPMC 等生产的轨道式集装箱门式起重机起升速度满载为 40 m/min, 空载为 80 m/min。 小 车运行速度:Noell 、 Kunz 、 ZPMC 、交通部水运所等单位研制的起重机小车运行速 度都达到了 120m/min;国外目前最大已达到 240 m/min。大车运行速度:Kunz 生 产的轨道式集装箱门式起重机大车运行速度为 l80 m/min。门吊的工作速度有三种,根据起重机用途和起重量的不同而不同。(1 起升机构的起升速度 V 起,它与超重量和生产率有关,通常起重量大而起升 速度低生产率高,速度可以大些;一般不超过 20米 /分;(2 起重小车走

28、行速度 V 小车,般不超过 50米 /分;(3 起重机大车走行速度 V 大车。般不超过 120米 /分。本设计轨道式集装箱门式起重机:大车运行速度是 30米 /分 ,小车运行速度是 60米 /分 ,起升速度是 20米 /分。5.工作类型起重机工作类型是表明起重机工作的载荷变化和忙闲程度的参数。载荷变化程 度是起重机的实际超重量与额定起重量之间的变化关系。有的起重机额定起重量很 大,如几十吨。但只是偶然起吊这样重的货物,经常起吊的货物重量仅是额定起重 量的 1/2或 1/3。忙闲程度是指超重机工作时的长短。如有的一年内要工作 7000小 时,有的工作 4000小时,还有 2000小时、 1000

29、小时不等。根据载荷变化程度和忙 闲程度把超重机的工作类型分为四种类型:(1轻型 (JC=15% ; (2中型 (JC= 25% ; (3重型 (JC=40% ; (4特重型 (JC=60% 。1.5 轨道式集装箱门式起重机的机构1.门架结构轨道式集装箱门式起重机的门架结构一般采用箱形双主梁对称结构,不带悬臂 的大多采用中轨梁,带悬臂的大多采用偏轨梁。近几年,不带悬臂的轨道式集装箱门式起重机在一些大中型港口得到推广应用,其主要特点是由于不需要集装箱通过 门腿,所以门腿大多为梯形结构形式,两主梁中心距 (小车轨距 很小,小车运行机 构大多采用集中驱动, 一般不存在跑偏问题,自重也较轻。一般跨距小于

30、或等于 35 m 的轨道式集装箱门式起重机,两侧门腿都采用刚性门腿;当起重机的跨距大于 35 m时, 则一侧采用刚性门腿, 另一侧采用柔性门腿, 用以补偿吊重和温度所引成 的结构变形。本设计轨道式集装箱门式起重机正是如此。2.起升机构目前轨道式集装箱门式起重机大多采用专用的集装箱吊具,起升机构采用 4根 钢丝绳。所以在起升机构的设计中,必须考虑吊具的同步升降问题。为实现吊具的 同步升降,很多机型采用 1套驱动机构驱动 1个四联卷筒;或采用 1个双出轴电机 分别驱动 2个减速机,每个减速机各驱动 1个双联卷筒;也有的轨道式集装箱门式 起重机采用 2套独立的驱动机构,卷筒采用双联卷筒,为实现同步升

31、降,将 2个高 速轴通过联轴器连起来。近几年,采用卓轮行星减速机驱动的四联卷筒起升机构在 许多码头、货场得到应用,通过合理设置钢丝绳缠绕系统,可以使起升机构既能保 证同步升降,同时又具有一定的防摇效果。起升机构的整体布局非常紧凑,但价格 较高。本设计中,轨道式集装箱门式起重机的起升机构有主副起升机构。3.回转机构在港口,根据用户要求,有的轨道式集装箱门式起重机上利用电动推杆等装置 可以使吊具实现 350的小角度周转,便于吊具对箱;当然也有很多机型根本不考 虑回转问题;还有的机型采用带翻板的集装箱吊具,也可以实现吊具小角度回转, 以方便吊具对箱。 前在铁路货场使用的轨道式集装箱门式起重机起重小车

32、大多具有 完善的回转机构,其起重小车分为上下两层,上下车之间设回转支承。回转支承一 般采用 4个沿环形轨道的行走滚轮或回转大轴承。回转驱动机构大多采用 1套或 2套三合一的立式行星减速机。4.小车运行机构根据小车轨距大小,轨道式集装箱门式起重机的小车运行机构可选用集中驱动 或分别驱动。(1对于不带悬臂的轨道式集装箱门式起重机,小车轨距约为 67m ,几乎 全部采用集中驱动。(2对于带悬臂但只允许 20ft 集装箱通过门腿的轨道式集装箱门式起重机, 小车轨距约为 89m ,此时小车运行机构有的采用集中驱动,有的要用分别驱动。(3对于带悬臂的需要 40ft 集装箱通过门腿的轨道式集装箱门式起重机,

33、小 车轨距约为 16m , 此时小车运行机构全部采用 2套或 4套独立的驱动机构分别驱动。 小车采用分别驱动时,越来越多地选用三合一驱动机构。另外,小车采用分别驱动 时必须考虑小车行走时两侧车轮的同步运行问题。5.大车运行机构轨道式集装箱门式起重机的大车运行机构一般采用 4套或 8套独立的驱动机 构。减速器采用轴装式或卧式,前者目前在高效率起重机上应用普遍,而且经常选 用三合一驱动装置,工作可靠,但价格较高。而后者属于比较传统的做法,由于技 术上非常成熟,尤其成本比较低,所以在新研制的机型仍应用得非常普遍。起升机 构和小车运行机构大多选用盘式制动器,而大车运行机构可选用块式制动器、盘式 制动器

34、、液压轮边制动器,近年来防风惯性制动器也有较多应用。6.电气传动与控制系统近几年,随着交流调速控制技术的不断完善,绝大部分起重机采用交流驱动, 直流驱动系统越来越少。 原来所谓调速性能好的直流驱动系统已经被交流变频调速 系统所代替。目前的轨道式集装箱门式起重机几乎全部采用交流变频调速系统,起 升机构具有恒功率调速功能,以实现满载低速、空载高速的起升要求,提高起重机 的作业效率。PLC 控制技术已经成为目前轨道式集装箱门式起重机的基本配置。 PLC 系统可 以与工控机相连,与上位监控软件进行数据交换;还可以与司机室触摸屏相连,将 有关数据传送到触摸屏监控软件,极大地方便了起重机的使用与维护。完善

35、的电气 保护系统和故障自动检测系统是现代起重机控制技术的一个重要特点,触摸屏成为 轨道龙门吊司机室的必要配置。另外,直观的动画显示、中文显示、存储、打印功 能等也得到广泛应用。第 2章 门式起重机的三大工作机构门式起重机的三大工作机构 (机械传动部分 由起升机构、 起重小车走行机构、 大车走行机构等构成,它们分别实现吊装货物的上下升降,左右 (横向 搬移和前后 (纵向 搬运三个动作,构成一个作业区域。2.1起升机构起升机构的主要形式:(1吊钩门式起重机的起升机构; (2抓斗门式起重机 的起升机构; (3电磁门式起重机的起升机构和三用门式起重机的起升机构; (4 两用门式起重机的起升机构。门吊的

36、起升机构根据起起重机用途的不同具有不同的形式,若起升重量在 16吨以上者,一般具有两套起升机构,即简称主钩和副钩。门吊起升机构安装在起重小车上,构造如图 2.1所示。 一般由电动机、联轴器、 传动 (补偿 轴、制动器、减速器、卷简、滑轮组、钢丝绳和吊钩组等组成。 图 2.1 起升机构1电动机; 2联轴器; 3传动轴; 4带制动轮齿轮联轴器;5减速器; 6卷筒; 7支座架; 8平衡滑轮; 9钢丝绳;10动滑轮组; 11吊钩(转矩 (常闭 式 只要电2.2门式起重机的小车运行机构,分为双梁小车运行机构和单主梁小车运行机构两 种。本设计起重机的小车运行机构属于双梁型。门吊起重小车常见的形式有:1.双

37、梁门架用的起重小车,小车架下面有两对 (四个 走行轮,其中两个为驱动 轮,其余两个为从动轮,其构造如图 2 .3所示。 图 2.3 行走机构双梁门架用的起重小车,一般由小车架 (钢板和型钢焊接而成 、起升机构 和小车走行机构等组成。 起升机构安装在小车架平台上。 小车走行机构又由电动机、 带制动轮齿轮联轴器、减速器、传动轴和轮对等组成。小车走行行机构传动形式一 般为集中驱动,即采用一台电动机、一台制动器、一台减速器驱动一对走行轮。 (或带制动轮联锁器工作原理是:起动起重小车走行机构,电动机通电,制动器松闸。动力通过联 轴器将动力 (转矩 输入减速器,它将电动机的高转速低转矩变成低转速大转矩,所

38、 以减速器不仅能起减速作用,而且能起到增大转矩 (扭矩 的作用。减速器低速轴输 出的转矩经过传动轴,驱动走行轮对在轨道上滚从而实现起重小车、吊重 (货物 横 向移动于小车轨道上。2.单主梁箱形桥架用的起重小车传动过程和工作原理基本上与双梁结构用的 起重小车相同。2.3大车走行机构1.大车运行机构的车轮布置一般的门式起重机的大车运行机构车轮为四个,布置在下横梁的四个角上。同 一轨道上两轮中心距称为轮距,一般说轮距与跨度之比为 1/41/6之间。当车轮轮 压大时,可采取增加四个角上车轮数量的形式,两个车轮组成一个平衡台车,与下 横梁绞接。如果四个车轮同在一个角,可由两个平衡台车组成一个大的平衡台车

39、与 下横梁铰接。车轮的布置形式很多,应由设计者根据整机轮压计算情况并考虑使用单位对基础的要求来确定。2.大车运行机构的驱动形式门吊大车走行机构是为了完成吊重沿轨道方向移动,它亦有集中驱动和分别驱 动两种形式,但集中驱动只适用于小跨度、起重量很小的门吊上。因此,目前很少 采用集中驱动,极大多数采用分别驱动。本设计的集装箱门式起重机采用的是分别 驱动。门吊大车走行机构分别驱动是指起重机两边支腿下面的驱动轮 (主动轮 分别由 两套 (对称安装, 图中画了一套 独立的驱动装置来驱动。 为了保证左右两个车轮同步, 两套驱动装置由电气控制线路实行集中控制。分别驱动装置由电动机、减速装置、制动器、联轴器和车

40、轮等组成。按照减速 方式和安装布置的不同可分为以下几种形式:(1 标准立式减速器的驱动装置:这种驱动方式的特点是立式减速器的输出 轴 (低速轴 通过联轴器与车轮轴联接,如图 2.4(a 所示。它具有结构简单、紧凑, 使用寿命长的优点。(2 车轮轴套装于立式减速器输出轴中的驱动装置:如图 2.4(b 所示。(3 卧式减速器的驱动装置。(4 减速器链条驱动装置。本课题采用的是形式(a 。 图 2.4驱动装置1 电动机; 2 带轮制动器; 3 立式减速器; 4 低速轴联轴器; 5 驱动轮;第 3章 门式起重机的电气设备及选用起重机的电气部分是起重机必不可少的重要组成部分。电气设备工作的好坏将 直接影

41、响起重机的性能。 也就是说:一台好的起重机必须要有好的电气设备。 为此, 要求设计、制造部门能精心设计、认真制造,才能造出好的电气设备、造出好的起 重机。但是,仅仅这样还不够,更重要的还要求我们能够正确、合理地使用起重机 和它的电气设备,注意日常的维护保养,执行计划预修制度,经常保持设备完好, 才能保证正常运行,以满足日益发展的生产需要。3.1门式起重机的工作类型及过程断续周期性工作类型:生产机械的工作类型有连续、短时和断续周期性三种。断续周期性工作类型的特点是:有一系列相似的工作周期。 在每个工作周期中, 机构的工作是短时的,间断的,其中有工作时间,也有休息时间。这些工作周期又 是持续的、频

42、繁的、重复的进行。起重机吊运重物的过程是:首先将大车和小车开至吊运物的上空,放下吊钩, 升起重物,将大车和小车开至安放重物位置的上空,放下重物,升起吊钩,以上是 一个工作周期。再将大车和小车开至另一重物的上空,进入下一个工作周期,如此 不断的重复运行。在某一工作周期中,无论是大车,小车还是吊钩,就一个机构而 言,都不是连续工作的,而是短时工作,其中有工作时间(本机构工作时 ,也有 休息时间(其他机构工作时 。这些都符合断续周期性工作类型的特点,所以说起 重机的主要工作机构是断续周期性类型运行的。与之相适应,起重机的主要电控设 备(电动机、控制器、控制屏、电阻器、继电器等也是按断续周期性工作类型

43、运 行的。断续周期性运行时,在一个工作周期中,有工作时间,也有休息时间。对电动 机或电器元件的温升来说,开始工作时,不能达到其稳定值,停止时,也不能冷却 到周围介质的温度,如此重复多次之后,温度便逐渐升高,最后在某两个固定的温 度值间变化,温度基本稳定。按规定每一周期持续时间不超过 10min ,超过 10min 的应按短时工作类型考虑。断续周期性运行时,各工作周期不断重复进行,要求电动机经常起动和制动, 电器元件经常接通和分断,接电次数多,工作频繁。断续运行 (既有工作时间又有休息时间 和不断重复 (接电次数多, 工作繁重是起重机电器设备的两个主要特点。所以起重机用的电动机和主要电器元件(控

44、制 器、变频器、接触器、电阻器、继电器等都是专门设计的,并自成系列。3.2起重机常用的下降制动方法为了使下降的重物能获得稳定的运行速度,需要使电动机在制动状态下运行。 异步电动机常见的制动方法有再生发电制动、反接制动和单相制动三种。1.再生发电制动再生发电制动发生在由于外力的作用使异步电动机的转速超过其同步转速时, 此时电动机的运行状态象一个与电网并联的异步发电机,将电能反馈给电网。这种 制动方法常用于起升机构下降重物时,其特点是转速较快,且必须超过同步转速。 绕线型异步电动机应用再生发电制动时,不能在转子电路中串接电阻器,因串接电 阻后,转速将更快,过快的转速将引起机构的损坏。2.反接制动电

45、动机被过重的负载倒拉,就会出现反接制动状态。此时,电动机的转子被迫 逆着旋转磁场的方向旋转, 转速是负值, 转子中将产生比静止时更高的感应电动势。 为了限制转子电流不致过大,需在转子电路中串接足够的电阻。反接制动时,电动 机把下降负载的位能变换成电能,并于从电网吸取的电能一起变成热能,消耗在转 子电阻里。 这种制动方法常用于起升机构下降较重负载时, 其特点是机械特性较软。 3.单相制动把三相异步电动机的定子绕组接在单相电源上或把三相电源中的任何一相断 开,并在转子电路中串接适当的电阻,如此时电动机由下降的重物带动旋转,则电 动机便进入单相制动状态运行。在电动机的定子绕组中,通过单相交流电时,可

46、以看作是在三相绕组上加了一 个三相不对称的电压,不对称的电压可以分解成正序和负序两个对称的电压分量。 正序电压在定子绕组中产生正序电流,而负序电压产生负序电流。正序电流建立正 旋转磁场,负序电流建立负旋转磁场。两个旋转磁场分别在转子绕组中感应出正序 电动势和负序电动势。由于两个转子电动势的作用,在转子绕组中又产生正序电流 和负序电流。正旋转磁场和转子正序电流相互作用产生正力矩,负旋转磁场与转子 负序电流相互作用产生负力矩。电动机发出的总力矩为正力矩和负力矩之和。 任何生产机械都由原动机、传动装置、工作机构和操纵控制设备等组成。如果 以电动机作为原动机来拖动生产机械的工作机构,则它的驱动、传动装

47、通常称为电力拖动系统。该系统中的电动机、控制操纵部分,电气电路和电气器件等等习惯统 称电气设备。电气设备的功用主要在于:由电动机将电能转变成机械能,通过传动装置拖动 工作机构;控制设备通过各种控制器件和电器元件用来控制电动机按工作机构的要 求完成各种动作。门吊的电气设备主要有动力设备电动机,操作电器磁力起动器、凸轮 控制器、主令控制器、接触器、电阻器等,电气保护装置保护箱、过电流继电 器、熔断器、行程限位开关、安全保护开关等;导电装置以及电气电路工作电 路 (主回路 和控制电路等组成。3.2电气控制系统1.电制与供电本机采用交流 380V 、 50Hz 三相四线制供电系统。 动力回路 380V

48、 , 控制回路和 照明回路为 220V ,安全电压为 24V 。整机供电采用磁滞式电缆卷筒供电(左右卷 放有效长度为 150m ,小车供电采用悬挂电缆小车式。2.电力拖动与控制本设备起升机构、大、小车运行机构全部采用变频驱动装置;控制系统采用三 菱公司的 FX 系列 PLC ;故障诊断及显示采用触摸屏。3.操作:先解除行走锚定装置, 然后合上总隔离闸刀和总空气开关, 此时主配电板 (MBD和联动台 (TQK上合闸指示灯亮,再检查三相电源情况,若正常可进行吊装作业。 (1大车运行机构:使用 1SA 进行运行机构的操作,左右各 4个操作档位。 可实现平滑地匀加速或匀减速运动。当该机构从运动状态到停

49、止时,先断电,延时 56秒后自动抱闸,以减少整机制动时的冲击和震动。(2小车运行机构:该机构操作手柄为 3SA ,设置前进和后退各四个档位, 可实现平滑地匀加速或匀减速运动。在两腿外侧悬臂端设置有慢速运行区域,当小 车从悬臂端向内侧运行时,不受上述限制。(3起升机构:该机构的操作手柄为 2SA ,起升和下降各四个操作档位,可 实现平滑地匀加速或匀减速运动。(4保护按照起重机设计规范 和 起重机安全规程 的规定,整机设置有总的过流、短路、失压、欠压保护,并且在联动台和主电源柜上、机器房以及在下横梁对角位 置设有紧停按钮。大车运行机构:该机构设置有零压、零位、过流短路,正反向联锁,极限位置 限位,

50、 电缆卷筒极限限位等保护, 另外还设置有锚定联锁以及防护器顶松轨联锁等。 小车运行机构:该机构设置有零位、 零压、 过流和短路保护, 以及正反向联锁、 悬臂端限速和极限位置保护等, 另外还设置有驾驶室通道口联锁开关和小车锚定装 置。起升机构:该机构设置有零位、零压、过流短路保护,正反向联锁、上下预限 位保护,极限位置保护和应急限位保护以及超载保护等。(5信号、通讯和照明a 超负荷限制器在起升机构吊重达到额定载荷的 95%时, 发出报警信号, 在达 到额定载荷的 110%时,起升机构断电,只允许下降操作。b 大车运行时有间断的声光报警信号以提醒现场人员避让。c 各机构极限位置时产生报警信号。d

51、风速超过额定值时产生报警信号,并停止整机工作。e 设置二部对讲机以便起重机上下联系。f 照明:本机在梁底部设置有 8盏 500W 投光灯, 在小车架底部设置有 4盏 500W 投光灯作为工作照明,司机室、机器房、电气房、楼梯走道都设置有足够的照明设 置和不同电压等级的插座。在机器房配置有 2台轴流风机,在电气房配置有一台轴 流风机以改善散热条件。在司机室和机器房内的电气房各设置 1部双制式空调。另 外还配备了 2盏隔爆型手提检修灯(可充电式和必要的消防设备。3.3电动机起重机上使用的电动机可分为直流电动机和交流电动机。在门式起重机上一般 采用交流异步电动机,其中有鼠笼式电动机和绕线式电动机。鼠

52、笼式电动机只限于 中小容量、起动次数不多,没有调速要求,对起动平滑性要求不高,操作简单的场 合。而绕线式电动机则是起重机上使用范围最广泛的一种电动机。门吊采用的电动机多为三相交流绕线式异步电动机 (或称滑环电机 。由于桥吊、门吊的工作特点,采用的三相交流绕线式异步电动机应适应反复短 时运转;频繁的起动、逆转和制动;经常起载和重载起动;机械振动和冲击较大; 工作环境恶劣等。因此,起重机用的电动机与一般工业用电动机工况不同,它应满足如下要求和特点:电动机按断续周期性工作类型制造。当使用在不同接电持续率时,电动机有不 同的输出功率。通常以 JC 25%(或 JC 40%作为基准的接电持续率,其他常用

53、的 接电持续率有 15%、 40%(25%和 60%三种。电动机还可在半小时或一小时的短 时工作类型下工作。当使用在非常频繁的场合时,还派生有强迫通风系列,其接电 持续率为 100%。 在电动机的产品样本上分别列出相应的输出功率和其他技术数据。 为了提高在高接电持续率下的输出功率,电动机设计得有较高的热容量、较低的固 定损耗(即铁损和较大的散热面积。电动机的输出功率还与每小时的起动次数有关,起动时的电流额定工作电流, 增加了起动损耗也就增加了发热量,由于转速尚未达到额定值,降低了散热条件, 所以频繁的起动会使电动机的温升增加而影响输出功率。为了适应频繁起动的要 求,提高高起动次数下的输出功率,电动机具有较小的转动惯量和较小的平均起动 电流,以降低起动损耗为了适应频繁的起动、制动和逆转,要求电动机具有较小的转子转动惯量,所 以起重机用电动机往往设计得比较细长, 以得到较小的加速度时间和较小的起动损 耗,但也不应追求过小的转动惯量,而影响电动机的坚固性和散热能力。起重机的起升机构经常出现超速运行的情况,要求电动机的转子结构要坚固, 其允许的最大转速一般为电动机同步转速的 2.5倍。在结构上电动机应