千斤顶三维设计论文及桥式起重机plc控制改造设计

摘要机械设计在国民经济发展中起着重要的作用，机械工业担负着为国民经济部门提供各种性能先进，价格低廉，使用安全可靠，造型美观的技术装备的任务，在国家现代化建设中举足轻重。机械产品的市场竞争能力主要取决于产品的质量，而产品的质量又取决于产品的设计。千斤顶是一种起重高度小(小于1ｍ)的最简单的起重设备。主要用于厂矿、交通运输等部门作为车辆修理及其它起重、支撑等工作。其结构轻巧坚固、灵活可靠，一人即可携带和操作。千斤顶是用刚性顶举件作为工作装置，通过顶部托座或底部托爪在小行程内顶升重物的轻小起重设备。本次设计既是产品开发周期中的关键环节，有贯穿于产品开发过程的始终。设计决定了实现产品功能和目标的方案，结构和选材。制造方法以及产品运行，使用和维修方法。设计不合理会导致产品功能不完善，成本提高或可靠性，安全性不好。产品设计上的缺陷造成的先天不足，难以采取制造和使用措施加以弥补。少数情况下，即有可能，损失也大。严重的设计不合理甚至会造成的产品不能用或产品制造不出来，导致产品开发失败。现代机械产品的要求不对传统机械产品高的多，因而在产品开发和改进过程中只有全面深入地运用现代设计理论，方法和技术才能满足社会对现代机械产品愈来愈苛刻的要求，提高其市场竞争能力。关键词：千斤顶，可靠，先进1起重机械的概述起重机械是一种以间歇作业方式对物料进行起升，下降和水平移动的搬运机械。起重机械的作业通常带有重复循环的性质。一个完整的作业循环一般包括取物、起升、平移、下降、卸载，然后返回原处等环节。经常起动、制动、正向和反向运动是起重机械的基本特点。起重机械广泛用于交通运输业、建筑业、商业和农业等国民经济各部门及人们日常生活中。起重机械由运动机械、承载机构、动力源和控制设备以及安全装备、信号指示装备等组成。起重机的驱动多为电力，也可用内燃机，人力驱动只用于轻小型起重设备或特殊需要的场合。起重机械按结构特征和使用场合分为：轻小型起重设备、桥架型起重机、缆索型起重机、臂架型起重机、堆垛起重机、升降机械。然而，千斤顶又属于起重机械的一种。千斤顶是一种起重高度小(小于1ｍ)的最简单的起重设备。它有机械式和液压式两种。机械式千斤顶又有齿条式与螺旋式两种。千斤顶按工作原理分为：螺旋千斤顶、齿条千斤顶、油压千斤顶。

2螺旋传动的设计和计算2.1螺旋传动的类型和应用螺旋传动是利用螺杆（丝杠）和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。它主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递运动和动力。它具有结构紧凑、转动均匀、准确、平稳、易于自锁等优点，在工业中获得了广泛应用。按照用途不同，螺旋传动分为传力螺旋、传导螺旋和调整螺旋三种类型。传力螺旋以传递动力为主，要求以较小的转矩产生较大的轴向推力，一般为间歇性工作，工作速度较低，通常要求具有自锁能力，图1.1的螺旋千斤顶及图1.2的螺旋压力机均为传力螺旋。传导螺旋以传递运动为主，这类螺旋常在较长的时间内连续工作且工作速度较高，传动精度要求较高，如图1.3所示的机床进给机构的螺旋。调整螺旋用于调整并固定零件间的相对位置，一般在空载下工作，要求能自锁，如带传动张紧装置、机床卡盘、轧钢机轧滚下压螺旋等。图1.1螺旋千斤顶图1.2螺旋压力机图1.3传导螺旋按照螺旋副摩擦性质的不同，螺旋传动又可分为滑动摩擦螺旋传动（简称滑动螺旋）、滚动摩擦螺旋传动（简称滚动螺旋）和静压滑动螺旋传动（简称静压螺旋）。滑动螺旋传动应用较广，其特点是结构简单，制造方便，成本低；易于实现自锁；运转平稳。缺点在于当低速或进行运动微调时可能出现爬行现象；摩擦阻力大，传动效率低（一般为30%~50%）；螺纹间有侧向间隙，反向时有空行程；磨损较大。广泛应用于机床的进给、分度、定位等机构，如压力机、千斤顶的传力螺旋等。滚动螺旋也称滚珠丝杠，其特点是摩擦阻力小，传动效率高（90%以上）；运转平稳，低速时不爬行，启动时无抖动；螺旋副经调整和预紧可实现高精度定位精度和重复定位精度；传动具有可逆性，如果运用于禁止逆转的场合，需要加设防逆转机构；不易摩擦，使用寿命长。缺点为结构复杂，制造困难；抗冲击能力差。应用于精密和数控机床、测试机械、仪器的传动和调整螺旋，车辆、飞机上的传动螺旋。滚动螺旋传动特点：传动效率高，传动精度高，起动阻力矩小，传动灵活平稳，工作寿命长。滚动螺旋传动应用于机床、汽车、拖拉机、航空军工等制造业。滚动螺旋传动按滚珠循环方式分为：内循环：滚珠始终和螺杆接触，两个封闭循环回路有两个反向器，三个封闭循环回路有三个反向器。特点：流动性好，效率高，经向尺寸小。外循环：分离，工艺性好，分为螺旋式，插管式，挡珠式静压螺旋传动螺杆与螺母被油膜隔开，不直接接触。具有摩擦阻力小，传动效率高（达99%）；螺母的结构复杂；运转平稳，无爬行现象；传动具有可逆性（不需要时应加设防逆转机构）；反向时无空行程，定位精度高，轴向刚力大；磨损小，寿命长等优点。其缺点为结构复杂，制造较难，需要一套压力稳定，供油系统要求高。应用于精密机床的进给、分度机构的传动螺旋。2.2螺旋传动的运动关系在螺旋传动中，结构最简单应用最广泛的是滑动螺旋，本节主要介绍这种螺旋传动的设计。滑动螺旋副工作时，主要承受转矩和轴向拉力（或压力）的作用，由于螺杆和螺母的旋合螺纹间存在着较大的相对滑动，因此，其主要失效形式是螺纹牙破损。滑动螺旋的基本尺寸通常根据耐磨条件确定。对于传力螺旋还应校核螺杆危险截面的强度；对于青铜或铸铁螺母以及承受重载的调整螺旋应校核其自锁性；对于精度传动螺旋应该校核螺杆的刚度；对于受压螺杆，当其长径比很大时，应校核其稳定性；对于高速长螺杆，应校核其临界转速；要求自锁时，多采用单线螺纹，要求高效时，多采用多线螺纹。1.一般螺旋机构一般螺旋机构当螺杆转Ψ角（rad）时，螺母轴向移动的位移L（mm）为L=SΨ/2π式1式中，S为螺旋线导程（mm）。如螺杆的转速为ｎ（ｒ／ｍｉｎ），则螺母移动速度ｖ﹝ｍｍ／ｓ﹞为ｖ＝Ｓｎ／６０式22.差动螺旋机构与复式螺旋机构图1.4差动螺旋机构图1.4中的螺旋机构中，螺杆1上有A、B两段螺旋，A段螺旋导程为SA（ｍｍ），B段螺旋导程为SB（ｍｍ），两者旋向相同，则当螺杆转Ψ角（ｒａｄ）时，螺母轴向移动的位移L（ｍｍ）为L=（SA-SB）Ψ/2π式3如螺杆的转速为ｎ（ｒ／ｍｉｎ），则螺母移动速度ｖ﹝ｍｍ／ｓ﹞为L=（SA-SB）ｎ／６０式4由式（1-4）可知：当A、B两螺旋的导程SA、SB接近时，螺母可得到微小位移，这种螺旋机构称为差动螺旋机构（又称微动螺旋机构），常用于分度机构、测微机构等。如两螺旋的旋向相反，螺母轴向移动的位移L为L=（SA-SB）Ψ/2π式5移动速度为ｖ＝（SA-SB）ｎ／６０式6这种螺旋机构称为复式螺旋机构，适合于快速靠近或离开的场合，如图1.5所示的车钩快速合拢或分开装置。2.3滑动螺旋传动的设计滑动螺旋传动工作时，螺杆和螺母主要承受转矩和轴向载荷（拉力或压力）的作用，同时在螺杆和螺母的旋合螺纹间有较大的相对滑动。滑动螺旋传动的主要失效形式是螺纹磨损。因此，通常根据螺旋副的耐磨性条件，计算螺杆中径及螺母高度，并参照螺纹标准确定螺旋的主要参数和尺寸，然后再个、对可能发生的其他失效逐一进行校核。2.4滑动螺旋的结构及材料1.滑动螺旋的结构滑动螺旋的结构包括螺杆、螺母的结构形式及其固定和支承结构形式。螺旋传动的工作刚度与精度等和支承结构有直接关系，当螺杆短而粗且垂直布置时，如起重及加压装置的传力螺旋，可以采用螺母本身作为支承的结构。当螺杆细长且水平布置时，如机床的传导螺旋（丝杠）等，应在螺杆两端或中间附加支承，以提高螺杆工作刚度。螺母结构有整体螺母、组合螺母和剖分螺母等形式。整体螺母结构简单，但由磨损而产生的轴向间隙不能补偿，只适合在精度要求较低的场合中使用。对于经常双向传动的传导螺旋，为了消除轴向间隙并补偿旋合螺纹的磨损，通常采用组合螺母或剖分螺母结构。图1.6为组合螺母的一种结构形式，利用螺钉2可使斜块3将其两侧的螺母挤紧，减小螺纹副的间隙，提高传动精度。传动用螺杆的螺纹一般采用右旋结构，只有在特殊情况下采用左旋螺纹。2.螺杆与螺母常用材料螺杆和螺母材料应具有较高的耐磨性、足够的强度和良好的工艺性。螺杆与螺母常用材料见表1.2。表1.2螺杆与螺母常用材料螺纹副材料应用场合螺杆Q235Q2754550轻载、低速传动。材料不热处理40Gr65Mn20GrMnTi重载、较高速。材料需经热处理，以提高耐磨性9Mn2VGrWMn38GrMoAl精密传导螺旋传动。材料需经热处理螺母ZcuSn10P1ZcuSn5Pb5Zn5一般传动ZcuAL10Fe3ZcuZn25AL6Fe3Mn重载、低速传动。尺寸较小或轻载高速传动，螺母可采用钢或铸铁制造，内空浇铸巴士合金或青铜2.5耐磨性计算耐磨性计算尚无完善的计算方法，目前是通过限制螺纹副接触面上的压强ｐ作为计算条件，其校核公式为ｐ＝F/Ａ＝F/лd2hz=FP/πd2hH≤[p]式7式中，F为轴向工作载荷（N）；A为螺纹工作表面投影到垂直于轴向力的平面上的面积（mm²）；d2为螺纹中径(mm)；P为螺距(mm)；h为螺纹工作高度(mm)，矩形与梯形螺纹的工作高度h=0.5P,锯齿形螺纹高度h=0.75P;z=H/P为螺纹工作圈数，H为螺纹高度(mm)，[p]为许用压强(MPa)，见表1.7表1.7滑动螺旋传动的许用压强[p]螺纹副材料滑动副速度/(m·min-1)许用压强/MPa钢对青铜低速<3.06~12>1518~2511~187~101~2钢-耐磨铸铁6~126~8钢-灰铸铁<2.46~1213~184~7钢-钢低速7.5~13淬火钢-青铜6~1210~13注：ø<2.5或人力驱动时，[p]可提高20%；螺母为剖分式时，[p]应降低15%-20%。为便于推导设计公式，令ø=H/d2，代入式（1-6）整理后得螺纹中径的设计公式为d2≥式8对矩形、梯形螺纹，h=0.5P，则d2≥0式9对锯齿形螺纹，h=0.75P，则d2≥0.65式10ø值根据螺母的结构选取。对于整体式螺母，磨损后间隙不能调整，通常用于轻载或精度要求低的场合，为使受力分布均匀，螺纹工作圈数不宜过多，宜取ø=1.2～2.5；对于剖分式螺母或螺母兼作支承而受力较大，可取ø=2.5～3.5；传动精度高或要求寿命长时，允许ø=4。根据公式计算出螺纹中径d2后，按国家标准选取螺纹的公称直径d和螺距P。由于旋合各圈螺纹牙受力不均，故z不宜大于10。2.6螺母螺纹牙的强度计算螺纹牙多发生剪切与弯曲破坏。由于一般情况下螺母材料的强度比螺杆低，因此只需校核螺母螺纹牙的强度。假设载荷集中作用在螺纹中径上，可将螺母螺纹牙视为大径D处展开的悬臂梁（图1.6），螺纹牙根部aa处的弯曲强度校核公式为σb=3Fh/πDb²z≤[σb]式11剪切强度校核公式为 τ=F/zπDb≤[τ]式12式中，F、h、z同式（1-6）；D为螺母螺纹的大径(mm)；b为螺母螺纹牙根部宽度(mm)；可由国家标准查得，也可取矩形螺纹b=0.5P，梯形螺纹b=0.65P，锯齿形螺纹b=0.74P；[σ]、[b]、[τ]分别为螺母螺纹牙的许用弯曲应力和许用切应力(MPa)，见表1.8表1.8滑动螺旋副材料的许用应力项目许用应力/MPa钢制螺杆[σ]=σS/3~5σS为材料的屈服极限/MPa螺母材料许用弯曲应力[σb]许用切应力[τ]青铜40~6030~40耐磨铸铁50~6040铸铁45~5540钢（1.0~1.2）[σ]0.6[σ]注：静载荷许用应力取大值。若螺杆与螺母的材料相同，由于螺杆螺纹的小径d1小于螺母螺纹的大径D，故应校核螺杆螺纹牙的强度，这时公式中的D应改为d1。2.7螺杆强度校核螺杆受轴向力F及转矩T的作用，危险截面上受拉（压）应力σ和扭转切应力τ。根据第四强度理论，τ螺杆危险截面的强度校核公式为式13式中，d1为螺杆螺纹的小径（mm）；[σ]为螺杆材料的许用应力（MPa），见表1.8；T为螺杆所受转矩(N·m)；由式T=Ftan(λ+ρν)。2.8螺杆稳定性校核对于长径比大的受压螺杆，当轴向力F超过某一临界载荷FC时，螺杆可能会突然产生侧向弯曲而丧失稳定。因此，对细长螺纹应进行稳定性校核。螺杆的稳定性条件为式14式中，S为稳定性安全系数，对于传力螺旋取S=3.5～5；对于传导螺旋取S=2.5～4；对于精密螺杆或水平螺杆取S>4。临界载荷FC与螺杆的柔度γ及材料有关，根据γ=的大小选用不同的公式计算。当γ≥85～90时，根据欧拉公式计算，即式15式中，FC为临界载荷（N）；E为螺杆材料的弹性模量（MPa），对于钢E=2.06×105；I为危险截面的惯性矩（mm4），I=，d1为螺杆螺纹内径(mm)；μ为长度系数，与螺杆端部结构有关，见表1.9；L为螺杆最大受力长度(mm)；i为螺杆危险截面的惯性半径(mm)，I==。表1.9长度系数μ螺杆端部结构μ两端固定0.5一端固定，一端不完全固定0.6一端固定，一端自由（如千斤顶）2一端固定，一端铰支（如压力机）0.7两端铰支（如传导螺杆）1注：用下列办法确定螺杆端部的支撑情况：采用滑动支承时：lo为支承长度，do为支承孔直径，lo/do<1.5铰支；lo/do=1.5～3不完全固定；lo/do>3固定。采用滚动支承时：只有径向约束时为铰支；径向和轴向都有约束为固定。当γ<85～90时；对σb≥380MPa的碳素钢（如Q235、Q275）Fc=(304-1.12γ)式16当γ<85～90时，对σb≥470MPa的优质碳素钢（如355、45）Fc=(461-2.57γ)式17当γ<40时，无需进行稳定性计算。2.9自锁性校核对于要求自锁的螺旋传动，应校核是否满足自锁条件，即式18式中，ƒν为螺纹副的当量摩擦系数，见表1.10表1.10螺旋传动螺旋副的当量摩擦系数ƒν（定期润滑）螺旋副材料钢和青铜钢和耐磨铸铁钢和铸铁钢和钢淬火钢和青铜ƒν0.08～0.100.10～0.120.12～0.150.11～0.170.06～0.083千斤顶的工作原理和设计3.1千斤顶的概述千斤顶是一种起重高度小(小于1ｍ)的最简单的起重设备。它有机械式和液压式两种。机械式千斤顶又有齿条式与螺旋式两种，由于起重量小，操作费力，一般只用于机械维修工作，在修桥过程中不适用。液压式千斤顶结构紧凑，工作平稳，有自锁作用，故使用广泛。其缺点是起重高度有限，起升速度慢。液压千斤顶分为通用和专用两类。专用液压千斤顶使专用的张拉机具，在制作预应力混凝土构件时，对预应力钢筋施加张力。专用液压千斤顶多为双作用式。常用的有穿心式和锥锚式两种。

穿心式千斤顶适用于张拉钢筋束或钢丝束，它主要由张拉缸、顶压缸、顶压活塞及弹簧等部分组成。它的特点是：沿拉伸机轴心有一穿心孔道，钢筋(或钢丝)穿入后由尾部的工具锚固。千斤顶主要用于厂矿、交通运输等部门作为车辆修理及其它起重、支撑等工作。其结构轻巧坚固、灵活可靠，一人即可携带和操作。千斤顶是用刚性顶举件作为工作装置，通过顶部托座或底部托爪在小行程内顶升重物的轻小起重设备。千斤顶按工作原理分为：(1)螺旋千斤顶：采用螺杆或由螺杆推动的升降套筒作为刚性顶举件的千斤顶。(2)齿条千斤顶：采用齿条作为刚性顶举件的千斤顶。(3)油压千斤顶：采用柱塞或液压缸作为刚性顶举件的千斤顶。千斤顶已实施出口产品质量许可制度，未取得和质量许可证的产品不准出口。3.2千斤顶的种类和规格3.2.1油压千斤顶的结构、用途89S51单片机内部总线是单总线结构,即数据总线和地址总线是公用的.89S51有40条引脚,与其他51系列单片机引脚是兼容的.这40条引脚可分为I/O接口线、电源线、控制线、外接晶体线4部分.89S51单片机为双列直插式封装结构,如图3.2所示.油压千斤顶按其结构、用途分为如下两种：①立式螺纹连接结构的油压千斤顶，其代号的表征字母为qyl。②立卧两用油压千斤顶，其代号的表征字母为qw。型号表示方法：

第一位为型式代号，qyl、qw。第二位为额定起重量，t。第三位为行程代号，g：表示高行程；d：表示低行程；普通型无表示。油压千斤顶的基本参数应符合表3.1中规定。表3.1油压千斤顶基本参数型号额定起重量最低高度h起升高度h1≥调整高度h2≥活塞直径泵心直径起升进程①≥手柄长度公称压力手柄②操作力≤活塞杆压下力≤净重③tmmmpankgqyl1.61.6158906024

5045034.73302202.2qyl3.23.2195125

30

3255044.4

3.5qyl5g52321608036122262048.25

5.0qyl5d20012522

4.6qyl88236160241670056.686.9qyl1010240451473061.687.3qyl12.512.524550121185062.479.3qyl161625056963.7411.0qyl2020280180－609.5100069.3344515.0qyl323228575671.0023.0qyl505030090477.0833.5qyl7171320110183(快进)1073.2766.0qw100100360200－1404.595063.74350x2785120qw2002004001902.569.23

250q3203204502401.669.33435注：①起升进程为油泵工作10次的活塞上升量。②使用多节手柄时，手柄操作力不得大于390n。③净重不包括手柄重量，但包括油的重量。3.2.2螺旋千斤顶的种类、规格螺旋千斤顶按其结构和使用场所分为：①普通型螺旋千斤顶，其代号的表征字母为ql。②普通高型螺旋千斤顶，其代号的表征字母为qlg。③普通低型螺旋千斤顶，其代号的表征字母为qld。④钩式螺旋千斤顶,其代号的表征字母为qlg。⑤剪式螺旋千斤顶,其代号的表征字母为qlj。⑥自落式螺旋千斤顶,其代号的表征字母为qlz。型号表示方法：ql

第一位ql：螺旋千斤顶的基本参数应符合表3.2中的规定。表3.2螺旋千斤顶技术参数型号额定起重量gn最低高度h≤起升高度h1≥手柄作用力≤手柄长度≈自重≈

tmmmmnmmkgqlj0.50.51101801201502.5qlj113qlj1.61.62002004.8ql22170180803005ql3.23.22001101005006qld3.23.2160505ql552501301606007.5qld55180657qlg5527013011ql8826014020080010ql101028015025080011qld10102007510qlg1010310130

15ql1616320180400100017qld16162259015qlg161644520019qlg161637018020ql2020325180500100018qlg202044530020ql3232395200650140027qld323232018024(qlg36)36470200710140082ql5050452250510100056qld505033015052(qlz50)5070040014901350109ql100100455200600150086qld161622590400100015第二位为螺旋千斤顶的型式第三位为额定起重量，t；型式特征代号(普通型无表示)。3.3千斤顶的工作原理千斤顶有机械千斤顶和液压千斤顶等几种，原理各有不同。从原理上来说，液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是说，液体各处的压强是一致的，这样，在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加的压力比较小，而大的活塞上施加的压力也比较大，这样能够保持液体的静止。所以通过液体的传递，可以得到不同端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的。我们所常见到的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力的传递。螺旋千斤顶是通过往复扳动手柄，拔爪即推动棘轮间隙回转，小伞齿轮带动大伞齿轮、使举重螺杆旋转，从而使升降套筒获得起升或下降，而达到起重拉力的功能，但不如液压千斤顶简易。3.4千斤顶的设计设计螺旋千斤顶，已知轴向载荷F=10000N，起重高度为l=124mm，方案图3.1所示。图3.1千斤顶结构图1.选择材料由表1.2选材料为45钢，由手册查σ=355Mpa；螺母材料为ZCuSn10P1，由表1.3查得[p]=11Mpa；取单头右旋梯形螺纹，α=30º，β=15º，整体螺母。2.耐磨性计算(1)取Ф=2(2)计算d2d2≥0.8=0.8×=17.06由计算出的d2查手册确定螺纹的标准值为d=24mm、D=24.5mmd1=18.5mm，D1=19mmd2（D2）=21.5P=5mm(3)计算螺母高HH=Фd2=2×21.5=43mm(4)计算旋合圈数zz===8.6<10(5)校核螺纹副自锁性λ=arctan===4.23º由表1.5查得fv=0.01,ρv=arctan0.10=5.71º,λ≤ρv,满足自锁条件。1）螺母螺纹牙强度校核由表1.4查得青铜螺母螺纹牙许用弯曲应力[σь]=40～60Mpa、许用剪切应力[τ]=30～40Mpa；梯形螺纹螺纹牙根宽度b=0.65P=0.65×5=3.25mm；梯形螺纹螺纹牙工作高度h=0.5P=0.5×5=2.5mm。(1)弯曲强度校核σь===10.72≤[σь]合格(2)剪切强度校核τ===4.65≤[τ]合格2）螺杆强度校核(1)由表1.4查得螺杆许用应力[σ]===71Mpa(2)螺杆所受转矩T=Ftan(λ+ρν)=10000×tan(4.23º+5.71º)=18955N·mm(3)σca====40.13≤[σ]合格3.螺母外部尺寸计算a)计算D3螺母悬置部分受拉伸和扭转联合作用，为计算简单，将F增大30%，按拉伸强度计算得σ=≤[σ]式中，[σ]为螺母材料的许用拉伸应力，可取[σ]=0.83[σb]，由表1.4取[σb]=50Mpa，因此[σ]=0.83[σb]=41.5Mpa。故D3≥==31.5mm取D3=35mmb)确定D0和a按经验公式D0=（1.3～1.4）D3及a=确定。D0=（1.3～1.4）×35=45.5～49mm取D0=48mma===14.3取a=15mmc)校核凸缘支承表面的挤压强度，强度条件为σp=≤[σp]合格d)校核凸缘根部弯曲强度σp===7.88Mpa≤[σb]=50Mpa合格e)校核凸缘根部剪切强度，强度条件为τ=≤[τ]式中，螺母材料的许用切应力[τ]=35Mpa故τ==6Mpa≤[τ]合格4.手柄设计计算拖杯与手柄的结构a)确定手柄长度手柄上的工作转矩为T=FHLH=T1+T2=式中，T1、T2分别为螺纹副摩擦力矩及拖杯与接触面摩擦力矩（N·mm）；fc=0.15为拖杯与支承面的摩擦系数；D0为托杯底座与支承面接触部分外径（mm），由经验公式D0=（1.6～1.8）d确定，取D0=45mm；d0为托杯底座与支承面接触部分内径（mm），取d0=18mm,FH为手作用在手柄上的力（N）,如一人连续工作，手作用力通常取FH=150～200N,取FH=180N；LH为手柄有效长度（mm）。故180LH=得LH=246mm取LH=350mmb)确定手柄直径dk选手柄材料为45钢，σS=355MPa,许用弯曲应力=237～178Mpa，取[σb]=200Mpa。手柄的弯曲强度条件为σb=因此，dK≥=147.75mm,dK=20mm。托杯其他部分尺寸为托杯高h=(0.8～1)Do=36～45mm取h=36mm铰支头高h1=(1.8～2)dK=36～40mm取h1=36mm5.螺杆稳定性校核(1)计算柔度γ=螺杆一端固定，一端自由，长度系数μ=2；螺杆最大受力长度L由起重高度l、螺母高H、铰支头高h1及螺杆轴向预留余量△决定，因L=l+H+h1+△=124+43+36+12=215mm；螺杆危险截面惯性半径i==4.625mm。γ===92.97(2)计算临界载荷I===5749.9mm4因为γ=92.97≥85～90，因此FC===63161.13N=6.3≥S=4合格3.5千斤顶的装配图根据千斤顶的轴测图和零件图（图3.2（a））绘制其装配图。图3.2（a）千斤顶的轴测图(1)分析首先要了解千斤顶的工作原理：千斤顶是利用螺旋传动来顶举重物的一种起重或顶压工具，常用于汽车修理及机械安装中。工作时，重物压于顶垫之上，将绞杠穿入螺旋杆上部的孔中，旋动绞杠，螺旋杆在螺套中靠螺纹做上、下移动，从而顶起或放下重物。螺套镶在底座里，用螺钉定位，磨损后便于更换。顶垫套在螺旋杆顶部，其球面形成传递承重之配合面，由螺钉锁定，使顶垫相对螺旋杆旋转而不脱落。由工作原理可知，千斤顶的装配主干线是螺旋杆，为了清楚的表达千斤顶的内外部装配结构，应选如图3.2（b）所示全剖视的工作位置为主视图。在主视图上，千斤顶的7个零件所处的位置及装配关系、各零件的主要形状均已表达清楚，只有螺旋杆上与绞杠配合的孔没有表达充分，故采用拆去绞杠零件，沿螺旋杆上部孔的轴线剖开的A—A断面图表达清楚。在千斤顶装配图上，应标注螺套与底座的配合尺寸Ø60H8/j7和外形尺寸Ø150、300、230.5～278.5。(2)画图选定绘图比例和图幅后布置视图，先确定各视图的位置，画出主要轴线、中心线及基准线。然后开始画底图，按照“先主后次”的原则，沿装配轴线按装配关系依次画出底座→螺套→螺旋杆→绞杠→顶垫等零件。底图完成后，检查加深图线，还要进行尺寸标注，编注零件序号，填写明细栏、标题栏等，完成全图，如下图3.2（b）所示。图3.2（c）千斤顶4千斤顶三维实体的绘制4.1千斤顶的三维零件图绘制4.1.1绘制三维螺钉步骤先按照设计尺寸，做好螺钉的平面图，利用绘图里面的面域菜单生成面域，然后做回转体，并利用（差集）做出方块槽，生成如下：绘制圆柱螺旋线：半径5，圈高1，高度15.5，如下显示：在螺钉旁边绘制牙型截面，按照尺寸绘制等腰梯形并生成面域，显示如下：利用扫掠对象绘制螺旋体，显示如下：利用差集对象从圆柱体中查去螺旋体，并删除螺旋线，显示如下：螺钉最终生成三维立体图如下：4.1.2绘制M8螺钉步骤根据设计尺寸绘制螺帽，并利用差集对象绘制方块槽，如下显示：绘制圆柱体，做倒角，显示如下：绘制圆柱螺旋线，并作好牙型截面，以基点沿螺旋线扫掠，如下显示：利用差集和合集做好螺钉实体，显示如下：4.1.3绘制顶块的步骤根据设计尺寸绘制顶块品面图并生成面域，利用影像、旋转实体等命令生成实体，删除辅助线，完成顶块的三维绘制，显示如下：4.1.4绘制挡圈步骤根据设计尺寸绘制截面并生成面域，利用旋转命令生成实体，最后删除辅助线，完成挡圈的三维零件绘制，显示如下：4.1.5绘制螺杆三维实体步骤根据设计尺寸绘制截面，并生成面域，如下显示：利用旋转命令创建螺旋杆主体，如下显示：在空间内，绘制两个Φ20X70的圆柱并对齐在相应的位置上，如下显示：同样利用插入图形文件“M8螺钉”对齐后，再利用差集，将两个圆柱体和螺钉从螺杆主体中差去，删除辅助线，显示如下：绘制螺纹线，及牙型截面并生成面域，利用扫掠命令沿螺旋线扫掠，显示如下：利用差集，将螺旋体从螺杆主体中差去，删除螺旋线，显示如下：4.1.6绘制三维螺母实体步骤根据设计尺寸绘制截面并生成面域，显示如下：利用旋转命令创建螺母外轮廓主体，显示如下：同样，绘制两个Φ7X3的盲孔，删除辅助线，显示如下：打开螺杆文件，复制螺杆实体零件，黏贴在当前的文件里，并切换相应的图图面，对齐，然后将螺杆向上移动16MM（两倍的螺距），显示如下：利用差集命令从螺母外轮廓主体中差去螺杆实体，显示如下：4.1.7绘制底座三维实体步骤根据设计尺寸绘制截面并生成面域，显示如下：利用旋转命令创建底座主体，显示如下：切换到相应的图面，在相应的位置绘制M10X106的螺杆，并从底座主体插曲螺杆，删除辅助线，显示如下：4.2绘制千斤顶三维装配图打开“螺杆”的图像文件，另存为装配图，通过复制、粘贴将其他的零件插入到当前的文档，显示如下：一次复制粘贴完之后，如下显示：通过旋转、移动等将各个零件按照装配位置关系调整方位，按照顺序利用基点移动等装配起来，如下显示：在菜单栏中选择三位操作里面的剖切命令，做剖切图显示如下：毕业设计（论文）毕业论文题目：桥式起重机PLC控制改造设计PAGE18目录TOC\o"1-2"\h\z\u第1章绪论 11.1过程控制技术的发展概述 21.2对起重机控制电路进行PLC改造的意义 31.3本设计的主要内容 4第2章桥式起重机电气控制 52.1桥式起重机简介 52.2桥式起重机对电力拖动和电气控制的要求 72.3起重机电动机的工作状态分析 82.4起重机控制原理分析 10第3章起重机PLC控制系统的设计 213.1可编程序控制器的功能和特点 213.2PLC控制系统的设计基本原则与主要内容 223.3PLC硬件的选择 243.4节省PLC输入输出点数的方法 273.5PLC的选型设计 29第4章桥式起重机PLC控制系统的程序设计 394.1PLC控制程序设计的一般步骤 394.2桥式起重机控制程序的设计 40第5章桥式起重机PLC控制系统的检修 495.1桥式起重机常见故障及可能原因 495.220/5T桥式起重机电气控制线路的常见故障检修 50参考文献 53结束语 54第1章绪论1.1过程控制技术的发展概述在现代工业控制中,过程控制技术是一历史较为久远的分支。在本世纪30年代就已有应用。过程控制技术发展至今天,在控制方式上经历了从人工控制到自动控制两个发展时期。在自动控制时期内，过程控制系统又经历了三个发展阶段,它们是：分散控制阶段,集中控制阶段和集散控制阶段。从过程控制采用的理论与技术手段来看，可以粗略地把它划为三个阶段：开始到70年代为第一阶段，70年代至90年代初为第二阶段，90年代初为第三阶段开始。其中70年代既是古典控制应用发展的鼎盛时期，又是现代控制应用发展的初期，90年代初既是现代控制应用发展的繁荣时期，又是高级控制发展的初期。第一阶段是初级阶段，包括人工控制，以古典控制理论为主要基础，采用常规气动、液动和电动仪表，对生产过程中的温度、流量、压力和液位进行控制，在诸多控制系统中，以单回路结构、PID策略为主，同时针对不同的对象与要求，创造了一些专门的控制系统，如：使物料按比例配制的比值控制，克服大滞后的Smith预估器，克服干扰的前馈控制和串级控制等等，这阶段的主要任务是稳定系统，实现定值控制。这与当时生产水平是相适应的。第二阶段是发展阶段，以现代控制理论为主要基础，以微型计算机和高档仪表为工具，对较复杂的工业过程进行控制。这阶段的建模理论、在线辨识和实时控制已突破前期的形式，继而涌现了大量的先进控制系统和高级控制策略，如克服对象特性时变和环境干扰等不确定影响的自适应控制，消除因模型失配而产生不良影响的预测控制等。这阶段的主要任务是克服干扰和模型变化，满足复杂的工艺要求，提高控制质量。1975年，世界上第一台分散控制系统在美国Honeywe公司问世，从而揭开了过程控制崭新的一页。分散控制系统也叫集散控制系统，它综合了计算机技术、控制技术、通信技术和显示技术，采用多层分级的结构形式,按总体分散、管理集中的原则，完成对工业过程的操作、监视、控制。由于采用了分散的结构和冗余等技术，使系统的可靠性极高，再加上硬件方面的开放式框架和软件方面的模块化形式，使得它组态、扩展极为方便，还有众多的控制算法(几十至上百种)、较好的人—机界面和故障检测报告功能。经过20多年的发展，它已日臻完善，在众多的控制系统中，显示出出类拔萃的风范，因此，可以毫不夸张地说，分散控制系统是过程控制发展史上的一个里程碑。第三阶段是高级阶段，目前正在来到。1.2对起重机控制电路进行PLC改造的意义目前，在企业中运行着的许多生产设备在控制技术方面都趋于落后和老化，但并未完成设备的设计寿命。特别是设备主体的工作性能还十分稳定和可靠，只是在新技术的应用上跟不上时代的发展，运行中的消耗偏高，效率较低，控制性能不够优越。在这种情况下，若只为追求新技术的应用而提前进行设备的更新换代，将造成极大的浪费，同时增大设备投资的回收难度，提高企业的产品成本。本设计中20/5吨桥式起重机电气驱动系统分为主钩、副钩、小车、大车四部分。在原传动控制中，采用转子串接电阻的调速方式，其设备存在缺点如下：起重机每天需进行大量的装卸操作，由于绕线式电机调速是通过电气驱动系统中的主要控制元件——交直流接触器和断开电动机上的串接电阻，切换十分频繁，在电流比较大的状态下，容易烧坏触头。同时因工作环境恶劣，转子回路串接的电阻因灰尘、设备震动等原因经常烧坏、断裂。因而设备故障率比较高，维修工作量比较大。拖动电动机容量大，启动时电流对电网冲击大，而且都是惯性负载，机械冲击也较大，机械设备使用寿命短，操作人员的安全系数较差，设备运行可靠性低。起重机工作的协调性主要靠操作人员的熟练程度。由于由于副钩、大车、小车凸轮控制器之间没有固定的联系，在起重机工作时操作人员劳动强度比较大，容易疲劳，易产生误操作。要解决上述问题，最有前途的作法是对现有设备进行技术改造，提高旧设备的新技术含量。这样既能有效地发挥现有设备主体的工作性能，又能降低成本、提高效率。采用PLC（可编程控制器）来控制桥式起重机的运行，可以充分体现出PLC所具有的功能强，可靠性高、编程简单、使用方便、体积小巧等优点。起重机采用PLC控制，还能解决传统控制方式下在操作方面的许多麻烦，包括开闭电机和起升电机在抓斗刚装料闭合起升时难以同步等问题。同时，通过采用PLC控制可以减轻工人的劳动强度，提高抓斗桥式起重机的工作性能。因此，PLC在该方面的应用具有重要的实用意义和推广价值。1.3本设计的主要内容1)电气控制系统的设计方法2)继电接触器控制系统设计的一般要求3)桥式起重机电路的设计4)桥式起重机控制电路的工作原理5)桥式起重机电路控制器件的选择6)桥式起重机电路的检修第2章桥式起重机电气控制2.1桥式起重机简介2.1.1桥式起重机的结构与分类起重机是一种用于起吊和放下重物并使重物在短距离内水平移动的起重设备。起重设备有多种形式，有桥式、塔式、门式、旋转式和缆索式等。桥式起重机通常分为单主梁、双梁起重机两大类。按吊具不同又可分为吊钩、抓斗、电磁、两用(吊钩和可换的抓斗)桥式起重机。此外还有防爆、绝缘、双小车、挂梁等桥式起重机。不形式的起重机分别用在不同的场合。如车站货场使用的门式起重机；建筑工地使用的塔式起重机；生产车间使用桥式起重机。桥式起重机一般通称行车或天车。图2.1桥式起重机示意图1-驾驶室2-辅助滑线架3-交流磁力控制屏4-电阻箱5-起重小车6-大车拖动电动机7-端粱8-主滑线9-主粱桥式起重结构示意如图2.1图2.1桥式起重机示意图1-驾驶室2-辅助滑线架3-交流磁力控制屏4-电阻箱5-起重小车6-大车拖动电动机7-端粱8-主滑线9-主粱大车运行机构有分别驱动和集中驱动两种，目前我国生产的桥式起重机大都采用分别驱动方式。小车由起升机构和小车运行机构组成，小车运行机构采用集中驱动方式。2.1.2桥式起重机的供电特点起重机的电源为380V，由公共的交流电源供给。由于起重机在工作时是经常移动的，同时，大车与小车之间、大车与厂房之间都存在相对运动，因此，要采用可移动的电源设备供电。一般采用软电缆供电。软电缆可随大、小车的移动而伸展和叠卷。另一种方法是采用滑触线和集电刷供电。三根交流电源经由三根主滑触线与滑动的集电刷，引进起重机驾驶室内的保护控制柜上再从保护控制柜引出两相电源至凸轮控制器，另一相称为电源的公用相，它直接从保护控制柜接到各电动机的定子接线端。滑触线通常采用角钢、圆钢或工字钢等钢性导体制成。2.1.3桥式起重机的主要技术参数桥式起重机的主要技术参数有起重量、跨度、起升高度、起升速度、运行速度和工作级别等。1、起重量系指被起升物的重量，有额定起重量和最大起重量两个参数。额定起重量是指起重机允许吊起的物品连同可分吊具重量的总和。最大起重量是指在正常工作条件下允许吊起的最大额定起重量。起重机械最大起重量在国家标准GB783-87中已有规定。2、跨度起重机主梁两端车轮中心线间的距离，即大车轨道中心线间的距离称作跨度。3、起升高度吊具或抓取装置的上极限位置与下极限位置之间的距离，称为起升高度。4、工作速度桥式起重机的工作速度包括起升速度及大、小车运行速度。起升速度指吊物(或其它取物装置)在稳定运动状态下，额定载荷时的垂直位移速度。中、小起重量的起重机起升速度一般为8～20m/min。小车运行速度一般为30～50m／min。大车运行速度一般为80～120m/min。5、工作级别起重机的工作级别是根据起重机利用等级和载荷状态划分的，它反映了起重机的特性。按工作级别使用起重机，可安全又充分发挥起重机的功能。关于工作级别可参阅GB3811-83起重设计规范中的有关规定。2.2桥式起重机对电力拖动和电气控制的要求桥式起重机工作环境恶劣，粉尘大，温度高，空气潮湿，其工作性质为重复短时工作制。因此，拖动电动机经常处于起动、制动、调速、反转工作状态；同时，负载很不规律，经常承受大的过载和机械冲击；另外，起重机要求有一定的调速范围。为此，专门设计制造了YZR系列起重及冶金用三相感应电动机。为了更好地起重行业更新桥式起重机配套电机的需要，在YZR系列基础上运用计算机重新设计其电磁方案，研究出了YZR-Z系列起重专用电机。2.2.1起重用电动机的特点1)电动机按断续周期工作制设计制造，其代号为S3。在断续工作状态下用负载持续率FC%表示。(2-1)一个周期通常是为10min，标准的负载持续率有15%、25%、40%、60%等几种。2)具有较大的起动转矩和最大转矩，适应重载下的起动、制动和反转。3)电动机转子制成细长形，转动惯量小，减小了起、制动时的能量损耗。4)制成封闭型，具有较强的机械结构，有较大的气隙，以适应多尘土和较大机械冲击的工作环境；具有较高的耐热绝缘等级，允许温升较高。2.2.2提升机构与移动机构对电力拖动自动控制的要求为了提高起重机的生产率和生产安全，对起重机提升机构电力拖动自动控制提出如下要求：1)具有合适的升降速度，空钩能快速升降，轻载提升速度应大于额定负载的提升速度。2)具有一定的调速范围，普通起重机调速范围为3:1，对要求较高的起重机，调速范围可达(5～10):1。3)适当的低速区，提升重物开始或下降重物到预定位置附近，都需要低速。为此，在30%额定速度内应分成几档，以便灵活操作。高速向低速过渡应逐级减速，保持稳定运行。4)提升的第一档为预备档，用以消除传动间隙，将钢丝张紧，避免过大的机械冲击。但预备级的起动转矩不能大，一般限制在额定转矩的一半以下。5)负载放下时，依据负载大小，拖动电动机可以是电机状态、倒拉反接制动状态与再生发电制动状态。图2.2提升物品时的正向电动状态6)为了安全，有机械抱闸的机械制动，以减轻机械抱闸的负担。不允许只有电气制动而无机械制动，不然发生电源事故停电时，在无制动力矩作用下，重物将自由下落，造成设备或人身事故。图2.2提升物品时的正向电动状态大车运行机构与小车运行机构对电力拖动自动控制的要求比较简单，只要有一定的调速范围，分几档进行控制即可。为实现准确停车，应采取制动停车。2.3起重机电动机的工作状态分析图2.3下放空钩或轻载时的反向电动状态2.3.1大车、小车行走机构电动机的正、反向电动状态运行图2.3下放空钩或轻载时的反向电动状态起重机大车和小车运行机构电动机的负载转矩为运行传动机构和车轮滚动时的摩擦阻力矩，其值为一常数，方向始终与运动方向相反。因此，大车与小车来回移动时，拖动电动机处于正向与反向电动状态运行。2.3.2提升重物时的正向电动工作状态提升物品时，电动机负载转矩TL由重力转矩TW及提升机构摩擦阻转矩Tf两部分组成，当电动机电磁转矩T克服负载转矩TL时，重物将被提升；当二者相等时，重物以恒定速度提升。特性如图2.2所示特性，此时电动机处于正向电动状态。图2.4下放在中载或重时的再生制动状态2.3.3当空钩或轻载下放时的反向电动状态图2.4下放在中载或重时的再生制动状态图2.5下放重载时的倒拉反接制动状态当空钩或轻载下放时，由于负载重力转矩小于提升机构摩擦阻转矩，此时依靠重物自身重量不能下降。为此，电动机必须向着重物下降方向产生电磁转矩，并与重力转矩一起共同克服摩擦阻转矩，强使空钩或轻载下放，这在起重机中常叫做强迫下降。电动机工作在反转电动状态，如图2.3所示。电动机运行在-na下，以na速度下放重物。图2.5下放重载时的倒拉反接制动状态2.3.4在中载或重时的再生制动状态图2.6单相电动状态机械特性在中载或重载长距离下降重物时，可将提升电动机按反转相序接线，产生下降方向的电磁转矩，此时电磁转矩T与重力转矩TW的方向一致，仍如图2.3所示，使电动机很快加速并超过电动机的同步转速。此时，转子绕组内感应电动势和电流均改变方向，产生阻止重物下降的电磁转矩。当电磁转矩=负载转矩时，电动机以高于同步转速的速度稳定运行，所以也可称为超同步制动，如图2.4所示。图2.6单相电动状态机械特性2.3.5下放重载时的倒拉反接制动状态在下放重型载荷时，为获得低速下降，确保起重机工作安全平稳，常采用倒拉反接制动。此时，电动机定子仍按正转提升相序接线，但在转子电路中串接较大电阻，这时电动机起动转矩小于负载转矩TL，因此电动机就被载荷拖动，迫使电动机反转反转以后电动机的转差率增大，转子的电动势和电流都加大，转矩也随之加大，直至T=TL，如图2.5所示。2.3.6低速下放或中载时的单相制动状态单相制动状态是将电动机定子三相绕组中的任意两相并联后与第三相绕组串联接在电源线电压上，使电动机构成单相接电状态。这时，电动机定子产生一个脉动磁场，将这个脉动磁场分解为两个转速相同、转向相反的旋转磁场。这两个旋转磁场都要产生感应电流，产生转矩。所以，电动机的电磁转矩将是这两个旋转磁场产生的转矩之和。图2.6中曲线1、2分别为正向和反向旋转磁场产生的机械特性，曲线3为合成机械特性。由曲线3可知，当n=0时，T=O，故此时电动机通电后不能起动旋转，但若在外力作用下使电动机起动，可使电动机工作。如果加大电动机转子外加电阻，使其正向与反向特性变软，则合成特性为一条通过坐标原点在二、四象限的直线，如图2.7所示，此时电动机处于制动状态。这时，如果电动机在重力负载作用下，电动机将处于第四象限的倒拉制动状态，称为单相倒拉制动，适用于轻载低速下降。与倒拉反接制动下放物件相比，不会出现轻载不但不下降反而上升之弊端。但不适用于重载下放，因此时将发生高速下降的飞车事故。图2.7单相制动状态机械特性2.4起重机控制原理分析图2.7单相制动状态机械特性2.4.1起重机的保护箱起重机电气控制一般具有下列保护与联锁环节：电动机过载保护；短路电流保护；失压保护；控制器的零位保护；行程限位保护；舱盖、栏杆安全开关及紧急断电保护等。另外，起重机有关机构安装各类可靠灵敏的安全装置，常用的有缓冲器、起升高度限位器、负荷限制器及超速开关等。采用凸轮控制器或凸轮、主令两种控制器操作的交流桥式起重机，广泛使用保护箱。保护箱由刀开关、接触器、过电流继电器等组成，用于控制保护起重机，实现电动机过流保护，以及失压、零位、限位等保护。起重机上用的标准保护盘为XQB1系列。图2.8为XQB1-250-4F/口型保护箱的电气原理图。它用来保护5台绕线转子感应电动机，大车为分别驱动。图中Q为三相刀开关，KM为线路接触器，KOC0为总过电流继电器，KOC1～KOC5为各机构电动机过电流继电器，SA1、SA2、SA3、SA4分别为小车、主钩、大车、副钩的零位保护触点，SQ1-SQ8分别为大车、小车和提升机构的限位开关，SQ11为紧急事故开关，SQ9、SQ10为舱口门和桥架门安全开关，HL为电源信号灯，AL为电铃，XS1～XS3为电源(36V、220V)插座，EL1～EL4为照明灯。图2.8图2.8XQB1-250-4F/口型保护箱的电气原理图桥式起重机的起升机构一般采用凸轮控制器或主令控制器操作，由于主令控制器与磁力控制屏组成的控制电路较复杂，使用元件多，成本高，故一般在以下情况下采用主令控制器控制：1)拖动电动机容量大，凸轮控制器容量不够。2)操作频率高，每小时通断次数接近或超过600次。3)起重机工作繁重，操作频繁，要求减轻司机劳动强度，要求电气设备具有较高寿命。4)起重机要求有较好的调速、点动等运行性能。本设计中，20/5t交流桥式起重机的起升机构主钩采用的是POS1型主令控制电路，如图2.9所示，它是由主令控制器发出动作指令，使磁力控制屏中各相应接触器动作，来换接电路，控制起升机构电动机按与之相应的运行状态来完成各种起重吊运工作。副钩也采用主令控制器来控制其原理与与主钩的控制原理大体相同，副钩中没有点动操作，其制动采用电磁抱闸，如图2.10所示。控制电路特点1)可逆不对称电路；2)主令控制器档数为3-0-3，12个回路；3)电动机转子串接电阻级数：当被控制电动机功率为100kW及其以下时为4级可短接电阻，125kW以上时为5级；其中第一、二级电阻系手动控制切除，其余由时间继电器自动控制切除，其延时整定值为0.6s、0.3s、0.15s；4)下降“1”档为倒拉反接制动档，可实现重型负载的低速下降。当主令控制器手柄由：“0”扳到下降“1”档时，电路不动作，只有当控制器手柄由下降“2”或下降“3”档返回下降“1”档时，电路才动作，以避免发生轻载在该档发生不但不下降反而上升的现象；5)下降“2”档为单相制动档，实现轻载时的低速下降；输入点数为56个，输出点数为39个；6)下降“3”档为再生制动档，可获得高于同步转速的高速下降。主令控制器主要用于要求按一定顺序频繁操纵的控制线路中，如绕线电动机按顺序切除转子附加电阻，也可实现与其它控制线路联锁、转换的目的。它的结构与万能转换开关有些类似，也是通过手柄操作凸轮，使触点按规定的接通表也是通过手柄操作凸轮，使触点按规定的接通表闭合或断开电路，但其触点对数较多。主令控制器的触点没有灭弧装置，使触点分断能力只比按钮稍大。在大型网络控制系统中也能充分发挥其作用。设计中应用的i/o端子数分别是：输入点数为56个，输出点数为39个；图2.9POS1型主令控制电路原理图7)停车时，电路保证制动器驱动元件先于电动机0.6s停电，防止溜钩；8)采用时间继电器KT1延迟电动机可逆运行转换时间，防止接触器KM1-KM3、KM3-KM2可逆转换时可能造成的相间短路。同时，由于KT1的短暂延时，在控制器手柄由“0”扳到下降“3”位时，接触器KM3不动作；9)重型载荷时，在某些场合需经常使用点动操作，为此可对控制器进行在某些场合需经常使用点动操作重型载荷时，在某些场合需经常使用点动操作，为此可对控制器进行在某些场合需经常使用点动操作，为此可对控制器“0”-下降“2”-“0”的操作。为简化操作在某些场合需经常使用点动操作，为此可对控制器，可在图2.9中按加接ab与cd环节，此时可操作脚踏开关SF，使SF常开触点闭合，然后扳动控制器手柄进行“0”-下降“1”-“0”的操作，即可实现点动控制。使SF常开触点闭合，然后扳动控制器手柄进行“0”-下降“1”-“0”的操作，即可实现点动控制。图2.10POS1型副钩主令控制电路原理图电路工作情况分析合上电源开关Q1、Q2，主令控制器SA置于“0”位，零电压继电器KHV1通电吸合并自锁，直流电磁式时间继电器KT3、KT4、KT5通电吸合，其常闭断电延时闭合触点断开，为断电延时做准备。(1)提升重物的控制1)控制器手柄由“0”位扳至上升“1”位时，由于触点KM1断开，使时间继电器KT3断电释放，其触点KT3（SA8支路）经0.6s延时后闭合，使KM4通电吸合，短接一段转子电阻R1，电动机运行在图2.11“上1”特性曲线上。短接一段转子电阻R1，电动机运行在图2.11“上1”特性曲线上。短接一段转子电阻R1，电动机运行在图2.11“上1”特性曲线上。短接一段转子电阻R1，电动机运行在图2.11“上1”特性曲线上。在KM8通电吸合后，经KM8、KM1触点使KT2通电吸合，触点KT2（SA5支路）、KT2（SA11支路）瞬时闭合，前者为KM8延时断电，制动器延时闭合准备，后者为KM1通电提供又一通道。图2.11起升电机的机械特性2)当控制器手柄由提升“1”位扳到提升“2”位时，接触器KM5通电吸合，短接转子电阻R2，电动机运行在图2.11的上2特性曲线上。同时，触点KM5（KT4线圈支路）断开，使时间继电器KT4断电释放，触点KT4(SA10支路)经0.3s延时后闭合，为进一步提高转速做准备。图2.11起升电机的机械特性3)控制器手柄由提升“2”位扳至提升“3”位时，接触器KM6通电吸合，再短接一段转子电阻R3，进入图2.11“上3’”特性上，但这并不是电动机稳定运行状态。因为此时触点KM6（KT5线圈支路）断开，使时间继电器KT5断电释放，经0.15s延时后又使接触器KM7通电吸合，再短接一段转子电阻R4，只剩一段常接电阻R5，电动机稳定工作在图2.10“上3”特性曲线上。当控制器手柄由提升“3”位依次扳回提升“2”位与提升“1”位时，电动机相应工作在图2.11“上2、上1”特性上。但当由提升“1”位扳回“0”位时，电路保证KM8先断电，经KT2延时触点断开才使KM1断电释放，这就使制动器先进行制动，然后再切断电动机提升相序电源，保证有效地制动。(2)下降重物的控制1)当控制器手柄由“0”位扳到下降“1”位时，接触器KM1、KM8仍处于断电释放状态。所以，电动机未接电源，制动器未打开，不致引起重载下降，也不会引起轻载不但不下降反而上升的现象发生。但此时时间继电器KT3、KT4、KT5通电吸合，为断电延时做准备。2)当控制器手柄由下降“1”位扳至下降“2”位时，将上升限位开关SQ1短接；时间继电器KT1通电吸合，经延时后使接触器KM3通电吸合，相继使接触器、继电器KM8、KT2通电吸合；接触器KM4通电吸合，使电动机转子电阻R1短接。在串入较大转子电阻情况下，制动器松开，电动机定子接入单相交流电源，处于单相制动状态运转，可实现轻型载荷的低速下降。电动机运行在图2.11单相制动特性曲线上，即“下2”曲线上。3)当控制器手柄由下降“2”位扳向下降“3”位时，KM3、KT1同时断电释放，经KT1（0.11～0.16s）的延时后，使KM2通电吸合，以保证在KM3断电释放后，KM2才通电吸合，避免发生三相短路。并使KT2、KM4、KM5、KM8相继通电吸合。电动机定子按下降相序接线，转子短接电阻R1、R2两段电阻，制动器松开，电动机运行在图2.11“下3’”特性上。另外，触点KM5（KT4线圈支路）断开，使KT4断电释放，经0.3s延时使KM6通电吸合，短接转子电阻R3，电动机运行在图2.10“下3’”特性上，而触点KM6（KT5线圈支路）断开，又使KT5断电释放，经0.15s延时后，使KM7通电吸合，又短接一段电阻R4，电动机运行在图2.11“下3”特性上。该档可用于任何负载的强力下降或再生制动下降。一般来说，对于重型载荷的短距离下降，可选择下降“1”档，以倒拉反接制动下降为宜；对于轻型载荷的矩距离下降，可选择下降“2”档，以单相制动下降；对于轻型和中型载荷的长距离下降，可选择下降“3”，以强力或再生制动下降；对于重型载荷的长距离下降，可选将控制器手柄扳至下降“3”档作高速下降，当距离落放点较近时，再将手柄扳回下降“1”档，以低速来完成余下行程的下放，这样既安全、平稳而又经济。4)当控制器手柄由下降“3”位扳到下降“2”位时，电动机处于单相制动状态，获得低速下降。5)当控制器手柄由下降“2”位扳回到下降“1”位时，KM3、KT1、KM4断电释放，KT2相继断电释放，但因触点KT2（SA5支路）延时0.6s才断开，触点KT1（SA4支路）经0.11-0.16s延时闭合，这就使KM1通电吸合，电动机按提升相序接通电源，转子电阻全部串入。同时，由于KM8相继通电吸合，在KM1、KM8辅助触点作用下，使KT2恢复通电吸合，又保持KM1、KM8的通电吸合。此时，电动机工作在倒拉反接制动状态，实现重型载荷的低速下降。6)当控制器手柄由提升或下降各档位扳回到“0”位时，制动器制动，但触点KT2（SA4支路）需经0.6s延时才断开，在延时期间KM1仍保持通电吸合，电动机仍产生提升的电磁转矩，在该转矩与制动器共同作用下防止溜钩现象。7)换向时间继电器KT1(动合延时0.11-0.16s，开断延时0.15-0.20s)，以延长可逆转换时间，防止接触器KM1-KM3、KM3-KM2可逆转换时可能造成的相间短路。同时，由于KT1的短暂延时，在主令控制器手柄快速由“0”位扳到下降“3”位途径下降“2”位时，KM3不动作，不会进行单相制动。8)点动操作控制在图2.9电路中按图2.12接入ab与cd环节。图中ab与cd环节中的SF为脚踏开关，KM为接触器。点动时，踏下脚踏开关SF，操纵主令控制器手柄在“0”-下降“1”-“0”间方便地进行。图2.12点动操作接线图当SF压下，控制器手柄从“0”位扳到下降“1”位时，触电SA5、SA11闭合，KM通电吸合，KM1通电吸合，KM8、KT2相继通电吸合。电磁抱闸松开，转子串入全部电阻，电动机运行在图2.10中下1特性曲线上，对重载进行倒拉反接制动下降。当控制器手柄由下降“1”位扳回“0”位时，KM9、KM8、KT2断电释放，电磁抱闸进行制动，KM1经KT2延时0.6s断开触点断开后才断电释放，以防止溜钩。若重复上述操作，便可获得重载下的点动下降重物的控制。接入点动控制环节，若要实现轻载下降重物的点动控制，可操作主令控制器手柄在“0”位-下降“2”位-“0”位间进行。这时电动机运行在单相制动下降状态。2.4.3运行机构控制原理大车与小车运行机构在工作中要求有一定的调速范围，能获得几档运行速度。它安有制动器与限位行程开关，设有能吸收车体运动动能的缓冲器，其电气控制有凸轮控制型控制电路与PQY系列主令控制电路。小车运行机构采用KT14-25J/1型凸轮控制器，其电气原理图如图2.12所示。图2.12凸轮控制器控制电路如图2.12可知凸轮控制器左右各有5个工作位置，共有9对常开触点、3对常闭触点，采用对称接法。其中4对主触点接于电动机定子电路进行倒档控制，实现电动机正、反转；另5对主触点接于电动机转子电路，实现转子电阻的接入和切除。另外，在凸轮控制器控制电路中，过流继电器KOC实现过载与短路保护；紧急开关SEM作事故情况下的紧急停电保护；在起重机端梁上栏杆门与司机室舱口门上装有安全开关SQ3，防止人人在桥架上开车以确保人身安全；电磁抱闸YB实现电动机的机械制动。紧急开关SEM作事故情况下的紧急停电保护；在起重机端梁上栏杆门与司机室舱口门上装有安全开关SQ3，防止人人在桥架上开车以确保人身安全；故情况下的紧急停电保护；在起重机端梁上栏杆门与司机室舱口门上装有安全开关SQ3，防止人人在桥架上开车以确保人身安全；防止人人在桥架上开车以确保人身安全电磁抱闸YB实现电动机的机械制动。大车运行机构采用KT14-25J/2型凸轮控制器，其控制箱有PQY系列主令控制器等，PQY系列主令控制电路如图2.13所示。图2.13PQY系列主令控制电路下面以PQY系列主令控制电路为例进行分析。PQY型主令控制电路分类PQY系列运行机构控制电路按控制电动机台数和线路特征分为4种；PQY1型：控制1台电动机；PQY2型：控制2台电动机；POY3型：控制3台电动机，允许1台电动机单独运转；POY4型：控制4台电动机，分成两组，允许每组电动机单独运转。POY2型主令控制电路分析PQY2型主令控制电路是用来控制两台拖动电动机的运行机构，图2.13为PQY2型主令控制电路图，该电路特点是：1)可逆对称电路；2)主令控制器档数为3-0-3，6个回路；3)电动机转子串接起动与调速电阻级数(不包括软化级)按电动机功率分为两种：100kW及以下时为4级；第一、二级由主令控制器手动控制，后两级由继电器接触器控制自动切除，其延时继电器延时整定为3s、1.5s或2s、1s。电动机功率为125kW及以上时为五级，第一、二级系手动切除，其余各级为自动切除，其延时整定值为3s、1.5s、0.75s或2s、或2s、1s、0.5s。4)制动器驱动元件没有专门接触器控制，而是由电动机正、反转接触器KM10、KM11主触点控制，它与电动机同时通电与断电。主令控制器反向第一档为反接制动停车。如要快速停车，可将手柄由正转第一位推向反转第一位。这时，在转子回路中串入全部电阻，电流不会超过容许值，当转速快接近零时，迅速将手柄扳回“0”位图中SQ3、SQ4为正反向限位开关。第3章起重机PLC控制系统的设计3.1可编程序控制器的功能和特点PLC是电子技术、计算机技术与继电逻辑自动控制系统相结合的产物。它不仅充分发挥了计算机的优点，以满足各种工业生产过程自动控制的需要，同时又照顾到一般电气操作人员的技术水平和习惯，采用梯形图或状态流程图等编程方式，使PLC的使用始终保持大众化的特点。PLC的型号繁多，各种型号的PLC功能不尽相同，但目前的PLC一般都具有下列功能：(1)条件控制PLC具有逻辑运算功能，它能根据输入继电器触点的与（AND）、或（OR）等逻辑关系决定输出继电器的状态（ON或OFF），故它可代替继电器进行开关控制。(2)定时控制为满足生产工艺对定时控制的要求，一般PLC都为用户提供足够的定时器．如三菱FX2型PLC共有256个定时器。所有定时器的定时值可由用户在编程时设定，即使在运行中定时值也可被读出或修改，使用灵活，操作方便。(3)计数控制为满足对计数控制的需要，PLC向用户提供上百个功能较强的计数器，如FX2型PLC可向用户提供241个计数器。其中6个高速计数器，121个电池后备计数器。所有计数器的设定值可由用户在编程时设定，且随时可以修改。(4)步进控制步进顺序控制是PLC的最基本的控制方式，但是许多PLC为方便用户编制较复杂的步进控制程序，设置了专门的步进控制指令。如FX2型PLC中拥有上千个状态元件，为用户编写较复杂的步进顺控程序提供了极大的方便。(5)数据处理PLC具有较强的数据处理能力，除能进行加减乘除运算甚至开方运算外，还能进行字操作、移位操作、数制转换、译码等数据处理。(6)通信和联网由于PLC采用了通信技术，可进行远程的I／O控制。多台PLC之间可进行同位链接(PLCLink)，还可用计算机进行上位链接(HostLink)，接受计算机的命令，并将执行结果告诉计算机。一台计算机与多台PLC可构成集中管理、分散控制的分布式控制网络，以完成较大规模的复杂控制。(7)对控制系统的监控PLC具有较强的监控功能，它能记忆某些异常情况或在发生异常情况时自动终止运行。操作人员通过监控命令，可以监视系统的运行状态，可以改变设定值等，片便了程序的调试。可编程序控制器被认为是真正的工业控制计算机，在工业自动控制系统中占有极其重要的地位，其主要特点有：1.编程方法简单易学梯形图是使用最多的PLC的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只需花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。2.可靠性高，抗干扰能力强传统的继电器控制系统中使用大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障。PLC用软件代替中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可以减少到继电器控制系统的十分之一甚至百分之一，因为触点不良造成的故障大为减少。3.系统设计、安装、调试工作量少PLC的梯形图程序可以用顺序控制设计法莱设计。这种编程方法很有规律，容易掌握。对复杂的控制系统，如果掌握了正确的设计方法。设计梯形图的时间比设计继电器系统电路图的时间要少的多。可以在实验室模拟调试PLC的用户程序，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可解决，系统的调试时间比