基于PLC門式起重機控制系統(tǒng)設計

1、目 錄中文摘要、關鍵詞1英文摘要、關鍵詞2引言3第1章 門式起重機系統(tǒng)概述41.1 門式起重機的工作參數(shù)41.2 門式起重機的特點61.3 軌道式集裝箱門式起重機的分類71.4 主要技術性能參數(shù)71.5 軌道式集裝箱門式起重機的機構8第2章 門式起重機的三大工作機構112.1 起升機構112.2 小車走行機構122.3 大車走行機構13第3章 門式起重機的電氣設備及選用163.1 門式起重機的工作類型及過程163.2 起重機常用的下降制動方法173.2 電氣控制系統(tǒng)183.3 電動機193.4 控制電器及選用203.5 變頻器的選擇243.5.1 變頻器的主要特點253.5.2 變頻器類型24

2、3.5.3 門式起重機的變頻調速253.5.4 變頻器容量選定273.6 可編程序控制器（PLC）283.6.1 PLC的主要特點：293.6.2 PLC的基本組成293.6.3 PLC的軟件組成31第4章 電器保護裝置及維護374.1 電器設備374.2 導電裝置以及電氣電路394.3 電氣設備的維護與檢修40結論42致謝43參考文獻44附錄A 45基于PLC的門式起重機控制系統(tǒng)設計摘要：門式起重機是橋式起重機的一種變形，主要用于室外的貨場、料場貨、散貨的裝卸作業(yè)。它的金屬結構像門形框架，承載主梁下安裝兩條支腳，可以直接在地面的軌道上行走，主梁兩端可以具有外伸懸臂梁。門式起重機具有場地利用率

3、高、作業(yè)范圍大、適應面廣、通用性強等特點，在港口貨場得到廣泛使用。集裝箱門式起重機是目前國內(nèi)外非常受推崇的一種集裝箱堆場機型，我國港口越來越多地選用這種機型。本文介紹軌道式集裝箱門式起重機的三大工作機構、電氣設備和電氣控制系統(tǒng)等內(nèi)容，電器設備是起重機上比較復雜的部分，它在沖擊、震動與擺動的工況下作業(yè)，容易發(fā)生故障，特別在高溫、多灰塵、潮濕的環(huán)境下，更容易發(fā)生故障且可能引發(fā)事故。本文主要主要是利用PLC控制的變頻調速技術，控制門式起重機拖動系統(tǒng)的各檔速度、加速時間和制動減速，將轉子繞組引出線短接，去掉電刷和集電環(huán)，節(jié)省更換電動機的費用。而且調速性能好，時間都可以根據(jù)現(xiàn)場情況由變頻器設置，調整方便

4、。負載變化時，各檔速度基本不變。采用先進的電器設備和電器控制方法提高起重機的工作效率。關鍵詞：門式起重機 電動機 變頻器 接觸器 繼電器 PLCPLC-based control system design of gantry craneAbstract：The portal type 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 h

5、andling operation. Its metal structure portal type frame, under the load bearing king post installs two stubs likely, may walk directly on the 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 sc

6、ope is big, the adaptation surface is broad, versatility strong and so on characteristics, obtains the widespread use in the harbor freight 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

7、 and more selects this type. This article introduced that rail-mounted container portal type contents and so on hoist crane's three big operating mechanism, electrical equipment and electric control system, the electric appliance equipment is on the hoist crane the quite complex part, it in the

8、impact, the vibration and under the swinging operating mode the work, easy to break down, under the high temperature, the multi-dusts, the moist environment, easier to break down specially, and possible to cause the accident. This article mainly is mainly uses the PLC control the frequency conversio

9、n velocity modulation technology, control portal type hoist crane dragging system's various grade of speeds, the rise time and the brake decelerates, the rotor winding lead-out wire pipe nipple, removes the electronics brush and the ring header, saves replaces electric motor's expense. Moreo

10、ver the velocity modulation performance is good, the time may establish according to the scene situation by the frequency changer, the adjustment is convenient. When variation of load, various grade of speeds basic invariable. Uses the advanced electric appliance equipment and the electric appliance

11、 control method raises hoist crane's working efficiency. Keywords: gantry; crane; motor; inverter ccontactor; relay; PLC引 言隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展，在運輸業(yè)發(fā)生了一場技術革命集裝箱運輸。六十年代中期集裝箱運輸受到世界各國的普遍重視，從而得到了迅速發(fā)展，以形成一個完整的體系。國際標準化組織為集裝箱規(guī)定了統(tǒng)一的規(guī)格、重量。為發(fā)展集裝箱運輸，又出現(xiàn)了許多種類的裝卸機械，集裝箱龍門起重機就是其中的一種。集裝箱龍門起重機由普通龍門起重機發(fā)展而來，是專門用來裝卸集裝箱的一種起重機

12、，被廣泛的用于碼頭、車站、貨場等。集裝箱龍門起重機最早出現(xiàn)于1958年。1965年以后軌道式集裝箱龍門起重機有了很大的發(fā)展，隨后在19711972年輪胎式集裝箱龍門起重機又有顯著的增多。目前，國內(nèi)外集裝箱龍門起重機正朝著裝卸自動化的方向發(fā)展，為了提高裝卸效率，采用計算機控制起重機的各種動作，它可以安全、準確的將集裝箱搬運到指定的位置，起重機械是物流機械化系統(tǒng)中的重要設備。社會化大生產(chǎn)愈發(fā)展，居民生活水平愈提高，物料搬運和人員的輸送量就愈大，起重機械的應用范圍也就愈廣泛。根據(jù)人類生產(chǎn)和生活的需要，許多具有持殊用途的新型設備不斷出現(xiàn)。本課題通過PLC完成系統(tǒng)邏輯控制部分控制電動機的正、反轉、調速等

13、控制信號進入PLC，PLC經(jīng)處理后，向變頻器發(fā)出起停、調速等信號，使電動機工作，是系統(tǒng)的核心。利用PLC控制的變頻調速技術，門式起重機拖動系統(tǒng)的各檔速度、加速時間和制動減速，調速性能好。第1章 門式起重機系統(tǒng)概述起重機械是一種對重物能同時完成垂直升降和水平移動的機械。在工業(yè)和民用建筑工程中，起重機械作為主要施工機械用于建筑構件和材料在運輸過程的裝卸，并將構件吊到設計位置進行安裝等，不僅解決了人力無法勝任的作業(yè)，而且能保證工程質量，縮短工期，降低成本，成為極其重要的建筑施工機械。起重機械的分類：起重機械的種類很多，按使用的動力設備可分為內(nèi)燃機作動力和電動機作動力兩種；按起重機載荷率可分為輕型、中

14、型、重型、特重型四類；按起重結構可分為龍門式和臂架式兩類；按回轉臺的角度可分為全回轉式和非全回轉式；按行走機構的構造可分為固定式和移動式兩類。建筑施工中常用的為移動式起重機，包括：塔式起重機、汽車式起重機、輪胎式起重機、履帶式起重機，以及最基本的起重機械卷揚機等。隨著高層建筑中作為垂直運輸機械而迅速發(fā)展的施工升降機也已納入起重機械范圍。起重機械的主要性能參數(shù)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 式起重機的工作參數(shù)1起重量起重量是指起重機能吊起重物的質量，其中應包括吊索和鐵扁擔或容器的質量，它是衡量起重機工作能力的一個重要參數(shù)。通常稱為額定起重量，用“Q”表示。起重量

15、的單位過去慣用“t”表示，現(xiàn)都用“KN”表示（10KN約等于1t）。起重機隨著工作幅度的變化，其起重量也隨之變化。因此，額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處于最小幅度時所允許起吊的最大起重量；最大幅度起重量是指基本起重臂處于最大幅度時所允許起吊的最大起重量。一般起重機的額定起重量是指基本起重臂處于最小幅度時允許起吊的最大起重量，也就是起重機銘牌上標定的起重量。2工作幅度工作幅度是指在額定起重量下，起重機回轉中心軸線到吊鉤中心線的水平距離，通常稱為回轉半徑或工作半徑，用“R”表示，單位為“m”。工作幅度表示起重機不移位時的工作范圍，它包括最大幅度(Rmax)和最

16、小幅度(Rmin)兩個參數(shù)。對于俯仰變幅的起重臂，當處于接近水平的水平夾角為13°時，從起重機回轉中心軸線到吊鉤中心線的水平距離最大，為最大幅度；當起重臂仰到最大角度（一般水平夾角為78°）時，回轉中心軸線到吊鉤中心線距離最小，為最小幅度。對于小車變幅的起重臂，當小車行到臂架頭部端點位置時，為最大幅度；當小車處于臂架根部端點位置時，為最小幅度。起重機的起重量，隨幅度變化而變化，同一臺起重機，幅度不同，其起重量也不同。對于有支腿裝置的輪式起重機，還應以有效幅度A表示，即用支腿側向工作時，在額定起重量下，吊鉤中心垂線到該側支腿中心線的水平距離。有效幅度反映起重機的實際工作能力；

17、沒有使用支腿側向工作時，則工作幅度用A1（ 單胎）或A2（雙胎）表示。3起重力矩起重力矩是指起重機的起重量與相應幅度的乘積，以M表示，M=RQ。起重力矩的單位過去慣用tm表示，現(xiàn)都用 表示，它是起重機的綜合起重能力參數(shù)，能全面和確切地反映起重機的起重能力。塔式起重機需要經(jīng)常在大幅度情況下工作，故以起重力矩作為表示型號的主參數(shù)。塔式起重機的起重力矩，通常是指最大幅度時的起重力矩。起重機的起重特性曲線是表示起重機的起重量與幅度關系的曲線，不同幅度有不同的額定起重量，將不同幅度和相應的額定起重量以線連接起來，可以繪制成起重特性曲線。所有起重機的操縱臺旁都有這種曲線圖，使操作人員能很快地查出起重機在某

18、一幅度時的最大起重量。對于能配用幾種不同臂長的起重機，對應每一種長度的起重臂都有其起重特性曲線。4起升高度起升高度是指自地面到吊鉤鉤口中心的距離，用“H”表示，單位“m”，它的參數(shù)標定值通常以額定起升高度表示。額定起升高度是指滿載時吊鉤上升到最高極限，自吊鉤中心到地面的距離。當?shù)蹉^需要放到地面以下吊取重物時，則地面以下深度叫下放深度，總起升高度為起升高度和下放深度的和。對于動臂式起重機，當起重臂長度一定時，起升高度隨著幅度的減少而增加，這一特性可以用起升高度曲線表示，它和起重特性曲線相對應。5工作速度起重機的工作速度包括起升、變幅、回轉和行走等速度。（1）起升速度 起升速度是指起重吊鉤上升或下

19、降的速度，單位為“m/min”。起重機的起升速度和起升機構的卷揚牽引速度有關，而且和吊鉤滑輪組的倍率有關。2繩比4繩快一倍；單繩雙比雙繩快一倍。一般表示起升速度參數(shù)，應注明繩數(shù)。（2）變幅速度 變幅速度是指吊鉤從最大幅度到最小幅度的平均線速度，單位為“m/min”。俯仰變幅起重臂的變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）回轉速度 回轉速度是指起重機在空載情況下，其回轉臺每分鐘的轉數(shù)，單位為“r/min”。（4）行走速度 行走速度是指起重機在空載情況下，行走時最大的速度，單位為“m/min”。（5）自重及質量指標 自重 起重機的自重是指起重機處于工作狀態(tài)時起重機本

20、身的總重，以“G”表示，單位為“t”或“KN”。質量指標 質量指標是指起重機在單位自重下有多大的起重能力，通常用質量利用系數(shù)K表示，它反映了起重機設計、制造和材料的技術水平，K值越大越先進。起重機質量利用系數(shù)（ ）的表示形式是以起重力矩和與此相對應的起升高度來表示，如下式： （11）1.2 門式起重機的特點軌道式集裝箱門式起重機在我國鐵路系統(tǒng)的應用較早，而在港口的應用只是最近十幾年的事情，且先主要用于內(nèi)河小型集裝箱碼頭。近年來，軌道式集裝箱門式起重機技術發(fā)展很快，隨著國際燃油價格的不斷上漲，許多集裝箱碼頭正在考慮放棄原定的輪胎式集裝箱門式起重機堆場方案而改用軌道式集裝箱門式起重機方案。與輪胎式

21、集裝箱門式起重機相比，軌道式集裝箱門式起重機具有以下優(yōu)點：1場地利用率更高，跨中一般可堆放8一l5列集裝箱加1個或多個車道，而標準的輪胎式集裝箱門式起重機跨中只能堆放6列集裝箱加1個車道。2定位能力好，且可以提供最迅速和最有效的集裝箱存儲和檢索系統(tǒng)，易于實現(xiàn)堆場自動化，如果和自動搬運車或移箱輸送機等配合作業(yè)，可以達到很高的作業(yè)效率。3各機構的運行速度更高，作業(yè)效率更高。4以電力為動力，無廢氣排放，噪聲低，環(huán)保性能好。但是，軌道式集裝箱門式起重機也有許多不足，比如地面軌道安裝要求較高，起重機轉場困難，對于周轉時間較長的堆場，設備利用率較低。另外，起重機運行軌道的存在，使路面不再平整。有的軌道式集

22、裝箱門式起重機還帶有吊鉤橫梁，可以與集裝箱吊具實現(xiàn)快速互換，以實現(xiàn)重大件雜貨的吊裝作業(yè)。還有的軌道式集裝箱門式起重機可以橫跨港池或利用長懸臂裝卸船舶，這在中小港口可以實現(xiàn)一機多用，降低設備投資。目前，輪胎式集裝箱門式起重機有一些行業(yè)性標準，國家標準正在制定過程中。軌道式集裝箱門式起重機還沒有像輪胎式集裝箱門式起重機那樣形成完善的參數(shù)系列，軌距和外伸距等更多的是依據(jù)集裝箱堆場的場地條件來確定，而這也正是軌道式集裝箱門式起重機得以推廣的一大優(yōu)勢。1.3 軌道式集裝箱門式起重機的分類 軌道式集裝箱門式起重機的結構形式很多，早期有桁架結構和L型箱形單梁結構等，但目前基本上都采用箱形雙梁結構形式。軌道式

23、集裝箱門式起重機可分為不帶懸臂、單懸臂和雙懸臂3大類。其中單懸臂結構形式的軌道式集裝箱門式起重機主要受使用場地的限制，從結構受力角度講并不是一種好的結構形式，使用較少。對于帶懸臂結構形式的軌道式集裝箱門式起重機，又可分為門腿只需要通過20ft集裝箱和門腿需要通過40ft集裝箱2大類。對于懸臂結構形式的軌道式集裝箱門式起重機，根據(jù)門架是否配有馬鞍架和斜拉桿，又可分為3大類，即不帶馬鞍架和斜拉桿；配有馬鞍架和斜拉桿。1.4 主要技術性能參數(shù)軌道式集裝箱門式起重機的主要技術參數(shù)有起重量、起升高度、跨距和伸距、工作速度以及工作類型等。1起重量軌道式集裝箱門式起重機的起重量有3個指標，即額定起重量、吊具

24、下起重量、吊鉤下起重量。目前吊具下最大起重量超過50t，但大多為30.542t。2起升高度起升高度有2種表述方法，即以“m”為單位的絕對起升高度和堆箱高度。起重機的起升高度大多在15 m上下，目前最大的已超過20m。從堆箱高度上講，大多為堆3過4、堆4過5和堆5過6，目前最大的達到堆8過9。3跨距和伸距軌道式集裝箱門式起重機的跨距目前最小為15m，最大超過60m，大多在2535m之間；起重機的工作伸距一般不超過10m。在國外，軌道式集裝箱門式起重機廣泛用于內(nèi)河港口，兼做裝卸和堆場。在萊茵河兩岸的集裝箱碼頭廣泛采用這種機型，如曼海姆集裝箱碼頭，裝備有2臺軌道式集裝箱門式起重機，其中l(wèi)臺跨距為65

25、m，外伸距為13m；另1臺跨距為655m，外伸距為14.5m，起重量均為35t。本設計軌道式集裝箱門式起重機的跨距為40m,兩端懸臂均長10m。4工作速度起重機的速度參數(shù)包括起升速度、小車運行速度和大車運行速度。隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展和技術水平的不斷提高，對起重機的速度要求也越來越高。起升速度：Kunz公司為漢堡港制造的6臺軌道式集裝箱門式起重機，起升速度達到80 m/min；ZPMC等生產(chǎn)的軌道式集裝箱門式起重機起升速度滿載為40 m/min，空載為80 m/min。小車運行速度：Noell、Kunz、ZPMC、交通部水運所等單位研制的起重機小車運行速度都達到了120m/min；國外目前最大已達

26、到240 m/min。大車運行速度：Kunz生產(chǎn)的軌道式集裝箱門式起重機大車運行速度為l80 m/min。門吊的工作速度有三種，根據(jù)起重機用途和起重量的不同而不同。(1) 起升機構的起升速度V起，它與超重量和生產(chǎn)率有關，通常起重量大而起升速度低生產(chǎn)率高，速度可以大些；一般不超過20米/分；(2) 起重小車走行速度V小車，般不超過50米/分；(3) 起重機大車走行速度V大車。般不超過120米/分。本設計軌道式集裝箱門式起重機：大車運行速度是30米/分 ，小車運行速度是60米/分 ，起升速度是20米/分。5工作類型起重機工作類型是表明起重機工作的載荷變化和忙閑程度的參數(shù)。載荷變化程度是起重機的實際

27、超重量與額定起重量之間的變化關系。有的起重機額定起重量很大，如幾十噸。但只是偶然起吊這樣重的貨物，經(jīng)常起吊的貨物重量僅是額定起重量的1/2或1/3。忙閑程度是指超重機工作時的長短。如有的一年內(nèi)要工作7000小時，有的工作4000小時，還有2000小時、1000小時不等。根據(jù)載荷變化程度和忙閑程度把超重機的工作類型分為四種類型：（1）輕型(JC15)；（2）中型(JC25)；（3）重型(JC40)；（4）特重型(JC60)。1.5 軌道式集裝箱門式起重機的機構1門架結構軌道式集裝箱門式起重機的門架結構一般采用箱形雙主梁對稱結構，不帶懸臂的大多采用中軌梁，帶懸臂的大多采用偏軌梁。近幾年，不帶懸臂的

28、軌道式集裝箱門式起重機在一些大中型港口得到推廣應用，其主要特點是由于不需要集裝箱通過門腿，所以門腿大多為梯形結構形式，兩主梁中心距(小車軌距)很小，小車運行機構大多采用集中驅動，一般不存在跑偏問題，自重也較輕。一般跨距小于或等于35 m 的軌道式集裝箱門式起重機，兩側門腿都采用剛性門腿；當起重機的跨距大于35 m時，則一側采用剛性門腿，另一側采用柔性門腿，用以補償?shù)踔睾蜏囟人傻慕Y構變形。本設計軌道式集裝箱門式起重機正是如此。2起升機構目前軌道式集裝箱門式起重機大多采用專用的集裝箱吊具，起升機構采用4根鋼絲繩。所以在起升機構的設計中，必須考慮吊具的同步升降問題。為實現(xiàn)吊具的同步升降，很多機型

29、采用1套驅動機構驅動1個四聯(lián)卷筒；或采用1個雙出軸電機分別驅動2個減速機，每個減速機各驅動1個雙聯(lián)卷筒；也有的軌道式集裝箱門式起重機采用2套獨立的驅動機構，卷筒采用雙聯(lián)卷筒，為實現(xiàn)同步升降，將2個高速軸通過聯(lián)軸器連起來。近幾年，采用卓輪行星減速機驅動的四聯(lián)卷筒起升機構在許多碼頭、貨場得到應用，通過合理設置鋼絲繩纏繞系統(tǒng)，可以使起升機構既能保證同步升降，同時又具有一定的防搖效果。起升機構的整體布局非常緊湊，但價格較高。本設計中，軌道式集裝箱門式起重機的起升機構有主副起升機構。3回轉機構在港口，根據(jù)用戶要求，有的軌道式集裝箱門式起重機上利用電動推桿等裝置可以使吊具實現(xiàn)350的小角度周轉，便于吊具對

30、箱；當然也有很多機型根本不考慮回轉問題；還有的機型采用帶翻板的集裝箱吊具，也可以實現(xiàn)吊具小角度回轉，以方便吊具對箱。前在鐵路貨場使用的軌道式集裝箱門式起重機起重小車大多具有完善的回轉機構，其起重小車分為上下兩層，上下車之間設回轉支承?；剞D支承一般采用4個沿環(huán)形軌道的行走滾輪或回轉大軸承?；剞D驅動機構大多采用1套或2套三合一的立式行星減速機。4小車運行機構根據(jù)小車軌距大小，軌道式集裝箱門式起重機的小車運行機構可選用集中驅動或分別驅動。（1）對于不帶懸臂的軌道式集裝箱門式起重機，小車軌距約為67m，幾乎全部采用集中驅動。（2）對于帶懸臂但只允許20ft集裝箱通過門腿的軌道式集裝箱門式起重機，小車軌

31、距約為89m，此時小車運行機構有的采用集中驅動，有的要用分別驅動。（3）對于帶懸臂的需要40ft集裝箱通過門腿的軌道式集裝箱門式起重機，小車軌距約為16m，此時小車運行機構全部采用2套或4套獨立的驅動機構分別驅動。小車采用分別驅動時，越來越多地選用三合一驅動機構。另外，小車采用分別驅動時必須考慮小車行走時兩側車輪的同步運行問題。5大車運行機構軌道式集裝箱門式起重機的大車運行機構一般采用4套或8套獨立的驅動機構。減速器采用軸裝式或臥式，前者目前在高效率起重機上應用普遍，而且經(jīng)常選用三合一驅動裝置，工作可靠，但價格較高。而后者屬于比較傳統(tǒng)的做法，由于技術上非常成熟，尤其成本比較低，所以在新研制的機

32、型仍應用得非常普遍。起升機構和小車運行機構大多選用盤式制動器，而大車運行機構可選用塊式制動器、盤式制動器、液壓輪邊制動器，近年來防風慣性制動器也有較多應用。6電氣傳動與控制系統(tǒng)近幾年，隨著交流調速控制技術的不斷完善，絕大部分起重機采用交流驅動，直流驅動系統(tǒng)越來越少。原來所謂調速性能好的直流驅動系統(tǒng)已經(jīng)被交流變頻調速系統(tǒng)所代替。目前的軌道式集裝箱門式起重機幾乎全部采用交流變頻調速系統(tǒng)，起升機構具有恒功率調速功能，以實現(xiàn)滿載低速、空載高速的起升要求，提高起重機的作業(yè)效率。PLC控制技術已經(jīng)成為目前軌道式集裝箱門式起重機的基本配置。PLC系統(tǒng)可以與工控機相連，與上位監(jiān)控軟件進行數(shù)據(jù)交換；還可以與司機

33、室觸摸屏相連，將有關數(shù)據(jù)傳送到觸摸屏監(jiān)控軟件，極大地方便了起重機的使用與維護。完善的電氣保護系統(tǒng)和故障自動檢測系統(tǒng)是現(xiàn)代起重機控制技術的一個重要特點，觸摸屏成為軌道龍門吊司機室的必要配置。另外，直觀的動畫顯示、中文顯示、存儲、打印功能等也得到廣泛應用。第2章 門式起重機的三大工作機構門式起重機的三大工作機構（機械傳動部分）由起升機構、起重小車走行機構、大車走行機構等構成，它們分別實現(xiàn)吊裝貨物的上下升降，左右(橫向)搬移和前后(縱向)搬運三個動作，構成一個作業(yè)區(qū)域。2.1 起升機構起升機構的主要形式：（1）吊鉤門式起重機的起升機構；（2）抓斗門式起重機的起升機構；（3）電磁門式起重機的起升機構和

34、三用門式起重機的起升機構；（4）兩用門式起重機的起升機構。門吊的起升機構根據(jù)起起重機用途的不同具有不同的形式，若起升重量在16噸以上者，一般具有兩套起升機構，即簡稱主鉤和副鉤。門吊起升機構安裝在起重小車上，構造如圖2.1所示。一般由電動機、聯(lián)軸器、傳動(補償)軸、制動器、減速器、卷簡、滑輪組、鋼絲繩和吊鉤組等組成。圖2.1 起升機構1電動機；2聯(lián)軸器；3傳動軸；4帶制動輪齒輪聯(lián)軸器；5減速器；6卷筒；7支座架；8平衡滑輪；9鋼絲繩；10動滑輪組；11吊鉤圖2.2 傳動機構它的傳動過程和工作原理如下：電動機 齒輪聯(lián)軸器 傳動軸帶制動輪齒輪聯(lián)軸器 減速器 齒輪聯(lián)軸器 卷簡 鋼絲繩 定滑輪組 吊鉤組

35、。當起動起升機構接通電源，制動器松閘。隨著電動機的正轉或反轉，動力(轉矩)通過聯(lián)軸器、傳動軸、帶制動輪聯(lián)軸器傳遞給減速器，它將電動機輸出的高轉速低轉矩減速后，輸出低轉速大轉矩，然而拖動卷簡轉動。整條鋼絲繩的兩端穿繞吊鉤定滑輪組后，分別固結在卷筒的兩端部，由于卷筒的正、反轉動，吊鉤組上下升降，從而實現(xiàn)貨物的上下起落。如果在中途切斷電路，電動機被切斷動力，制動器(常閉式)立即抱閘制動，使貨物懸吊在空中位置。電動機與制動器實行電氣聯(lián)鎖，只要電動機一斷電源，制動器依靠彈簧張力發(fā)生制動作用，保證了工作要求和安全作業(yè)。 2.2 小車走行機構門式起重機的小車運行機構，分為雙梁小車運行機構和單主梁小車運行機構

36、兩種。本設計起重機的小車運行機構屬于雙梁型。門吊起重小車常見的形式有： 1雙梁門架用的起重小車，小車架下面有兩對(四個)走行輪，其中兩個為驅動輪，其余兩個為從動輪，其構造如圖2 .3所示。圖2.3 行走機構 雙梁門架用的起重小車，一般由小車架(鋼板和型鋼焊接而成)、起升機構和小車走行機構等組成。起升機構安裝在小車架平臺上。小車走行機構又由電動機、帶制動輪齒輪聯(lián)軸器、減速器、傳動軸和輪對等組成。小車走行行機構傳動形式一般為集中驅動，即采用一臺電動機、一臺制動器、一臺減速器驅動一對走行輪。它的傳動過程：電動機 齒輪聯(lián)軸器(或帶制動輪聯(lián)鎖器) 減速器 齒輪聯(lián)軸器 傳動軸 走行輪。工作原理是：起動起重

37、小車走行機構，電動機通電，制動器松閘。動力通過聯(lián)軸器將動力(轉矩)輸入減速器，它將電動機的高轉速低轉矩變成低轉速大轉矩，所以減速器不僅能起減速作用，而且能起到增大轉矩(扭矩)的作用。減速器低速軸輸出的轉矩經(jīng)過傳動軸，驅動走行輪對在軌道上滾從而實現(xiàn)起重小車、吊重(貨物)橫向移動于小車軌道上。2單主梁箱形橋架用的起重小車傳動過程和工作原理基本上與雙梁結構用的起重小車相同。 2.3 大車走行機構1大車運行機構的車輪布置一般的門式起重機的大車運行機構車輪為四個，布置在下橫梁的四個角上。同一軌道上兩輪中心距稱為輪距，一般說輪距與跨度之比為1/41/6之間。當車輪輪壓大時，可采取增加四個角上車輪數(shù)量的形式

38、，兩個車輪組成一個平衡臺車，與下橫梁絞接。如果四個車輪同在一個角，可由兩個平衡臺車組成一個大的平衡臺車與下橫梁鉸接。車輪的布置形式很多，應由設計者根據(jù)整機輪壓計算情況并考慮使用單位對基礎的要求來確定。2大車運行機構的驅動形式門吊大車走行機構是為了完成吊重沿軌道方向移動，它亦有集中驅動和分別驅動兩種形式，但集中驅動只適用于小跨度、起重量很小的門吊上。因此，目前很少采用集中驅動，極大多數(shù)采用分別驅動。本設計的集裝箱門式起重機采用的是分別驅動。門吊大車走行機構分別驅動是指起重機兩邊支腿下面的驅動輪(主動輪)分別由兩套(對稱安裝，圖中畫了一套)獨立的驅動裝置來驅動。為了保證左右兩個車輪同步，兩套驅動裝

39、置由電氣控制線路實行集中控制。分別驅動裝置由電動機、減速裝置、制動器、聯(lián)軸器和車輪等組成。按照減速方式和安裝布置的不同可分為以下幾種形式：（1） 標準立式減速器的驅動裝置：這種驅動方式的特點是立式減速器的輸出軸(低速軸)通過聯(lián)軸器與車輪軸聯(lián)接，如圖2.4（a）所示。它具有結構簡單、緊湊，使用壽命長的優(yōu)點。（2） 車輪軸套裝于立式減速器輸出軸中的驅動裝置：如圖2.4（b）所示。（3） 臥式減速器的驅動裝置。 （4） 減速器鏈條驅動裝置。本課題采用的是形式（a）。圖2.4驅動裝置1電動機；2帶輪制動器；3立式減速器；4低速軸聯(lián)軸器；5驅動輪；第3章 門式起重機的電氣設備及選用起重機的電氣部分是起重

40、機必不可少的重要組成部分。電氣設備工作的好壞將直接影響起重機的性能。也就是說：一臺好的起重機必須要有好的電氣設備。為此，要求設計、制造部門能精心設計、認真制造，才能造出好的電氣設備、造出好的起重機。但是，僅僅這樣還不夠，更重要的還要求我們能夠正確、合理地使用起重機和它的電氣設備，注意日常的維護保養(yǎng)，執(zhí)行計劃預修制度，經(jīng)常保持設備完好，才能保證正常運行，以滿足日益發(fā)展的生產(chǎn)需要。3.1 門式起重機的工作類型及過程斷續(xù)周期性工作類型：生產(chǎn)機械的工作類型有連續(xù)、短時和斷續(xù)周期性三種。斷續(xù)周期性工作類型的特點是：有一系列相似的工作周期。在每個工作周期中，機構的工作是短時的，間斷的，其中有工作時間，也有

41、休息時間。這些工作周期又是持續(xù)的、頻繁的、重復的進行。起重機吊運重物的過程是：首先將大車和小車開至吊運物的上空，放下吊鉤，升起重物，將大車和小車開至安放重物位置的上空，放下重物，升起吊鉤，以上是一個工作周期。再將大車和小車開至另一重物的上空，進入下一個工作周期，如此不斷的重復運行。在某一工作周期中，無論是大車，小車還是吊鉤，就一個機構而言，都不是連續(xù)工作的，而是短時工作，其中有工作時間（本機構工作時），也有休息時間（其他機構工作時）。這些都符合斷續(xù)周期性工作類型的特點，所以說起重機的主要工作機構是斷續(xù)周期性類型運行的。與之相適應，起重機的主要電控設備（電動機、控制器、控制屏、電阻器、繼電器等）

42、也是按斷續(xù)周期性工作類型運行的。斷續(xù)周期性運行時，在一個工作周期中，有工作時間，也有休息時間。對電動機或電器元件的溫升來說，開始工作時，不能達到其穩(wěn)定值，停止時，也不能冷卻到周圍介質的溫度，如此重復多次之后，溫度便逐漸升高，最后在某兩個固定的溫度值間變化，溫度基本穩(wěn)定。按規(guī)定每一周期持續(xù)時間不超過10min，超過10min的應按短時工作類型考慮。斷續(xù)周期性運行時，各工作周期不斷重復進行，要求電動機經(jīng)常起動和制動，電器元件經(jīng)常接通和分斷，接電次數(shù)多，工作頻繁。斷續(xù)運行（既有工作時間又有休息時間）和不斷重復（接電次數(shù)多，工作繁重）是起重機電器設備的兩個主要特點。所以起重機用的電動機和主要電器元件（

43、控制器、變頻器、接觸器、電阻器、繼電器等）都是專門設計的，并自成系列。3.2 起重機常用的下降制動方法為了使下降的重物能獲得穩(wěn)定的運行速度，需要使電動機在制動狀態(tài)下運行。異步電動機常見的制動方法有再生發(fā)電制動、反接制動和單相制動三種。1再生發(fā)電制動再生發(fā)電制動發(fā)生在由于外力的作用使異步電動機的轉速超過其同步轉速時，此時電動機的運行狀態(tài)象一個與電網(wǎng)并聯(lián)的異步發(fā)電機，將電能反饋給電網(wǎng)。這種制動方法常用于起升機構下降重物時，其特點是轉速較快，且必須超過同步轉速。繞線型異步電動機應用再生發(fā)電制動時，不能在轉子電路中串接電阻器，因串接電阻后，轉速將更快，過快的轉速將引起機構的損壞。2反接制動電動機被過重

44、的負載倒拉，就會出現(xiàn)反接制動狀態(tài)。此時，電動機的轉子被迫逆著旋轉磁場的方向旋轉，轉速是負值，轉子中將產(chǎn)生比靜止時更高的感應電動勢。為了限制轉子電流不致過大，需在轉子電路中串接足夠的電阻。反接制動時，電動機把下降負載的位能變換成電能，并于從電網(wǎng)吸取的電能一起變成熱能，消耗在轉子電阻里。這種制動方法常用于起升機構下降較重負載時，其特點是機械特性較軟。3單相制動把三相異步電動機的定子繞組接在單相電源上或把三相電源中的任何一相斷開，并在轉子電路中串接適當?shù)碾娮?，如此時電動機由下降的重物帶動旋轉，則電動機便進入單相制動狀態(tài)運行。在電動機的定子繞組中，通過單相交流電時，可以看作是在三相繞組上加了一個三相不

45、對稱的電壓，不對稱的電壓可以分解成正序和負序兩個對稱的電壓分量。正序電壓在定子繞組中產(chǎn)生正序電流，而負序電壓產(chǎn)生負序電流。正序電流建立正旋轉磁場，負序電流建立負旋轉磁場。兩個旋轉磁場分別在轉子繞組中感應出正序電動勢和負序電動勢。由于兩個轉子電動勢的作用，在轉子繞組中又產(chǎn)生正序電流和負序電流。正旋轉磁場和轉子正序電流相互作用產(chǎn)生正力矩，負旋轉磁場與轉子負序電流相互作用產(chǎn)生負力矩。電動機發(fā)出的總力矩為正力矩和負力矩之和。任何生產(chǎn)機械都由原動機、傳動裝置、工作機構和操縱控制設備等組成。如果以電動機作為原動機來拖動生產(chǎn)機械的工作機構，則它的驅動、傳動裝通常稱為電力拖動系統(tǒng)。該系統(tǒng)中的電動機、控制操縱部

46、分，電氣電路和電氣器件等等習慣統(tǒng)稱電氣設備。電氣設備的功用主要在于：由電動機將電能轉變成機械能，通過傳動裝置拖動工作機構；控制設備通過各種控制器件和電器元件用來控制電動機按工作機構的要求完成各種動作。門吊的電氣設備主要有動力設備電動機，操作電器磁力起動器、凸輪控制器、主令控制器、接觸器、電阻器等，電氣保護裝置保護箱、過電流繼電器、熔斷器、行程限位開關、安全保護開關等；導電裝置以及電氣電路工作電路(主回路)和控制電路等組成。3.2 電氣控制系統(tǒng)1電制與供電本機采用交流380V、50Hz三相四線制供電系統(tǒng)。動力回路380V，控制回路和照明回路為220V，安全電壓為24V。整機供電采用磁滯式電纜卷筒

47、供電（左右卷放有效長度為150m），小車供電采用懸掛電纜小車式。2電力拖動與控制本設備起升機構、大、小車運行機構全部采用變頻驅動裝置；控制系統(tǒng)采用三菱公司的FX系列PLC；故障診斷及顯示采用觸摸屏。3操作：先解除行走錨定裝置，然后合上總隔離閘刀和總空氣開關，此時主配電板(MBD)和聯(lián)動臺(TQK)上合閘指示燈亮，再檢查三相電源情況，若正?？蛇M行吊裝作業(yè)。（1）大車運行機構：使用1SA進行運行機構的操作，左右各4個操作檔位。可實現(xiàn)平滑地勻加速或勻減速運動。當該機構從運動狀態(tài)到停止時，先斷電，延時56秒后自動抱閘，以減少整機制動時的沖擊和震動。（2）小車運行機構：該機構操作手柄為3SA，設置前進和

48、后退各四個檔位，可實現(xiàn)平滑地勻加速或勻減速運動。在兩腿外側懸臂端設置有慢速運行區(qū)域，當小車從懸臂端向內(nèi)側運行時，不受上述限制。（3）起升機構：該機構的操作手柄為2SA，起升和下降各四個操作檔位，可實現(xiàn)平滑地勻加速或勻減速運動。（4）保護按照起重機設計規(guī)范和起重機安全規(guī)程的規(guī)定，整機設置有總的過流、短路、失壓、欠壓保護，并且在聯(lián)動臺和主電源柜上、機器房以及在下橫梁對角位置設有緊停按鈕。大車運行機構：該機構設置有零壓、零位、過流短路，正反向聯(lián)鎖，極限位置限位，電纜卷筒極限限位等保護，另外還設置有錨定聯(lián)鎖以及防護器頂松軌聯(lián)鎖等。小車運行機構：該機構設置有零位、零壓、過流和短路保護，以及正反向聯(lián)鎖、懸

49、臂端限速和極限位置保護等，另外還設置有駕駛室通道口聯(lián)鎖開關和小車錨定裝置。起升機構：該機構設置有零位、零壓、過流短路保護，正反向聯(lián)鎖、上下預限位保護，極限位置保護和應急限位保護以及超載保護等。（5）信號、通訊和照明a 超負荷限制器在起升機構吊重達到額定載荷的95時，發(fā)出報警信號，在達到額定載荷的110時，起升機構斷電，只允許下降操作。b 大車運行時有間斷的聲光報警信號以提醒現(xiàn)場人員避讓。c 各機構極限位置時產(chǎn)生報警信號。d 風速超過額定值時產(chǎn)生報警信號，并停止整機工作。e 設置二部對講機以便起重機上下聯(lián)系。f 照明：本機在梁底部設置有8盞500W投光燈，在小車架底部設置有4盞500W投光燈作為

50、工作照明，司機室、機器房、電氣房、樓梯走道都設置有足夠的照明設置和不同電壓等級的插座。在機器房配置有2臺軸流風機，在電氣房配置有一臺軸流風機以改善散熱條件。在司機室和機器房內(nèi)的電氣房各設置1部雙制式空調。另外還配備了2盞隔爆型手提檢修燈（可充電式）和必要的消防設備。3.3 電動機起重機上使用的電動機可分為直流電動機和交流電動機。在門式起重機上一般采用交流異步電動機，其中有鼠籠式電動機和繞線式電動機。鼠籠式電動機只限于中小容量、起動次數(shù)不多，沒有調速要求，對起動平滑性要求不高，操作簡單的場合。而繞線式電動機則是起重機上使用范圍最廣泛的一種電動機。門吊采用的電動機多為三相交流繞線式異步電動機(或稱

51、滑環(huán)電機)。由于橋吊、門吊的工作特點，采用的三相交流繞線式異步電動機應適應反復短時運轉；頻繁的起動、逆轉和制動；經(jīng)常起載和重載起動；機械振動和沖擊較大；工作環(huán)境惡劣等。因此，起重機用的電動機與一般工業(yè)用電動機工況不同，它應滿足如下要求和特點：電動機按斷續(xù)周期性工作類型制造。當使用在不同接電持續(xù)率時，電動機有不同的輸出功率。通常以25%（或40%）作為基準的接電持續(xù)率，其他常用的接電持續(xù)率有15%、40%（25%）和60%三種。電動機還可在半小時或一小時的短時工作類型下工作。當使用在非常頻繁的場合時，還派生有強迫通風系列，其接電持續(xù)率為100%。在電動機的產(chǎn)品樣本上分別列出相應的輸出功率和其他技

52、術數(shù)據(jù)。為了提高在高接電持續(xù)率下的輸出功率，電動機設計得有較高的熱容量、較低的固定損耗（即鐵損）和較大的散熱面積。電動機的輸出功率還與每小時的起動次數(shù)有關，起動時的電流額定工作電流，增加了起動損耗也就增加了發(fā)熱量，由于轉速尚未達到額定值，降低了散熱條件，所以頻繁的起動會使電動機的溫升增加而影響輸出功率。為了適應頻繁起動的要求，提高高起動次數(shù)下的輸出功率，電動機具有較小的轉動慣量和較小的平均起動電流，以降低起動損耗為了適應頻繁的起動、制動和逆轉，要求電動機具有較小的轉子轉動慣量，所以起重機用電動機往往設計得比較細長，以得到較小的加速度時間和較小的起動損耗，但也不應追求過小的轉動慣量，而影響電動機

53、的堅固性和散熱能力。起重機的起升機構經(jīng)常出現(xiàn)超速運行的情況，要求電動機的轉子結構要堅固，其允許的最大轉速一般為電動機同步轉速的2.5倍。在結構上電動機應具有較高的機械強度，耐振性和密封性，以適應顯著的機械振動、沖擊和工作環(huán)境多灰塵的特點。3.4 控制電器及選用起重機控制電器的工作特點為：通斷頻繁且通斷時間短，工作環(huán)境惡劣，振動大，灰塵多，工作中常要求聯(lián)動控制，23個機構同時動作。起重機常見的控制電器有開關、接觸器、凸輪控制器、主令控制器、繼電器和電阻器等。在我國低壓電器標準中，交流主電路控制電器按其通斷能力和電壽命分為五類（從JK0到JK4），直流主電路電器分為四類（從ZK1到ZK4）?？刂齐?/p>

54、路容量選擇應按實際工作工況、電器能力和要求的工作壽命來綜合考慮決定。1凸輪控制器凸輪控制器用來直接控制異步電動機的起動、轉向和制動。這種控制器的特點是依靠凸輪的轉動來控制動觸頭和靜觸頭的開閉而達到電路接通和切斷的目的。凸輪控制器可以直接接在電動機的主電路中，它是由固定和轉動兩部分組成。固定部分裝有一排對接的滾動觸頭；，借助于轉動部分絕緣方軸上的凸輪使它們接通或斷開。轉動部分的絕緣方軸靠手輪帶動旋轉，觸頭元件由不動部分和可動部分組成?？蓜硬糠质歉鄣母軛U，杠桿的一端有動觸頭，另一端裝有小輪。當轉動凸輪控制器手輪，方軸和凸輪隨之轉動，凸輪的凸出部分將小輪壓下，動觸頭離開靜觸頭，切斷電源通路；當小

55、輪重新嵌入凸輪凹部時，在復位彈簧的作用下動觸頭恢復原位，接通電源通路。為了避免觸頭開閉過程中產(chǎn)生的電弧從一對觸頭跳到另一對去，在各觸頭元件間裝有用耐火絕緣材料制成的滅弧罩。凸輪控制器由于線路簡單、維護方便而普遍被用來控制中、小型起重機的運行機構與小型起重機的起升機構電動機。其主要作用是：(1) 控制電動機的起動、停止和制動； (2) 控制電動機的換相，以實現(xiàn)電動機正、反運轉；(3) 通過接入和切除轉子電路中的電組，以改變和調節(jié)電動機的轉速；(4) 實現(xiàn)對起重機的零位保護和各工作機構安全限位的聯(lián)鎖保護。2主令控制器主令控制器和控制屏一起用來控制電動機的起動、轉向、調速和制動。用來換接控制電路而使

56、一些控制電器(如接觸器、繼電器)按一定順序動作的電路。各種型式的主令控制器中以凸輪型主令控制器應用最廣泛。LK1型主令控制器LK1型主令控制器的額定電流為15A，額定電壓為交流380V或直流440V。LK16型主令控制器LK16型主令控制器的額定電流為10A，額定電壓為交流380V或直流110、220、440V。當轉動手柄時，凸輪的凸出部分擠開裝在杠桿上的輥輪，使杠桿克服彈簧的作用，沿轉軸轉動，結果裝在杠桿末端的動觸頭將離開靜觸頭而使電路切斷；相反，轉到凹入部分時，在復位彈簧的作用下使觸頭閉合。由于凸輪形狀不同，手柄放在不同位置可使不同的觸頭斷開或閉合。由于主令控制器不是直接切換主電路，而是切換電流鉸小的控制電路(一般電流不超過5、10安)，所以尺寸較小，不要滅弧罩，但由于線路較復雜，元件多，成本高。因此僅采用于如下場合：(1) 電動機容量大，凸輪控制器容量不夠；(2) 操作頻率高，每小時通斷次數(shù)在600次以上；(3) 起重機工作繁重，要求電氣設備有較高的使用壽命；(4) 起重機工作機構多，要求降低司機勞動強度；(5) 由于操作上的需要(如抓斗機構)；3接觸器接觸器是用來將主電路接通與斷開遠距離控制的電器。它的作用和閘刀開關類似，不同之處是由電磁操作。能遠距離控制和頻繁動作；能以較小的控制功率控制較大功率的主電路。在起重機上接觸器是用來控制電動機