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湘潭大學興湘學院 畢業(yè)論文 題 目： 18t橋式起重機設計 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學 號： 2006183918 姓 名： 謝偉 指導教師： 陳格平 完成日期： 2010.6 目 錄 摘要 1 第一章 緒論 3 1.1橋式起重機的簡介 3 1.2普通橋式起重機的主要組成部分 3 1.2.1 大車 3 1.2.2 小車 3 1.2.3動力裝置和控制系統(tǒng) 3 1.3普通橋式起重機的運行方式 3 第二章 設計任務及技術參數(shù) 5 2.1主要技術參數(shù)： 5 2.2起重機工作機構的級別: 5 第三章 18噸橋式起重機的控制系統(tǒng)設計 6 3.1控制電路設計分析 6 3.1.1控制對象分析及控制元件的確定 6 3.1.2控制系統(tǒng)的基本要求 6 3.1.3電動機的工作狀態(tài)分析 6 3.1.4起重機的供電 9 3.2起升機構控制電路工作原理 9 3.2.1起升機構電路的特點 9 3.2.2起升機構電路的保護與聯(lián)鎖 10 3.2.3起升機構電氣工作控制原理 11 3.3小車運行機構電路工作原理 14 3.3.1小車運行機構電路工作特點 14 3.3.2小車運行機構的電氣控制原理 14 3.4大車運行機構電路工作原理 16 3.4.1大車運行機構電路的工作特點 16 3.4.2大車運行機構的電氣控制原理 16 3.5保護電路的工作原理 18 3.5.1保護電路的組成 18 3.5.2保護電路的工作過程 18 結束語 20 參考文獻 21 附錄一 22 附錄二 27 18t橋式起重機設計 摘要： 橋式起重機是一種提高勞動生產率重要物品搬運設備，主要適應車間物品搬運、設備的安裝與檢修等用途。我國生產的吊鉤電動雙梁橋式起重機額定起重范圍為5～500t，一般10t以上，起重機有主、副兩套起升機構；300t以上，起重機還有三套起升機構。 電動雙梁起重機由橋架、小車運行機構、大車運行機構和電氣設備構成。在系統(tǒng)整體設計中采用傳統(tǒng)布局的典型結構，小車運行機構采用集中驅動。起升機構滑輪組采用雙聯(lián)滑輪組，重物在升降過程中沒有水平移動，起升過程平穩(wěn)，且鋼絲繩的安裝和更換容易。相應的卷繞裝置采用單層卷筒，有與鋼絲繩接觸面積大，單位壓力低的優(yōu)點。在起升機構中還涉及到鋼絲繩、減速器、聯(lián)軸器、電動機和制動器的選擇等。小車運行機構中涉及小車輪壓計算、小車車輪、小車軌道、減速器、聯(lián)軸器、電動機和制動器的選擇計算等。 在起重機控制方面，起升機構用主令控制器和磁力控制屏來實現(xiàn)控制，大、小車運行機構用凸輪控制器直接控制。在控制系統(tǒng)設計中，主要針對起升機構、大車運行機構、小車運行機構電路控制系統(tǒng)的設計及保護電路的設計。利用低壓電氣元件控制起重機，其使用壽命較長，適合車間惡劣環(huán)境。 關鍵詞：橋式起重機 節(jié)點控制器 電氣控制系統(tǒng) ABSTRACT Bridge crane is a significant increase labor productivity goods handling equipment, primarily to carry goods workshops, equipment installation and maintenance, and other purposes. China's production of electrical hook rated double-beam bridge crane lifting the range of 5 ~ 500 t, generally more than 10 t, cranes are the main, two sets of lifting300 t above, there are three sets of cranes lifting bodies. Two-electric beam from the bridge crane, the trolley running, traveling mechanism and electrical equipment constituted. The overall design of the system using the traditional layout of the typical structure and operation of institutions used car driven focus. Pulley group or agency from using double-pulley blocks, heavy objects in the process of lifting the level of no movement, or from the process smooth, and the installation and replacement of wire rope easily. Winding installations in the corresponding single reel, a large area of contact with the rope, the advantages of low pressure units. In lifting bodies also involves rope, reducer, couplings, electrical and brake the choice. Vehicles involved in the operation of institutions pressure on the wheels, car wheels, car track, reducer, couplings, electrical and brake the choice of calculation. In the crane control, or from the institutions with the main controller and magnetic control of the screen to achieve control, big and small car cam controller running institutions with direct control. In the control system design, mainly for lifting bodies, traveling mechanism, the car run institutions circuit design and control system for the protection of the circuit design. Use of low-voltage electrical components control crane, a longer service life for workshop harsh environment. Key words: Bridge crane Node Controller Electric control system 第一章 緒論 1.1橋式起重機的簡介 橋式起重機是生產車間、料場、電站廠房和倉庫中為實現(xiàn)生產過程機械化和自動化，減輕體力勞動，提高勞動生產率的重要物品搬運設備。它通常用來搬運物品，也可用于設備的安裝與檢修等用途。橋式起重機安裝在廠房高處兩側的吊車梁上，整機可以沿鋪設在吊車梁上的軌道縱向行駛，而起重小車又可沿小車軌道（鋪設在起重機的橋架上）橫向行駛，吊鉤則作升降運動。因此，它的工作范圍是其所能行駛地段的長方體空間，正好與一般車間形式相適應。 1.2普通橋式起重機的主要組成部分 1.2.1 大車 大車由橋架和大車運行機構組成。橋架：橋架為起重機的金屬結構，一方面支撐小車，允許小車在它上面橫向行駛；另一方面又是起重機行走的車體，可沿鋪設在廠房上面的軌道行駛。在其兩側的走臺上，安裝有大車運行機構和電器設備，大車運行機構用來驅動大車行走，大車上一般還有駕駛室，用來操縱起重機和安裝各機構的控制設備。橋架主要由主梁和端梁組成。設計時要考慮其強度，剛度和穩(wěn)定性要求，也應考慮自重和外形尺寸要小，加工制造簡單，運輸，存放和使用維修方便，成本低等因素。 1.2.2 小車 小車由起升機構，小車運行機構，小車架和保護裝置等組成。小車架要承受起升載荷和各機構自重，應有足夠的強度和剛度，同時又要盡量減輕自重，以降低輪壓和橋架受載。小車的電力則由滑線或軟電纜引入。設計時要考慮改善零部件的受力情況、減少外形尺寸和自重、安全可靠、工作平穩(wěn)、裝配維修方便等因素。 1.2.3動力裝置和控制系統(tǒng) 動力裝置是驅動起重機運動的動力設備，它在很大程度上決定了起重機的性能和構造特點，橋式起重機的動力裝置一般采用電動機?？刂葡到y(tǒng)包括操縱裝置和安全裝置。各機構的啟動、調速、改向、制動和停止，都通過操縱控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。 1.3普通橋式起重機的運行方式 橋式起重機是一種循環(huán)的、間隙動作的、短程搬運機械。一個工作循環(huán)一般包括上料、運送、卸料及回到原位的過程，即取物裝置從取物地點由起升機構把物料提起，由運行機構把物料移位，然后物料在指定地點下放，接著進行相反動作，使取物裝置回到原處，以便進行下一次工作循環(huán)。在兩個工作循環(huán)之間一般有短暫的停歇。起重機工作時，各機構經常處于起動、制動以及正向、反向等相互交替的運動狀態(tài)之中。 第二章 設計任務及技術參數(shù) 2.1主要技術參數(shù)： 最大起重量： 18噸 粱跨度： 31500mm 起升速度: 18 ～28m/min 起升高度: 14mm 起重機運行速度: 80 ～95m/min 起升機構運行速度: 40 ～45m/min 2.2起重機工作機構的級別: 起重機工作級別A6; 其中載荷狀態(tài)為Q2(有時起升額定載荷,一般起升中等載荷);利用等級為T6(總工作循環(huán)次數(shù)N=,不經常繁忙使用) 起升機構工作級別M6;其中利用等級為T6,載荷狀況為L2。 小車運行機構工作級別M4;其中利用等級為T4,載荷狀況L3。 大車運行機構工作級別M4;其中利用等級為T4,載荷狀況L2。 第三章 18噸橋式起重機的控制系統(tǒng)設計 3.1控制電路設計分析 3.1.1控制對象分析及控制元件的確定 橋式起重機的動力源為三相繞線轉子電動機，制動裝置為電力液壓制動器，其驅動裝置也是電動機。因而整個控制系統(tǒng)的控制對象為電動機；從前面主要結構的設計中可以知道，整個結構有4個電動機驅動，一個用于起升機構，一個用于小車運行機構，兩個用于大車運行機構，其具體型號：起升電機M，YZR315S—8，P=85KW，n=724r/min；小車運行電機M3，YZR160M1—6，P=6.3KW，n=921r/min；大車運行電機M2，YZR160L—6，P=13KW，n=942r/min；由于起升機構電機功率大，不能采用凸輪控制器，而用主令控制器和磁力控制屏，通過繼電器觸頭控制；大、小車運行電機用凸輪控制器直接控制。 3.1.2控制系統(tǒng)的基本要求 ①提升機構電力拖動的要求 主鉤能快速升降，輕載提升速度應大于額定負載的提升速度；具有一定的調速范圍；具有適當?shù)牡退賲^(qū)，一般在30%額定速度內分幾擋，以便選擇；提升第一擋的作用是為了消除傳動間隙，將鋼絲繩張緊，稱為預備級，這一擋的電動機的起動轉矩不能過大，以免過強的機械沖擊，一般在額定轉矩一半以下；在負載下降時，根據(jù)負載的大小，提升電動機可以工作在電動、倒拉制動、回饋制動等工作狀態(tài)，以滿足對不同下降速度的要求；為了安全，起重機要采用斷電制動方式的機械抱閘制動，以免因停電造成無制動力矩，導致重物自由下落引發(fā)事故，同時也應具備電氣制動方式，以減少機械抱閘的磨損；橋式起重機的電氣控制還應具有完善的保護和聯(lián)鎖環(huán)節(jié)。 ②大小車移行機構電力拖動的要求 大車移行機構和小車移行機構對電力拖動簡單，只要有一定的調速范圍，分幾擋即可。起動第一擋作預備擋，以消除起動時的機械沖擊，所以，起動轉矩也限制在額定轉矩的一半以下，為實現(xiàn)準確停車，增加了電氣制動，同時可以減輕機械抱閘負擔，減少機械抱閘的磨損，提高制動可靠性。 3.1.3電動機的工作狀態(tài)分析 ①移行機構電動機的工作狀態(tài) 移行機構電動機的負載轉矩為飛輪滾動摩擦力矩與輪軸上的摩擦力矩之和，這種負載力矩始終是阻礙運動的，為阻力矩；當大車和小車需要來回移動時，電動機工作于正反轉狀態(tài)。 ②提升機構電動機工作狀態(tài) 提升機構電動機的負載除一小部分是由摩擦產生的力矩以外，主要是由重物和吊鉤產生的重力矩，這種負載當提升時都是阻力矩，下降時都是動力矩，而輕載或空鉤下降時，是阻力負載還是動力負載視具體情況而定。 1) 提升時電動機的工作狀態(tài) 提升重物時，電動機承受兩個阻力轉矩，一個是重物的自重產生的重力轉矩 ，另一個是在提升過程中傳動系統(tǒng)存在的摩擦轉矩，當電動機產生的電磁轉矩克服阻力轉矩時，重物被提升，電動機處于電動狀態(tài)，以提升方向為正向旋轉方向，則電動機處于正轉電動狀態(tài)，其如下圖示，工作在第一象限，當時，電動機穩(wěn)定運行在轉速下 圖3-1 提升重物時電機工作狀態(tài) 2) 下降時電動機的工作狀態(tài)： a. 重物下降：當下放重物時，負載較重，>>時，為了獲得較低的下降速度，需將電動機按正轉提升方向接線，則電動機的電磁轉矩與重力轉矩方向相反，電磁轉矩成為阻礙下降的制動轉矩，當=+時，電動機穩(wěn)定運行在-轉速下，電動機處于倒拉反接制動狀態(tài)，如下圖示，工作在第四象限，此時，交流繞線轉子電動機的轉子應串聯(lián)較大的電阻。 圖3-2 重物下降時電機工作狀態(tài) b.輕載下降：當<時，由于負載的重力轉矩小于摩擦轉矩，所以依靠負載自重不能下降，電動機產生的電磁轉矩必需與重力轉矩方向相同，以克服摩擦轉矩，強迫負載或空鉤下降，電動機處于反轉電動狀態(tài)，在=+時，電動機穩(wěn)定運行在-轉速下，如下圖示，工作在第三象限，稱強力下降。 圖3-4 輕載下降時電機工作狀態(tài)1 當>時，雖然負載轉矩很小，但重力轉矩仍大于摩擦轉矩，當電動機按反轉接線時，電動機的電磁轉矩與重力轉矩方向相同，在與的共同作用下，電動機仍加速，使>，電動機處于反向再生發(fā)電制動狀態(tài)，在=+時，電動機穩(wěn)定在-轉速下運行，如下圖示，工作在第四象限，>，此時，要求電動機機械特性硬，以免下降速度過高，因此，在生發(fā)電制動時，電動機轉子回路不允許串電阻。 圖3-5 輕載下降時電機工作狀態(tài)2 3.1.4起重機的供電 橋式起重機的大車與廠房之間，小車與大車之間都有相對運動，因此電源不能像一般固定的電氣設備一樣采用固定連接，而必須適應其工作經常移動的特點，對于大中型起重機一般采用滑線和電刷供電。三相交流電源接到沿車間長度架設的三根主滑線上，再通過大車上的電刷引入到操縱室中保護箱的總電源刀開關QS上，由保護箱再經穿管導線送到大車電動機，大車制動器電機及交流控制站，送到大車一側的輔助滑線，對于上升電動機，小車運行電動機，制動器電動機和提升限位的供電和轉子電阻的連接，則由架設再大車側面的輔助滑線和電刷來實現(xiàn)。 3.2起升機構控制電路工作原理 3.2.1起升機構電路的特點 主電路由刀開關QS和三個過流KF1、KF2、KF3；電力液壓制動器電機由接觸器QA3主觸頭控制；QA1、QA2控制電動機定子電路，使電動機正反轉；QA4、QA5為反接制動接觸器，控制反接電阻R1、R2；KM6、KM7、KM8、KM9起動加速接觸器，用來控制電動機轉子電阻的切斷和串入，使電動機速度調節(jié)；電動機轉子電路串有7段三相對稱電阻，其中R1、R2為反接制動限流電阻，R3～R6為起動加速電阻，R7為常接電阻，用來軟化機械特性，BG5、BG6為上升與下降極限限位開關。 控制電路由主令控制器SA和PQR10型磁力控制屏組成，上升和下降各分為6擋。上升6擋中，從“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”擋依次短接電動機轉子電路中的電阻，使電動機加速運行，而定子電路的接法保持不變。下降6擋中，前3擋（C、1、2），電動機相序接法與上升時相同，但轉子中串入了較大的電阻，在一定位能轉矩負載下電動機運行在速度反向的倒拉反接制動狀態(tài)，從而得到較小的下降速度，適于重負載下降。在后3擋（3、4、5），電動機按下降方向運轉，得到強力下放，適于輕載（空鉤）下降。主令控制器SA共12對觸點，通過控制繼電器來控制電動機定子電路，使其正反轉，控制轉子電路上的電阻的切斷來調節(jié)電動機的轉速。由于是通過繼電器來控制的，可以采用對稱控制電阻的切斷。 3.2.2起升機構電路的保護與聯(lián)鎖 ①下放重物時，為了避免高速下降而造成事故，應將主令控制器的手柄置于下降“1”、“2”兩擋。若司機對負載重量估計失誤，下降重物時手柄扳到了下降“5”擋，此時，重物高速下降，為了低速下降，手柄應從下降“5”換成下降“2”、“1”擋，手柄轉換中要經過下降“3”、“4”兩擋，分析可知，下降“4”、“3”擋的下降速度比下降“5”擋要快，為了避免經過下降“3”、“4”擋時造成更危險的高速。線路中采用了接觸器QA9輔助常開觸點與接觸器QA2的常開觸點串接后，接于主令控制器觸點QA8與QA9線圈之間。手柄置于下降“5”擋時，QA2、QA5線圈通電吸合，利用這兩個觸點自鎖使KM9線圈通電。當手柄從下降“5”擋扳動，經過下降“4”、“3”擋時，由于主令控制器的K5和K8觸點始終接通，QA2、QA5線圈仍吸合，從而保證了QA9線圈始終通電，轉子電路只接入電阻R7，電動機始終運行在下降機械特性曲線5上，而不會使轉速再升高，實現(xiàn)了由強迫下降到制動下降時，出現(xiàn)高速下降的保護。在QA9自鎖電路中串入QA2輔助常開觸點的目的是為了在電動機正向運行時，QA2是斷電，此電路不起作用，從而不會影響提升時的調速。 ②保證反接制動電阻串入的條件下才進入制動下降的聯(lián)鎖，主令控制器的手柄由下降“3”擋轉到下降“2”擋時，主令控制器觸點K5斷開，K6閉合，反向接觸器QA2斷電釋放，正向接觸器QA1通電吸合，電動機處于反接制動狀態(tài)，為防止制動過程中產生過大的沖擊電流，在QA2斷電后，應使QA9立即斷電釋放，電動機轉子電阻全部串入，QA1再通電吸合。一方面在主令控制器觸點閉合順序上保證了K8斷開后K6才能閉合；另一方面還設計了用QA2和QA9與QA1構成互鎖環(huán)節(jié)。保證了只有QA9斷電釋放后，QA1才能接通并自鎖工作。 ③當主令控制器的手柄在下降“2”擋與下降“3”擋之間轉換，控制正反接觸器KF1與KF2進行換接時，由于二者之間采用了電氣和機械聯(lián)鎖，必存在一個瞬間，一個已釋放，另一個還未吸合的現(xiàn)象，電路中KF1，KF2觸點均斷開，容易造成KF3斷電，使電動機高速下進行機械制動，引起不允許的震動。為此引入KF3自鎖觸點與KF1、KF2輔助常開觸點并聯(lián)，以確保在KF1、KF2換接的瞬間使KF3始終保持通電狀態(tài)。 ④加速接觸器KF6～KF8的輔助常開觸點串接下一級加速接觸器KF7～KF9電路中，實現(xiàn)短接轉子電阻的順序聯(lián)鎖作用。 ⑤起升機構的零位保護通過過電壓繼電器KF與主令控制器SA實現(xiàn)；線路的過電流保護是通過主電路中的三個過電流繼電器KF1、KF2、KF3實現(xiàn)的；重物上升、下降限位保護通過限位開關BG5、BG6實現(xiàn)。 3.2.3起升機構電氣工作控制原理 ①電機起動前的準備：合上閘刀開關BG1、BG2，將主令控制器SA手柄置于“0”位，K1觸點接通，零電壓繼電器KV線圈得電并自鎖，接通控制電路電源。 ②提升時電路的工作狀況 1) 提升“1”擋 主令控制器手柄扳到提升“1”擋，主令控制器中的K3、K6、K4、K7觸點接通，提升極限開關BG5串接在控制電路中，當上升極限開關SQ5無動作，則KF1、KF3、KF4接觸器線圈得電吸合，電動機正向起動，電動機運行在如下圖示的機械特性曲線1上，電力液壓制動器的電機也起動，松開制動閘。起升電動機轉子電路中第一段電阻R1被切除。 2) 提升“2”擋 主令控制器手柄扳到提升“2”擋，主令控制器中的K3、K6、K4、K7、K8觸點接通，QA5接觸器線圈得電吸合，短接電阻R2，電動機加速運行，電動機運行在如下圖示的機械特性曲線2上。 3) 提升“3”擋 主令控制器手柄扳到提升“3”擋，除上述兩擋已閉合的觸頭接通外，K9觸點也接通，QA6接觸器線圈得電吸合，短接電阻R3，電機加速運行，電動機運行在如下圖示的機械特性曲線3上。 4) 提升“4”擋 主令控制器手柄扳到提升“4”擋，除上述三擋已閉合的觸頭接通外，K10觸點也接通，QA7接觸器線圈得電吸合，短接電阻R4，電機加速運行，電動機運行在如下圖示的機械特性曲線4上。 5)提升“5”擋 主令控制器手柄扳到提升“5”擋，除上述四擋已閉合的觸頭接通外，K11觸點也接通，QA8接觸器線圈得電吸合，短接電阻R5，電機加速運行，電動機運行在如下圖示的機械特性曲線5上。 6)提升“6”擋 主令控制器手柄扳到提升“6”擋，除上述五擋已閉合的觸頭接通外，K12觸點也接通，QA9接觸器線圈得電吸合，短接電阻R6，此時，電動機除還有一段為增加其機械性能的電阻外，其它電阻均已切除，電動機以最高轉速運行，電動機運行在如下圖示的機械特性曲線6上。 ③下降時電路的工作狀況 1) 下降“C”擋 主令控制器手柄扳到下降“C”擋，K1觸點斷開，但KA通過自鎖觸頭保持閉合，提升極限開關BG5串接在控制電路中，K3觸點接通控制電源，K6觸點閉合，使QA1接觸器線圈得電吸合，電機正向運行，K7、K8觸點接通，接觸器QA4、QA5線圈通電吸合，短接電阻R1、R2，其中情形與上升“2”擋相同。但QA3線圈不通電，制動器電機不起動，制動閘閉合。電動機只能向提升方向產生轉矩而不能運轉，這一擋是為下降作好準備，由于受制動器的限制，操作時，停留時間不應過長，電動機運行在機械特性下降曲線C上（為上升2擋曲線在第四象限的延長線），由于電機轉速為零，故用虛線表示。。 2) 下降“1”擋 主令控制器手柄扳到下降“1”擋，K3觸點接通，接通控制電源，K6觸點接通，KF1接觸器得電吸合，K4觸點接通，QA3接觸器得電吸合，制動器電機起動，制動閘松開，K7觸點接通，KF4接觸器得電，短接電阻R1，電動機轉子電阻串入情況與上升“1”擋相同，電動機運行在提升曲線1在第四象限的延長線上，見起升機構電機機械特性圖。由于增加了轉子串入電阻，使電動機電磁轉矩減小，當負載重力矩大于電磁轉矩時，電動機處于倒拉反接制動狀態(tài)，負載可以獲得較低速下放，但當負載重力矩小于電磁轉矩時，負載不降反而上升，這時必須迅速將其控制器手柄推到下降“2”擋。 3) 下降“2”擋 主令控制器手柄扳到下降“2”擋，K3觸點接通，接通控制電源，K6觸點接通，KF1接觸器得電吸合，K4觸點接通，KM3接觸器得電吸合，制動器電機起動，制動閘松開，K7觸點斷開，轉子外接電阻全部接入，使電動機電磁轉矩進一步減小。電動機運行在如下圖示的機械特性曲線下降2上。此時，當負載重力矩大于電磁轉矩時，負載可以獲得較低速下放。如果負載輕或輕鉤，負載重力矩小于電磁轉矩時，負載不降反而上升，這時必須迅速將其控制器手柄推到下降“3”擋 4) 下降“3”擋 主令控制器手柄扳到下降“3”擋，下降極限開關BG6串接在控制電路中，K2觸點接通，接通控制電源，K5觸點接通，KM2接觸器得電吸合，起升電動機定子相序改變，電動機反向運轉，K4觸點接通，KF3接觸器得電吸合，制動器電機起動，制動閘松開，K7、K8觸點接通，KF4、KF5接觸器得電，短接電阻R1、R2，電動機轉子電阻串入情況與上升“2”擋相同。電動機運行在如下圖示的機械特性曲線下降3上?？刂破魇直诖宋恢脼閺娖认路?，故下放速度與重力負載大小有關，負載較輕或空鉤，電機處于反轉電動狀態(tài)，負載較重，下降速度將超過電動機的同步轉速，而進入再生發(fā)電制動狀態(tài)，電動機工作在機械特性曲線下降3在第四象限的延長線上，此為高速下放狀態(tài)，且重物愈重，下降速度愈快，這時必須迅速將其控制器手柄推到下降“4”擋 5) 下降“4”擋 主令控制器手柄扳到下降“4”擋，下降極限開關BG6串接在控制電路中，K2觸點接通，接通控制電源，K5觸點接通，KF2接觸器得電吸合，起升電動機反向運轉。K4觸點接通，KF3接觸器得電吸合，制動器電機起動，制動閘松開，K7、K8、K9觸點接通，KF4、KF5、KF6接觸器得電，短接電阻R1、R2、R3，電動機轉子電阻串入情況與上升“3”擋相同，電動機運行在如下圖示的機械特性曲線下降4上。重物較輕，電機處于反轉電動狀態(tài)，獲得低速下放，重物較重，進入再生發(fā)電制動狀態(tài)，下降速度將超過電動機的同步轉速，電動機工作在機械特性曲線下降4在第四象限的延長線上，且重物愈重，下降速度愈快，但速度比上一擋要小，這時必須迅速將其控制器手柄推到下降“5”擋 6) 下降“5”擋 主令控制器手柄扳到下降“5”擋，K2觸點接通，接通控制電源，下降極限開關SQ6串接在控制電路中，K5觸點接通，KF2接觸器得電吸合，起升電動機反向運轉。K4觸點接通，KF3接觸器得電吸合，制動器電機起動，制動閘松開，K7、K8、K9、K10、K11、K12觸點接通，KF4、KF5、KF6、KF7、KF8、KF9接觸器得電，依次短接電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，電動機只剩下一段常串電阻R7。電動機運行在如下圖示的機械特性曲線下降5上，此時，重物較輕或空鉤下放，電機處于反轉電動狀態(tài)，獲得低速下放，但下降速度比下降“3”、下降“4”擋要高，負載較重，進入再生發(fā)電制動狀態(tài)，下降速度將超過電動機的同步轉速，電動機工作在機械特性曲線下降5在第四象限的延長線上，且重物愈重，下降速度愈快，但速度比前兩擋要小。 ④總結 重載下降時，若主令控制器手柄置于下降“C”、“1”、“2”擋時，其中“C”擋為準備擋，“1”、“2”兩擋可獲得重載低速下降，電動機處于倒拉反接制動狀態(tài)，但“2”擋下降速度比“1”擋要快。若主令控制器手柄置于下降“3”、“4”、“5”擋時，可獲得超過電動機同步轉速的高速下降，且“3”擋速度最快，“4”擋次之，“5”擋最小，下降重物愈重，下降速度最快，這時“3”、“4”兩擋下降速度太快，不安全，只能選在“5”擋工作，此時，電動機處于再生發(fā)電狀態(tài)。 輕載或空鉤下降，主令控制器手柄置于下降“1”、“2”擋時，由于重力轉矩太小，比電動機電磁轉矩還要小，重物不能下降反而上升，電動機工作在正轉電動狀態(tài)，此時，應將手柄推過下降“1”、“2”擋位。在主令控制器手柄置于下降后3個擋位時，重物將強迫下降，電動機工作在反轉電動狀態(tài)，且最后一擋下降速度比前一擋要高。 圖3-5 提升機構電動機機械特性 3.3小車運行機構電路工作原理 3.3.1小車運行機構電路工作特點 采用可逆對稱線路，凸輪控制器左右各有5個位置，用對稱接法連接電路，由于用凸輪控制器控制繞線轉子電動機的轉子電路電阻的切換，為了減少控制轉子電阻的觸點數(shù)量，轉子電路串接不對稱電阻。 采用KT10—60J/2凸輪控制器，共有12對觸點，零位有3對觸點，其中1對觸點用來保證零位起動，另外2對除了保證零位起動以外，還配合兩個運動方向行程開關BG3、BG4來實現(xiàn)限位保護。主電路中用了三個過電流繼電器KA4、KA5、KA6實現(xiàn)電動機的過載保護。電動機定子和轉子回路中用了9對觸點，4對用于定子回路中，控制電動機的正反轉，5對用于切換轉子電路電阻，限制電動機的電流和調節(jié)轉速. 在正常工作時，若發(fā)生停電事故，接觸器KM斷電，電動機停止轉動，一旦重新恢復供電，電動機不會自行起動，而必須將凸輪控制器手柄返回到“0”位，再次按下起動按鈕SB，再將手柄轉動到所需位置時，電動機才能再次起動工作。從而防止了電動機在轉子回路外接電阻切除情況下自行起動產生很大的沖擊電流或發(fā)生事故，這是零位觸點的零位保護。 3.3.2小車運行機構的電氣控制原理 合上閘刀開關QS，緊急事故開關QS1，艙口開關SQ3，按下起動按鈕SB。①凸輪控制器“0”位擋 凸輪控制器手柄置于“0”位，K3觸點接通，SB啟動按鈕按下，接通KM接觸器線圈，KM常開觸點閉合，凸輪控制器K1、K2觸點接通，行程開關SQ3、SQ4串接入控制電路中，使KM接觸器自鎖，為電動機起動做準備。 ②右移“1”擋 凸輪控制器K1觸點接通，K2觸點斷開，限位保護開關BG3串接入控制電路中起限位保護作用，KF接觸器通電，線圈吸合并自鎖，凸輪控制器K4觸點接通，V3與W相連接，K6觸點接通，W3與V相連接。凸輪控制器K8、K9、K10、K11、K12觸點斷開，轉子電阻全部接入，電動機平穩(wěn)起動，電力液壓制動器電機起動，制動閘松開，電動機運行在下圖示機械特性曲線右移1上。 ③右移“2”擋 凸輪控制器K1、K4、K6觸點連接與右移“1”擋相同，K8觸點接通，轉子串入電阻R1上切除一段，電動機加速運行，制動器松開，電動機運行在下圖示機械特性曲線右移2上。 ④右移“3”擋 凸輪控制器K1、K4、K6、K8觸點連接與右移“2”擋相同，K9觸點接通，轉子串入電阻R2上切除一段，電動機繼續(xù)加速運行，制動器松開，電動機運行在下圖示機械特性曲線右移3上。 ⑤右移“4”擋 凸輪控制器K1、K4、K6、K8、K9觸點連接與右移“3”擋相同，K10觸點接通，轉子串入電阻R3全部切除，電動機繼續(xù)加速運行，制動器松開，電動機運行在下圖示機械特性曲線右移4上。 ⑥右移“5”擋 凸輪控制器K1、K4、K6、K8、K9、K10觸點連接與右移“4”擋相同，K11、K12觸點接通，轉子串入電阻R1、R2、R3全部切除，電動機以最高轉速運行，制動器松開，電動機運行在下圖示機械特性曲線右移5上。 小車在右移過程中，若限位開關SQ3動作，則KM接觸器失電，電動機停止轉動，此時必須將凸輪控制器重新返回“0”位才能繼續(xù)起動。 ⑦小車左移 小車左移過程與右移過程相似，只是在左移“1”擋，凸輪控制器的K2觸點接通，小車行程限位開關SQ4串接入控制電路中并自鎖，KM接觸器線圈得電，K5觸點接通，V3與V相連接，K7觸點接通，W3與W相連接，電動機反轉，在左移“2”、“3”、“4”、“5”擋時，保持K2、K5、K7觸點接通不變，使電動機的定子電路接通方式不變。當左限位SQ4動作時，電機停止轉動，轉子回路電阻的切入與右移檔位相對應，電動機運行在下圖示機械特性曲線左移2、3、4、5上。 圖3-6 小車運行機構電動機機械特性 3.4大車運行機構電路工作原理 3.4.1大車運行機構電路的工作特點 大車控制電路特點與小車相似，只是由于大車由兩電動機分別驅動，其凸輪控制器比小車的要多5觸點，采用KT14—60J/2，有17個觸點，3個進行零位保護，4個觸點用于電動機定子電路的控制，使電動機正反轉，10個觸點用于兩電動機的轉子電路的電阻切入，以調節(jié)電動機的轉速。主電路中用過流繼電器KA7、KA8、KA9、KA7’、KA8’、KA9’來實現(xiàn)電動機過流保護。 3.4.2大車運行機構的電氣控制原理 閉合閘刀開關QB，緊急停止按鈕QA1，駕駛室門開關BG3，艙門開關BG4。 ①“0”位擋 凸輪手柄置于“0”位擋，按下啟動按鈕SB1，凸輪控制器K1觸點接通，接觸器QA線圈得電，KF常開觸點閉合，K2、K3觸點連接，使限位開關BG1（BG2）串接入控制電路中。若限位開關BG1、BG2不動作，則KF自鎖，為電機起動做準備。 ②前進“1”擋 凸輪控制器K2觸點接通，限位保護開關BG1串入控制電路中起限位保護作用，KM接觸器通電，線圈吸合并自鎖，凸輪控制器K4觸點接通，V3與W相連接，K6觸點接通，W3與V相連接。凸輪控制器K8~K17觸點斷開，轉子電阻全部接入，電動機平穩(wěn)起動，電力液壓制動器電機起動，制動閘松開，電動機運行在下圖示機械特性曲線前移1上。 ③前進“2”擋 凸輪控制器K2、K4、K6觸點連接與前進“1”擋相同，K8、K13觸點接通，轉子串入電阻R1上切除一段，電動機加速運行，制動器松開，電動機運行在下圖示機械特性曲線前移2上。 ④前進“3”擋 凸輪控制器K2、K4、K6、K8、K13觸點連接與前進“2”擋相同，K9、K14觸點接通，轉子串入電阻R2上切除一段，電動機繼續(xù)加速運行，制動器松開，電動機運行在下圖示機械特性曲線前移3上。 ⑤前進“4”擋 凸輪控制器K2、K4、K6、K8、K13、K9、K14觸點連接與前進“3”擋相同，K10、K15觸點接通，轉子串入電阻R3全部切除，電動機繼續(xù)加速運行，制動器松開，電動機運行在下圖示機械特性曲線前移4上。 ⑥前進“5”擋 凸輪控制器K2、K4、K6、K8、K13、K9、K14、K10、K15觸點連接與前進“4”擋相同，K11、K12、K16、K17觸點接通，轉子串入電阻R1、R2、R3全部切除，電動機以最高轉速運行，制動器松開，電動機運行在下圖示機械特性曲線前移5上。 大車在前進過程中，若限位開關SQ1動作，則KM接觸器失電，電動機停止轉動，此時必須將凸輪控制器重新返回“0”位才能繼續(xù)起動。 ⑦大車后退 大車后退過程與前進過程相似，只是在后退“1”擋，凸輪控制器的K3觸點接通，限位開關BG2串接入控制電路中，QA接觸器線圈得電并自鎖。K5觸點接通，V3與V相連接，K7觸點接通，W3與W相連接，電動機反轉，在后退“2”、“3”、“4”、“5”擋時，保持K3、K5、K7觸點接通不變，使電動機的定子電路接通方式不變，當后退限位開關BG2動作時，電機停止轉動。轉子回路電阻的切入與前進檔位相對應，電動機運行在下圖示機械特性曲線后移2、3、4、5上。 圖3-7大車運行機構電動機機械特性 3.5保護電路的工作原理 3.5.1保護電路的組成 起動按鈕SF，控制器觸點SA、小車凸輪控制器觸點SA1，大車凸輪控制器觸點SA2，停按鈕SB2、駕駛室門開關SQM、艙門開關SQC1、SQC2，欄桿門開關SQA1、SQA2，過流繼電器KA1~KA9 ，大車限位開關SQ1、SQ2，小車限位開關SQ3、SQ4，起升機構上極限開關SQ5、SQ6。 3.5.2保護電路的工作過程 當主令控制器，大、小車凸輪控制器處于“0“位狀態(tài)，艙門開關，欄桿門開關，各門在關閉位置，常開觸點閉合，起重機可以起動運行，KA1~KA9’各電動機過流保護繼電器無過流現(xiàn)象，其常閉觸點閉合。按下啟動按鈕SB，KM接觸器通電自鎖，電動機可以開始工作了。 交流接觸器QA線圈通電自鎖回路由大車移行凸輪控制器SA2的K2、K3觸點，大車前后移行極限位置保護開關BG1、BG2，小車移行凸輪控制器SA1的K1、K2觸點，小車左右移行極限位置保護開關BG3、BG4，起升機構主令控制器SA的K2、K3觸點，提升高度限位開關BG6、BG5構成的并、串聯(lián)電路組成。其中，BG5極限開關理論上可接在KF自鎖觸頭下方，而實際接線在起升定子端線號L22線上，既方便，也不影響自瑣電路的正常工作。 大車移行凸輪控制器SA2的K2觸點與前行程開關BG1串聯(lián)，K3與后極限行程開關BG2串聯(lián)，然后兩支路并聯(lián)，大車前行，觸點K2與BG1串聯(lián)支路使KF接觸器通電自鎖，達到前行極限位置時，壓下BG1，QA線圈斷電，大車停止運行，將SA2轉到“0“位，重新按下SF啟動按鈕，通過BG2，K3觸點支路使QA線圈通電自鎖。SA2轉到后行操作位置，K3觸點仍閉合，大車離開前行極限位置，向后移行。SA2轉回“0”時，大車停車。同理，可以分析出SA，SA1的極限保護功能，上述電路中，任何過流繼電器動作，各門未關好或按下急停按鈕SF2，交流接觸器QA線圈都會斷電，將主回路的電源切斷。 結束語 在將近半個學期畢業(yè)設計中，我完成了起重機的起升機構、小車運行機構、起重機的安全保護裝置及控制系統(tǒng)等的設計工作，通過設計后基本上熟悉了起重機的構造和工作原理，為以后從事這方面的工作奠定了基礎。 在設計過程中，第一階段，我們精心收集整理各種資料，提高了對新知識的自學能力，對資料的搜集整理能力。在極短的時間中，我們熟悉了橋式起重機的設計流程，并了解了起重機的組成結構及在國民產業(yè)中的應用，為起重機整體和部件的設計作好了準備。第二階段，我們提出了初步的設計方案，在陳格平老師的指導下，我們不斷修改錯誤的設計，在該階段的設計中，我們對整個大學以來的有關專業(yè)課程進行了深化，應用了有關材料力學，靜力學，低壓電器元件控制系統(tǒng)的設計等理論知識，在該階段中我們受益很多，但由于我們的實踐經驗不足，設計中可能存在不少錯誤。第三階段中，我們完善設計任務書，核對了設計內容，完成了主要零部件的裝配圖和橋式起重機總裝配圖設計，并查閱了有關資料，為畢業(yè)答辯做好了準備。 總之，通過畢業(yè)設計使我們的綜合素質能力得到了提高，也給我們整個大學階段畫上了一個完美的句號。我相信，通過我們以后在實際工作中的不斷努力，我們一定能成為國家建設中有用的人才。 此時，我們即將各奔前程，在四年的大學生涯中，我們學到了很多東西，在此要感謝母校對我們的辛勤培育。在畢業(yè)設計完成之即，十分感謝陳格平老師的精心指導，使畢業(yè)設計圓滿完成。在整個設計中由于時間倉促，難免出現(xiàn)不少錯誤，望各位老師?和有關人士批評指正。? 23 湘潭大學興湘學院畢業(yè)設計 ?參考文獻 [1] 機械設計手冊編委會主編，機械設計手冊·起重運輸機械零部件、操作件和小五金[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007，3 [2] 嚴大考、鄭蘭霞主編，起重機械[M].鄭州：鄭州大學出版社，2003，9 [3] 余維張主編，起重機械檢修手冊[M].北京：中國電力出版社，1998，11 [4] 楊長睽，傅東明主編，起重機械（第2版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，1992，5 [5] 機械設計手冊編委會主編，機械設計手冊·聯(lián)軸器、離合器與制動器[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007，2 [6] 機械設計手冊編委會主編，機械設計手冊·減速器和變速器[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007，2 [7] 羅宗澤，羅圣國主編，機械設計課程設計手冊（第3版）[M].北京：高等教育出版社，2006 [8] 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K12 K13 K14 K15 K16 K17