桥式起重机电气控制设计说明书.doc

1、 起重机电气控制设计说明书 专 业 题 目 桥式起重机电气控制设计 姓 名 班 级 指导教师 1. 题目:起重量/跨度桥式起重机电器控制设计2. 设计内容 通过对桥式起重机的学习，按实际要求对起重机各机构电气控制进行设计，培养学生用所学理论知识解决实际问题的能力。3. 设计要求1） 设计计算说明书1份2） 桥式起重机总电路原理图1张，各机构控制图在说明书上体现.课程设计题目及原始数据：题号起重量跨度工作级别起升高度起升速度小车速度大车速度8 T28.5mA514m8 m/min40m/min90m/min说明：1.大车运行机构的工作级别与起升机构相同，选M5，小车运行机构的工作级别为M5；2.

2、表中所列速度要求，在计算后所得的实际数值可允许有15%的偏差.8T桥式起重机电气控制设计摘 要桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机，又称天车。桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行，构成一矩形的工作范围，就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。 桥式起重机广泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。桥式起重机可分为普通桥式起重机、简易粱桥式起重机和冶金专用桥式起重机三种。 普通桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构组成。起重小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成。起升机构包括电动机、

3、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。电动机通过减速器，带动卷筒转动，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下，以升降重物。本文重点研究起重机的控制，通过使用串电阻的调速方法已实现对电机的控制，从而控制起重机。关键词：起重小车;电动机；串电阻调速 目录1起重机控制系统方案选择2电机容量选择及调速电阻器计算2.1电机容量选择2.1.1提升机构电机容量选择2.1.2大车行走机构电机容量选择2.1.3 小车行走机构电机容量选择2.2调速电阻器计算2.2.1起升机构调速电阻计算2.2.2大车行走机构调速电阻器计算2.2.3小车行走机构调速电阻器计算3起升机构控制系统3.1控制系统组成3.2起升机构控制电路图3.3起升机构

4、的工作原理3.4系统的保护4. 大车运行机构控制系统设计4.1控制系统组成4.2大车机构控制电路图5小车运行机构控制系统设计5.1控制系统组成5.2小车机构控制电路图主钩以外的其他机构机构的工作原理图结论参考文献1.起重机控制系统方案选择三相异步电动机的工作原理:当向三相定子绕组中通过入对称的三相交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定）.由于导子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基

5、本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定）。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：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，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三相异步电动机转速公式为: n= 从式可见改变供电频率f,电动机的极对数p及转差率s均可达到改变电机转速的目的。从调速的

6、本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转两种。在生产机械中广泛使用改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机。改变定子电压，频率的变频调速有能无换向电动机调速等。不改变同步转速的调速方法有绕线式电动机的转子串电阻调速，斩波调速，串波调速以及应用电磁转差离合器，液力偶合器，油膜离合器等调速。 传统的桥式起重机调速方式采用绕线式异步电动机转子串电阻调速，其主电路如图1所示 绕线转子异步电动机的主电路2.电机容量选择及调速电阻器计算2.1电机容量选择2.1.1提升机构电机容量选择1）已知起重量=8t 工作级别A5 主提升运行速度=8m/min 吊钩组重=4%=0.32 t

7、静功率计算公式= =（+ ）g=（8000+320）9.81 N =816192NV=8m/min=0.13m/s =0.980.980.98=0.94（二级闭式齿轮传动，滑轮组倍率3） 816192x0.131000x0.94所以= KW=113KW查实用起重机电气技术手册P151，选用YZR315M-8电机，当S3, JC=15%时，电动机允许输出功率为125KW。在基准工作制S3, JC=25%时 =100 KW 。2) 电动机的过载校验 按电动机转矩允许过载倍数=2.8, 对绕线转子电动机H=2.1, 一台电机m=1816192x0.131000x0.94 = =84.7KWP，电动机

8、发热校验通过。2.1.3 小车行走机构电机容量选择1) 已知起重量=8t，工作级别A5，小车运行速度=40m/min小车自重=4000Kg 小车运行部分总质量 G=( + )g=（8000+4000）9.81 N=117720N室内运行，风阻力G=0, 坡度阻力=0，查得取运行摩擦阻力系数 =0.0075 运行静阻力 = G=1177200.0075 N=882.9N2) 运行静功率 =40m/min=0.67m/s小车运行机构总效率取=0.9882.9x0.671000x0.9 P= =0.66KW3) 运行加速功率 查实用起重机电气技术取a=0.18 m/s,=5.0 s1.15x1177

9、20x0.67x0.671000x9.81x5 = =1.24KW4) 初选电动机0.66+1.24 1x1.7 P= =1.1KW式中：m-电动机数目 - 平均启动转矩倍数（对绕线转子异步电动机取1.7）同上根据电动机样本，选用YZR132M2-6电动机，当S3, JC=25%时，电动机允输出许功率为4 KW。在基准工作制S3, JC=40%时，P=3.7 KW。5）电动机发热校验。根据起重机设计规范附录U和附录W推荐，选小车运行机构的接电持续率JC=25%, CZ=300,稳态负载平均系数G=G=0.8882.9x0.671000x0.9 则 =G=G =0.59KW查得，YZR132M2

10、-6电动机，当JC=25%,CZ=300时，其允许输出功率P=4KW，电动机发热校验通过。2.2调速电阻器计算2.2.1起升机构调速电阻计算提升机构选用串电阻调速方法，查实用起重机电气技术手册P163电机型号 YZR315M-8 功率（JC=25%） Pe=100KW 额定电压 U=380V 额定电流 I=100000/380=262A转子开路电压 U=376V 转子电流 I=149.2A 同步转速 n=750rmin ：Mm=3.56 KN*m =3.56/1.27=2.8功率因数 cos=0.84效率 =0.896额定负载转矩：约等于电动机额定转矩。 电机额定转速 一速130rmin, 二

11、速260rmin, 三速400rmin, 四速560rmin,五速 715rmin. 分析：对于电动机固有特性有 ： 额定转差率Se=(n-n)/n=(750-715)/750=0.0470.047x3761.732x149.2绕线转子每相绕组电阻:r= =0.068临界转差率Sm=Se(+)=0.047x5.42 =0.2551第一档速度n=130rmin则有Se=( n-n)/ n=(750-130)/750=0.83又根据异步电机人为特性的实用表达式Mx=在该起重机中，负载转矩Mx=电机额定转矩 Me。则有 S=S ()=0.83(2.8+2.8x2.8-1 )一般取+号，则可得S=4.

12、49对于一速，有=得r=1.129同理可得r= 0.871 r=0.612 r=0.293 rb5=0.004 2.2.2大车行走机构调速电阻器计算1）已知参数：由所选YZR180L-8(JC=25%)电动机,额定功率P=13KW, 转子额定电压E=380V, 转子额定电流I= 136.8 A, 额定转速n=958r/min，同步转速n=1000 r/min2) 电动机额定电阻 R= 380/3x136.8=1.733）电动机的等效转差率r额定转差率s=（1000-958）/1000=0.042 等效转差率 r=R s转子导线电阻R=0.0175=0.016 式中：L-电动机转子导线长度，对运

13、行电动机为15 m A-导线截面积，查得A为16 mm转子导线电阻标么值R=0.016/1.73 =0.009所以r=Rs=0.0090.042=0.00044）选电阻器运行机构电动机功率100 KW以下时，选用RY5型电阻器，串4级可切换电阻和1级常串电阻。查得各级电阻的标么值R=0.1- r=0.1-0.0008=0.0996 R=0.1 R=0.2 R=0.4 R=1.25) 各级电阻值计算R=RR=1.730.0996=0.172 R=RR=1.730.1 =0.173 R=RR=1.730.2 =0.346 R=RR=1.730.4 =0.692 R=RR=1.731.2 =2.07

14、6 2.2.3小车行走机构调速电阻器计算1） 已知参数：由所选YZR132M2-6（JC=25$）电动机,额定功率P=4KW, 转子开路电压E=380V, 转子额定电流I=10.5A, 额定转速n=900r/min， 同步转速n=1000 r/min。2） 电动机额定电阻 R=380/3x10.5=20.893）电动机的等效转差率r额定转差率s=(1000-900)/1000=0.01 等效转差率 r=R s转子导线电阻R=0.0175=0.0263 式中：L-电动机转子导线长度，对运行电动机为15 m A-导线截面积，查得A为10 mm转子导线电阻标么值R=0.0263/20.89=0.00

15、13所以r=Rs=0.00130.01=0.000014）选电阻器选用RY5型电阻器，串4级可切换电阻和1级常串电阻。查得各级电阻的标么值R=0.1- r=0.1-0.00001=0.09999 R=0.1 R=0.2 R=0.4 R=1.25）各级电阻值计算R=RR=20.890.09999=2.089 R=RR=20.890.1 =2.089R=RR=20.890.2 =4.178 R=RR=20.890.4 =8.356R= RR=20.891.2 =25.0683起升机构控制系统3.1控制系统组成主提升控制系统包括接触器控制开关，三相异步电动机，主令控制器，电压继电器，过电流继电器，中

16、间继电器，以及限位开关等。3.2起升机构控制电路图 3.3起升机构的工作原理 合上电源开关，当主令控制器手柄置于0位时，SA-1闭合，电压继电器KV线圈通电并自锁，为启动作准备。当控制器手柄离开零位，处于其他工作位置是，虽然触头SA-1断开，并不影响KV的吸合状态。但电源断开后，却必须将控制器手柄返回0位后才能再次启动，这就是零电压和零位保护的作用。（1）提升重物的控制。 控制器提升控制5个档位，在提升各档位上，控制器触头SA3，SA4，SA6与SA7都闭合，于是将上升行程开关SGU2接入，起提升限位保护作用；接触器KMU,KMB,KM1始终通电吸合，电磁抱闸松开，短接R1电阻，电动机按提升相

17、序接通电源，产生提升方向电磁转矩，在提升1位时，由于启动转矩小，一般吊不起重物，只做张紧钢丝绳和消除齿轮间隙的预备启动级。 当主令控制器手柄依次扳到上升2至5档时，控制器触头SA8-SA11依次闭合，接触器KM2-KM5线圈依次通电吸合，将R2-R5各段电阻逐级短接。根据负载大小选择适当档位进行提升操作，可获得5种提升速度。 （2）下放重物控制。主令控制器在下放重物时也有5个档位，但在前2个档位，正转接触器线圈KMU通电吸合，电动机仍以提升相序接线，产生向上的电磁转矩，只有在下降的后3个档位，反转接触器KMD才通电吸合，电动机产生向下的电磁转矩，所以，前2个档位为倒拉反接制动下放，而后3个档位

18、为强力下放。 1）下放1档位预备档。此时控制器触头SA4断开，KMB断电释放，制动器未松开；触头SA6，SA7，SA8闭合，接触器KMU,KM1，KM2通电吸合，电动机转子电阻R1，R2被短接，定子按提升相序接通三相交流电源，但此时由于制动器未打开，故电动机并不旋转。该档位是为适应提升机构由提升变换到下降重物，消除因机械传动间隙产生冲击而设定的。所以此档不能停留，必须迅速通过该档扳向下放其他档位，以防电动机在堵转状态下时间过长而烧毁电动机。2）下放2档是为载荷低速下放而设的。此时控制器触头SA4，SA6，SA7,SA8闭合，接触器KMB,KMU,KM1，KM2线圈通电吸合，制动器打开，电动机转

19、子串入R1，R2电阻，定子按提升相序接线，载荷获得倒拉反接制动低速下放。所以，控制器手柄在该档位时，将稳定运行低速下放载荷。在上述制动下放的2个档位，控制器触头SA3始终闭合，将提升限位开关SQU2接入，其目的在于预防对吊物重量估计不准。重物不但不下降反而上升，此时SQU2起上升限位作用。3）控制器手柄在下放3,4,5档位时为强力下放。此时，控制器触头SA2，SA4，SA5,SA7，SA8始终闭合，接触器KMD,KMB,KM1，KM2线圈通电吸合，制动器打开，电动机定子按下放重物相序接线，转子电阻逐级短接，提升机构在电动机下放电磁转矩和重力矩共同作用下，是重物下放。（3）电路的联锁与保护。由过

20、流继电器KI5实现过流保护；电压继电器KV与主令控制器SA实现零电压保护欲零位保护；行程开关SQU2实现上升的限位保护，KMU,KMD实现上升与下降的联锁保护，在加速接触器KM3，KM4，KM5线圈电路中串接了前一级加速接触器的常开辅助触点，确保转子电阻按顺序依次短接，实现机械特性平滑过渡，电动机转速逐级提高。接触器主要由电磁系统、触点系统、灭弧系统及其它部分组成。 电磁系统：电磁系统包括电磁线圈和铁心，是接触器的重要组成部分，依靠它带动触点的闭合与断开。 触点系统：触点是接触器的执行部分，包括主触点和辅助触点。主触点的作用是接通和分断主回路，控制较大的电流，而辅助触点是在控制回路中，以满足各

21、种控制方式的要求。灭弧系统：灭弧装置用来保证触点断开电路时，产生的电弧可靠的熄灭，减少电弧对触点的损伤。为了迅速熄灭断开时的电弧，通常接触器都装有灭弧装置，一般采用半封式纵缝陶土灭弧罩，并配有强磁吹弧回路。 其它部分：有绝缘外壳、弹簧、短路环、传动机构等。 工作原理：当接触器电磁线圈不通电时，弹簧的反作用力和衔铁芯的自重使主触点保持断开位置。当电磁线圈通过控制回路接通控制电压(一般为额定电压)时，电磁力克服弹簧的反作用力将衔铁吸向静铁心，带动主触点闭合，接通电路，辅助接点随之动作采用串电阻调速的优点：绕线式异步电动机转子串电阻调速最为简单经济，适合于低速运行要求不高的场合，因此仍广泛的应用于各

22、种对调速性能要求不高的起重机械运输上。3.4系统的保护桥式起重机的动力源是电动机，通过控制电动机的正反转，以及速度来控制桥式起重机，所以对于起重机的电动机要进行保护。在许多需要连续运行的重要的生产单位，如发电厂煤的输送，钢铁厂和水泥厂散状物料的输送，以及港口内船舶装卸等均采用输送机，输送机的动力传输装置是电动机。电动机在高温、高湿、多尘埃的工况条件下，容易使电动机出现堵转、短路、断相、漏电和长期过负荷导致绝缘受损等故障。一旦输送机的动力传输装置电动机发生故障，拆卸更换和修理电动机需要很长时间，这必将造成其所在生产线的停工, 它甚至会影响整个大生产系统的工艺流程。另外，由于电机的故障、损坏所造成

23、的其它事故以及导致工厂停产所造成的间接经济损失则更为巨大。因此, 超前、准确、及时地判断电动机的故障, 就能有效地防止灾难性事故的发生。目前使用的电动机保护装置中，电动机保护器集过(轻)载保护、缺相、过(欠)压、堵转、漏电、接地及三相不平衡保护等低压保护于一身,具有设定精度高、节电、动作灵敏、工作可靠等优点,并且可以远程控制，十分适合对电动机的保护，电动机保护器在桥式起重机上通过保护电机来实现对起重机的保护缺相和相不平衡保护：由于缺相能引起电动机三相电流严重不平衡,故在设计时将缺相和相不平衡故障综合考虑。根据电动机使用规范,相间不平衡及缺相的计算公式如下：%式中：I三相最大电流 I三相最小电流

24、 I三相平均电流电动机的相间不平衡采用反时限动作原理,即数越大,动作时间越短,考虑到电动机本身因素和测量值误差,为10%时开始累加,大于150%时,保护器立即动作接地保护：电动机内部最常发生的故障是定子绕组故障。究其原因，一般是因为电动机长时间或周期性过热，导致绝缘状况恶化。由于电动机定子绕组安装在接地金属外壳内，所以电动机内部发生的绝大部分故障都表现为接地故障。采用的接地保护类型及TA(电流互感器)的连接方式与发生接地故障时接地故障电流的大小相关。而接地故障电流的大小则与系统接地方式有关4 大车运行机构控制系统设计4.1控制系统组成1)凸轮控制器Q2，过流继电器KI3，KI4，大车右限位行程

25、开关SQR,左限位行程开关SQL2)大车机构采用两台三相异步电动机驱动。4.2大车机构主电路图5.小车运行机构控制系统设计5.1控制系统组成1)凸轮控制器Q3，过流继电器KI2，小车后限位行程开关SQBW,前限位行程开关SQFW2)小车机构采用一台三相异步电动机驱动。5.2小车机构主电路图Q2（小车）触点动合表 Q2 向左 向右543210123451+2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12+SA（主钩）触点动合表SA 下降 上升 强力 制动543210123451+2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+Q3（大车）触点动合表Q3 向后 向前543210123451+2+3+4

26、+5+6+7+8+9+10+11+12+13+14+15+16+17+其他机构控制原理图：工作原理：1. 闭合开关QS1，QS2，QS3，急停按钮SA1弹出处于工作状态。2. 起升机构的上行程开关SQU1，小车前后限位行程开关SQFW,SQBW以及大车左右限位行程开关SRL,SQR处于工作状态，横梁安全开关SQ2，SQ3和舱门安全开关SQ1都闭合处于正常工作状态。3. 凸轮控制器Q2，Q3都先置于0档，为下一步起重机工作做准备，参看各凸轮控制器触点动合表，对起重机的大车，小车运行，副钩升降进行控制。4. 按下启动按钮SB，KM线圈得电，KM主触点闭合，辅助常开闭合。将Q2扳置各档位，便可获得不

27、同的速度；将Q2置于0档，调节Q3各档，可以获得大车左右行走的各种运行速度；再将Q2，Q3都置于0档，调节SA各档，可以获得上下运行的不同速度。 结论本次设计的桥式起重机控制系统主要采用了在主令控制器，凸轮控制器的控制调节作用，研究桥式桥式起重机的主提升，大车，下车的控制系统。设计主要内容包括介绍分析桥式起重机的现状和国内外发展，以及分析它的工作原理和重要部件的电气控制过程。本设计主要解决了以下几个问题：1.桥式起重机的主要机构的控制电路和控制原理2各机构的电机的选择和电阻的计算3运用串电阻调速的原理和调速过程4在参阅大量文献的基础上，给出了控制器的通断来切换电阻的过程。参考文献 1 邓星钟.机电传动控制（第四版），武汉：华中科技大学出版社，2001 2 巩云鹏. 机械设计课程设计 辽宁：东北大学出版社，2000. 3姜广绪. 电力拖动 西安：西北工业大学出版社，2008 4 濮良贵、纪名刚等.机械设计，高等教育出版社，2001 5 杨黎明.机电一体化系统设计手册，北京，国防工业出版社，1997word文档 可自由复制编辑