桥式起重机毕业设计Word文档下载推荐.docx

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通用桥式起重机是机械制造工业和冶金工业中最广泛使用的起重机械，又称“天车”或“行车”，他是一种横架在固定的跨间上空用来吊用各种物件的设备。

桥式起重机按起吊装置不同，可分为吊钩桥式起重机、电磁盘桥式起重机和抓斗桥式起重机等等。

其中以吊钩桥式起重机应用最广。

1.1.1桥式起重机的结构、

桥式起重机一般由桥架（又称大车）装有提升机构的小车、大车移形机构、操纵室、小车倒电装置（辅助滑线）、起重机总电源导电装置（主滑线）等部分组成。

图1-1为桥式起重机总体示意图。

图1-1桥式起重机整体示意图

1-驾驶室2-辅助滑线3-磁力控制器4-起重小车5-大车拖动电动机6-端梁7-主滑线8-主梁9-电阻箱

1.2桥式起重机的传统控制方式

传统桥式起重机的控制分为凸轮控制和主令控制，以下是凸轮控制和主令控制简介。

1.2.1凸轮控制器简介

1.凸轮控制器的结构

凸轮控制器从外部看，有机械结构、电气结构、防护结构等三部分组成。

其中手柄、转轴、凸轮、杠杆、弹簧、定位棘轮为机械结构。

触头、接线柱和联板等为电气结构。

而上下盖板、外罩和防护罩等为防护结构。

图1-2为凸轮控制器的结构原理图。

当转轴在手柄扳动下转动时，固定在轴上的凸轮同轴一起转动，当凸轮的凸起部位支柱带动动触点杠杆上的滚子时，便将动触点和静触点分开，当转轴带动凸轮转到凸轮凹处与滚子相对时，洞打出点在弹簧作用下，使动静触点紧密接触，从而实现触点接通或断开的目的。

图1-2凸轮控制器的结构原理图

（a）整体结构图（b）某一层凸轮结构图（c）结构原理图

1-静触点2-动触点3-触点弹簧4-复位弹簧5-滚轮6-绝缘方轴7-凸轮8-灭弧及灭弧罩9-联板10-手轮

2.凸轮控制器的功能：

（1）控制电动机的启动与停止

（2）改变电动机的运动方向

（3）控制电阻器来限制电动机的启动电流并获得较大的起动转矩

（4）切换电阻器的电阻值调节电动机的转速

（5）可以适应起重机要求的频繁启动与变速的要求

（6）可以防止起重机运动机构超过限位位置

（7）保证在零位启动

3.凸轮控制器的特点：

凸轮控制器控制电路有较完善的电器保护，用过电流继电器作为短路和过载保护：

用保护箱中的线路接触作为失压保护，凸轮控制器手柄在零位置时，才能接通控制电路，将控制器仅在“零位”闭合。

总之，凸轮控制器控制电路具有结构简单，维修方便，经济性能好等优点，但由于控制器接触点直接用来控制主电路所以要求触电容量大，控制器体积大，操作不灵便，并且不能获得低速下放重物，为此，当电动机容量较大，工作繁重，操作频繁，调整性能较高时，经常采用主令控制操作

1.2..2主令控制器简介

主令控制器是按照预定程序用于频繁切换复杂得多回路控制电路的主令的电器。

主要用于起重机、轧钢机及其他生产机械磁力控制盘的主令控制。

主令控制的机构和工作原理基本上与凸轮控制器相同，也是用凸轮来控制触电的短合。

主令控制器由触点、凸轮、定位机构、转轴、面板及支承件等部分组成。

桥式起重机中常用的主令控制器有LK16、LK18系列。

其技术数据为：

交流50HZ，额定工作电压380V及直流220V一下额定发热电流10A，额定操做频率1200次/H，LK18在380V电压，接通电流26A,分段电流2.6A时，电寿命为100万次。

图1-3所示为LK18系列主令控制器的外形图。

图1-3主令控制器示意图

1.3桥式起重机的传统控制系统

传统桥式起重机的控制系统主要采用交流绕线转子串电阻的方法进行启动和调速，继电一接触器控制，这种控制系统的主要缺点有:

1.桥式起重机工作环境差，工作任务重，电动机以及所串电阻烧损和断裂故障时有发生。

2.继电一接触器控制系统可靠性差，操作复杂，故障率高。

3.转子串电阻调速，机械特性软，负载变化时转速也变化，调速不理想。

所串电阻长期发热，电能浪费大，效率低。

要从根本上解决这些问题，只有彻底改变传统的控制方式。

其中，具有代表性的交流变频调速装置和可编程控制器获得了广泛的应用，为PLC控制的变频调速技术在桥式起重机系统提供了有利条件。

变频调速以其可靠性好，高品质的调速性能、节能效益显著的特性在起重运输机械行业中具有广泛的发展前景。

第二章桥式起重机变频控制系统设计

2.1总体方案设计

控制系统由PLC控制，四大机构调速均采用变频调速。

桥式起重机变频调速系统主要由主令控制器、PLC控制系统、变频调速系统组成。

系统结构图如图2-1

图2-1控制系统结构图

下面分别对各主要机构调速控制进行说明。

1、起升机构

起升机构属位能负载机构。

主起升和副起升两台电机各使用一个变频器。

变频器的选择，应以选择变频器的额定电流为基准，一般以电动机的额定电流，负载率，变频器运行的效率为依据。

2、运行机构

大车运行机构中两台电机用一个变频器;

考虑到运行机构的工作频率较少，为节省成本，在调速中运行机构共用一台变频器。

变频器的选择，一般以电动机的额定功率作为选择的依据。

通常选额定功率大一级的变频器

2.2系统硬件设计

桥式起重机的PLC控制原理图如图2-2所示

图2-2桥式起重机的PLC控制原理图

2.3系统各部件的选择

2.3.1电机的选用

本次设计的电机参数已知如表2-1所示

本课题桥式起重机基本参数:

该机的起重量为20/5吨，其跨度（L）为19.5m小车起升速度为15m/min，大车起升速度为7.5m/min.小车运行速度为45m/min，大车运行速度为75m/min

表2-1各执行机构电机参数

电机型号

电机功率

主起升机构

YZR250M1-8

30KW

副起升机构

YZR200L-8

15KW

大车运行机构

YZR160M1-6

2*5.5KW

小车运行机构

YZR1601-6

5.5KW

2.3.2变频器的选用

1.变频器简介

（1）变频器是用电力半导体器件通断将工频50HZ交流电源变为另一频率的交流电的控制开关，交流—交流变流电路分为直接方式（交交变频），间接方式（交直交变频）

（2）变频器的作用：

变频器因集成了高压大功率晶体管技术和电子控制技术而得到广泛应用。

变频器用来改变交流电机供电的频率和幅值的，因而改变运动磁场的周期，达到平滑的调节电机转速的目的。

变频器使复杂的调速控制简单化，用变频器和和鼠笼式电动机组合来代替原先只能用直流电机完成的工作，不仅缩小了体积，还降低了维修率，使传动技术得到了新的发展。

2.变频器的保护

（1）过电流保护

由于变频器件的过载能力较差,变频器的过电流保护至关重要。

变频器中，过电流保护的对象主要指带要突变性质的。

电流的峰值超过了变频器的容许值的情景。

工作中过电流即拖动系统在工作过程中出现过电流，其原因大致来自以下几个方面：

A.电动机遇到冲击负载或传动机构出现“卡住“现象，引起电动机电流的突然增加。

B.变频器的输出侧短路，如输出端到电动机之间的联机发生相互短路，或电动机内部发生短路等。

C.变频器自身工作的不正常。

升速中的过电流当负载的惯性较大，而升速时间又设定的太短时，将产生过电流。

这是因为，升速时间太短，意味着在升速过程中变频器的工作频率上升太快，结果升速电流太大。

变频器对过电流的处理在实际的拖动系统中，大部分负载都是经常变动的。

因此，不论是在工作过程中，还是在升将速过程中，短时间的过电流总是难免的。

所以，对变频器过电流的处理原则是，尽量不跳闸，为此而配置了防跳闸的自处理功能；

只有当冲击电流的峰值太大，或防止跳闸措施不能解决问题时，才迅速跳闸。

（2）过电压保护

a.产生过电压的原因

1）电源过电压

2）降速时因反馈来不及释放而形成的再生过电压

b.过电压的保护措施

1）电源过电压对于电源电压的上限，一般规定不能超过额定电压的10%，当电源线电压为380v时，其上限值为420v。

由于电源电压过高，将直接反映在整流后的直流电压上；

同时，再生过电压也直接反映在直流电压上，所以，进行电压保护的“取样电压”总是从主电路的直流电路中取出。

2）再生制动时的防跳闸功能和升速过程中过电流的防跳闸功能一样，在降速过程中出现过电压，也可以采取暂缓降速的方法来防止它跳闸。

（3）欠电压保护

对于电源方面引起的欠压，变频器设定的动作电压一般都较低，不很严格。

这是因为:

1）欠电压的后果之一，是电动机的转矩下降，而新系列的变频器都有各种补偿功能，使电动机能够继续运行。

2）欠电压的另一个后果是电动机的电流增大，而变频器有具有完善的过载保护功能。

3.变频器确定

本系统选用西门子变频器，西门子变频器具有较合理的价格，完整的理论计算书及辅件推荐值，有利于用户合理选用。

（1）变频器容量选择

1）起升机构

起升机构平均起动转距一般来说可为额定力矩值的1.3-1.6倍。

考虑到电源电压波动因素及需通过125%超载试验要求等因素，其最大转距必须有1.8-2倍的负载力矩值，以确保其安全使用的要求。

等额变频器仅能提供小于150%超载力矩值，为此可通过提高变频器容量（Yz型电机）或同时提高变频器和电机容量（Y型电机）来获得200%力矩值。

此时变频器容量为

（KVA）

式中—电机的功率因数，=0.25

—起升额定负载所需功率，kw

—电机效率，=0.85

—变频器容量，KVA

—系数，K=2

起升机构变频器容量依据负载功率计算，并考虑2倍的安全力矩。

若用在电机额定功率选定的基础上提高一挡的方法选择变频器的容量，则可能会造成不必要的放容损失。

在变频器功率选定的基础上再作电流验证，公式如下:

＞

式中一变频器额定电流，A

—电机额定电流，A

2）运行机构

当运行电机在300s内有小于60s的加速时间的并且起动电流不超过变频器额定位的1.5倍时变频器容量可按下式计算。

式中—电流波形补偿系数，PWM方式K=1.05～1.1

—负载转距，N.m

一总转动惯量对电机轴的折算值，kg.m

—加速时间，s

—电机额定转速，r/min

当运行电机在300s内电机有大于60s加速时间时，变频器容量按下式取值：

（kVA）

电流验证:

以上公式均以负载功率作为变频器容量计算的基本参数，相同功率不同极数的电机有不同的额定电流。

故最终尚需验证电机和变频器额定电流，即

3）多电机驱动时变频器容量的选择

电压型变频器可以一台变频器驱动多台电机，其并联运行且变频器短时过载能力为150%、60%时，如电机加速时间在300s内有小于60s的加速时间，则

并要求

式中—负载所要