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毕业设计

四川职业技术学院

毕业设计

题目:

行车系统的变频调速设计

系别:

机械工程系

专业:

数控技术与应用

班级:

06数控一班

姓名:

贾淋航

学号:

061042021019

指导教师:

陈德航

完成时间:

2008年12月

目录

第1章行车的结构系统分析5

1.1普通行车的现状5

1.2行车系统的结构6

1.2.1行车系统专用零部件6

1.2.2行车系统的组成8

第2章行车系统的变频调速方案10

2.1继电器控制电动机变极调速10

2.2PLC+变频器变频调速11

2.3PLC+变频器+齿轮减速器+电动机变频调速12

2.3.1采用圆柱齿轮减速器方式12

2.3.2采用蜗杆蜗轮减速器方式13

2.3.3采用行星摆线减速器方式13

2.4选择其最佳方案14

第3章PLC+变频器控制的行车拖动系统15

3.1变频器的调速原理及变频控制行车的优点15

3.1.1变频器的基本构成及调速原理15

3.1.2变频器的选择16

3.1.3变频控制行车的优点16

3.2PLC控制的行车拖动系统系统组成17

3.2.1起升机构的设计计算17

3.2.2平移机构设计计算23

3.3变频器与PLC通信24

3.3.1开关指令信号的输入24

3.3.2数值信号的输入24

第4章PLC系统设计26

4.1PLC类型的选择26

4.2行车系统接线28

4.3PLCI/0设备及I/O点编号分配29

4.4梯形图设计及编程30

4.5控制系统分析35

第5章安装与调试36

5.1变频器的安装与调试36

5.2减速器和联轴器的安装与调试38

5.2.1减速器的安装与调试38

5.2.2联轴器的安装调试及维护39

5.3电动机的安装环境及运行与维护39

第6章安全保护措施41

6.1变频器保护41

6.1.1过电流保护41

6.1.2过载保护41

6.2其他保护42

结束语43

参考文献44

前言

近年来,在国家宏观调控政策的影响下,我国工程机械产业进入了加速增长阶段,呈现出前所未有的繁荣态势。

工程机械装备已成为我国国民经济发展的支柱产业之一,占全世界工程机械总量第七位.随着现代企业的迅猛发展,行车系统广泛地应用在各行各业上,如沉沙沉淀池,码头上,起重方面,电镀车间以及车间内货物的运输等等。

在现代工业自动化中,变频器充当了极为重要的角色。

它是计算机技术、现代控制技术和网络技术的有机结合,具有调速范围宽、调速精度高、动态响应快、运行效率高、功率因素高、操作方便、节能效果显著等一系列优点。

它已成为当今改造传统工业、改善工艺流程、提高生产过程自动化水平、提高产品质量、推动技术进步的主要手段之一，普遍应用于风机、水泵、生产线、机床、纺织机械、塑料机械、造纸机械、冶炼机械、行车系统等。

变频器在行车系统中的工作原理是通过连续改变电动机交流电源的频率，从而改变电动机的转速，使整个行车系统能安全平稳地运行。

行车系统广泛的应用，大大减少了生产劳动力，降低了生产成本，提高了生产效率，减少了近距离货物运输的时间，操作简单方便，针对电动机传统的变极调速控制方式以及行车过程中的安全问题，本文提出了PLC行车系统的变频调速和采用蜗杆蜗轮减速器设计，实现了电动机的无极调速和在行车系统工作过程中自锁功能，使用更方便和安全。

第1章行车的结构系统分析

1.1普通行车的现状

普通行车的电力拖动系统采用交流绕线转子异步电动机，用转子串电阻的方法进行起动和调速，采用继电器、接触器控制。

1.行车性能方面

1）调速精度不高，稳定性不足、性能表现较差传统的电机控制是将电能传输至电机，产生磁场和磁动势，输出转矩使电机转动。

这种方式只能通过改变输入电压，进而改变磁场和磁动势的大小从而达到调速的目的。

普通行车对于行走机构和提升机构的调速多采用串接或切除电阻的方式来改变输入电压。

这种“硬”调速方式存在明显的速度差精度不够，调速过程不平滑，机械特性软，负载变化时转速也变化，调速不理想；尤其是启动和停车时，存在很严重的“冲”的现象，易使吊件产生较大的摆动，导致吊件损坏；大车行走是由2台绕线电机牵引，由于两台电机所串的电阻值有微小区别、电机本身特性略有不同和机械传动的误差，会产生大车不同步，造成大车轨道和轨道轮磨损和变形，需经常更换行车轨道轮；还会给电机本身造成损伤，缩短电机的使用寿命。

2）工作噪音大，环保性能差普通行车控制部分多使用断路器、接触器、继电器等“硬”触点电气元件。

这些元器件在开闭或分合时，由于内部动作机构的机械冲击和电流的瞬时通断等原因，会使元器件本身和行车都产生很大的噪音企业生产在环保方面的要求。

3）科技含量低，不具备可扩展性由于普通行车使用的断路器、接触器、继电器等电气元件均为执行元件，没有智能化芯片或微处理器装置，对于普通行车行走和提升的控制只能依靠大量的电气和机械联锁的配合来实现。

若要实现闭环控制、地面遥控、远程上位机控制、现场总线控制或两台行车同时在同一个工作面工作的协调控制等高级控制方案，则需要额外的空间和加装大量的电气装置，并要花费大量的人工来进行控制回路的改造。

这也不符合现代企业在生产的可扩展性和可持续发展方面的要求。

2经济方面

1）设备能效比低，电能浪费严重

普通行车的降压启动、停车以及对于行走机构和提升机构的调速多采用串接或切除电阻，利用电阻的特性将部分电能转化为热能消耗掉。

所串电阻长期发热，电能浪费大，效率低，这部分白白消耗而没有产生效益的电能费用是必须由企业来支付的，增高了企业生产成本。

2）电气元件损坏率高，备件资金占用量大

普通行车控制部分大量使用的断路器、接触器、继电器等“硬”触点电气元件本身的使用寿命较短，更由于使用频率高，开闭、分合频繁，且在通断的瞬间会产生大电流、电火花，再加上正常的电化腐蚀，易导致触点被打毛、熔焊、烧毁等故障，造成元器件损坏。

且大多数损坏的元器件是无法维修或不值得维修，而连续性生产企业是不可能停产检修的，这就需要大量的备品备件用于随时更换，从而占用并消耗了企业的生产资金，增加企业的生产成本。

3）接线复杂故障点多，维修养护成本高

由于普通行车的降压启动、停车以及行走机构和提升机构的调速多采用串接或切除电阻来实现，每一台电机都需要多只接触器、继电器相互配合来控制，再加上用于控制电机正反转的接触器、继电器以及辅助触点、信号触点，控制柜内的电线电缆纵横交错，接线端子多。

在使用过程中，由于接线端子老化、机械震动、接线螺栓松动等原因造成故障频繁出现，且查找故障点困难，经常因此影响生产进度，造成不必要的加班，企业又需要支付额外的加班费。

在日常故障维修时，由于工作量大，需要更多的工程技术人员，企业就要支付更多的薪酬，这2部分的隐性支出也同样增加了企业的生产成本。

1.2行车系统的结构

行车是起升、搬运和输送物料及产品的机具，是生产车间提高劳动生产率，生产过程机械化不可缺少的小型机械设备。

行车对提高车间各生产部门的机械化，缩短生产周期和降低生产成本起着非常重要的作用。

行车是以间歇、重复的工作方式，通过起重吊钩或其他吊局起升、下降，或升降与运移物料的进行设备。

它在搬运物料时，经历上料、运送、卸料及返回原处的过程，工作范围较大，重物或取物装置只能沿垂直方向上下升降或沿导轨左右移动。

图1为行车系统结构示意图。

图1行车系统结构示意图

1.2.1行车系统专用零部件

行车系统的专用零部件包括挠性装置、卷绕装置、取物装置和制动装置。

1.挠性装置

挠性装置在行车系统中广泛应用，它具有良好的挠性，能顺利的绕出圆形或多边形支撑零件，它只承受拉力，不能承受压力。

主要作用是传递动力，也可以用来捆扎货物。

常用的挠性构件有钢丝绳、链条和输送带等。

（1）钢丝绳

钢丝绳是行车系统中最常用的挠性构件之一，由于它具有强度高、自重轻、挠性好、运动平稳、极少突然断裂等优点，广泛应用于行车系统的起升机构中。

（2）链条

链条是常见的挠性构件和卷绕装置。

根据结构和制造方法不同，链条可以分为两大类：

圆钢链和调制关节链。

圆钢链是由圆形链条弯成链环，首尾互相套合，再将接头处焊接形成的链条。

调制关节链主要是由链片和销轴组成，链片和销轴形成活动的平面铰链。

其主要优点如下：

1）挠性好，承载能力大，相对伸长率低。

2）卷绕装置尺寸小，结构十分紧凑。

3）可在高温和有腐蚀性的环境下工作。

主要缺点是自身质量较大，冲击大，噪声大，有突然断裂的危险。

链条主要有焊接链、片式链和套筒滚子链等。

2．卷绕装置

卷绕装置是挠性构件的驱动和支撑装置。

不同的挠性装置构件需要不同的挠性装置来相配合。

卷绕装置的主要作用是传递动力，改变挠性构件的运行方向和支撑挠性构件。

（1）滑轮

滑轮主要用来卷绕钢丝绳的走向，由多个滑轮可以构成滑轮组以达到省力、增速的目的。

滑轮一般由轮缘、轮辐和轮毂三部分构成。

具体介绍见第三章3.21。

（2）卷筒

卷筒是用来卷绕钢丝绳的部件，它承载起升载荷，收放钢丝绳，实现取物装置的升降。

按筒体的形状，可分为长轴卷筒和短轴卷筒。

按制造方式可分为铸造卷筒和焊接卷筒。

按卷筒的筒体表面是否有绳槽，可分为光面和螺旋槽面卷筒。

按钢丝绳在卷筒上卷绕的层数，可分为单层缠绕和多层缠绕卷筒。

卷筒是由筒体、连接盘、轴以及轴承支架等构成。

单层缠绕卷筒的筒体表面切有弧形断面的螺旋槽，以增大钢丝绳与筒体的接触面积，并使钢丝绳在卷筒上的缠绕位置固定，以避免相邻钢丝绳互相摩擦而影响寿命。

多层缠绕卷筒的通体表面通常采用不带螺旋槽的光面，筒体两端部有凸缘，以防止钢丝绳滑出。

其缺点是钢丝绳排列紧密，各层互相叠压、摩擦，对钢丝绳的寿命影响很大。

卷筒的计算在第三章有详细阐述。

3.制动装置

制动装置是保证行车系统安全工作的重要部件。

为了满足工作需要和保证工作安全，安装一定的制动装置的必要的，它是行车系统非常重要的零部件。

制动装置主要作用如下：

1）支持将重物支悬在空中，使机器闸住不动。

2）调速调节或限制行车系统的运动速度。

3）制动使机构或系统停止运转。

制动装置分为制动器和停止器两大类。

两者的主要区别在于制动器主要利用摩擦来减缓机构的运转速度，停止器则是利用机械装置停止机器的运转。

具体分析见表1。

表1制动装置的种类及性能比较

制动装置

分类

性能特点

制动器

块式制动器

性能安全可靠，制动平稳，动作频率高；无须调整连锁式等退距装置，在使用过程中始终保持两侧瓦块退距均等，完全避免因退距不均使一侧制动衬垫浮贴制动轮的现象，并设有瓦块自动随位装置；主要摆动铰点均设有自润滑轴承，传动效率高，寿命长，在使用过程中不需要润滑。

盘式制动器

结构紧凑，用小的轴向压力就可获得较大的制动力矩。

摩擦面积大，磨损减轻，维护简单，使用寿命较长。

带式制动器

制动力矩大,结构紧凑，可以使行车系统的机构布置紧凑。

停止器

棘轮停止器

冲击大，可靠性好，结构简单，加工容易，应用广泛。

滚柱停止器

冲击很小，制造工艺要求较高，可靠性不如棘轮停止器。

1.2.2行车系统的组成

行车系统是由起升机构、平移机构、导轨、控制开关和称重装置构成。

起升机构通常由电动机、制动器、减速器、卷筒、钢丝绳、滑轮组及吊钩等零部件组成。

1.起升机构

起升机构是使重物上升或下降。

其结构示意如图2所示。

1—电机2—联轴器3—减速器4—卷筒5—导向滑轮

6—滑轮组7—吊钩

图2起升机构示意图

结束语

在老师的悉心指导下，我较顺利地完成了毕业设计。

首先我要感谢我的辅导教师陈德航老师，他耐心地为我们指导、分析，指出我设计中的不足之处。

同时，又引导我们自己去选择、设计，锻炼了我的动手能力和独立思考能力，给我们无限发挥空间。

还要感谢帮助我完成毕业设计的老师、同学，是你们提出的宝贵意见和建议让我的设计一步步完整起来。

通过毕业设计，更锻炼了我的动手和自主发挥的能力，让我发现学习中的不足，发现自己的薄弱之处，查阅大量资料的同时，也学到了很多有用的知识，扩展了自己的知识面，更让我深刻体会“一份耕耘，一份收获”的内涵，只有辛勤踏实地耕耘，希望之花才会绚烂绽放，劳动之果才会成熟饱满。

我努力了，所以我收获了。

通过本次毕业设计，使我懂得了变频调速行车系统的变频调速原理，组件的选型，不同选型之间的差异，行车系统的应用以及整个行车系统的安装与调试，更加了解了行车系统的应用及发展前景。

由于本人的能力与水平有限，设计中难免存在一些缺点和不足，恳请大家批评指正。

再次感谢给予我指导的老师和给予我帮助的同学。

参考文献

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中国标准出版社出版，2002

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机械工业出版社，2007.3

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机械工业出版社，2007.3

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机械工业出版社，2007.3

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冶金工业出版社，1987.12

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