桥式起重机电气控制毕业设计.pdf

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1、课程设计 专业工程机械及其自动化 课程机械设计 题目 205t 桥式起重机控制系统设计 姓名 学号 班级 指导教师 目录 一、设计任务及技术参数2 1.主要技术参数2 2.起重机工作机构的级别2 二、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 主提升机构电机容量选择2 1.2 副提升机构电3 1.3 大车行走机构电动机选择3 1.4 小车行走机构电机容量选择4 2 调速电器计算5 2.1 主起升机构调速电阻计算5 2.2 副起升机构调调电阻器计算6 2.3大车行走机构调速电阻器计算7 2.4 小车行走机构调速电阻器计算8 三、主起升机构控制系统设计9 3.1 控制系统组成9

2、3.2 主起升机构控制电路图9 3.3 主起升机构的工作原理10 四、副起升机构的系统设计10 4.1 控制系统组成10 4.2 副起升机构控制电路图10 4.3 副起升机构的工作原理11 五、大车运行机构控制系统设计11 5.1 控制系统组成11 5.2 大车机构控制电路图17 5.3 大车机构的工作原理12 六、小车运行机构控制系统设计12 6.1 控制系统组成12 6.2 小车机构控制电路图17 6.3小车机构的工作原理17 一设计任务及技术参数 1、主要技术参数 2.起 重机工作机构的级别 : （1）工作级别A3； （2）大车运行机构的工作级别与起升机构相同，小车行机构的工作级别一 律

3、为 M5 表中所列速度要求，在计算后所得的实际数据可允许有15%的偏 差。 二、电机容量选择及调速电阻器计算 1 电机容量选择 1.1 主提升机构电机容量选择 1）已知起重量 1C G=20 t 工作级别 A3主提升运行速度 cs V=23m/min 副钩重 a G=4% 1c G=0.8 t 静功率计算公式 j P = 1000 QQV G Q G =（ 1c G+ a G）g=（20000+800）9.81 N =204048 N V 1S=23m/min=0.383m/s 起重量跨度起升高度起升速度小车运行速 度 大 车 运 行 速度 20/5t 22.5m 12/18m 23m/min

4、 18m/min 40.8m/mi n =0.98 0.98 0.98=0.94（二级闭式齿轮传动，滑轮组倍率3） 所以 j P = 1000 QQV G = =83.14KW 根据电动机样本，选用YZR355M 电动机，当 S3, JC=25%时，电动机允许输出功率为 110KW。在基准工作制 S3, JC=40%时 N P=90 KW 。 2) 电动机的过载校验 N P T m H 1000 QQV G 按电动机转矩允许过载倍数 T=2.8, 对绕线转子电动机 H=2.1, 一台电机 m =1 T m H 1000 QQV G =62.35KWP s， 电动机发热校验通过。 1.4 小车行

5、走机构电机容量选择 1) 已知起重量 1C G=25t 工作级别 A5 小车运行速度 ss V=23m/min 小车自重 X G=7808Kg 运行静阻力。小车运行部分总质量 GG=( 1C G+ X G)g=（25000+7808）9.81 N=321846.48N 室内运行，风阻力G 1W =0, 坡度阻力rG=0，查得取运行摩擦阻力系数=0.0075 Z G= G G =3321846.48 0.0075 N=2413.85N 2) 运行静功率 ss V=41m/min=0.683m/s 小车运行机构总效率取=0.9 P j = 1000 ssZV G = 9 .01000 683.08

6、5.2413 KW=1.83KW 3) 运行加速功率。查得取a=0.083 m/s 2 , a t=8.29 s a P= a csG gt VG 1000 15.1 2 = 29.881.91000 683.048.32184615.1 2 KW=2.12KW 4) 初选电动机 PN）（ aj 1 PP m as =）（12.283.1 7.11 1 KW=2.32KW 式中： m-电动机数目 as- 平均启动转矩倍数（对绕线转子异步电动机取 1.7） 根据电动机样本，选用YZR132M1 电动机，当S3, JC=25%时，电动机允输出许功率 为 2.5 KW。在基准工作制S3, JC=40

7、%时，P N =2.2KW。 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=G2=0.9 则 s P=G 1000 ssZV G =0.9 9.01000 683.085.2413 KW=1.65 KW 查得，YZR132M1 电动机，当 JC=25%,CZ=300 时，其允许输出功率P=2.46KW s P，电 动机发热校验通过。 2 调速电阻器计算 2.1 主起升机构调速电阻计算 主提升机构选用串电阻调速方法 电机型号YZR355M 动率Pe=110KW 额定电压U=380V 额定电流I e1

8、=218A 转子开路电压U e2 =475V 转子电流I e1 =207A 额定转速n=581rmin： e m M M 额定转矩 最大转矩 m=1.84 功率因数cos1e=0.81 效率=0.9 调速要求： 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, 二速 200rmin, 三速 330rmin, 四速 460rmin, 五 速 560r min. 分析：对于电动机固有特性有： 额定转差率 Se=(n0-n 2)/n0=(750-581)/750=0.23 绕线转子每相绕组电阻 : r 2= eI eSeE 23 2 = 2073 47523.0 =0.305

9、 临界转差率 Sm=Se( m+ 1 2 m )=0.23391.3=0.78 1第一档速度 n e1 =130rmin 则有 Se=( n0-n1)/ n 0=(750-130)/750=0.83 叉根据异步电机人为特性的实用表达式Mx= Sx Sxm Sxm Sx Mm m 2 可解得： Sxm=Sx mMm/Mx 1)/( 2 MxMm m 在该起重机中，负载转矩Mx= 电机额定转矩 Me。 则有 S m1 =S e1 ( m 1 2 m )=0.83(1.84184.1 2 ) 即 S m1 =2.81 又根据异步电动机的机械特性参数表达式, 当 am/as=0 时. 即转矩最大值时

10、. 临界转差率 Sm 为： Sm= 2 21 2 1 )(xxr r 对于一速，有 Sm Sxm = 2 12 r rr b 得 r 1b =1.244 同理可得 r 2b =1.064r 3b =0.704r 4b =0.349 第五档速度此档速度为电机鞭定糟建, 不串接任何电阻 . 2.2 副起升机构调速电阻器计算 1）已知参数：由所选YZR200L 电动机 , 查得额定功率 PN=26KW, 转子开路电压 E N2 =380V, 转 子 额 定 电 流 I N2 =82.4A, 额 定 转 速 n N =956 r/min ， 同 步 转 速 n0= p f60 = 3 5060 =10

11、00 r/min。 2）电动机额定电阻 R N= N N I E 2 2 3 = 4 .823 380 =2.66 3) 电动机的等效转差率r * d 额定转差率 s N= 0 0 n nn N = 1000 9561000 =0.044 等效转差率r * d=R * sN 转子导线电阻 R= A L =0.0175 16 30 =0.033 式中： L- 电动机转子导线长度，对起升电动机为30 m A- 导线截面积 . 转子导线电阻标么值R * = N R R = 66.2 033.0 =0.012 所以 r * d =R * s N =0.0120.044=0.0005 4）选电阻器 选用

12、 RS5型电阻器，串 4 级可切换电阻和 1 级常串电阻。可得各级电阻的标 么值 R * 1 =0.1- r * d=0.1-0.0005=0.0995 R * 2=0.1 R * 3=0.2 R * 4=0.27 R * 5=1.13 5) 各级电阻值计算 R1=R N R * 1 =22.26 0.0995=0.225 R 2=RNR * 2=2.26 0.1 =0.226 R3=RNR * 3=2.26 0.2 =0.452 R4=R NR * 4=2.26 0.27 =0.610 R5=R N R * 5=2.26 1.13 =2.554 2.3 大车行走机构调速电阻器计算 1）已知参

13、数：由所选YZR180L 电动机 , 查得额定功率P N =15KW, 转子开路电压 E N2 =380V, 转 子 额 定 电 流 I N2 = 46.5A, 额 定 转 速 n N =962r/min ， 同 步 转 速 n0= p f60 = 3 5060 =1000 r/min 2) 电动机额定电阻 R N = N N I E 2 2 3 = 5.463 380 =4.72 3）电动机的等效转差率r * d 额定转差率 s N= 0 0 n nn N = 1000 9621000 =0.038 等效转差率r * d=R * s N 转子导线电阻 R= A L =0.0175 16 15

14、 =0.016 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 16 mm 2 转子导线电阻标么值R * = N R R = 72.4 016.0 =0.0034 所以 r * d=R * sN=0.0034 0.038=0.00013 4）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 * 1 =0.1- r * d=0.1-0.00013=0.09987 R * 2=0.1 R * 3=0.2 R * 4=0.4 R * 5=1.2 5) 各级电阻值计算 R1=

15、R NR * 1 =4.72 0.09987 =0.471 R2=R NR * 2=4.72 0.1 =0.472 R3=RNR * 3=4.72 0.2 =0.944 R4=R NR * 4=4.72 0.4 =1.888 R5=R N R * 5=4.72 1.2 =5.664 2.4 小车行走机构调速电阻器计算 1）已知参数：由所选YZR132M1 电动机 , 查得额定功率PN=2.2KW, 转子开路电压 E N2 =132V, 转子 额 定 电 流 I N2 =12.6A, 额 定转 速 n N =908r/min，同步 转速 n0= p f60 = 3 5060 =1000 r/mi

16、n。 2）电动机额定电阻 RN= N N I E 2 2 3 = 6.123 132 =6.05 3）电动机的等效转差率r * d 额定转差率 s N= 0 0 n nn N = 1000 9081000 =0.092 等效转差率r * d=R * s N 转子导线电阻 R= A L =0.0175 10 15 =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 2 转子导线电阻标么值R * = N R R = 05.6 0263.0 =0.0043 所以 r * d=R * sN=0.0043 0.092=0.0004 4）选电

17、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 * 1=0.1- r * d=0.1-0.0004=0.0996 R * 2=0.1 R * 3=0.2 R * 4=0.4 R * 5=1.2 5）各级电阻值计算 R1=R NR * 1 =6.05 0.0996 =0.603 R2=R NR * 2=6.05 0.1 =0.605 R3=R N R * 3=6.05 0.2 =1.21 R4=R NR * 4=6.05 0.4 =2.42 R5= RNR * 5=6.05 1.2 =7.26 三：主起升机构控制系统 3.1 控制系统组成 主提升

18、控制系统包括制动器， 三相异步电动机， 凸轮控制等。 3.2 主起升机构控制电路图 3.3 主起升机构的工作原理 开关上升下降 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 Z1 + + Z2 + + Z3 + + + + Q2 + + + + + + Q1 + + + + + + + + X2D2 + + + + + X3D1 + + + + + X2D1 + + + + + X3D2 + + + + + 图 4.2 无触点开关切换电阻调速控制板 注： 上升即为正转、 下降即为反转； +代表接通 、 空白代表断 开 。 例如：在上升的 3挡时 Z3、Z2、Z1、X2D1、X3D2断开， Q2、

19、Q1、X2D2、X3D1接 通，电机正转 Q2、Q1下面电阻被短接，电阻变小，转速变快。在下降的4 挡时 Z1、Z2、X2D2、X3D1断开，Z3、Q2、Q1、X3D2、X2D1接通，电机反转 Z3、Q2、 Q1下面电阻被短接，电阻变小，转速变快。 四、副起升机构的系统设计 4.1 控制系统组成 1) 三相异步电动机2) 凸轮控制器3) 制动器 4.2 副起升机构控制电路图 图 4.1 起升升降控制回路 4.3 副起升机构的工作原理 与主起升机构相似 五、大车运行机构控制系统设计 5.1 控制系统组成 1) 三相异步电动机 2) 凸轮控制器 3) 制动器 5.2 大车机构控制电路图 图 5.1

20、 大车控制回路 5.3 大车机构的工作原理；与主起升机构相似 六、小车运行机构控制系统设计 6.1 控制系统组成 1) 三相异步电动机 2) 凸轮控制器 3) 制动器 6.2 小车机构控制电路图 图 6.1 小车控制回路 6.3 小车机构的工作原理； 与主起升机构相似 结论 本次设计的桥式起重机控制系统主要采用了在可编程序控制器的控制调节下，研究 桥式桥式起重机的主提升，副提升，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

21、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 致 谢 值此设计完成之际，首先衷心的感谢我的设计指导老师杨继范老师。此次设计是在 杨老师的悉心指导下完成的。在课题的研究过程中，杨老师提出了许多宝贵的指导性意 见，才使得我的毕业设计可以顺利进行。杨老师求真务实的治学态度、诲人不倦的工作 作风、平易近人的态度给我留下深刻的印象。在我的整个毕业设计阶段，无论在专业学 习，还是在图纸设计和说明书撰写止，杨老师都给予了极大的关心、指导和鼓励。在本 次设计过程中还要特别感谢各家实习单位能给我提供良好的实习环境，使我能对自己所 设计的题目有一个更加深刻的认识。此外，还有幸和许多同学对相关问题进行了探讨和 研究，并从中得到了很多有益的启发。在此对这些同学表示由衷的感谢。最后感谢所有 对我有过帮助的人。 。 参考文献 【】起重机设计规范 【2】起重机设计手册 【3】实用起重机电气技术手册裘为章 【4】机械设计徐起賀刘静香程鹏飞 【5】机械装备金属结构设计（第2 版）徐格宁