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20-5t桥式起重机控制线路设计3 目录摘要ABSTRACT第一章20/5t桥式起重机常用电器，电机及选用1.1常用低压电器1.2熔断器1.3刀开关1.420/5t桥式起重机变频调速系统主要辅件选用1.520/5t桥式起重机变频调速系统电动机容量选用1.620/5t桥式起重机变频调速系统变频器容量选用1.7电阻器和频敏变阻器1.8电磁铁第二章凸轮控制器，变频器2.1凸轮控制器2.2变频器第三章20/5t桥式起重机电气控制线路3.1桥式起重机的电气控制要求3.2副钩凸轮控制器控制电路3.3保护电路结束语参考文献3 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、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。小车架是支托和安装起升机构和小车运行机构等部件的机架，通常为焊接结构。起重机运行机构的驱动方式可分为两大类：一类为集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮；另一类为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机驱动。中、小型桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动机组合成一体的“三合一”驱动方式，大起重量的普通桥式起重机为便于安装和调整，驱动装置常采用万向联轴器。起重机运行机构一般只用四个主动和从动车轮，如果起重量很大，常用增加车轮的办法来降低轮压。当车轮超过四个时，必须采用铰接均衡车架装置，使起重机的载荷均匀地分布在各车轮上。桥架的金属结构由主粱和端粱组成，分为单主粱桥架和双粱桥架两类。单主粱桥架由单根主粱和位于跨度两边的端粱组成，双粱桥架由两根主粱和端粱组成。主粱与端粱刚性连接，端粱两端装有车轮，用以支承桥架在高架上运行。主粱上焊有轨道，供起重小车运行。桥架主粱的结构类型较多比较典型的有箱形结构、四桁架结构和空腹桁架结构。箱形结构又可分为正轨箱形双粱、偏轨箱形双粱、偏轨箱形单主粱等几种。正轨箱形双粱是广泛采用的一种基本形式，主粱由上、下翼缘板和两侧的垂直腹板组成，小车钢轨布置在上翼缘板的中心线上，它的结构简单，制造方便，适于成批生产，但自重较大。3 偏轨箱形双粱和偏轨箱形单主粱的截面都是由上、下翼缘板和不等厚的主副腹板组成，小车钢轨布置在主腹板上方，箱体内的短加劲板可以省去，其中偏轨箱形单主粱是由一根宽翼缘箱形主粱代替两根主粱，自重较小，但制造较复杂。四桁架式结构由四片平面桁架组合成封闭型空间结构，在上水平桁架表面一般铺有走台板，自重轻，刚度大，但与其他结构相比，外形尺寸大，制造较复杂，疲劳强度较低，已较少生产。空腹桁架结构类似偏轨箱形主粱，由四片钢板组成一封闭结构，除主腹板为实腹工字形粱外，其余三片钢板上按照设计要求切割成许多窗口，形成一个无斜杆的空腹桁架，在上、下水平桁架表面铺有走台板，起重机运行机构及电气设备装在桥架内部，自重较轻，整体刚度大，这在中国是较为广泛采用的一种型式。普通桥式起重机主要采用电力驱动，一般是在司机室内操纵，也有远距离控制的。起重量可达五百吨，跨度可达60米。简易梁桥式起重机又称粱式起重机，其结构组成与普通桥式起重机类似，起重量、跨度和工作速度均较小。桥架主粱是由工字钢或其他型钢和板钢组成的简单截面粱，用手拉葫芦或电动葫芦配上简易小车作为起重小车，小车一般在工字粱的下翼缘上运行。桥架可以沿高架上的轨道运行，也可沿悬吊在高架下面的轨道运行，这种起重机称为悬挂粱式起重机。冶金专用桥式起重机在钢铁生产过程中可参与特定的工艺操作，其基本结构与普通桥式起重机相似，但在起重小车上还装有特殊的工作机构或装置。这种起重机的工作特点是使用频繁、条件恶劣，工作级别较高。主要有五种类型。铸造起重机：供吊运铁水注入混铁炉、炼钢炉和吊运钢水注入连续铸锭设备或钢锭模等用。主小车吊运盛桶，副小车进行翻转盛桶等辅助工作。夹钳起重机：利用夹钳将高温钢锭垂直地吊运到深坑均热炉中，或把它取出放到运锭车上。脱锭起重机：用以把钢锭从钢锭模中强制脱出。小车上有专门的脱锭装置，脱锭方式根据锭模的形状而定：有的脱锭起重机用项杆压住钢锭，用大钳提起锭模；有的用大钳压住锭模，用小钳提起钢锭。加料起重机：用以将炉料加到平炉中。主小车的立柱下端装有挑杆，用以挑动料箱并将它送入炉内。主柱可绕垂直轴回转，挑杆可上下摆动和回转。副小车用于修炉等辅助作业。锻造起重机：用以与水压机配合锻造大型工件。主小车吊钩上悬挂特殊翻料器，用以支持和翻转工件；副小车用来抬起工件。3 ABSTRACTThebridge-typehoistcraneisthebridgeonekindofbridgehoistcranewhichmovesontheelevatedtrack,alsocallstheoverheadtravelingcrane.Thebridge-typehoistcrane"sbridgealonglaysdownonthebothsideshighstructuretheorbitallongitudinalmovement,thecrabalonglaysdownonbridge"sorbitalcrosswisemovement,constitutesarectangularoperatingregion,mayliftthematerialfullyusingthebridgefollowingspace,notabove-groundequipment"shindrance.thebridge-typehoistcranewidelyappliesintheindooroutsidewarehouse,theworkshop,thewharfandopen-airstoresthematerialsyardandsoonplace.Thebridge-typehoistcranemaydivideintotheordinarybridge-typehoistcrane,thesimpleLiangbridge-typehoistcraneandthemetallurgyspecial-purposebridge-typehoistcranethreekinds.Theordinarybridge-typehoistcranebythecrab,thebridgemovementorganization,thebridgemetalstructureiscomposedgenerally.Thecrabbythehoistingmechanism,thecarmovementorganizationandthetrolleyframethreepartsiscomposed.Hoistingmechanismincludingelectricmotor,brake,reductiongear,reelandblockandtackle.Theelectricmotorthroughthereductiongear,leadsthereelrotation,causesthesteelwiretowindthereelortolaydownfromthereel,risesandfallstheheavyitem.Thetrolleyframeisarequestwithinstallmentpart"sandsoonhoistingmechanismandcarmovementorganizationracks,usuallyforweldingstructure.Thehoistcranemovementorganization"sdrivetypemaydivideintotwobroadheadings:Onekindisthecentralismactuation,namelydrivesthelongpassmovingaxiswithanelectricmotortoactuatetwosidethedrivingwheels;Anotherkindtoactuate,namelytwosidedrivingwheelstouseadirectmotordriverespectivelyseparately.Medium,thesmallbridge-typehoistcraneusesthebrake,thereductiongearandthemotorgroupsynthesizesabody“themethodofthree-in-one”the3 drivetype,thegreatliftingcapacity"sordinarybridge-typehoistcranetobeadvantageousfortheinstallmentandtheadjustment,thedriveoftenusestherotaryshaftcoupling.Thehoistcranemovementorganizationonlyusesfourgenerallyinitiativeandthedrivenwheel,iftheliftingcapacityisverybig,increaseswheel"smeanstoreducethewheel-pressurecommonlyused.Whenthewheelsurpassesfour,mustusethehingebalancedframeinstallment,causeshoistcrane"sloadtodistributeevenlyonvariouswheels.Bridge"smetalstructureiscomposedofmainLiangHeduanLiang,dividesintoShanZhuliangthebridgeandthedoubleLiangbridgetwokinds.ShanZhuliangthebridgeiscomposedofsimplerootmainLiangandlocatedatspantwosideendLiang,thedoubleLiangbridgeiscomposedoftwomainLiangHeduanLiang.MainLiangYuduantheLiangrigidconnection,carriestheLiangbothsidestobeloadedwiththewheel,withmovesbythesupportingbridgeonthehighstructure.OnmainLiangweldshasthetrack,forcrabmovement.ThebridgemainLiang"sstructuretypearemanyquitetypicalhastheboxofshapestructure,fourgirderconstructionsandtheopen-webtrussstructure.theboxshapestructuremaydivideintostockrailboxshapedoubleLiang,leaningaxleboxshapedoubleLiang,leaningaxleboxshapeShanZhuliangandsoonseveralkinds.StockrailboxshapedoubleLiangisonefundamentalmodewhichwidelyuses,advocatesLiangiscomposedofthetopandbottomflangeplateandthebothsidesverticalwebplate,thecarrailarrangementinonflangeplate"smiddleline,itsstructureissimple,themanufactureisconvenient,issuitableforthemassproductions,butisself-possessedinabigway.TheleaningaxleboxshapedoubleLiangHepianaxleboxshapeShanZhuliangsectionisandtheuniformthicknesshostvice-webplateisnotcomposedofthetopandbottomflangeplate,thecarrailarrangementabovethemainwebplate,theboxinvivo"sshortstiffeningplatemayomit,leaningaxleboxshapeShanZhuliangisreplacestwomainLiangbyawideflangeboxshapemainLiang,isself-possessedissmall,butmakescomplex.Fourtrusstypestructurecombinestheenclosedtypespatialstructurebyfourpieceofplanegirders,issailingupstreamtheplaneframeworksurfacegeneral3 shoptohavetheplaten,isself-possessedlightly,therigidityisbig,butcompareswithotherstructures,theexternaldimensionsarebig,themanufactureiscomplex,thefatiguestrengthislow,haslittleproduced.Open-webtrussstructuresimilarleaningaxleboxshapemainLiang,iscomposedasealstructurebyfourpieceofsteelplates,besidesthemainwebplateforsolidabdomenI-shapedLiang,onotherthreepieceofsteelplatescutsmanywindowsaccordingtothedesignrequirements,formsanon-strut"sopen-webtruss,on,thesewerplaneframeworksurfaceshophastheplaten,thehoistcranemovementorganizationandtheelectricalequipmentinstallsinthebridge,isself-possessedlightly,theoverallrigidityisbig,thisinChinaisonepatternwhichwidelyuses.3 第一章20/5t桥式起重机常用电器，电机及选用1.1常用低压电器1.1.1低压电器的分类电器是指用于接通和断开电路或对电路和电气设备进行保护，控制和调节的电工器件。在电力输配电系统和电力拖动自动控制系统中，电器的应用极为广泛。1.1.2低压配电电器和低压控制电器低压配电电器用于低压配电系统中，对电器及用电设备进行保护和通断，转换电源和负载。工作可靠，在系统发生异常情况下动作准确，并有足够的热稳定性和动稳定性。如：熔断器，刀开关，低压断路器等。低压控制电器用于低压电力传动，自动控制系统和用电设备中，使其达到预期的工作状态。它体积小，重量轻，工作可靠。如：按钮，行程开关，接触器，继电器等。低压电器的额定电压在工厂电气控制中，采用三相四线制供电，动力线路电压为380V，照明线路电压为220V。1.2熔断器低压熔断器是低压供配电系统和控制系统中最常用的安全保护电器。主要用于短路保护，有时也可用于过载保护。其主体是用低熔点的金属丝或金属薄片制成的溶体，串联在被保护电路中。在正常情况下，溶体相当于一根导线，当电路短路或过载时，电流很大，熔体因过热而熔化，从而切断电路，起到保护作用。1.2.1熔断器的技术参数低压熔断器的主要技术参数有额定电压，熔断器额定电流，熔体额定电流。.熔断器的额定电压是熔断器长期正常工作能承受的最大电压。熔断器额定电流是指熔断器（绝缘底座）允许长期通过的电流。查常用低压熔断器主要技术参数表可知：一个额定电流等级的熔断器可以选配若干个额定电流等级的熔体。熔体额定电流是指熔体长期正常工作并不熔断的电流，熔体额定电流不能大于熔断器的额定电流。1.2.2熔断器的选用3 选用低压熔断器时一般考虑熔断器的额定电压，熔断器的额定电流和熔体额定电流三项参数。3 低压熔断器的额定电压应不小于电路的工作电压。低压熔断器的额定电流应不小于所装熔体的额定电流。1.2.3熔体额定电流选用：1.电炉和照明等电阻性负载熔体额定电流IBN不小于电路的工作电流IN，即IBN≥IN.2.配电电路为防止越级动作而扩大停电范围,后一级(近电源)熔体的额定电流比前一级熔体的额定电流至少要大一个等级,同时,必需要校核熔断器的极限分断能力.3.电动机1〉对于单台电动机,熔体的额定电流应不小于电动机额定电流的1.5-2.5倍,即IBN≥（1.5-2.5）IN.2〉对于多台电动机,熔体的额定电流应不小于最大一台电动机额定电流INmax的1.5-2.5倍,加上同时使用的其它电动机额定电流之和∑IN,,即IBN≥（1.5-2.5）INmax＋∑IN.3〉轻载起动或起动时间短时,系数可取小些;重载起动或起重时间长时,系数可取大些.4〉因电动机的起动电流很大,熔体的额定电流应保证熔断器不会因电动机起动而熔断,熔断器一般用于短路保护.1.3刀开关刀开关是低压供配电系统和控制系统中最常用的配电电器.常用于电源隔离,也可用于不频繁地接通和断开小电流配电电路或直接控制小容量电动机的起动和停止,是一种手动操作电器.1.3.1刀开关的技术参数刀开关的技术参数主要有额定电压,额定电流和分断能力.，刀开关的额定电压是刀开关长期正常工作能承受的最大电压.刀开关的额定电流是刀开关在合闸位置上允许长期通过的最大工作电流.刀开关的分断能力是刀开关在额定电压下能可靠分断的最大电流.1.3.2刀开关的选用刀开关的选用一般考虑刀开关的额定电压,额定电流等.刀开关的额定电压应不小于电路实际工作的最高电压.刀开关的额定电流1〉当用作隔离开关或控制一般照明，电热等电阻性负载时，其额定电流应等于或稍高于负载的额定电流。3 2〉当用于电动机直接起动控制时，瓷底胶盖闸刀开关只能控制容量小于5.5KW的电动机，其额定电流应大于电动机的额定电流。组合开关的额定电流应不小于电动机额定电流的2-3倍。1.420/5t桥式起重机变频调速系统主要辅件选用起重机变频调速系统主要辅件包括断路器，接触器，交电流电抗器，制动电阻器等。为避开变频器投人时直流回路电容器的峰值，变频器配制的断路器容量为电动机额定电流的1.3-1.4倍，整定值为断路器额定值的3-4倍。接触器在变频器主回路中仅在变频器辅助器件或控制回路故障时起断开主回路的作用，一般不作回路开断器件用，故可按电动机额定电流选用接触器容量，无须按开断次数考核其寿命。为抑制变频器造成的高峰值电流，在变频器的输入端加接交流电抗器。同时，交流电抗器的进入端还可以起到降低电动机的噪声，改善起动转矩，在电动机轻载时改善功率因数的作用。交流电抗器容量按电动机容量配置，计算公式如下：L＝（2%-5%）U／2TfI式中L－电抗器容量（H）U－额定电压（V）I－电动机额定电流（A），电抗电流值为电动机额定电流值的1.1-1.2倍。f－最大周次数（HZ）（2%-5%）U的选择根据速比要求定，速比愈大百分比愈大。制动电阻借助制动单元消耗电动机发电制动状态下从动能转换来的能量。计算公式如下：RBO＝UC／1.047（TB－0.2TM）n　.　　　　.　　　　.　　　式中：UC－直流回路电压（V）TB－制动转矩（N..m）TM－电动机额定转矩（N..m）n－电动机额定转速（r／min）在制动晶体管和制动电阻构成的能耗回路中沉区最大电流受晶体管许用电流IC的阻制，因此在选择制动电阻时不可小于其最小制动电阻值。Rmin＝Uc／Ic（Ω）3 式中：UC－直流回路电压（V）Ic－制动晶体管允许的最大电流（A）因此：制动电阻RB应按RBO＞RB＞Rmin的关系选用。1.520/5t桥式起重机变频调速系统电动机容量选用起重机运行机构的转动惯量较大，为了加速电动机需要有较大的起动转矩，故电动机容量需要由负载功率Pj及加速功率Pa两部分组成。一般情况下电动机容量P为：P≥（Pa+Pj）／λas式中：λas－电动机平均起动转矩倍数。若使电动机在额定转速下接近满载运行，且能承受电网电压的波动，则要求电动机的过载力矩倍数λM大于1.5倍。或适当增加加速时间，减小加速速率。起重机起升机构的负载特点是起动时间短（1-3s），只占等速运动时间的较小比例；转动惯量较小，占额定起升转矩的（10%-20%），其电动机容量为：P＝CPgv／（1000η）（KW）式中：CP－起重机额定起升负载（Kg）v－额定起升速度（m／s）g－重力加速度（g＝9.81m／s）η－机构总效率此外，为使电动机能提升1.25倍试验载荷，能承受电压波动的影响，其最大转矩值必需大于2。否则，必需让电动机放容，从而降低电动机在额定运行时的工作效率。1.620/5t桥式起重机变频调速系统变频器容量选用起升机构的平均起动转矩一般说来为额定力矩的1.3-1.6倍。考虑到电源电压波动因素及需要通过125%超载实验等因素，此时变频器容量为：1.5PCN≥K／ηMCOSφ×CPgv／1000η式中COSφ－电动机的功率因素，COSφ＝0.75P－起升额定负载所需功率（KW）ηM－电动机效率，ηM＝0.85PCN－变频器容量（KVA）K－系数，K＝23 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。若用在电动机额定功率选定的基础上提高一档的方法选择变频器的容量，在变频器功率选定的基础上，做电流验证，公式如下：ICN＞IM式中ICN－变频器额定电流IM－电动机额定电流1.7电阻器和频敏变阻器电阻器是电动机的起动，制动，和调速控制的重要附件。电阻器选用的一般原则：1〉根据控制要求选择电阻器系列2〉根据电动机的电流选择电阻器的型号频敏变阻器是一种利用铁磁材料的损耗岁频率变化来自动改变等效阻值的低压电器。频敏变阻器能使电动机实现平滑起动，主要用于绕线转子回路作为起动电阻，实现电动机的平稳无级起动。频敏变阻器选用的一般原则：1〉根据电动机所拖动的生产机械的起动负载特性和操作频繁程度，选择频敏变阻器。2〉按电动机功率的大小选择频敏变阻器。1.8电磁铁电磁铁是利用电磁吸力来吸钢铁零件，操纵，牵引机械装置以完成预期的动作的低压电器。电磁铁选用的一般原则：1〉根据机械负载的要求选择电磁铁的种类和机构形式。2〉根据控制系统电压选择电磁铁线圈电压。3〉电磁铁的功率应不小于制动或牵引功率。3 第二章凸轮控制器，变频器2.1凸轮控制器凸轮控制器是一种利用凸轮来操作动触点动作的控制电器。主要用于容量小于30KW的中小型绕线或转子异步电动机的控制电路中，控制电动机的起动，停止，调速，反转和制动，广泛用于桥式起重机。凸轮控制器主要由手柄，触点系统，转轴，凸轮和外壳组成。如图：2.2变频器在起重机中的应用变频控制技术，PLC控制技术和计算机技术的发展，为桥式起重机变频控制应用提供了有利的条件，PLC控制的桥式起重机变频调速系统。PLC控制的桥式起重机变频调速系统框图如图所示：3 PLC控制的桥式起重机变频调速系统框图PLC控制的桥式起重机变频调速系起动，制动快速，起动过程平稳，运行平稳，可靠，操作简单灵活，生产效率高，系统维护方便，安全性高。拖动转矩日立J300系列变频器具有无速度传感器矢量控制技术，当变频器有0.5Hz输出时即有150%以上的高起动转矩，保证悬空起动及低速运转时的电机力矩，并可在10：1的速度范围内（6-60Hz/5-50Hz）以100%转矩连续运行。速度调速偏差小于±1%。并利用一个高速微处理器和装备DSP来提高响应速度，在提升设备中对防止“滑落”很有效果，转矩响应时间约0.1秒便可达到100%的转矩。能耗制动单元“桥抓”在操作抓斗下落时，变频器将受到较高电势的能量释放过程，为保证变频器不过压跳闸不被击坏，增设能耗制动单元来保证变频器的正常工作。进行制动时放电电阻与电机内部的有功损耗部分结合成制动转矩，大约为电机额定转矩的20%。制动电阻的计算如下；RBO=UC2/0.1047(TB-0.2Tm)n1(1)式中：UC——直流回路电压；TB——制动转矩；Tm——电动机额定转矩；n1——开始减速时的速度；3 由制动单元和制动电阻构成的放电回路中，其最大电流受制动单元的最大允许电流IC的限制。制动电阻的最小允许值Rmin为：Rmin=UC/IC（2）因此，制动电阻应满足以下选择范围Rmin