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湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)論文
題 目： 18t橋式起重機設(shè)計
專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化
學(xué) 號： 2006183918
姓 名： 謝偉
指導(dǎo)教師： 陳格平
完成日期： 2010.6
目 錄
摘要 1
第一章 緒論 3
1.1橋式起重機的簡介 3
1.2普通橋式起重機的主要組成部分 3
1.2.1 大車 3
1.2.2 小車 3
1.2.3動力裝置和控制系統(tǒng) 3
1.3普通橋式起重機的運行方式 3
第二章 設(shè)計任務(wù)及技術(shù)參數(shù) 5
2.1主要技術(shù)參數(shù)： 5
2.2起重機工作機構(gòu)的級別: 5
第三章 18噸橋式起重機的控制系統(tǒng)設(shè)計 6
3.1控制電路設(shè)計分析 6
3.1.1控制對象分析及控制元件的確定 6
3.1.2控制系統(tǒng)的基本要求 6
3.1.3電動機的工作狀態(tài)分析 6
3.1.4起重機的供電 9
3.2起升機構(gòu)控制電路工作原理 9
3.2.1起升機構(gòu)電路的特點 9
3.2.2起升機構(gòu)電路的保護與聯(lián)鎖 10
3.2.3起升機構(gòu)電氣工作控制原理 11
3.3小車運行機構(gòu)電路工作原理 14
3.3.1小車運行機構(gòu)電路工作特點 14
3.3.2小車運行機構(gòu)的電氣控制原理 14
3.4大車運行機構(gòu)電路工作原理 16
3.4.1大車運行機構(gòu)電路的工作特點 16
3.4.2大車運行機構(gòu)的電氣控制原理 16
3.5保護電路的工作原理 18
3.5.1保護電路的組成 18
3.5.2保護電路的工作過程 18
結(jié)束語 20
參考文獻 21
附錄一 22
附錄二 27
18t橋式起重機設(shè)計
摘要：
橋式起重機是一種提高勞動生產(chǎn)率重要物品搬運設(shè)備，主要適應(yīng)車間物品搬運、設(shè)備的安裝與檢修等用途。我國生產(chǎn)的吊鉤電動雙梁橋式起重機額定起重范圍為5～500t，一般10t以上，起重機有主、副兩套起升機構(gòu)；300t以上，起重機還有三套起升機構(gòu)。
電動雙梁起重機由橋架、小車運行機構(gòu)、大車運行機構(gòu)和電氣設(shè)備構(gòu)成。在系統(tǒng)整體設(shè)計中采用傳統(tǒng)布局的典型結(jié)構(gòu)，小車運行機構(gòu)采用集中驅(qū)動。起升機構(gòu)滑輪組采用雙聯(lián)滑輪組，重物在升降過程中沒有水平移動，起升過程平穩(wěn)，且鋼絲繩的安裝和更換容易。相應(yīng)的卷繞裝置采用單層卷筒，有與鋼絲繩接觸面積大，單位壓力低的優(yōu)點。在起升機構(gòu)中還涉及到鋼絲繩、減速器、聯(lián)軸器、電動機和制動器的選擇等。小車運行機構(gòu)中涉及小車輪壓計算、小車車輪、小車軌道、減速器、聯(lián)軸器、電動機和制動器的選擇計算等。
在起重機控制方面，起升機構(gòu)用主令控制器和磁力控制屏來實現(xiàn)控制，大、小車運行機構(gòu)用凸輪控制器直接控制。在控制系統(tǒng)設(shè)計中，主要針對起升機構(gòu)、大車運行機構(gòu)、小車運行機構(gòu)電路控制系統(tǒng)的設(shè)計及保護電路的設(shè)計。利用低壓電氣元件控制起重機，其使用壽命較長，適合車間惡劣環(huán)境。
關(guān)鍵詞：橋式起重機 節(jié)點控制器 電氣控制系統(tǒng)
ABSTRACT
Bridge crane is a significant increase labor productivity goods handling equipment, primarily to carry goods workshops, equipment installation and maintenance, and other purposes. China's production of electrical hook rated double-beam bridge crane lifting the range of 5 ~ 500 t, generally more than 10 t, cranes are the main, two sets of lifting300 t above, there are three sets of cranes lifting bodies.
Two-electric beam from the bridge crane, the trolley running, traveling mechanism and electrical equipment constituted. The overall design of the system using the traditional layout of the typical structure and operation of institutions used car driven focus. Pulley group or agency from using double-pulley blocks, heavy objects in the process of lifting the level of no movement, or from the process smooth, and the installation and replacement of wire rope easily. Winding installations in the corresponding single reel, a large area of contact with the rope, the advantages of low pressure units. In lifting bodies also involves rope, reducer, couplings, electrical and brake the choice. Vehicles involved in the operation of institutions pressure on the wheels, car wheels, car track, reducer, couplings, electrical and brake the choice of calculation.
In the crane control, or from the institutions with the main controller and magnetic control of the screen to achieve control, big and small car cam controller running institutions with direct control. In the control system design, mainly for lifting bodies, traveling mechanism, the car run institutions circuit design and control system for the protection of the circuit design. Use of low-voltage electrical components control crane, a longer service life for workshop harsh environment.
Key words: Bridge crane Node Controller Electric control system
第一章 緒論
1.1橋式起重機的簡介
橋式起重機是生產(chǎn)車間、料場、電站廠房和倉庫中為實現(xiàn)生產(chǎn)過程機械化和自動化，減輕體力勞動，提高勞動生產(chǎn)率的重要物品搬運設(shè)備。它通常用來搬運物品，也可用于設(shè)備的安裝與檢修等用途。橋式起重機安裝在廠房高處兩側(cè)的吊車梁上，整機可以沿鋪設(shè)在吊車梁上的軌道縱向行駛，而起重小車又可沿小車軌道（鋪設(shè)在起重機的橋架上）橫向行駛，吊鉤則作升降運動。因此，它的工作范圍是其所能行駛地段的長方體空間，正好與一般車間形式相適應(yīng)。
1.2普通橋式起重機的主要組成部分
1.2.1 大車
大車由橋架和大車運行機構(gòu)組成。橋架：橋架為起重機的金屬結(jié)構(gòu)，一方面支撐小車，允許小車在它上面橫向行駛；另一方面又是起重機行走的車體，可沿鋪設(shè)在廠房上面的軌道行駛。在其兩側(cè)的走臺上，安裝有大車運行機構(gòu)和電器設(shè)備，大車運行機構(gòu)用來驅(qū)動大車行走，大車上一般還有駕駛室，用來操縱起重機和安裝各機構(gòu)的控制設(shè)備。橋架主要由主梁和端梁組成。設(shè)計時要考慮其強度，剛度和穩(wěn)定性要求，也應(yīng)考慮自重和外形尺寸要小，加工制造簡單，運輸，存放和使用維修方便，成本低等因素。
1.2.2 小車
小車由起升機構(gòu)，小車運行機構(gòu)，小車架和保護裝置等組成。小車架要承受起升載荷和各機構(gòu)自重，應(yīng)有足夠的強度和剛度，同時又要盡量減輕自重，以降低輪壓和橋架受載。小車的電力則由滑線或軟電纜引入。設(shè)計時要考慮改善零部件的受力情況、減少外形尺寸和自重、安全可靠、工作平穩(wěn)、裝配維修方便等因素。
1.2.3動力裝置和控制系統(tǒng)
動力裝置是驅(qū)動起重機運動的動力設(shè)備，它在很大程度上決定了起重機的性能和構(gòu)造特點，橋式起重機的動力裝置一般采用電動機?？刂葡到y(tǒng)包括操縱裝置和安全裝置。各機構(gòu)的啟動、調(diào)速、改向、制動和停止，都通過操縱控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。
1.3普通橋式起重機的運行方式
橋式起重機是一種循環(huán)的、間隙動作的、短程搬運機械。一個工作循環(huán)一般包括上料、運送、卸料及回到原位的過程，即取物裝置從取物地點由起升機構(gòu)把物料提起，由運行機構(gòu)把物料移位，然后物料在指定地點下放，接著進行相反動作，使取物裝置回到原處，以便進行下一次工作循環(huán)。在兩個工作循環(huán)之間一般有短暫的停歇。起重機工作時，各機構(gòu)經(jīng)常處于起動、制動以及正向、反向等相互交替的運動狀態(tài)之中。
第二章 設(shè)計任務(wù)及技術(shù)參數(shù)
2.1主要技術(shù)參數(shù)：
最大起重量： 18噸
粱跨度： 31500mm
起升速度: 18 ～28m/min
起升高度: 14mm
起重機運行速度: 80 ～95m/min
起升機構(gòu)運行速度: 40 ～45m/min
2.2起重機工作機構(gòu)的級別:
起重機工作級別A6; 其中載荷狀態(tài)為Q2(有時起升額定載荷,一般起升中等載荷);利用等級為T6(總工作循環(huán)次數(shù)N=,不經(jīng)常繁忙使用)
起升機構(gòu)工作級別M6;其中利用等級為T6,載荷狀況為L2。
小車運行機構(gòu)工作級別M4;其中利用等級為T4,載荷狀況L3。
大車運行機構(gòu)工作級別M4;其中利用等級為T4,載荷狀況L2。
第三章 18噸橋式起重機的控制系統(tǒng)設(shè)計
3.1控制電路設(shè)計分析
3.1.1控制對象分析及控制元件的確定
橋式起重機的動力源為三相繞線轉(zhuǎn)子電動機，制動裝置為電力液壓制動器，其驅(qū)動裝置也是電動機。因而整個控制系統(tǒng)的控制對象為電動機；從前面主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計中可以知道，整個結(jié)構(gòu)有4個電動機驅(qū)動，一個用于起升機構(gòu)，一個用于小車運行機構(gòu)，兩個用于大車運行機構(gòu)，其具體型號：起升電機M，YZR315S—8，P=85KW，n=724r/min；小車運行電機M3，YZR160M1—6，P=6.3KW，n=921r/min；大車運行電機M2，YZR160L—6，P=13KW，n=942r/min；由于起升機構(gòu)電機功率大，不能采用凸輪控制器，而用主令控制器和磁力控制屏，通過繼電器觸頭控制；大、小車運行電機用凸輪控制器直接控制。
3.1.2控制系統(tǒng)的基本要求
①提升機構(gòu)電力拖動的要求
主鉤能快速升降，輕載提升速度應(yīng)大于額定負(fù)載的提升速度；具有一定的調(diào)速范圍；具有適當(dāng)?shù)牡退賲^(qū)，一般在30%額定速度內(nèi)分幾擋，以便選擇；提升第一擋的作用是為了消除傳動間隙，將鋼絲繩張緊，稱為預(yù)備級，這一擋的電動機的起動轉(zhuǎn)矩不能過大，以免過強的機械沖擊，一般在額定轉(zhuǎn)矩一半以下；在負(fù)載下降時，根據(jù)負(fù)載的大小，提升電動機可以工作在電動、倒拉制動、回饋制動等工作狀態(tài)，以滿足對不同下降速度的要求；為了安全，起重機要采用斷電制動方式的機械抱閘制動，以免因停電造成無制動力矩，導(dǎo)致重物自由下落引發(fā)事故，同時也應(yīng)具備電氣制動方式，以減少機械抱閘的磨損；橋式起重機的電氣控制還應(yīng)具有完善的保護和聯(lián)鎖環(huán)節(jié)。
②大小車移行機構(gòu)電力拖動的要求
大車移行機構(gòu)和小車移行機構(gòu)對電力拖動簡單，只要有一定的調(diào)速范圍，分幾擋即可。起動第一擋作預(yù)備擋，以消除起動時的機械沖擊，所以，起動轉(zhuǎn)矩也限制在額定轉(zhuǎn)矩的一半以下，為實現(xiàn)準(zhǔn)確停車，增加了電氣制動，同時可以減輕機械抱閘負(fù)擔(dān)，減少機械抱閘的磨損，提高制動可靠性。
3.1.3電動機的工作狀態(tài)分析
①移行機構(gòu)電動機的工作狀態(tài)
移行機構(gòu)電動機的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為飛輪滾動摩擦力矩與輪軸上的摩擦力矩之和，這種負(fù)載力矩始終是阻礙運動的，為阻力矩；當(dāng)大車和小車需要來回移動時，電動機工作于正反轉(zhuǎn)狀態(tài)。
②提升機構(gòu)電動機工作狀態(tài)
提升機構(gòu)電動機的負(fù)載除一小部分是由摩擦產(chǎn)生的力矩以外，主要是由重物和吊鉤產(chǎn)生的重力矩，這種負(fù)載當(dāng)提升時都是阻力矩，下降時都是動力矩，而輕載或空鉤下降時，是阻力負(fù)載還是動力負(fù)載視具體情況而定。
1) 提升時電動機的工作狀態(tài)
提升重物時，電動機承受兩個阻力轉(zhuǎn)矩，一個是重物的自重產(chǎn)生的重力轉(zhuǎn)矩 ，另一個是在提升過程中傳動系統(tǒng)存在的摩擦轉(zhuǎn)矩，當(dāng)電動機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩克服阻力轉(zhuǎn)矩時，重物被提升，電動機處于電動狀態(tài)，以提升方向為正向旋轉(zhuǎn)方向，則電動機處于正轉(zhuǎn)電動狀態(tài)，其如下圖示，工作在第一象限，當(dāng)時，電動機穩(wěn)定運行在轉(zhuǎn)速下
圖3-1 提升重物時電機工作狀態(tài)
2) 下降時電動機的工作狀態(tài)：
a. 重物下降：當(dāng)下放重物時，負(fù)載較重，>>時，為了獲得較低的下降速度，需將電動機按正轉(zhuǎn)提升方向接線，則電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與重力轉(zhuǎn)矩方向相反，電磁轉(zhuǎn)矩成為阻礙下降的制動轉(zhuǎn)矩，當(dāng)=+時，電動機穩(wěn)定運行在-轉(zhuǎn)速下，電動機處于倒拉反接制動狀態(tài)，如下圖示，工作在第四象限，此時，交流繞線轉(zhuǎn)子電動機的轉(zhuǎn)子應(yīng)串聯(lián)較大的電阻。
圖3-2 重物下降時電機工作狀態(tài)
b.輕載下降：當(dāng)<時，由于負(fù)載的重力轉(zhuǎn)矩小于摩擦轉(zhuǎn)矩，所以依靠負(fù)載自重不能下降，電動機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩必需與重力轉(zhuǎn)矩方向相同，以克服摩擦轉(zhuǎn)矩，強迫負(fù)載或空鉤下降，電動機處于反轉(zhuǎn)電動狀態(tài)，在=+時，電動機穩(wěn)定運行在-轉(zhuǎn)速下，如下圖示，工作在第三象限，稱強力下降。
圖3-4 輕載下降時電機工作狀態(tài)1
當(dāng)>時，雖然負(fù)載轉(zhuǎn)矩很小，但重力轉(zhuǎn)矩仍大于摩擦轉(zhuǎn)矩，當(dāng)電動機按反轉(zhuǎn)接線時，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與重力轉(zhuǎn)矩方向相同，在與的共同作用下，電動機仍加速，使>，電動機處于反向再生發(fā)電制動狀態(tài)，在=+時，電動機穩(wěn)定在-轉(zhuǎn)速下運行，如下圖示，工作在第四象限，>，此時，要求電動機機械特性硬，以免下降速度過高，因此，在生發(fā)電制動時，電動機轉(zhuǎn)子回路不允許串電阻。
圖3-5 輕載下降時電機工作狀態(tài)2
3.1.4起重機的供電
橋式起重機的大車與廠房之間，小車與大車之間都有相對運動，因此電源不能像一般固定的電氣設(shè)備一樣采用固定連接，而必須適應(yīng)其工作經(jīng)常移動的特點，對于大中型起重機一般采用滑線和電刷供電。三相交流電源接到沿車間長度架設(shè)的三根主滑線上，再通過大車上的電刷引入到操縱室中保護箱的總電源刀開關(guān)QS上，由保護箱再經(jīng)穿管導(dǎo)線送到大車電動機，大車制動器電機及交流控制站，送到大車一側(cè)的輔助滑線，對于上升電動機，小車運行電動機，制動器電動機和提升限位的供電和轉(zhuǎn)子電阻的連接，則由架設(shè)再大車側(cè)面的輔助滑線和電刷來實現(xiàn)。
3.2起升機構(gòu)控制電路工作原理
3.2.1起升機構(gòu)電路的特點
主電路由刀開關(guān)QS和三個過流KF1、KF2、KF3；電力液壓制動器電機由接觸器QA3主觸頭控制；QA1、QA2控制電動機定子電路，使電動機正反轉(zhuǎn)；QA4、QA5為反接制動接觸器，控制反接電阻R1、R2；KM6、KM7、KM8、KM9起動加速接觸器，用來控制電動機轉(zhuǎn)子電阻的切斷和串入，使電動機速度調(diào)節(jié)；電動機轉(zhuǎn)子電路串有7段三相對稱電阻，其中R1、R2為反接制動限流電阻，R3～R6為起動加速電阻，R7為常接電阻，用來軟化機械特性，BG5、BG6為上升與下降極限限位開關(guān)。
控制電路由主令控制器SA和PQR10型磁力控制屏組成，上升和下降各分為6擋。上升6擋中，從“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”擋依次短接電動機轉(zhuǎn)子電路中的電阻，使電動機加速運行，而定子電路的接法保持不變。下降6擋中，前3擋（C、1、2），電動機相序接法與上升時相同，但轉(zhuǎn)子中串入了較大的電阻，在一定位能轉(zhuǎn)矩負(fù)載下電動機運行在速度反向的倒拉反接制動狀態(tài)，從而得到較小的下降速度，適于重負(fù)載下降。在后3擋（3、4、5），電動機按下降方向運轉(zhuǎn)，得到強力下放，適于輕載（空鉤）下降。主令控制器SA共12對觸點，通過控制繼電器來控制電動機定子電路，使其正反轉(zhuǎn)，控制轉(zhuǎn)子電路上的電阻的切斷來調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。由于是通過繼電器來控制的，可以采用對稱控制電阻的切斷。
3.2.2起升機構(gòu)電路的保護與聯(lián)鎖
①下放重物時，為了避免高速下降而造成事故，應(yīng)將主令控制器的手柄置于下降“1”、“2”兩擋。若司機對負(fù)載重量估計失誤，下降重物時手柄扳到了下降“5”擋，此時，重物高速下降，為了低速下降，手柄應(yīng)從下降“5”換成下降“2”、“1”擋，手柄轉(zhuǎn)換中要經(jīng)過下降“3”、“4”兩擋，分析可知，下降“4”、“3”擋的下降速度比下降“5”擋要快，為了避免經(jīng)過下降“3”、“4”擋時造成更危險的高速。線路中采用了接觸器QA9輔助常開觸點與接觸器QA2的常開觸點串接后，接于主令控制器觸點QA8與QA9線圈之間。手柄置于下降“5”擋時，QA2、QA5線圈通電吸合，利用這兩個觸點自鎖使KM9線圈通電。當(dāng)手柄從下降“5”擋扳動，經(jīng)過下降“4”、“3”擋時，由于主令控制器的K5和K8觸點始終接通，QA2、QA5線圈仍吸合，從而保證了QA9線圈始終通電，轉(zhuǎn)子電路只接入電阻R7，電動機始終運行在下降機械特性曲線5上，而不會使轉(zhuǎn)速再升高，實現(xiàn)了由強迫下降到制動下降時，出現(xiàn)高速下降的保護。在QA9自鎖電路中串入QA2輔助常開觸點的目的是為了在電動機正向運行時，QA2是斷電，此電路不起作用，從而不會影響提升時的調(diào)速。
②保證反接制動電阻串入的條件下才進入制動下降的聯(lián)鎖，主令控制器的手柄由下降“3”擋轉(zhuǎn)到下降“2”擋時，主令控制器觸點K5斷開，K6閉合，反向接觸器QA2斷電釋放，正向接觸器QA1通電吸合，電動機處于反接制動狀態(tài)，為防止制動過程中產(chǎn)生過大的沖擊電流，在QA2斷電后，應(yīng)使QA9立即斷電釋放，電動機轉(zhuǎn)子電阻全部串入，QA1再通電吸合。一方面在主令控制器觸點閉合順序上保證了K8斷開后K6才能閉合；另一方面還設(shè)計了用QA2和QA9與QA1構(gòu)成互鎖環(huán)節(jié)。保證了只有QA9斷電釋放后，QA1才能接通并自鎖工作。
③當(dāng)主令控制器的手柄在下降“2”擋與下降“3”擋之間轉(zhuǎn)換，控制正反接觸器KF1與KF2進行換接時，由于二者之間采用了電氣和機械聯(lián)鎖，必存在一個瞬間，一個已釋放，另一個還未吸合的現(xiàn)象，電路中KF1，KF2觸點均斷開，容易造成KF3斷電，使電動機高速下進行機械制動，引起不允許的震動。為此引入KF3自鎖觸點與KF1、KF2輔助常開觸點并聯(lián)，以確保在KF1、KF2換接的瞬間使KF3始終保持通電狀態(tài)。
④加速接觸器KF6～KF8的輔助常開觸點串接下一級加速接觸器KF7～KF9電路中，實現(xiàn)短接轉(zhuǎn)子電阻的順序聯(lián)鎖作用。
⑤起升機構(gòu)的零位保護通過過電壓繼電器KF與主令控制器SA實現(xiàn)；線路的過電流保護是通過主電路中的三個過電流繼電器KF1、KF2、KF3實現(xiàn)的；重物上升、下降限位保護通過限位開關(guān)BG5、BG6實現(xiàn)。
3.2.3起升機構(gòu)電氣工作控制原理
①電機起動前的準(zhǔn)備：合上閘刀開關(guān)BG1、BG2，將主令控制器SA手柄置于“0”位，K1觸點接通，零電壓繼電器KV線圈得電并自鎖，接通控制電路電源。
②提升時電路的工作狀況
1) 提升“1”擋
主令控制器手柄扳到提升“1”擋，主令控制器中的K3、K6、K4、K7觸點接通，提升極限開關(guān)BG5串接在控制電路中，當(dāng)上升極限開關(guān)SQ5無動作，則KF1、KF3、KF4接觸器線圈得電吸合，電動機正向起動，電動機運行在如下圖示的機械特性曲線1上，電力液壓制動器的電機也起動，松開制動閘。起升電動機轉(zhuǎn)子電路中第一段電阻R1被切除。
2) 提升“2”擋
主令控制器手柄扳到提升“2”擋，主令控制器中的K3、K6、K4、K7、K8觸點接通，QA5接觸器線圈得電吸合，短接電阻R2，電動機加速運行，電動機運行在如下圖示的機械特性曲線2上。
3) 提升“3”擋
主令控制器手柄扳到提升“3”擋，除上述兩擋已閉合的觸頭接通外，K9觸點也接通，QA6接觸器線圈得電吸合，短接電阻R3，電機加速運行，電動機運行在如下圖示的機械特性曲線3上。
4) 提升“4”擋
主令控制器手柄扳到提升“4”擋，除上述三擋已閉合的觸頭接通外，K10觸點也接通，QA7接觸器線圈得電吸合，短接電阻R4，電機加速運行，電動機運行在如下圖示的機械特性曲線4上。
5)提升“5”擋
主令控制器手柄扳到提升“5”擋，除上述四擋已閉合的觸頭接通外，K11觸點也接通，QA8接觸器線圈得電吸合，短接電阻R5，電機加速運行，電動機運行在如下圖示的機械特性曲線5上。
6)提升“6”擋
主令控制器手柄扳到提升“6”擋，除上述五擋已閉合的觸頭接通外，K12觸點也接通，QA9接觸器線圈得電吸合，短接電阻R6，此時，電動機除還有一段為增加其機械性能的電阻外，其它電阻均已切除，電動機以最高轉(zhuǎn)速運行，電動機運行在如下圖示的機械特性曲線6上。
③下降時電路的工作狀況
1) 下降“C”擋
主令控制器手柄扳到下降“C”擋，K1觸點斷開，但KA通過自鎖觸頭保持閉合，提升極限開關(guān)BG5串接在控制電路中，K3觸點接通控制電源，K6觸點閉合，使QA1接觸器線圈得電吸合，電機正向運行，K7、K8觸點接通，接觸器QA4、QA5線圈通電吸合，短接電阻R1、R2，其中情形與上升“2”擋相同。但QA3線圈不通電，制動器電機不起動，制動閘閉合。電動機只能向提升方向產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩而不能運轉(zhuǎn)，這一擋是為下降作好準(zhǔn)備，由于受制動器的限制，操作時，停留時間不應(yīng)過長，電動機運行在機械特性下降曲線C上（為上升2擋曲線在第四象限的延長線），由于電機轉(zhuǎn)速為零，故用虛線表示。。
2) 下降“1”擋
主令控制器手柄扳到下降“1”擋，K3觸點接通，接通控制電源，K6觸點接通，KF1接觸器得電吸合，K4觸點接通，QA3接觸器得電吸合，制動器電機起動，制動閘松開，K7觸點接通，KF4接觸器得電，短接電阻R1，電動機轉(zhuǎn)子電阻串入情況與上升“1”擋相同，電動機運行在提升曲線1在第四象限的延長線上，見起升機構(gòu)電機機械特性圖。由于增加了轉(zhuǎn)子串入電阻，使電動機電磁轉(zhuǎn)矩減小，當(dāng)負(fù)載重力矩大于電磁轉(zhuǎn)矩時，電動機處于倒拉反接制動狀態(tài)，負(fù)載可以獲得較低速下放，但當(dāng)負(fù)載重力矩小于電磁轉(zhuǎn)矩時，負(fù)載不降反而上升，這時必須迅速將其控制器手柄推到下降“2”擋。
3) 下降“2”擋
主令控制器手柄扳到下降“2”擋，K3觸點接通，接通控制電源，K6觸點接通，KF1接觸器得電吸合，K4觸點接通，KM3接觸器得電吸合，制動器電機起動，制動閘松開，K7觸點斷開，轉(zhuǎn)子外接電阻全部接入，使電動機電磁轉(zhuǎn)矩進一步減小。電動機運行在如下圖示的機械特性曲線下降2上。此時，當(dāng)負(fù)載重力矩大于電磁轉(zhuǎn)矩時，負(fù)載可以獲得較低速下放。如果負(fù)載輕或輕鉤，負(fù)載重力矩小于電磁轉(zhuǎn)矩時，負(fù)載不降反而上升，這時必須迅速將其控制器手柄推到下降“3”擋
4) 下降“3”擋
主令控制器手柄扳到下降“3”擋，下降極限開關(guān)BG6串接在控制電路中，K2觸點接通，接通控制電源，K5觸點接通，KM2接觸器得電吸合，起升電動機定子相序改變，電動機反向運轉(zhuǎn)，K4觸點接通，KF3接觸器得電吸合，制動器電機起動，制動閘松開，K7、K8觸點接通，KF4、KF5接觸器得電，短接電阻R1、R2，電動機轉(zhuǎn)子電阻串入情況與上升“2”擋相同。電動機運行在如下圖示的機械特性曲線下降3上?？刂破魇直诖宋恢脼閺娖认路?，故下放速度與重力負(fù)載大小有關(guān)，負(fù)載較輕或空鉤，電機處于反轉(zhuǎn)電動狀態(tài)，負(fù)載較重，下降速度將超過電動機的同步轉(zhuǎn)速，而進入再生發(fā)電制動狀態(tài)，電動機工作在機械特性曲線下降3在第四象限的延長線上，此為高速下放狀態(tài)，且重物愈重，下降速度愈快，這時必須迅速將其控制器手柄推到下降“4”擋
5) 下降“4”擋
主令控制器手柄扳到下降“4”擋，下降極限開關(guān)BG6串接在控制電路中，K2觸點接通，接通控制電源，K5觸點接通，KF2接觸器得電吸合，起升電動機反向運轉(zhuǎn)。K4觸點接通，KF3接觸器得電吸合，制動器電機起動，制動閘松開，K7、K8、K9觸點接通，KF4、KF5、KF6接觸器得電，短接電阻R1、R2、R3，電動機轉(zhuǎn)子電阻串入情況與上升“3”擋相同，電動機運行在如下圖示的機械特性曲線下降4上。重物較輕，電機處于反轉(zhuǎn)電動狀態(tài)，獲得低速下放，重物較重，進入再生發(fā)電制動狀態(tài)，下降速度將超過電動機的同步轉(zhuǎn)速，電動機工作在機械特性曲線下降4在第四象限的延長線上，且重物愈重，下降速度愈快，但速度比上一擋要小，這時必須迅速將其控制器手柄推到下降“5”擋
6) 下降“5”擋
主令控制器手柄扳到下降“5”擋，K2觸點接通，接通控制電源，下降極限開關(guān)SQ6串接在控制電路中，K5觸點接通，KF2接觸器得電吸合，起升電動機反向運轉(zhuǎn)。K4觸點接通，KF3接觸器得電吸合，制動器電機起動，制動閘松開，K7、K8、K9、K10、K11、K12觸點接通，KF4、KF5、KF6、KF7、KF8、KF9接觸器得電，依次短接電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，電動機只剩下一段常串電阻R7。電動機運行在如下圖示的機械特性曲線下降5上，此時，重物較輕或空鉤下放，電機處于反轉(zhuǎn)電動狀態(tài)，獲得低速下放，但下降速度比下降“3”、下降“4”擋要高，負(fù)載較重，進入再生發(fā)電制動狀態(tài)，下降速度將超過電動機的同步轉(zhuǎn)速，電動機工作在機械特性曲線下降5在第四象限的延長線上，且重物愈重，下降速度愈快，但速度比前兩擋要小。
④總結(jié)
重載下降時，若主令控制器手柄置于下降“C”、“1”、“2”擋時，其中“C”擋為準(zhǔn)備擋，“1”、“2”兩擋可獲得重載低速下降，電動機處于倒拉反接制動狀態(tài)，但“2”擋下降速度比“1”擋要快。若主令控制器手柄置于下降“3”、“4”、“5”擋時，可獲得超過電動機同步轉(zhuǎn)速的高速下降，且“3”擋速度最快，“4”擋次之，“5”擋最小，下降重物愈重，下降速度最快，這時“3”、“4”兩擋下降速度太快，不安全，只能選在“5”擋工作，此時，電動機處于再生發(fā)電狀態(tài)。
輕載或空鉤下降，主令控制器手柄置于下降“1”、“2”擋時，由于重力轉(zhuǎn)矩太小，比電動機電磁轉(zhuǎn)矩還要小，重物不能下降反而上升，電動機工作在正轉(zhuǎn)電動狀態(tài)，此時，應(yīng)將手柄推過下降“1”、“2”擋位。在主令控制器手柄置于下降后3個擋位時，重物將強迫下降，電動機工作在反轉(zhuǎn)電動狀態(tài)，且最后一擋下降速度比前一擋要高。
圖3-5 提升機構(gòu)電動機機械特性
3.3小車運行機構(gòu)電路工作原理
3.3.1小車運行機構(gòu)電路工作特點
采用可逆對稱線路，凸輪控制器左右各有5個位置，用對稱接法連接電路，由于用凸輪控制器控制繞線轉(zhuǎn)子電動機的轉(zhuǎn)子電路電阻的切換，為了減少控制轉(zhuǎn)子電阻的觸點數(shù)量，轉(zhuǎn)子電路串接不對稱電阻。
采用KT10—60J/2凸輪控制器，共有12對觸點，零位有3對觸點，其中1對觸點用來保證零位起動，另外2對除了保證零位起動以外，還配合兩個運動方向行程開關(guān)BG3、BG4來實現(xiàn)限位保護。主電路中用了三個過電流繼電器KA4、KA5、KA6實現(xiàn)電動機的過載保護。電動機定子和轉(zhuǎn)子回路中用了9對觸點，4對用于定子回路中，控制電動機的正反轉(zhuǎn)，5對用于切換轉(zhuǎn)子電路電阻，限制電動機的電流和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速.
在正常工作時，若發(fā)生停電事故，接觸器KM斷電，電動機停止轉(zhuǎn)動，一旦重新恢復(fù)供電，電動機不會自行起動，而必須將凸輪控制器手柄返回到“0”位，再次按下起動按鈕SB，再將手柄轉(zhuǎn)動到所需位置時，電動機才能再次起動工作。從而防止了電動機在轉(zhuǎn)子回路外接電阻切除情況下自行起動產(chǎn)生很大的沖擊電流或發(fā)生事故，這是零位觸點的零位保護。
3.3.2小車運行機構(gòu)的電氣控制原理
合上閘刀開關(guān)QS，緊急事故開關(guān)QS1，艙口開關(guān)SQ3，按下起動按鈕SB。①凸輪控制器“0”位擋
凸輪控制器手柄置于“0”位，K3觸點接通，SB啟動按鈕按下，接通KM接觸器線圈，KM常開觸點閉合，凸輪控制器K1、K2觸點接通，行程開關(guān)SQ3、SQ4串接入控制電路中，使KM接觸器自鎖，為電動機起動做準(zhǔn)備。
②右移“1”擋
凸輪控制器K1觸點接通，K2觸點斷開，限位保護開關(guān)BG3串接入控制電路中起限位保護作用，KF接觸器通電，線圈吸合并自鎖，凸輪控制器K4觸點接通，V3與W相連接，K6觸點接通，W3與V相連接。凸輪控制器K8、K9、K10、K11、K12觸點斷開，轉(zhuǎn)子電阻全部接入，電動機平穩(wěn)起動，電力液壓制動器電機起動，制動閘松開，電動機運行在下圖示機械特性曲線右移1上。
③右移“2”擋
凸輪控制器K1、K4、K6觸點連接與右移“1”擋相同，K8觸點接通，轉(zhuǎn)子串入電阻R1上切除一段，電動機加速運行，制動器松開，電動機運行在下圖示機械特性曲線右移2上。
④右移“3”擋
凸輪控制器K1、K4、K6、K8觸點連接與右移“2”擋相同，K9觸點接通，轉(zhuǎn)子串入電阻R2上切除一段，電動機繼續(xù)加速運行，制動器松開，電動機運行在下圖示機械特性曲線右移3上。
⑤右移“4”擋
凸輪控制器K1、K4、K6、K8、K9觸點連接與右移“3”擋相同，K10觸點接通，轉(zhuǎn)子串入電阻R3全部切除，電動機繼續(xù)加速運行，制動器松開，電動機運行在下圖示機械特性曲線右移4上。
⑥右移“5”擋
凸輪控制器K1、K4、K6、K8、K9、K10觸點連接與右移“4”擋相同，K11、K12觸點接通，轉(zhuǎn)子串入電阻R1、R2、R3全部切除，電動機以最高轉(zhuǎn)速運行，制動器松開，電動機運行在下圖示機械特性曲線右移5上。
小車在右移過程中，若限位開關(guān)SQ3動作，則KM接觸器失電，電動機停止轉(zhuǎn)動，此時必須將凸輪控制器重新返回“0”位才能繼續(xù)起動。
⑦小車左移
小車左移過程與右移過程相似，只是在左移“1”擋，凸輪控制器的K2觸點接通，小車行程限位開關(guān)SQ4串接入控制電路中并自鎖，KM接觸器線圈得電，K5觸點接通，V3與V相連接，K7觸點接通，W3與W相連接，電動機反轉(zhuǎn)，在左移“2”、“3”、“4”、“5”擋時，保持K2、K5、K7觸點接通不變，使電動機的定子電路接通方式不變。當(dāng)左限位SQ4動作時，電機停止轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子回路電阻的切入與右移檔位相對應(yīng)，電動機運行在下圖示機械特性曲線左移2、3、4、5上。
圖3-6 小車運行機構(gòu)電動機機械特性
3.4大車運行機構(gòu)電路工作原理
3.4.1大車運行機構(gòu)電路的工作特點
大車控制電路特點與小車相似，只是由于大車由兩電動機分別驅(qū)動，其凸輪控制器比小車的要多5觸點，采用KT14—60J/2，有17個觸點，3個進行零位保護，4個觸點用于電動機定子電路的控制，使電動機正反轉(zhuǎn)，10個觸點用于兩電動機的轉(zhuǎn)子電路的電阻切入，以調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。主電路中用過流繼電器KA7、KA8、KA9、KA7’、KA8’、KA9’來實現(xiàn)電動機過流保護。
3.4.2大車運行機構(gòu)的電氣控制原理
閉合閘刀開關(guān)QB，緊急停止按鈕QA1，駕駛室門開關(guān)BG3，艙門開關(guān)BG4。
①“0”位擋
凸輪手柄置于“0”位擋，按下啟動按鈕SB1，凸輪控制器K1觸點接通，接觸器QA線圈得電，KF常開觸點閉合，K2、K3觸點連接，使限位開關(guān)BG1（BG2）串接入控制電路中。若限位開關(guān)BG1、BG2不動作，則KF自鎖，為電機起動做準(zhǔn)備。
②前進“1”擋
凸輪控制器K2觸點接通，限位保護開關(guān)BG1串入控制電路中起限位保護作用，KM接觸器通電，線圈吸合并自鎖，凸輪控制器K4觸點接通，V3與W相連接，K6觸點接通，W3與V相連接。凸輪控制器K8~K17觸點斷開，轉(zhuǎn)子電阻全部接入，電動機平穩(wěn)起動，電力液壓制動器電機起動，制動閘松開，電動機運行在下圖示機械特性曲線前移1上。
③前進“2”擋
凸輪控制器K2、K4、K6觸點連接與前進“1”擋相同，K8、K13觸點接通，轉(zhuǎn)子串入電阻R1上切除一段，電動機加速運行，制動器松開，電動機運行在下圖示機械特性曲線前移2上。
④前進“3”擋
凸輪控制器K2、K4、K6、K8、K13觸點連接與前進“2”擋相同，K9、K14觸點接通，轉(zhuǎn)子串入電阻R2上切除一段，電動機繼續(xù)加速運行，制動器松開，電動機運行在下圖示機械特性曲線前移3上。
⑤前進“4”擋
凸輪控制器K2、K4、K6、K8、K13、K9、K14觸點連接與前進“3”擋相同，K10、K15觸點接通，轉(zhuǎn)子串入電阻R3全部切除，電動機繼續(xù)加速運行，制動器松開，電動機運行在下圖示機械特性曲線前移4上。
⑥前進“5”擋
凸輪控制器K2、K4、K6、K8、K13、K9、K14、K10、K15觸點連接與前進“4”擋相同，K11、K12、K16、K17觸點接通，轉(zhuǎn)子串入電阻R1、R2、R3全部切除，電動機以最高轉(zhuǎn)速運行，制動器松開，電動機運行在下圖示機械特性曲線前移5上。
大車在前進過程中，若限位開關(guān)SQ1動作，則KM接觸器失電，電動機停止轉(zhuǎn)動，此時必須將凸輪控制器重新返回“0”位才能繼續(xù)起動。
⑦大車后退
大車后退過程與前進過程相似，只是在后退“1”擋，凸輪控制器的K3觸點接通，限位開關(guān)BG2串接入控制電路中，QA接觸器線圈得電并自鎖。K5觸點接通，V3與V相連接，K7觸點接通，W3與W相連接，電動機反轉(zhuǎn)，在后退“2”、“3”、“4”、“5”擋時，保持K3、K5、K7觸點接通不變，使電動機的定子電路接通方式不變，當(dāng)后退限位開關(guān)BG2動作時，電機停止轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子回路電阻的切入與前進檔位相對應(yīng)，電動機運行在下圖示機械特性曲線后移2、3、4、5上。
圖3-7大車運行機構(gòu)電動機機械特性
3.5保護電路的工作原理
3.5.1保護電路的組成
起動按鈕SF，控制器觸點SA、小車凸輪控制器觸點SA1，大車凸輪控制器觸點SA2，停按鈕SB2、駕駛室門開關(guān)SQM、艙門開關(guān)SQC1、SQC2，欄桿門開關(guān)SQA1、SQA2，過流繼電器KA1~KA9 ，大車限位開關(guān)SQ1、SQ2，小車限位開關(guān)SQ3、SQ4，起升機構(gòu)上極限開關(guān)SQ5、SQ6。
3.5.2保護電路的工作過程
當(dāng)主令控制器，大、小車凸輪控制器處于“0“位狀態(tài)，艙門開關(guān)，欄桿門開關(guān)，各門在關(guān)閉位置，常開觸點閉合，起重機可以起動運行，KA1~KA9’各電動機過流保護繼電器無過流現(xiàn)象，其常閉觸點閉合。按下啟動按鈕SB，KM接觸器通電自鎖，電動機可以開始工作了。
交流接觸器QA線圈通電自鎖回路由大車移行凸輪控制器SA2的K2、K3觸點，大車前后移行極限位置保護開關(guān)BG1、BG2，小車移行凸輪控制器SA1的K1、K2觸點，小車左右移行極限位置保護開關(guān)BG3、BG4，起升機構(gòu)主令控制器SA的K2、K3觸點，提升高度限位開關(guān)BG6、BG5構(gòu)成的并、串聯(lián)電路組成。其中，BG5極限開關(guān)理論上可接在KF自鎖觸頭下方，而實際接線在起升定子端線號L22線上，既方便，也不影響自瑣電路的正常工作。
大車移行凸輪控制器SA2的K2觸點與前行程開關(guān)BG1串聯(lián)，K3與后極限行程開關(guān)BG2串聯(lián)，然后兩支路并聯(lián)，大車前行，觸點K2與BG1串聯(lián)支路使KF接觸器通電自鎖，達到前行極限位置時，壓下BG1，QA線圈斷電，大車停止運行，將SA2轉(zhuǎn)到“0“位，重新按下SF啟動按鈕，通過BG2，K3觸點支路使QA線圈通電自鎖。SA2轉(zhuǎn)到后行操作位置，K3觸點仍閉合，大車離開前行極限位置，向后移行。SA2轉(zhuǎn)回“0”時，大車停車。同理，可以分析出SA，SA1的極限保護功能，上述電路中，任何過流繼電器動作，各門未關(guān)好或按下急停按鈕SF2，交流接觸器QA線圈都會斷電，將主回路的電源切斷。
結(jié)束語
在將近半個學(xué)期畢業(yè)設(shè)計中，我完成了起重機的起升機構(gòu)、小車運行機構(gòu)、起重機的安全保護裝置及控制系統(tǒng)等的設(shè)計工作，通過設(shè)計后基本上熟悉了起重機的構(gòu)造和工作原理，為以后從事這方面的工作奠定了基礎(chǔ)。
在設(shè)計過程中，第一階段，我們精心收集整理各種資料，提高了對新知識的自學(xué)能力，對資料的搜集整理能力。在極短的時間中，我們熟悉了橋式起重機的設(shè)計流程，并了解了起重機的組成結(jié)構(gòu)及在國民產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用，為起重機整體和部件的設(shè)計作好了準(zhǔn)備。第二階段，我們提出了初步的設(shè)計方案，在陳格平老師的指導(dǎo)下，我們不斷修改錯誤的設(shè)計，在該階段的設(shè)計中，我們對整個大學(xué)以來的有關(guān)專業(yè)課程進行了深化，應(yīng)用了有關(guān)材料力學(xué)，靜力學(xué)，低壓電器元件控制系統(tǒng)的設(shè)計等理論知識，在該階段中我們受益很多，但由于我們的實踐經(jīng)驗不足，設(shè)計中可能存在不少錯誤。第三階段中，我們完善設(shè)計任務(wù)書，核對了設(shè)計內(nèi)容，完成了主要零部件的裝配圖和橋式起重機總裝配圖設(shè)計，并查閱了有關(guān)資料，為畢業(yè)答辯做好了準(zhǔn)備。
總之，通過畢業(yè)設(shè)計使我們的綜合素質(zhì)能力得到了提高，也給我們整個大學(xué)階段畫上了一個完美的句號。我相信，通過我們以后在實際工作中的不斷努力，我們一定能成為國家建設(shè)中有用的人才。
此時，我們即將各奔前程，在四年的大學(xué)生涯中，我們學(xué)到了很多東西，在此要感謝母校對我們的辛勤培育。在畢業(yè)設(shè)計完成之即，十分感謝陳格平老師的精心指導(dǎo)，使畢業(yè)設(shè)計圓滿完成。在整個設(shè)計中由于時間倉促，難免出現(xiàn)不少錯誤，望各位老師?和有關(guān)人士批評指正。?
23
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)設(shè)計
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附錄二
1.1起升機構(gòu)主令控制器SA觸點狀態(tài)表
觸點
下降
零位
上升
強力
制動
5
4
3
2
1
C
0
1
2
3
4
5
6
K1
K2
K3
K4
K5
K6
K7
K8
K9
K10
K11
K12
1.2小車凸輪控制器SA1觸點狀態(tài)表
觸點
向后
零位
向前
5
4
3
2
1
0
1
2
3
4
5
K1
K2
K3
K4
K5
K6
K7
K8
K9
K10
K11
K12
1.3大車凸輪控制器SA2觸點狀態(tài)表
觸點
向后
零位
向前
5
4
3
2
1
0
1
2
3
4
5
K1
K2
K3
K4
K5
K6
K7
K8
K9
K10
K11
K12
K13
K14
K15
K16
K17