1、键入文字 电机与运动控制系统课程设计任务书 一、设计题目 题目 1： 某桥式 起重机吊钩控制系统 设计 二、目的意义 本课程设计是自动化专业学生在学完专业课程 “ 电机与运动控制系统 ” 之后进行的一项 实践性教学环节。通过此环节，使学生能结合已完成的基础课、技术基础课和专业课对 “ 电机与运动控制系统 ” 课程的主要内容进行较为综合的实际运用，进一步培养学生应用所 学 的理论知识解决实际设计问题 的能力 ，初步掌握设计的方法和步骤，增强独立查阅资料、分析问题和解决问题的能力 ， 以及刻苦钻研的工作作风 和 严肃认真的工作态度。为毕业设计和将来从事 实际工作奠定基础。 三、 设计要求 起重机在
2、实际生产中用途极为广泛，从港口码头、车站货场，到各种冶金、机械、化工、军事等领域，都离不开起重机。起重机最显著的特点是位能性负载，交直流电动机均可使用。本专业学生应充分掌握 根据生产工艺流程，绘制电动机的转矩负载图，选择合适的电动机和控制设备，组成控制系统。包括 系统构成、设备及器件选择、参数整定计算以及绘制系统电路原理图等内容，并能用先进控制器实现控制策略 。 （一） 生产工艺流程及基本 参数 起重机吊钩 的工作循环为：控钩下放、重载提升、重载下放和控钩提升四个阶段。 已知数 据为：起重量 49000N，提升及下放速度均为 10.5m/min；提升高度为 16m，空钩重量为 2943N，负载
3、持续率为 30%。 设提升负载效率为 0.85，下放负载效率为 0.84，提升空钩效率为 0.37，下放空钩效率为 0.1。 电动机经传动装置带动卷筒旋转，卷筒直径为0.38m，电动机与卷筒间的传速比为 82。 预选电动机： kWPN 11 （ ZC%=25%） ， AIN 5.11 ， min/715rnN ， Km=2.9，22 2.18 mNGD d 。设所有旋转部件（不包括电动机转子）的飞轮力矩为 GDd2 的 30%。设电动机的平均起动转矩为 1.6TN, 平均制动转矩为 1.4TN, 起制动过程中转矩为恒值。空钩提升及下放时，电动机接近空载，负载极小，转矩可修正为 0.6 TN（设
4、 I0/I1N=0.6）。 电源电压为交流 380V。 （二） 设计 具体 要求 2 1. 绘制电动机的转矩负载图 )(tfT ，并校验电动机的发热及过载能力（设当 ZC=25%时， 1/0 Cuppk ）。 2. 选择控制器（自主）。 3. 动态指标： 起制动性能好、定位过程无 超调量 。 3. 系统具有过流、过压、过载、过热保护。 四、 设计内容 （一）主回路选择和计算 1. 确定电动机 包括：绘制电动机的转矩负载图 )(tfT ，校验电动机的发热及过载能力，选择电动机型号整，具体计算。 2 主回路相关器件 的选择 3电路保护环节的选择和计算 （二） 控制电路设计 控制器的选择 输入输出通
5、道及其接口设计、电流反馈通道、转速反馈通道、位置反馈通道 。 （ 三 ）绘图 画出控制系统电路原理图（包括主电 路和控制电路，采用标准图纸 打印 ）。 （ 四 ） 系统的软件结构（可选项） 控制算法设计 （ 五 ）设计报告（说明书）要求 1. 论述全面，叙述简洁，层次分明，书写清楚 ， 图形、符号、曲线、数据等符合规范； 2. 有完整的设计说明、计算过程 和 系统工作原理； 3. 图纸清晰，规范，使用标准 A号图纸； 4. 封面、 任务书 、图纸、须 打印 ； 课设报告 摘要、正文、参考文献可 手写 或打印 ， 统一为 A4 纸 ； 5. 报告 字数不少于 4000 字 (不含图纸 )。 中、
6、英文摘要（各 200 字左右），关键字（ 35 个）， 列出 参考文献（格式规范 ）； 6. 装订： 页面左侧 装订。装订顺序：封面，任务书， 中、英文摘要，目录，正文，参考文献， 附录 1：电气元器件明细表，附录 2：控制系统电路原理图。 五、设计时间 2015 2016 学年 第 2 学期 第 16、 17 周 3 2016-6-1青岛理工大学毕业设计（论文） 1 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
7、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。 关键词： 桥式起重机 ;起重小车 ;电 动机 青岛理工大学毕业设计（论文） 2 Abstract Bridge crane is a bridge type crane running on the el
8、evated track, also known as crane. Bridge crane bridge laying along the elevated track in the vertical sides of runs, heavy cart along the laying on the bridge transverse running track, constitute a rectangular scope of work, you can make full use of space below the bridge lifting material, from the
9、 ground equipment hindered. Bridge crane widely used in indoor and outdoor warehouses, factories, docks and open storage yard, etc. Bridge crane can be divided into ordinary bridge crane simplebeam bridge crane for bridge crane and metallurgical three. General by the general bridge crane lifting tro
10、lley and bridge operationorganization bridge metal structure. Lifting trolley is composed of three parts, the lifting mechanism, the trolley running mechanism and the small frame. The hoisting mechanism comprises an electric motor, a brake, a speed reducer, a drum and a pulley block. The electric mo
11、tor drives the drum to rotate through the speed reducer, so that the steel wire rope is wound on the drum or is dropped from the drum to lift the heavy object. Key words: bridge crane;lifting trolley; motor 青岛理工大学毕业设计（论文） 3 目录 摘 要 . 1 Abstract . 2 第 1章 绪论 . 4 1.1 桥式起重机 . 4 1.2 桥式起重机分类 . 4 1.3 桥式起重机的
12、技术参数 . 4 1.4 桥式起重机的发展史 . 5 1.5 桥式起重机电气控制发展趋势 . 5 第 2章 给定数据及预选电机 . 6 2.1 生产工艺流程及基本 参数 . 6 2.2 预选电机 . 6 第 3章 绘制转矩负载图 . 7 第 4章 校验电动机的发热及过载能力 . 11 4.1 发热校验 . 11 4.2 过载能力校验 . 11 第 5章 起升机构控制系统 . 11 5.1 控制系统组成 . 11 5.2 起升机构控制电路图 . 12 5.3 起升机构的工作原理 . 12 5.4 系统的保护 . 14 第 6章 结论 . 14 参考文献 . 15 附录 控制系统电路原理图 . 1
13、6 青岛理工大学毕业设计（论文） 4 第 1 章 绪论 1.1 桥式起重机 现代工业企业要求有各种类型的起重机械来满足企业物流机械化需求，又要有效地运用和增加设备的利用能力，以达到最经济的效果。在现代生产中，起重机械被广泛应用于各种物料的起重、运输、装卸、安装和人员输送等作业中，有些起重机械还能在生产过程中进行某些特殊的工艺操作，成为生产流水作业中的主体设备组成部分，实现生产过程的机械化和自动化。 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
14、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。 1.2 桥式起重机分类 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。本文重点研究起重机的控制，通过使用串电阻的调速方法已实现对电机的控制，从而控制起重机。 1.3 桥式起重机的技术参数 桥式吊钩起重机的主要技术参数如下。 1.重
15、量 起重量又称额定起重量，它是指起重机实际允许的起吊最大负荷量，通常以吨作单位。 2.跨度 起重机主梁两端车轮中心线间的距离，即大车轨道中心线间的距离，通常以米作单位。 3.起升高度 吊具或抓取装置的上极限位置与下极限位置之间的距离，又可称为起升的最大高度，以米作单位。 4.起升速度 起升机构在电动 机的额定转速时，取物装置上吊的速度，用米 /分作单位。 5.运行速度 远行机构在电动机额定转速下运行的速度，用米 /分作单位。 青岛理工大学毕业设计（论文） 5 6.外型尺寸 外型尺寸指起重机长、宽、高的尺寸，用米作单位。 7. 工作类型 起重机各机构按照其载荷率和工作繁忙程度划分为轻级、中级、重
16、级和超重级四种工作类型。 我国现行通用桥式起重机指起重量为 5 250 吨，吊具为吊钩、抓斗、电磁盘及其两用与三用的桥式起重机，其工作环境温度为 -25-40。 1.4 桥式起重机的发展史 起重机的雏形，中国古代灌溉农田用的桔是臂架型起重机的雏形 。 14世纪，西欧出现了人力和畜力驱动的转动臂架型起重机。 19 世纪前期，出现了桥式起重机；起重机的重要磨损件如轴、齿轮和吊具等开始采用金属材料制造，并开始采用水力驱动。 19 世纪后期，蒸汽驱动的起重机逐渐取代了水力驱动的起重机。 20 世纪 20年代开始，由于电气工业和内燃机工业迅速发展，以电动机或内燃机为动力装置的各种起重机基本形成。 目前世
17、界上最大起重量的桥式起重机 ,是烟台来福士海洋工程有限公司自行设计建造的巨型起重机 -“泰山”，专为建造大型钻井平台设计制造，设备总体高度为 118 米，主梁跨度为 125 米，采用高低双梁结构，设计提升重量达 20160吨。 1.5 桥式起重机电气控制发展趋势 随着现代工业的迅速发展，新技术、新工艺的充分应用，社会生产力又跃上了一个新水平。由于市场竞争的需要，起重机生产方式也由单件小批量向着多品种的变批量方向发展。 (1)设计、制作的计算机化、自动化近年来，随着电子计算机的广泛应用，许多国内外起重机制造商从应用计算机辅助设计系统，提高到应用计算机进行起重机的模块化设计。在严密的科学理论指导下
18、，拟定起重机结构、机构、部件等多层次的标准化、模块化单元。起 重机采用模块单元化设计，不仅是一种设计方法的改革，而且将影响整个起重机行业的技术、生产和管理水平，老产品的更新换代、新产品的研制速度都将大大加快。对起重机的改进，只需针对几个需要修改的模块：设计新的起重机只需选用不同的模块重新进行组合；提高了通用化程度，可使单件小批量的产品改换成相对批量的模块生产。亦能以较少的模块形式，组合成不同功能和不同规格的起重机，满足市场的需求，增加竞争能力。例如，德马克公司开发了一种标准车轮箱模块系列，上面有多组联接孔，选用不同型号的驱动单元，可组装成台车。可与金属构件组合后用作桥 式、门式起重机或其它轨行
19、式起重运输机械。其车轮有多种踏面形式可供选用，由于不受轮距的限制，组合更加灵活，用途更加广泛 。 （ 2)起重机控制元件的革新与应用起重机的定位精度是对起重机的重要要求，多数采用转角码盘、齿轮链、激光头与钢板孔带来保证。在起重机起升速度、制动器方面的改进，则使用低速运行的起重机吊钩精确定位，起重机的刹车系统青岛理工大学毕业设计（论文） 6 也应用微处理进行控制和监视工作。遥控系统用于桥式起重机及其它移动式起重运输机械，不仅节省人力。提高工作效率，而且使操作者的作业条件得到改善起重机的距离检测防撞装置，采用无线电信号型 防撞装置，防撞装置由三相系统组成，用来监控起重机前端行驶距离，一般首先发出信
20、号警告，接着将大车车速减小到 50，最后切断电机电源，将大车制动。 (3)新材料、新工艺的应用由于钢铁工业新技术的应用，钢材质量得以提高，在设计起重机主梁强度时，可使用较高的许用应力，而不需要很高的安全系数，以便减少起重机材料用量 (这并不意味着不安全 )，从而降低设备的重量和价格。因起重机重量的减小，可用功率较小的驱动装置启动，因此而减少电力，节省开支。在机加工方面，尽管采 用少切削的精密铸件，尤其是铝合金铸件占多；加工设备大量采用高精、高效的加工中心，数控自动机床等。既保证加工质量，又提高了生产率、降低了成本 国内外起重机厂商为了能迅速制造和装配出品种多样化的产品来，要求企业之间密切联系和
21、协调，企业走向专业化、标准化和系列化因为使用标准件设备能迅速组合和安装，减少标准件外组合部分的加工制造就显得特别重要。组合构件的使用比生产非标准件起重机来，有助于减少成本。 第 2 章 给定数据及预选电机 2.1 生产工艺流程及基本 参数 起重机吊钩 的工作循环为：控钩下放、重载提升、重载下放 和控钩提升四个阶段。 已知数据为：起重量 49000N，提升及下放速度均为 10.5m/min；提升高度为 16m，空钩重量为 2943N，负载持续率为 30%。 设提升负载效率为 0.85，下放负载效率为 0.84，提升空钩效率为 0.37，下放空钩效率为 0.1。 电动机经传动装置带动卷筒旋转，卷筒
22、直径为0.38m，电动机与卷筒间的传速比为 82。 2.2 预选电机 预选电动机： kWPN 11 （ ZC%=25%） ， AIN 5.11 ， min/715rnN ， Km=2.9，22 2.18 mNGD d 。设所有旋转部件（不包括电动机转子）的飞轮力矩为 GDd2 的 30%。设电动机的平均起动转矩为 1.6TN, 平均制动转矩为 1.4TN, 起制动过程中转矩为恒值。空钩提升及下放时，电动机接近空载，负载极小，转矩可修正为 0.6 TN（设 I0/I1N=0.6）。 电源电压为交流 380V。 青岛理工大学毕业设计（论文） 7 第 3 章 绘制转矩负载图 NNN nPT 9550
23、 147N.m 将提升下放速度转换成电机转速 djvn Z 721.6r/min GD2 的计算 重载提升或者下放重物时，直线运动部分折算到电动机轴上的飞轮惯量为 2 22 365 n vGGD ZZb 1.12N/m2 其中 GZ为起重量与空钩重量之和。 此时系统总的飞轮矩为 222 )3.01( bd GDGDGD 24.78N/m2 空钩提升或者下放时，直线运动部分折算到电动机轴上的飞轮惯量为 22020 365 n vGGD ZZb0.06N/m2 空钩运行时，系统总的飞轮惯量为 2 0220 )3.01( bd GDGDGD 23.72N/m2 1. 重载提升计算（转矩、时间、距离） 各时间段转矩 提升重载加速起动转矩 Nr TT 6.11 235.2N/m 提升重载匀速运行负载转矩 CZZrL n vGT 55.9 141.5N/m rLr TT2 141.5/m 提升制动转矩 Nr TT 4.13 -205.8N/m 各段时间： 起动、加速时间 )(3 7 5 121 rLrr TT nGDt0.51s 在 tr1 期间移动的距离 11 21 rZr tvL0.04m
