某型起重机拖动系统设计

1、第一章绪论 起重机概述起重机属于起重机械的一种，是一种作循环、间歇运动的机械。一个工作循环包括：取物装置从取物地把物品提起，然后水平移动到指定地点降下物品，接着进行反向运动，使取物装置返回原位，以便进行下一次循环。在工程中所用的起重机械，根据其构造和性能的不同，一般可分为轻小型起重设备、桥式类型起重机械和臂架类型起重机三大类。轻小型起重设备如：千斤顶、葫芦、卷扬机等。桥架类型起重机械如梁式起重机、龙门起重机等。臂架类型起重机如固定式回转起重机、塔式起重机、汽车起重机、轮胎、履带起重机等。 在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的多动作起重机械。又称吊车。属于物料搬运机械。起重机的工作特点是做间歇性

2、运动，即在一个工作循环中取料、运移、卸载等动作的相应机构是交替工作的起重机根据结构的不同分类按结构形式,起重机主要分为桥架型起重机和臂架型起重机两类。 1、桥架型起重机可在长方形场地及其上空作业，多用于车间、仓库、露天堆场等处的物品装卸，有梁式起重机、桥式起重机、龙门起重机、缆索起重机、运载桥等。 （1）梁式起重机：梁式起重机主要包括单梁桥式起重机和双梁桥式起重机 单梁桥式起重机桥架的主梁多采用工字型钢或钢型与钢板的组合截面。起重小车常为手拉葫芦、电动葫芦或用葫芦作为起升机构部件装配而成。 按桥架支承式和悬挂式两种。前者桥架沿车梁上的起重机轨道运行；后者的桥架沿悬挂在厂房屋架下的起重机轨道运行

3、。单梁桥式起重机分手动、电动两种。手动单梁桥式起重机各机构的工作速度较低，起重量也较小，但自身质量小，便于组织生产，成本低，时候用于无电源后搬运量不大，对速度与生产率要求不高的场合。手动单梁桥式起重机采用手动单轨小车作为运行小车，用手拉葫芦作为起升机构，桥架由主梁和端梁组成。主梁一般采用单根工字钢，端梁则用型钢或压弯成型的钢板焊成。 电动单梁桥式起重机工作速度、生产率较手动的高，起重量也较大。电动单梁桥式起重机由桥架、大车运行机构、电动葫芦及电气设备等部分组成。 （2）桥式起重机： 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，

4、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、简易梁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。 （3）门式起重机一般根据门架

5、结构形式、主梁形式、吊具形式来进行分类。 按门框结构形式分 （a）全门式起重机：主梁无悬伸，小车在主跨度内进行。 （b）半门式起重机：支腿有高低差，可根据使用场地的土建要求而定。 （c）双悬臂门式起重机：最常见的一种结构形式，其结构的受力和场地面积的有效利用都是合理的。 （d）单悬臂门式起重机：这种结构形式往往是因场地的限制而被选用。 按主梁结构形式分 （a）单主梁门式起重机 单主梁悬臂门式起重机结构简单，制造安装方便，自身质量小，主梁多为偏轨箱形架结构。与双主梁门式起重机相比，整体刚度要弱一些。因此，当起重量Q50t、跨度S35m时,可采用这种形式.单主门梁式起重机门腿有L型和C型两种形式.

6、L型的制造安装方便,受力情况好,自身质量较小,但是,吊运货物通过支腿处的空间相对小一些.C型的支脚做成倾斜或弯曲形,目的在于有较大的横向空间,以使货物顺利通过支脚。 (b)双梁桥式起重机 双梁桥式起重机承载能力强，跨度大、整体稳定性好，品种多，但自身质量与相同起重量的单主梁门式起重机相比要大些，造价也较高。根据主梁结构不同，又可分为箱形梁和桁架两种形式。目前一般多采用箱形结构。 2、臂架型起重机（1）悬臂起重机 有立柱式、壁挂式、平衡起重机三种形式. 柱式悬臂起重机是悬臂可绕固定于基座上的定柱回转，或者是悬臂与转柱刚接，在基座支承内一起相对于垂直中心线转动的由立柱和悬臂组成的悬臂起重机。它适用

7、于起重量不大，作业服务范围为圆形或扇形的场合。一般用于机床等的工件装卡和搬运。    柱式悬臂吊柱式悬臂起重机多采用环链电动葫芦作为起    国产小吨位起重机升机构和运行机构，较少采用钢丝绳电动葫芦和手拉葫芦。旋转和水平移动作业多采用手动，只有在起重量较大时才采用电动。 壁上起重机是固定在墙壁上的悬臂起重机，或者可沿墙上或其他支承结构上的高架轨道运行的悬臂起重机。 壁行起重机的使用场合为跨度较大、建筑高度较大的车间或仓库，靠近墙壁附近处吊运作业较频繁时最适合。壁行起重机多与上方的梁式或桥式起重机配合使用，在靠近墙壁处服务于一长方体空间，负责吊运轻小物件，

8、大件由梁式或桥式起重机承担。 平衡起重机俗称平衡吊，它是运用四连杆机构原理使载荷与平衡配重构成一平衡系统，可以采用多种吊具灵活而轻松地在三维空间吊运载荷。平衡起重机轻巧灵活，是一种理想的吊运小件物品的起重设备，被广泛用于工厂车间的机床上下料，工序间、自动线、生产线的工件、砂箱吊运、零部件装配，以及车站、码头、仓库等各种场合    平衡吊（2）塔式起重机 （3）门座起重机 （4）流动式起重机 第二章 课程设计任务2.1 课程设计目的电机与电力拖动基础是工业自动化专业的一门主要专业基础课。它主要是研究电机与电力拖动系统的基本原理，以及它与科学实验、生产实际之间的联系。通过学习使

9、学生掌握常用交、直流电机、变压器及控制电机的基本结构和工作原理；掌握电力拖动系统的运行性能、分析计算，电动机选择及实验方法等。2.2 起重机原理图起重机拖动系统原理图2.3 交流电动机的主要技术参数交流电动机的主要技术参数本次设计拖动系统采用的是绕线式三相异步电动机：PN=60kw，nN=960r/min，UN=380V，I2N=71A，E2N=179V，Y接，m=2.26，v2=0.6v1 ,提升重物速度v2=0.5m/s，下放重物速度v3=0.5m/s。重物最大质量m=5000kg，吊钩质量m0=200kg，卷筒直径d=0.6m，提升重物时，提升机构传动效率c=0.85，总数比j=30，G

10、DR2=125N· m2，GD2=1.25 GDR2，拖动额定负载。2.4 速度要求速度图如图所示 加速阶段为t1；t2为等速阶段：以v1速度匀速运行。t3为调速阶段：以v2速度匀速运行，v2=0.6v1。t4为减加速阶段：以最大减加速度减速，速度由v2变换到v3；t5为等速阶段：以v3匀速运行；t6为减速阶段：由v3减速到0。第三章 设计方案 3.1 总体设计方案（1）了解一下三相异步电动机的工作原理（2）选定合适的电动机（3）参数计算3.2 电动机的选择及异步电动机简介起重机械的工作特点：反复短暂运行，频繁起、制动和反转，经常过载，有较强的机械振动和冲击，工作环境多灰尘，且还有金

11、属粉尘等。为满足起重机的工作要求，起重机用电动机与一般工业用电动机相比有如下特点：（1）起重机用电机按断续周期性工作类型制造，通常用负载持续率、接电次数和起重次数3个参数表达起重机电气设备的断续周期工作状况，并作为选型的重要依；（2）起重机用电机具有较高的启动转矩和最大转矩；（3）起重用电动机具有较小的转子和转动惯量，转子的长径比较大（4）起重用电动机最大安全转速超过额定倍数较高；（5）起重机用电动机具有两种以上绝缘等级，分别使用在不同的环境温度下。绕线式感应电动机使用的最多，因为这种电动机的转子电路可以外接电阻实现启调速，启动平稳、启动电流通常不超过额定电流的22.5倍，且具有较高的过载能力

12、。一般起重机械特别是起升机构，常用这种电机。三相异步电动机的工作原理:当向三项定子绕组中通过入对称的三项交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定）。由于导子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定）。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。 通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：当电动

13、机的三项定子绕组（各相差120度电角度），通入三项交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。其结构图如下 3.3 启动设计起动是指电动机从静止状态开始转动起来，直至最后达到稳定运行。对于任何一台电动机，在起动时，都有下列两个基本的指标要求：（1）起动转矩要足够大堵转状态时电动机刚接通电源，转子尚未转动时的工作状态，工作点在特性曲线上的S 点。这时的转差s=1,转速n=0,对应的电磁转矩T称为起动转矩。堵

14、转状态说明了电动机的直接起动能力。因为只有在T>T<一般要求T>（1.11.2）T，电动机才能起动起来。T大，电动机才能重载起动；T小，电动机只能轻载，甚至空载起动。所以只有TT时，电动机才能改变原来的静止状态，拖动生产机械运转。一般要求T>（1.11.2）T。T越大于T，起动过程所需要的时间就越短。（2）起动电流不要超过允许范围对三相异步电动机来说，由于起动瞬间s=1，旋转磁场于转子之间的相对运动速度很大，转子电路的感应电动势及电流都很大，所以起动电流远大于额定电流。在电源容量与电动机的额定功率相比不是足够大时，会引起输电线路上电压的增加，造成供电电压的明显下降，不仅

15、影响了同一供电系统中其他负载的工作，而且会延长电动机本身的起动时间。此外在起动过于频繁时，还会引起电动机过热。在这两种情况下，就必须设法减小起动电流。此起重机的启动采用转子串电阻分级起动一方面可以减小起动电流，另一方面可以增加最初起动转矩，当串入某一合适电阻时，还能使电动机以它的最大转矩T起动。当然，所串联的电阻超过一定数值后，最初起动转矩反而会减小。由于绕线异步电动机的转子串联合适的电阻，不但可以减少起动电流，而且可以增大起动转矩，因而，要求起动的转矩大或起动频繁的生产机械常用绕线型异步电动机。转子串电阻分级起动为使整个启动过程中尽量保持较大起动转矩，绕线式异步电动机看采用逐级切除转子起动电

16、阻的分级启动。起动接线图和特性曲线如图8.13所示。1) 接触器触点K1、K2、K3全断开，电动机定子接额定电压，转子每相串入全部电阻 ，电动机开始启动。启动点为机械特性曲线3上的a点，启动转矩 T<Tm。2) 由于Ts1>TL (负载转矩)电动机加速到b点时，T=T2>TL，为了加速起动过程，接触器K3闭合，切除起动电阻R3，特性变为曲线1，因机械惯性，转速瞬时不变，工作点水平过渡到c点，使该点T=T1。 3) 因Ts1>TL，转速沿曲线1继续上升，到d点时K2闭合，R2被切除，电动机运行点从d转变到特性曲线1上的e点。依次类推，直到切除全部电阻，电动机便沿着固有特性

17、曲线3加速，经h点，最后稳定运行于j点(T=TL)。参数计算转子串电阻起动电阻的计算:为简化计算，机械特性采用实用表达式简化后的近似表达式为 1)在同一条机械特性上，若 和 的机械特性，若Tm 为常数，当 s为常数时，有 下面根据以上两个比例关系推导启动电阻的计算方法。在不同串电阻机械特性上，根据s=常数 ， ，则有 , , 令 ，为启动转矩比，则启动时各级电阻则为 (1-1)当T=T1时，如图8.13所示，可以得到 ， 在固有机械特性上，根据 ，则有 ，或 ，把上两式代入（1-1）中的最后一式，得到 故有 (3)按式上面式子计算各级电阻。取m=6RZ1=0.2386 RZ2=0.3972, RZ3=0.5411, RZ4=0.6966, RZ5=0.8624, RZ6=1.03773.4 调速及运行设计的参数计算(含公式) 三相异步电动机旋转磁场的旋转方向与电流相序一致，因此只要改变电动机三相电源的相序并串入反接制动电阻，就可以达到尽快停机的目的。相应的计算公式：转差率s=( n同步速-n )/ n同步速 转子电阻r2=sN*E2N/(*I2N) n=60v*j/(d*) r2/sN =(r2+R)/s参数值：n N =960r/min n1