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各位老師大家好！,集裝箱龍門起重機----電氣控制部分指導老師：李斌老師答辯人：李江華,畢業(yè)設計任務書:,題目：集裝箱龍門起重機設計（電氣控制部分）題目內(nèi)容：要求設計一臺港口用軌道式集裝箱門式起重機，該起重機采用雙主梁，跨距40.5t-40m，兩端有效懸臂10m，可進行20'到40'國際標準集裝箱的裝卸、轉(zhuǎn)運及堆放等作業(yè)。課題任務要求：進行集裝箱門式起重機電氣控制部分和小車機器房部分的設計，電氣控制部分采用可編程控制器(PLC)控制，需畫出電氣原理圖和電氣布置，編寫PLC梯形圖程序，說明工作原理。設計起重機的機器房結(jié)構(gòu)，編寫設計說明書。,第一章：軌道式集裝箱門式起重機,第二次世界大戰(zhàn)以后，在運輸業(yè)發(fā)生了一場技術(shù)革命——集裝箱運輸。六十年代中期集裝箱運輸受到世界各國的普遍重視，從而得到了迅速發(fā)展，以形成一個完整的體系。國際標準化組織為集裝箱規(guī)定了統(tǒng)一的規(guī)格、重量。為發(fā)展集裝箱運輸，又出現(xiàn)了許多種類的裝卸機械，集裝箱龍門起重機就是其中的一種。,本次設計的起重機為重慶寸灘港的軌道式集裝箱門式起重機，該起重機采用雙主梁，跨距40.5t-40m，兩端有效懸臂10m，可進行20'到40'國際標準集裝箱的裝卸、轉(zhuǎn)運及堆放等作業(yè)，進行集裝箱門式起重機電氣控制部分,說明書介紹了起重機的三大工作機構(gòu)、常用電氣設備和其電氣控制部分的設計，主要內(nèi)容是起重機的電氣設備和電氣控制系統(tǒng)的設計,起重機械是一種對重物能同時完成垂直升降和水平移動的機械。在工業(yè)和民用建筑工程中，起重機械作為主要施工機械用于建筑構(gòu)件和材料在運輸過程的裝卸，并將構(gòu)件吊到設計位置進行安裝等，不僅解決了人力無法勝任的作業(yè)，而且能保證工程質(zhì)量，縮短工期，降低成本，成為極其重要的建筑施工機械。起重機械的分類：起重機械的種類很多，按使用的動力設備可分為內(nèi)燃機作動力和電動機作動力兩種；按起重機載荷率可分為輕型、中型、重型、特重型四類；按起重結(jié)構(gòu)可分為龍門式和臂架式兩類；按回轉(zhuǎn)臺的角度可分為全回轉(zhuǎn)式和非全回轉(zhuǎn)式；按行走機構(gòu)的構(gòu)造可分為固定式和移動式兩類。建筑施工中常用的為移動式起重機，包括：塔式起重機、汽車式起重機、輪胎式起重機、履帶式起重機，起重機械的主要性能參數(shù)包括：起重量、工作幅度、起重力矩、起升高度以及工作速度等。,軌道式集裝箱門式起重機具有以下優(yōu)點：,(1)場地利用率更高，跨中一般可堆放8一l5列集裝箱加1個或多個車道，而標準的輪胎式集裝箱門式起重機跨中只能堆放6列集裝箱加1個車道。(2)定位能力好，且可以提供最迅速和最有效的集裝箱存儲和檢索系統(tǒng)，易于實現(xiàn)堆場自動化，如果和自動搬運車或移箱輸送機等配合作業(yè)，可以達到很高的作業(yè)效率。(3)各機構(gòu)的運行速度更高，作業(yè)效率更高。(4)以電力為動力，無廢氣排放，噪聲低，環(huán)保性能好。,主要技術(shù)性能參數(shù),軌道式集裝箱門式起重機的主要技術(shù)參數(shù)有起重量、起升高度、跨距和伸距、工作速度以及工作類型等。一、起重量軌道式集裝箱門式起重機的起重量有3個指標，即額定起重量、吊具下起重量、吊鉤下起重量。目前吊具下最大起重量超過50t，但大多為30.5～42t。二、起升高度起升高度有2種表述方法，即以“m”為單位的絕對起升高度和堆箱高度。起重機的起升高度大多在15m上下，目前最大的已超過20m。從堆箱高度上講，大多為堆3過4、堆4過5和堆5過6，目前最大的達到堆8過9。三、跨距和伸距軌道式集裝箱門式起重機的跨距目前最小為15m，最大超過60m，大多在25～35m之間；起重機的工作伸距一般不超過10m。在國外，軌道式集裝箱門式起重機廣泛用于內(nèi)河港口，兼做裝卸和堆場。在萊茵河兩岸的集裝箱碼頭廣泛采用這種機型，如曼海姆集裝箱碼頭，裝備有2臺軌道式集裝箱門式起重機，其中l(wèi)臺跨距為65m，外伸距為13m；另1臺跨距為65．5m，外伸距為14.5m，起重量均為35t。四、工作速度起重機的速度參數(shù)包括起升速度、小車運行速度和大車運行速度。隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展和技術(shù)水平的不斷提高，對起重機的速度要求也越來越高。起升速度：Kunz公司為漢堡港制造的6臺軌道式集裝箱門式起重機，起升速度達到80m/min；ZPMC等生產(chǎn)的軌道式集裝箱門式起重機起升速度滿載為40m/min，空載為80m/min。小車運行速度：Noell、Kunz、ZPMC、交通部水運所等單位研制的起重機小車運行速度都達到了120m/min；國外目前最大已達到240m/min。大車運行速度：Kunz生產(chǎn)的軌道式集裝箱門式起重機大車運行速度為l80m/min。門吊的工作速度有三種，根據(jù)起重機用途和起重量的不同而不同。(1)起升機構(gòu)的起升速度V起，它與超重量和生產(chǎn)率有關(guān)，通常起重量大而起升速度低生產(chǎn)率高，速度可以大些；一般不超過20米/分；(2)起重小車走行速度V小車，—般不超過50米/分；(3)起重機大車走行速度V大車。—般不超過120米/分。五、工作類型起重機工作類型是表明起重機工作的載荷變化和忙閑程度的參數(shù)。載荷變化程度是起重機的實際超重量與額定起重量之間的變化關(guān)系。有的起重機額定起重量很大，如幾十噸。但只是偶然起吊這樣重的貨物，經(jīng)常起吊的貨物重量僅是額定起重量的1/2或1/3。忙閑程度是指超重機工作時的長短。如有的一年內(nèi)要工作7000小時，有的工作4000小時，還有2000小時、1000小時不等。根據(jù)載荷變化程度和忙閑程度把超重機的工作類型分為四種類型：(1)輕型(JC＝15％)；(2)中型(JC＝25％)；(3)重型(JC＝40％)；(4)特重型(JC＝60％)。,第2章門式起重機的三大工作機構(gòu),門式起重機的三大工作機構(gòu)（機械傳動部分）由起升機構(gòu)、起重小車走行機構(gòu)、大車走行機構(gòu)等構(gòu)成，它們分別實現(xiàn)吊裝貨物的上下升降，左右(橫向)搬移和前后(縱向)搬運三個動作，構(gòu)成一個作業(yè)區(qū)域,起升機構(gòu),起升機構(gòu)的主要形式：1．吊鉤門式起重機的起升機構(gòu)2．抓斗門式起重機的起升機構(gòu)3．電磁門式起重機的起升機構(gòu)和三用門式起重機的起升機構(gòu)4．兩用門式起重機的起升機構(gòu)。小車走行機構(gòu)大車走行機構(gòu),第3章門式起重機的電氣設備及選用3.1概述,起重機的電氣部分是起重機必不可少的重要組成部分。電氣設備工作的好壞將直接影響起重機的性能。也就是說：一臺好的起重機必須要有好的電氣設備。為此，要求設計、制造部門能精心設計、認真制造，才能造出好的電氣設備、造出好的起重機。但是，僅僅這樣還不夠，更重要的還要求我們能夠正確、合理地使用起重機和它的電氣設備，注意日常的維護保養(yǎng)，執(zhí)行計劃預修制度，經(jīng)常保持設備完好，才能保證正常運行，以滿足日益發(fā)展的生產(chǎn)需要。,起重機負載的特點,軌道式集裝箱龍門起重機的機構(gòu)一般可分為運行和升降兩種，這兩種機構(gòu)的負載性質(zhì)是不同的。運行機構(gòu)的正、反兩個方向均屬阻力負載，對電動機來說在兩個方向都是電動狀態(tài)，需要發(fā)出驅(qū)動力矩來拖動機構(gòu)運轉(zhuǎn)。升降機構(gòu)兩方向的負載性質(zhì)不一樣。上升時為阻力負載。下降時有兩種情況：當負載很輕，其重量克服不了機構(gòu)的摩擦阻力時，也是阻力負載；當負載較大時則為動力負載。對電動機來說，上升和輕負載下降時是電動狀態(tài)，產(chǎn)生驅(qū)動力矩來拖動機構(gòu)運轉(zhuǎn)；重負載下降時，由重物拖動機構(gòu)向下運轉(zhuǎn)，電動機處于制動狀態(tài)，產(chǎn)生制動力矩來平衡由負載產(chǎn)生的驅(qū)動力矩，使重物以穩(wěn)定的速度下降。類似升降機構(gòu)的負載稱“位能負載”。上升時由電動機驅(qū)動，將動能變?yōu)槲荒?；下降時由重物驅(qū)動，將位能變?yōu)閯幽?。在室外工作的起重機，由于風力的存在，當順風運行時，有可能把運行機構(gòu)的阻力負載變成動力負載，此時由風力驅(qū)動機構(gòu)運行，電動機處于制動狀態(tài)。,起重機常用的下降制動方法,為了使下降的重物能獲得穩(wěn)定的運行速度，需要使電動機在制動狀態(tài)下運行。異步電動機常見的制動方法有再生發(fā)電制動、反接制動和單相制動三種。再生發(fā)電制動再生發(fā)電制動發(fā)生在由于外力的作用使異步電動機的轉(zhuǎn)速超過其同步轉(zhuǎn)速時，此時電動機的運行狀態(tài)象一個與電網(wǎng)并聯(lián)的異步發(fā)電機，將電能反饋給電網(wǎng)。這種制動方法常用于起升機構(gòu)下降重物時，其特點是轉(zhuǎn)速較快，且必須超過同步轉(zhuǎn)速。繞線型異步電動機應用再生發(fā)電制動時，不能在轉(zhuǎn)子電路中串接電阻器，因串接電阻后，轉(zhuǎn)速將更快，過快的轉(zhuǎn)速將引起機構(gòu)的損壞。反接制動電動機被過重的負載倒拉，就會出現(xiàn)反接制動狀態(tài)。此時，電動機的轉(zhuǎn)子被迫逆著旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速是負值，轉(zhuǎn)子中將產(chǎn)生比靜止時更高的感應電動勢。為了限制轉(zhuǎn)子電流不致過大，需在轉(zhuǎn)子電路中串接足夠的電阻。反接制動時，電動機把下降負載的位能變換成電能，并于從電網(wǎng)吸取的電能一起變成熱能，消耗在轉(zhuǎn)子電阻里。這種制動方法常用于起升機構(gòu)下降較重負載時，其特點是機械特性較軟。單相制動把三相異步電動機的定子繞組接在單相電源上或把三相電源中的任何一相斷開，并在轉(zhuǎn)子電路中串接適當?shù)碾娮?，如此時電動機由下降的重物帶動旋轉(zhuǎn)，則電動機便進入單相制動狀態(tài)運行。,下面簡要介紹電氣部分:,一、電制與供電本機采用交流380V、50Hz三相四線制供電系統(tǒng)。動力回路380V，控制回路和照明回路為220V，安全電壓為24V。整機供電采用磁滯式電纜卷筒供電（左右卷放有效長度為150m），小車供電采用懸掛電纜小車式。二、電力拖動與控制本設備起升機構(gòu)、大、小車運行機構(gòu)全部采用變頻驅(qū)動裝置；控制系統(tǒng)采用三菱公司的FX系列PLC；故障診斷及顯示采用觸摸屏。三、操作：先解除行走錨定裝置，然后合上總隔離閘刀和總空氣開關(guān)，此時主配電板(MBD)和聯(lián)動臺(TQK)上合閘指示燈亮，再檢查三相電源情況，若正?？蛇M行吊裝作業(yè)。1、大車運行機構(gòu)：使用1SA進行運行機構(gòu)的操作，左右各4個操作檔位?？蓪崿F(xiàn)平滑地勻加速或勻減速運動。當該機構(gòu)從運動狀態(tài)到停止時，先斷電，延時5～6秒后自動抱閘，以減少整機制動時的沖擊和震動。2、小車運行機構(gòu)：該機構(gòu)操作手柄為3SA，設置前進和后退各四個檔位，可實現(xiàn)平滑地勻加速或勻減速運動。在兩腿外側(cè)懸臂端設置有慢速運行區(qū)域，當小車從懸臂端向內(nèi)側(cè)運行時，不受上述限制。3、起升機構(gòu)：該機構(gòu)的操作手柄為2SA，起升和下降各四個操作檔位，可實現(xiàn)平滑地勻加速或勻減速運動。,,四、保護按照《起重機設計規(guī)范》和《起重機安全規(guī)程》的規(guī)定，整機設置有總的過流、短路、失壓、欠壓保護，并且在聯(lián)動臺和主電源柜上、機器房以及在下橫梁對角位置設有緊停按鈕。1、大車運行機構(gòu)：該機構(gòu)設置有零壓、零位、過流短路，正反向聯(lián)鎖，極限位置限位，電纜卷筒極限限位等保護，另外還設置有錨定聯(lián)鎖以及防護器頂松軌聯(lián)鎖等。2、小車運行機構(gòu)：該機構(gòu)設置有零位、零壓、過流和短路保護，以及正反向聯(lián)鎖、懸臂端限速和極限位置保護等，另外還設置有駕駛室通道口聯(lián)鎖開關(guān)和小車錨定裝置。3、起升機構(gòu)：該機構(gòu)設置有零位、零壓、過流短路保護，正反向聯(lián)鎖、上下預限位保護，極限位置保護和應急限位保護以及超載保護等。4、本機在最高處設置有避雷裝置。,,五、信號、通訊和照明1、超負荷限制器在起升機構(gòu)吊重達到額定載荷的95％時，發(fā)出報警信號，在達到額定載荷的110％時，起升機構(gòu)斷電，只允許下降操作。2、大車運行時有間斷的聲光報警信號以提醒現(xiàn)場人員避讓。3、各機構(gòu)極限位置時產(chǎn)生報警信號。4、風速超過額定值時產(chǎn)生報警信號，并停止整機工作。5、設置二部對講機以便起重機上下聯(lián)系。6、照明：本機在梁底部設置有8盞500W投光燈，在小車架底部設置有4盞500W投光燈作為工作照明，司機室、機器房、電氣房、樓梯走道都設置有足夠的照明設置和不同電壓等級的插座。在機器房配置有2臺軸流風機，在電氣房配置有一臺軸流風機以改善散熱條件。在司機室和機器房內(nèi)的電氣房各設置1部雙制式空調(diào)。另外還配備了2盞隔爆型手提檢修燈（可充電式）和必要的消防設備。,3.2電動機,起重機上使用的電動機可分為直流電動機和交流電動機。在門式起重機上一般采用交流異步電動機，其中有鼠籠式電動機和繞線式電動機。鼠籠式電動機只限于中小容量、起動次數(shù)不多，沒有調(diào)速要求，對起動平滑性要求不高，操作簡單的場合。而繞線式電動機則是起重機上使用范圍最廣泛的一種電動機。門吊采用的電動機多為三相交流繞線式異步電動機(或稱滑環(huán)電機)。,,下面是電動機的簡要計算過程：1、運行阻力計算2、初選電動機3、起動時間與平均加速度驗算4、校核電動機的過載能力5、電動機發(fā)熱驗算,,,參見《最新起重機械設計、制造、安裝調(diào)試、維護新工藝、新技術(shù)與常用數(shù)據(jù)及質(zhì)量檢驗標準實用手冊》，根據(jù)計算所得的數(shù)據(jù)和綜合考慮以上涉及的各種情況，成本，因此本設計選用三相交流繞線式異步電動機，型號為YZR315M2-10（兩臺），YZR160L-6（八臺），YZR180L-8（四臺）。備注：大連伯頓電機廠，配強迫風冷風機、編碼器和超速開關(guān)。,3.3控制電器,起重機常見的控制電器有開關(guān)、接觸器、凸輪控制器、主令控制器、繼電器和電阻器等,3.4變頻器的選擇,在電力拖動領域，解決好電動機的無級調(diào)速問題具有十分重要的意義。例如：1、可以大大提高工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設備的加工精度、工藝水平以及工作效率等，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。2、可以大大減少生產(chǎn)機械的體積和重量，從而減少金屬的用量。3、對于風機和泵類負載，如采用調(diào)速的方法改變其流量，節(jié)電率可達（20—60）%等等。,舊時的起重機拖動系統(tǒng)如圖:,電機的旋轉(zhuǎn)速度為什么能夠自由地改變？,n=60f/p(1-s)n:電機的轉(zhuǎn)速f:電源頻率p:電機磁極對數(shù)s：電機的轉(zhuǎn)差率電機的轉(zhuǎn)速=60(秒)＊頻率（Hz)/電機的磁極對數(shù)-電機的轉(zhuǎn)差率，電機旋轉(zhuǎn)速度單位：每分鐘旋轉(zhuǎn)次數(shù)，rpm/min也可表示為rpm，電機的旋轉(zhuǎn)速度同頻率成比例，同步電機的轉(zhuǎn)差矩為0,同步電機的轉(zhuǎn)速=60(秒)*頻率(Hz)／電機的磁極對數(shù)異步的轉(zhuǎn)速比同步電機的轉(zhuǎn)速低。例如：4極三相步電機60Hz時低于1,800[r/min]4極三相異步電機50Hz時低于1,500[r/min]。本文中所指的電機為感應式交流電機，在工業(yè)領域所使用的大部分電機均為此類型電機。感應式交流電機（以后簡稱為電機）的旋轉(zhuǎn)速度近似地確決于電機的極對數(shù)和頻率。由電機的工作原理決定電機的磁極對數(shù)是固定不變的。由于電機的磁極對數(shù)1個磁極對數(shù)等于2極，電機的極數(shù)不是一個連續(xù)的數(shù)值（為2的倍數(shù)，例如極數(shù)為2，4，6），所以不適和改變該值來調(diào)整電機的速度。另外，頻率是電機供電電源的電信號，所以該值能夠在電機的外面調(diào)節(jié)后再供給電機，這樣電機的旋轉(zhuǎn)速度就可以被自由的控制。因此，以控制頻率為目的的變頻器，是做為電機調(diào)速設備的優(yōu)選設備。,,改變頻率和電壓是最優(yōu)的電機控制方法：如果僅改變頻率，電機將被燒壞。特別是當頻率降低時，該問題就非常突出。為了防止電機燒毀事故的發(fā)生，變頻器在改變頻率的同時必須要同時改變電壓。例如：為了使電機的旋轉(zhuǎn)速度減半，變頻器的輸出頻率必須從60Hz改變到30Hz，這時變頻器的輸出電壓就必須從400V改變到約200V。如果要正確的使用變頻器,必須認真地考慮散熱的問題。變頻器的故障率隨溫度升高而成指數(shù)的上升。使用壽命隨溫度升高而成指數(shù)的下降。環(huán)境溫度升高10度，變頻器使用壽命減半。,矢量控制是怎樣使電機具有大的轉(zhuǎn)矩的？,轉(zhuǎn)矩提升：此功能增加變頻器的輸出電壓，以使電機的輸出轉(zhuǎn)矩和電壓的平方成正比的關(guān)系增加，從而改善電機的輸出轉(zhuǎn)矩。改善電機低速輸出轉(zhuǎn)矩不足的技術(shù)，使用"矢量控制"，可以使電機在低速,如(無速度傳感器時)1Hz（對4極電機，其轉(zhuǎn)速大約為30r/min）時的輸出轉(zhuǎn)矩可以達到電機在50Hz供電輸出的轉(zhuǎn)矩（最大約為額定轉(zhuǎn)矩的150％）。對于常規(guī)的V/F控制，電機的電壓降隨著電機速度的降低而相對增加，這就導致由于勵磁不足，而使電機不能獲得足夠的旋轉(zhuǎn)力。為了補償這個不足，變頻器中需要通過提高電壓，來補償電機速度降低而引起的電壓降。變頻器的這個功能叫做“轉(zhuǎn)矩提升”。,,轉(zhuǎn)矩提升功能是提高變頻器的輸出電壓。然而即使提高很多輸出電壓，電機轉(zhuǎn)矩并不能和其電流相對應的提高。因為電機電流包含電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩分量和其它分量（如勵磁分量）?！笆噶靠刂啤卑央姍C的電流值進行分配，從而確定產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電機電流分量和其它電流分量（如勵磁分量）的數(shù)值?！笆噶靠刂啤笨梢酝ㄟ^對電機端的電壓降的響應，進行優(yōu)化補償，在不增加電流的情況下，允許電機產(chǎn)出大的轉(zhuǎn)矩。此功能對改善電機低速時溫升也有效。,變頻器制動的情況：,制動的概念：指電能從電機側(cè)流到變頻器側(cè)（或供電電源側(cè)）,這時電機的轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速。負載的能量分為動能和勢能.動能(由速度和重量確定其大小）隨著物體的運動而累積。當動能減為零時，該事物就處在停止狀態(tài)。機械抱閘裝置的方法是用制動裝置把物體動能轉(zhuǎn)換為摩擦和能消耗掉。對于變頻器，如果輸出頻率降低，電機轉(zhuǎn)速將跟隨頻率同樣降低。這時會產(chǎn)生制動過程.由制動產(chǎn)生的功率將返回到變頻器側(cè)。這些功率可以用電阻發(fā)熱消耗。在用于提升類負載,在下降時,能量(勢能)也要返回到變頻器(或電源)側(cè),進行制動。這種操作方法被稱作“再生制動”，而該方法可應用于變頻器制動。在減速期間，產(chǎn)生的功率如果不通過熱消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到變頻器電源側(cè)的方法叫做“功率返回再生方法”。在實際中，這種應用需要“能量回饋單元”選件。,3.5可編程序控制器（PLC）,國際電工委員會通過的定義為：可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)運算操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設備都按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體、易于擴充其功能的原則設計。,傳統(tǒng)門式起重機的電力拖動系統(tǒng)采用交流線繞轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串接電阻的方法進行起動和調(diào)速，繼電——接觸器控制，這種控制系統(tǒng)的主要缺點有：,門式起重機工作條件惡劣，工作任務中，電動機以及所串聯(lián)電阻燒損和斷裂故障時有發(fā)生。繼電——接觸器控制系統(tǒng)可靠性差，操作復雜，故障率高。轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，機械特性軟，負載變化時轉(zhuǎn)速也變化，調(diào)速不理想。所串電阻長期發(fā)熱，電能浪費大，效率低。要從根本上解決這些問題，只有徹底改變傳統(tǒng)的控制方式。近年來，隨著計算機技術(shù)和電力電子器件的迅猛發(fā)展，電氣傳動和自動控制領域也日新月異。其中，具有代表性的交流變頻裝置和可編程控制器獲得了廣泛的應用，為PLC控制的變頻調(diào)速技術(shù)在橋式起重機拖動系統(tǒng)中應用提供了有利的條件。,PLC控制的門式起重機變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖,,變頻器：為電動機提供可變頻率的電源，實現(xiàn)電動機的調(diào)速。制動電阻：起重機放下重物時，由于重力加速度的原因電動機將處于再生制動狀態(tài)，拖動系統(tǒng)的動能要反饋到變頻器直流電路中，使直流電壓不斷上升，甚至達到危險的地步。因此，必須將再生到直流電路里的能量消耗掉，使直流電壓保持在允許范圍內(nèi)。制動電阻就是用來消耗這部分能量的。,控制小車電動機的變頻器與PLC控制原理圖,,門式起重機小車電動機的工作過程：在駕駛室內(nèi)及橫梁欄桿門關(guān)好后，位置開關(guān)SQa、SQb，SQc閉合，緊急開關(guān)SB2等符合要求的情況下，速度選擇開關(guān)置于零位，按下起動按鈕SB1，接觸器KM通電吸合，三相電源接通。當速度選擇開關(guān)置于正轉(zhuǎn)速度1時，將三相交流電和電動機接通，1檔速度起動，速度選擇開關(guān)置于正轉(zhuǎn)速度2時，2檔速度運行，一般橋式起重機正反向均有5檔速度，其余與此類似。速度選擇開關(guān)置于零位或由于停電，電動機停止運行。為防止因停電、變頻器跳閘等使拖動負載快速下降出現(xiàn)危險，乃設置有機械制動裝置。當發(fā)生緊急情況時，可立即拉開緊急開關(guān)SB2，一方面機械制動將所有電動機制動，另一方面將變頻器緊急停機控制端EMS接通，變頻器將使電動機迅速停機。當電動機過載時，可使熱繼電器的觸點FR接通變頻器的外接保護控制端，使變頻器停止工作。位置開關(guān)SQ1和SQ2裝在小車兩頭。當小車行走到終端時，兩端各有擋塊，撞上位置開關(guān)，切斷小車電路，小車電動機停車并制動。變頻器因發(fā)生故障而跳閘后，當故障已被排除，可以重新起動時，按下復位按鈕SB，接通復位控制端RST，使變頻器恢復到運行狀態(tài)。,,控制小車電動機的變頻器輸入控制端的安排：一般門式起重機有五檔速度，所以3個外接開關(guān)K3，K4，K5來控制速度信號，達到調(diào)節(jié)速度的目的（實際可達八檔速度），外接開關(guān)狀態(tài)與速度的對應關(guān)系如下表所示。用戶可自由設定與每檔速度對應的頻率大小。,小車電動機的梯形圖程序,3.6電器保護裝置及選用,保護箱電氣設備保護電器熱繼電器——它是一種防止電動機在實際工作中，電動機常會遇到短時間的過載，不超過允許溫升時，這種過載沒有什么妨害；當過載時間過長，可能超過允許溫升，將會加快電動機繞組絕緣老化速度，縮短使用壽命。由于過載程度不同，電動機達到允許溫升的時間也不同。為了充分發(fā)揮電動機的潛力，統(tǒng)允許短時間過載，又不致長時間過熱，熱繼電器可滿足隨過載程度而改變動作時間的保護電器行程限位開關(guān)和安全開關(guān),3.7導電裝置以及電氣電路,吊在工作過程中大車、小車需要隨時移動，因此當由固定電源供電時，必須利用一套輔助電器或設備將電流從電力網(wǎng)中引入各工作機構(gòu)，這些輔助電器或設備稱為導電裝置。導電裝置有兩種類型：一種是活動觸頭，適用于平移機構(gòu)，由未絕緣的固定導線(稱為硬滑線)和活動觸頭構(gòu)成，如用于回轉(zhuǎn)機構(gòu)時，采用環(huán)形集電器。另一種是軟導線，即用電纜線供電。硬滑線的材料多數(shù)為角鋼滑線和圓鋼滑線，其優(yōu)點是節(jié)省有色金屬，機械強度底；缺點是重量大，附件多，維護檢修不方便，以及容易銹蝕引起導電不良。有時也可采用裸銅線。露天工作的起重機、冬天被冰雪覆蓋易使電源斷路，不能工作。當門吊的走行距離較長時，多數(shù)采用硬滑線。短距離時或小車的導電裝置一船采用電纜供電，尤其是寒冷地宜采用電纜供電。它具有安全可靠和重量輕的優(yōu)點。（電氣電路見圖紙）,3.8起重機控制站,起重機控制站與主令控制器配合使用，控制電動機的運轉(zhuǎn)。起重機的控制站分為：起重機交流控制站，控制繞線式電動機；起重機直流控制站，控制直流串激式電動機。起重機交流控制站有交流控制回路和直流控制回路兩種，兩者主回路相似，而直流控制回路的接觸器、繼電器、制動器、操作元件等均改用直流磁系統(tǒng)元件，提高了可靠性。起重機控制站的技術(shù)規(guī)格見《實用起重機手冊》和《最新起重機械設計、制造、安裝調(diào)試、維護新工藝、新技術(shù)與常用數(shù)據(jù)及質(zhì)量檢驗標準實用手冊》，本設計選用PQK1—4Z。,3.9電氣設備的維護與檢修,定期檢修的目的是防止接地不良，磨損或碰傷而發(fā)生的意外錯誤動作，保證起重機運行的準確性和可靠性。有以下幾種檢修制度：1、日檢修2、雙周檢修3、月檢修4、年檢修(或大修),3.10機房結(jié)構(gòu)概述,本起重機電氣房分兩部分均采用彩鋼夾層板拼接結(jié)構(gòu)，一在小車機房內(nèi)，另一部分置于剛腿上主梁側(cè)部，主要放置大車電氣柜、控制屏等，另外配有工具箱等。本設計采用常州市勛業(yè)機械設備有限公司生產(chǎn)的電氣機器房。如下圖所示：,,,結(jié)束！謝謝！,
目 錄
摘要………………………………………………………………………………1
前言………………………………………………………………………………1
第1章 軌道式集裝箱龍門式起重機…………………………………………3
1.1 概述 …………………………………………………………………3
1.2 特點………………………………………………………………… 6
1.3 分類……………………………………………………………………7
1.4 主要技術(shù)參數(shù)…………………………………………………………7
1.5 集裝箱門式起重機機構(gòu)…………………………………………… 9
第2章 門式起重機的工作機構(gòu)…………………………………………… 11
2.1 概述…………………………………………………………………11
2.2 起升機構(gòu)……………………………………………………………11
2.3 小車走行機構(gòu)………………………………………………………12
2.4 大車走行機構(gòu)………………………………………………………13
第3章 門式起重機的電氣設備…………………………………………… 16
3.1 概述…………………………………………………………………16
3.2 電動機………………………………………………………………22
3.3 控制電器及選用……………………………………………………29
3.4 變頻器的選擇………………………………………………………33
3.5 可編程序控制器（PLC）………………………………………… 42
3.6 電器保護裝置及選用………………………………………………51
3.7 導電裝置以及電氣電路……………………………………………53
3.8 起重機控制站………………………………………………………54
3.9 電氣設備的維護與檢修……………………………………………54
3.10 機房結(jié)構(gòu)概述………………………………………………………55
結(jié)語……………………………………………………………………………57
謝詞……………………………………………………………………………58
主要參考文獻…………………………………………………………………59
注：電氣圖中各種元件和電纜型號見附錄1、2
重慶交通大學二OO八屆機電一體化專業(yè)畢業(yè)設計（論文）
前 言
第二次世界大戰(zhàn)以后，在運輸業(yè)發(fā)生了一場技術(shù)革命——集裝箱運輸。六十年代中期集裝箱運輸受到世界各國的普遍重視，從而得到了迅速發(fā)展，以形成一個完整的體系。國際標準化組織為集裝箱規(guī)定了統(tǒng)一的規(guī)格、重量。為發(fā)展集裝箱運輸，又出現(xiàn)了許多種類的裝卸機械，集裝箱龍門起重機就是其中的一種。
集裝箱龍門起重機由普通龍門起重機發(fā)展而來，是專門用來裝卸集裝箱的一種起重機，被廣泛的用于碼頭、車站、貨場等。集裝箱龍門起重機最早出現(xiàn)于1958年。1965年以后軌道式集裝箱龍門起重機有了很大的發(fā)展，隨后在1971~1972年輪胎式集裝箱龍門起重機又有顯著的增多。
目前，國內(nèi)外集裝箱龍門起重機正朝著裝卸自動化的方向發(fā)展，為了提高裝卸效率，采用計算機控制起重機的各種動作，它可以安全、準確的將集裝箱搬運到指定的位置。
隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展，起重機械在不斷地發(fā)展和完善。這是因為．起重機械是物流機械化系統(tǒng)中的重要設備。社會化大生產(chǎn)愈發(fā)展，人民生活水平愈提高，物料搬運和人員的輸送量就愈大，起重機械的應用范圍也就愈廣泛。根據(jù)人類生產(chǎn)和生活的需要．許多具有持殊用途的新型設備不斷出現(xiàn)。
門式起重機(也稱門吊)是屬于橋式類型起重機的一種，由于它的金屬結(jié)構(gòu)象門形框架，承載主梁下安裝兩條文腿，可以直接在地面的軌道上走行，并且主梁兩端具有懸臂梁(主梁的延長)，相似“龍門”故稱為龍門起重機。懸臂梁的作用可使起重小車在主梁上的走行距離延長，擴大作業(yè)范圍。
門式起重機也是由機械傳動、金屬結(jié)構(gòu)和電氣設備三大部分組成。機械傳動部分又由起升機構(gòu)、起重小車走行機構(gòu)、大車走行機構(gòu)等構(gòu)成。即為門式起重機的三大工作機構(gòu)，它們分別實現(xiàn)吊裝貨物的上下升降，左右(橫向)搬移和前后(縱向)搬運三個動作，構(gòu)成一個作業(yè)區(qū)域。
任何生產(chǎn)機械都由原動機、傳動裝置、工作機構(gòu)和操縱控制設備等組成。如果以電動機作為原動機來拖動生產(chǎn)機械的工作機構(gòu)，則它的驅(qū)動、傳動裝置通常稱為電力拖動系統(tǒng)。該系統(tǒng)中的電動機、控制操縱部分，電氣電路和電氣器件等等習慣統(tǒng)稱電氣設備。
電氣設備部分主要由電動機、電器元件和電氣線路等組成。它將電力網(wǎng)中的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，實現(xiàn)起重機工作的目的，同時控制各工作機構(gòu)按照工作要求進行作業(yè)。
電氣設備的功用主要在于：由電動機將電能轉(zhuǎn)變成機械能，通過傳動裝置拖動工作機構(gòu)；控制設備通過各種控制器件和電器元件用來控制電動機按工作機構(gòu)的要求完成各種動作。
起重機的電氣設備主要有動力設備——電動機，操作電器——磁力起動器、凸輪控制器、主令控制器、變頻器、接觸器、電阻器、繼電器等，電氣保護裝置——保護箱、過電流繼電器、熔斷器、行程限位開關(guān)、安全保護開關(guān)等；導電裝置以及電氣電路——工作電路(主回路)和控制電路等組成。
集裝箱門式起重機門式起重機的一種，是專門用來裝卸和堆碼集裝箱的一種高效率裝卸設備。由于它的金屬結(jié)構(gòu)(骨架)也象“龍門”， 與前面所介紹的普通用途的門式起重機類似，所以稱為集裝箱門式起重機。
集裝箱門起重機根據(jù)用途的不同，有鐵路貨場用的，有港口碼頭用的。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，有起升機構(gòu)帶剛性吊桿的和帶撓性懸掛吊具；根據(jù)集裝箱載重量大小可分為5噸、10噸、20噸和30.5噸幾種；還有根據(jù)走行機構(gòu)的不同，有輪胎式和軌道式。
談到起重機的電氣設備，必涉及起重機的電氣控制的設計問題。任何生產(chǎn)機械電氣控制系統(tǒng)的設計，都包括兩個方面：一是滿足生產(chǎn)機械和工藝的各種控制要求，另一個是滿足電氣控制系統(tǒng)本身的制造、使用及維修的需要。因此，電氣控制系統(tǒng)設計包括原理設計和工藝設計兩方面。前者決定起重機的使用效能和自動化程度，即決定起重機設備的先進性、合理性。后者決定電氣設備生產(chǎn)可行性、經(jīng)濟性、外觀等性能。
本次設計的起重機為重慶寸灘港的軌道式集裝箱門式起重機，該起重機采用雙主梁，跨距40.5t-40m，兩端有效懸臂10m，可進行20'到40'國際標準集裝箱的裝卸、轉(zhuǎn)運及堆放等作業(yè)，進行集裝箱門式起重機電氣控制部分和小車機器房部分的設計，電氣控制部分采用三菱可編程控制器(PLC)控制，需畫出電氣原理圖和電氣布置，編寫PLC梯形圖程序，說明工作原理。設計起重機的機器房結(jié)構(gòu)，并構(gòu)建實體模型，編寫設計說明書。
說明書介紹了起重機的三大工作機構(gòu)、常用電氣設備和其電氣控制部分的設計，主要內(nèi)容是起重機的電氣設備和電氣控制系統(tǒng)的設計。
第1章 軌道式集裝箱門式起重機
1.1 概述
起重機械是一種對重物能同時完成垂直升降和水平移動的機械。在工業(yè)和民用建筑工程中，起重機械作為主要施工機械用于建筑構(gòu)件和材料在運輸過程的裝卸，并將構(gòu)件吊到設計位置進行安裝等，不僅解決了人力無法勝任的作業(yè)，而且能保證工程質(zhì)量，縮短工期，降低成本，成為極其重要的建筑施工機械。
起重機械的分類：起重機械的種類很多，按使用的動力設備可分為內(nèi)燃機作動力和電動機作動力兩種；按起重機載荷率可分為輕型、中型、重型、特重型四類；按起重結(jié)構(gòu)可分為龍門式和臂架式兩類；按回轉(zhuǎn)臺的角度可分為全回轉(zhuǎn)式和非全回轉(zhuǎn)式；按行走機構(gòu)的構(gòu)造可分為固定式和移動式兩類。建筑施工中常用的為移動式起重機，包括：塔式起重機、汽車式起重機、輪胎式起重機、履帶式起重機，以及最基本的起重機械———卷揚機等。隨著高層建筑中作為垂直運輸機械而迅速發(fā)展的施工升降機也已納入起重機械范圍。
起重機械的主要性能參數(shù)包括：起重量、工作幅度、起重力矩、起升高度以及工作速度等。
一、起重量
起重量是指起重機能吊起重物的質(zhì)量，其中應包括吊索和鐵扁擔或容器的質(zhì)量，它是衡量起重機工作能力的一個重要參數(shù)。通常稱為額定起重量，用“Q”表示。起重量的單位過去慣用“t”表示，現(xiàn)都用“KN”表示（10KN約等于1t）。起重機隨著工作幅度的變化，其起重量也隨之變化。因此，額定起重量有最大起重量和最大幅度起重量之分。最大起重量是指基本起重臂處于最小幅度時所允許起吊的最大起重量；最大幅度起重量是指基本起重臂處于最大幅度時所允許起吊的最大起重量。一般起重機的額定起重量是指基本起重臂處于最小幅度時允許起吊的最大起重量，也就是起重機銘牌上標定的起重量。
二、工作幅度
工作幅度是指在額定起重量下，起重機回轉(zhuǎn)中心軸線到吊鉤中心線的水平距離，通常稱為回轉(zhuǎn)半徑或工作半徑，用“R”表示，單位為“m”。工作幅度表示起重機不移位時的工作范圍，它包括最大幅度(Rmax)和最小幅度(Rmin)兩個參數(shù)。對于俯仰變幅的起重臂，當處于接近水平的水平夾角為13°時，從起重機回轉(zhuǎn)中心軸線到吊鉤中心線的水平距離最大，為最大幅度；當起重臂仰到最大角度（一般水平夾角為78°）時，回轉(zhuǎn)中心軸線到吊鉤中心線距離最小，為最小幅度。對于小車變幅的起重臂，當小車行到臂架頭部端點位置時，為最大幅度；當小車處于臂架根部端點位置時，為最小幅度。起重機的起重量，隨幅度變化而變化，同一臺起重機，幅度不同，其起重量也不同。對于有支腿裝置的輪式起重機，還應以有效幅度A表示，即用支腿側(cè)向工作時，在額定起重量下，吊鉤中心垂線到該側(cè)支腿中心線的水平距離。有效幅度反映起重機的實際工作能力；沒有使用支腿側(cè)向工作時，則工作幅度用A1（ 單胎）或A2（雙胎）表示。
三、起重力矩
起重力矩是指起重機的起重量與相應幅度的乘積，以M表示，M=RQ。起重力矩的單位過去慣用tm表示，現(xiàn)都用 表示，它是起重機的綜合起重能力參數(shù)，能全面和確切地反映起重機的起重能力。塔式起重機需要經(jīng)常在大幅度情況下工作，故以起重力矩作為表示型號的主參數(shù)。塔式起重機的起重力矩，通常是指最大幅度時的起重力矩。起重機的起重特性曲線是表示起重機的起重量與幅度關(guān)系的曲線，不同幅度有不同的額定起重量，將不同幅度和相應的額定起重量以線連接起來，可以繪制成起重特性曲線。所有起重機的操縱臺旁都有這種曲線圖，使操作人員能很快地查出起重機在某一幅度時的最大起重量。
對于能配用幾種不同臂長的起重機，對應每一種長度的起重臂都有其起重特性曲線。
四、起升高度
起升高度是指自地面到吊鉤鉤口中心的距離，用“H”表示，單位“m”，它的參數(shù)標定值通常以額定起升高度表示。額定起升高度是指滿載時吊鉤上升到最高極限，自吊鉤中心到地面的距離。當?shù)蹉^需要放到地面以下吊取重物時，則地面以下深度叫下放深度，總起升高度為起升高度和下放深度的和。對于動臂式起重機，當起重臂長度一定時，起升高度隨著幅度的減少而增加，這一特性可以用起升高度曲線表示，它和起重特性曲線相對應。
五、工作速度
起重機的工作速度包括起升、變幅、回轉(zhuǎn)和行走等速度。
1、起升速度 起升速度是指起重吊鉤上升或下降的速度，單位為“m/min”。起重機的起升速度和起升機構(gòu)的卷揚牽引速度有關(guān)，而且和吊鉤滑輪組的倍率有關(guān)。2繩比4繩快一倍；單繩雙比雙繩快一倍。一般表示起升速度參數(shù)，應注明繩數(shù)。
2、變幅速度 變幅速度是指吊鉤從最大幅度到最小幅度的平均線速度，單位為“m/min”。
俯仰變幅起重臂的變幅速度也就是起重臂升起和降落的速度，一般落臂速度要快于升臂速度。
3、回轉(zhuǎn)速度 回轉(zhuǎn)速度是指起重機在空載情況下，其回轉(zhuǎn)臺每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，單位為“r/min”。
4、行走速度 行走速度是指起重機在空載情況下，行走時最大的速度，單位為“m/min”。
六、自重及質(zhì)量指標
1、自重 起重機的自重是指起重機處于工作狀態(tài)時起重機本身的總重，以“G”表示，單位為“t”或“KN”。
2、質(zhì)量指標 質(zhì)量指標是指起重機在單位自重下有多大的起重能力，通常用質(zhì)量利用系數(shù)K表示，它反映了起重機設計、制造和材料的技術(shù)水平，K值越大越先進。起重機質(zhì)量利用系數(shù)（ ）的表示形式是以起重力矩和與此相對應的起升高度來表示，如下式：。
目前集裝箱堆場機械的種類很多，主要有輪胎式集裝箱門式起重機、軌道式集裝箱門式起重機、集裝箱跨運車、集裝箱正面吊運機、集裝箱叉車等。其中以輪胎式集裝箱門式起重機和軌道式集裝箱門式起重機為主，這兩種機型可以更有效地利用場地空間。
軌道式集裝箱門式起重機是最近幾年才被大量應用于港口集裝箱碼頭和集裝箱貨場的，但其發(fā)展迅速，已成為許多碼頭和貨場的首選機型。綜述：
(1)、軌道式集裝箱門式起重機的結(jié)構(gòu)形式很多。結(jié)構(gòu)形式的選擇與軌道式集裝箱門式起重機的工作場地和工作性能關(guān)系密切。在大中型集裝箱碼頭，多采用不帶懸臂的機型，這種結(jié)構(gòu)形式可以獲得更高的裝卸效率和工作可靠性，白重更輕。在許多中小港口、內(nèi)河碼頭以及鐵路貨場等，對作業(yè)效率的要求不是很高，所以更多地選用帶懸臂的機型，以提高場地利用率。甚至選用簡易集裝箱吊具或可更換吊鉤作業(yè)的機型，實現(xiàn)一機多用，降低設備投資。
(2)、軌道式集裝箱門式起重機可以最大限度地實現(xiàn)堆場作業(yè)的自動化，也可以實現(xiàn)無人駕駛，而這是一般輪胎式集裝箱門式起重機所不具備的。
(3)、軌道式集裝箱門式起重機以電力為動力，環(huán)保性能良好，而且受日益上漲的燃油價格的影響很小。
(4)、目前英國泰晤士港集裝箱碼頭和MorrisAutomation公司已完成了世界上第1個雙提升吊具在無人駕駛?cè)詣榆壍朗郊b箱門式起重機上應用的試驗，可同時吊運2個20ft集裝箱，額定起吊能力為50t。這是該機型向更高效率發(fā)展的一個有益探索。
1.2 軌道式集裝箱門式起重機的特點
軌道式集裝箱門式起重機在我國鐵路系統(tǒng)的應用較早，而在港口的應用只是最近十幾年的事情，且先主要用于內(nèi)河小型集裝箱碼頭。近年來，軌道式集裝箱門式起重機技術(shù)發(fā)展很快，隨著國際燃油價格的不斷上漲，許多集裝箱碼頭正在考慮放棄原定的輪胎式集裝箱門式起重機堆場方案而改用軌道式集裝箱門式起重機方案。與輪胎式集裝箱門式起重機相比，軌道式集裝箱門式起重機具有以下優(yōu)點：
(1)、場地利用率更高，跨中一般可堆放8一l5列集裝箱加1個或多個車道，而標準的輪胎式集裝箱門式起重機跨中只能堆放6列集裝箱加1個車道。
(2)、定位能力好，且可以提供最迅速和最有效的集裝箱存儲和檢索系統(tǒng)，易于實現(xiàn)堆場自動化，如果和自動搬運車或移箱輸送機等配合作業(yè)，可以達到很高的作業(yè)效率。
(3)、各機構(gòu)的運行速度更高，作業(yè)效率更高。
(4)、以電力為動力，無廢氣排放，噪聲低，環(huán)保性能好。但是，軌道式集裝箱門式起重機也有許多不足，比如地面軌道安裝要求較高，起重機轉(zhuǎn)場困難，對于周轉(zhuǎn)時間較長的堆場，設備利用率較低。另外，起重機運行軌道的存在，使路面不再平整。有的軌道式集裝箱門式起重機還帶有吊鉤橫梁，可以與集裝箱吊具實現(xiàn)快速互換，以實現(xiàn)重大件雜貨的吊裝作業(yè)。還有的軌道式集裝箱門式起重機可以橫跨港池或利用長懸臂裝卸船舶，這在中小港口可以實現(xiàn)一機多用，降低設備投資。
目前，輪胎式集裝箱門式起重機有一些行業(yè)性標準，國家標準正在制定過程中。軌道式集裝箱門式起重機還沒有像輪胎式集裝箱門式起重機那樣形成完善的參數(shù)系列，軌距和外伸距等更多的是依據(jù)集裝箱堆場的場地條件來確定，而這也正是軌道式集裝箱門式起重機得以推廣的一大優(yōu)勢。
1.3 軌道式集裝箱門式起重機的分類
軌道式集裝箱門式起重機的結(jié)構(gòu)形式很多，早期有桁架結(jié)構(gòu)和L型箱形單梁結(jié)構(gòu)等，但目前基本上都采用箱形雙梁結(jié)構(gòu)形式。軌道式集裝箱門式起重機可分為不帶懸臂、單懸臂和雙懸臂3大類。其中單懸臂結(jié)構(gòu)形式的軌道式集裝箱門式起重機主要受使用場地的限制，從結(jié)構(gòu)受力角度講并不是一種好的結(jié)構(gòu)形式，使用較少。對于帶懸臂結(jié)構(gòu)形式的軌道式集裝箱門式起重機，又可分為門腿只需要通過20ft集裝箱和門腿需要通過40ft集裝箱2大類。對于懸臂結(jié)構(gòu)形式的軌道式集裝箱門式起重機，根據(jù)門架是否配有馬鞍架和斜拉桿，又可分為3大類，即不帶馬鞍架和斜拉桿；配有馬鞍架和斜拉桿。
本設計軌道式集裝箱門式起重機采用箱形雙梁結(jié)構(gòu)形式，帶雙懸臂。
1.4 主要技術(shù)性能參數(shù)
軌道式集裝箱門式起重機的主要技術(shù)參數(shù)有起重量、起升高度、跨距和伸距、工作速度以及工作類型等。
一、 起重量
軌道式集裝箱門式起重機的起重量有3個指標，即額定起重量、吊具下起重量、吊鉤下起重量。目前吊具下最大起重量超過50t，但大多為30.5～42t。
本設計軌道式集裝箱門式起重機的起重量為40.5t。
二、 起升高度
起升高度有2種表述方法，即以“m”為單位的絕對起升高度和堆箱高度。起重機的起升高度大多在15 m上下，目前最大的已超過20m。從堆箱高度上講，大多為堆3過4、堆4過5和堆5過6，目前最大的達到堆8過9。
本設計軌道式集裝箱門式起重機的起升高度為20米。
三、跨距和伸距
軌道式集裝箱門式起重機的跨距目前最小為15m，最大超過60m，大多在25～35m之間；起重機的工作伸距一般不超過10m。在國外，軌道式集裝箱門式起重機廣泛用于內(nèi)河港口，兼做裝卸和堆場。在萊茵河兩岸的集裝箱碼頭廣泛采用這種機型，如曼海姆集裝箱碼頭，裝備有2臺軌道式集裝箱門式起重機，其中l(wèi)臺跨距為65m，外伸距為13m；另1臺跨距為65．5m，外伸距為14.5m，起重量均為35t。
本設計軌道式集裝箱門式起重機的跨距為40m,兩端懸臂均長10m。
四、工作速度
起重機的速度參數(shù)包括起升速度、小車運行速度和大車運行速度。隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展和技術(shù)水平的不斷提高，對起重機的速度要求也越來越高。起升速度：Kunz公司為漢堡港制造的6臺軌道式集裝箱門式起重機，起升速度達到80 m/min；ZPMC等生產(chǎn)的軌道式集裝箱門式起重機起升速度滿載為40 m/min，空載為80 m/min。小車運行速度：Noell、Kunz、ZPMC、交通部水運所等單位研制的起重機小車運行速度都達到了120m/min；國外目前最大已達到240 m/min。大車運行速度：Kunz生產(chǎn)的軌道式集裝箱門式起重機大車運行速度為l80 m/min。
門吊的工作速度有三種，根據(jù)起重機用途和起重量的不同而不同。
(1)、起升機構(gòu)的起升速度V起，它與超重量和生產(chǎn)率有關(guān)，通常起重量大而起升速度低生產(chǎn)率高，速度可以大些；一般不超過20米/分；
(2)、起重小車走行速度V小車，—般不超過50米/分；
(3)、起重機大車走行速度V大車。—般不超過120米/分。
本設計軌道式集裝箱門式起重機：大車運行速度是30米/分 ，小車運行速度是60米/分 ，起升速度是20米/分。
五、工作類型
起重機工作類型是表明起重機工作的載荷變化和忙閑程度的參數(shù)。載荷變化程度是起重機的實際超重量與額定起重量之間的變化關(guān)系。有的起重機額定起重量很大，如幾十噸。但只是偶然起吊這樣重的貨物，經(jīng)常起吊的貨物重量僅是額定起重量的1/2或1/3。忙閑程度是指超重機工作時的長短。如有的一年內(nèi)要工作7000小時，有的工作4000小時，還有2000小時、1000小時不等。根據(jù)載荷變化程度和忙閑程度把超重機的工作類型分為四種類型：(1)輕型(JC＝15％)；(2)中型(JC＝25％)；(3)重型(JC＝40％)；(4)特重型(JC＝60％)。
1.5 軌道式集裝箱門式起重機的機構(gòu)
一、門架結(jié)構(gòu)
軌道式集裝箱門式起重機的門架結(jié)構(gòu)一般采用箱形雙主梁對稱結(jié)構(gòu)，不帶懸臂的大多采用中軌梁，帶懸臂的大多采用偏軌梁。近幾年，不帶懸臂的軌道式集裝箱門式起重機在一些大中型港口得到推廣應用，其主要特點是由于不需要集裝箱通過門腿，所以門腿大多為梯形結(jié)構(gòu)形式，兩主梁中心距(小車軌距)很小，小車運行機構(gòu)大多采用集中驅(qū)動，一般不存在跑偏問題，自重也較輕。一般跨距小于或等于35 m 的軌道式集裝箱門式起重機，兩側(cè)門腿都采用剛性門腿；當起重機的跨距大于35 m時，則一側(cè)采用剛性門腿，另一側(cè)采用柔性門腿，用以補償?shù)踔睾蜏囟人傻慕Y(jié)構(gòu)變形。本設計軌道式集裝箱門式起重機正是如此。
二、 起升機構(gòu)
目前軌道式集裝箱門式起重機大多采用專用的集裝箱吊具，起升機構(gòu)采用4根鋼絲繩。所以在起升機構(gòu)的設計中，必須考慮吊具的同步升降問題。為實現(xiàn)吊具的同步升降，很多機型采用1套驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動1個四聯(lián)卷筒；或采用1個雙出軸電機分別驅(qū)動2個減速機，每個減速機各驅(qū)動1個雙聯(lián)卷筒；也有的軌道式集裝箱門式起重機采用2套獨立的驅(qū)動機構(gòu)，卷筒采用雙聯(lián)卷筒，為實現(xiàn)同步升降，將2個高速軸通過聯(lián)軸器連起來。近幾年，采用卓輪行星減速機驅(qū)動的四聯(lián)卷筒起升機構(gòu)在許多碼頭、貨場得到應用，通過合理設置鋼絲繩纏繞系統(tǒng)，可以使起升機構(gòu)既能保證同步升降，同時又具有一定的防搖效果。起升機構(gòu)的整體布局非常緊湊，但價格較高。本設計中，軌道式集裝箱門式起重機的起升機構(gòu)有主副起升機構(gòu)。
三、回轉(zhuǎn)機構(gòu)
在港口，根據(jù)用戶要求，有的軌道式集裝箱門式起重機上利用電動推桿等裝置可以使吊具實現(xiàn)3～5O的小角度周轉(zhuǎn)，便于吊具對箱；當然也有很多機型根本不考慮回轉(zhuǎn)問題；還有的機型采用帶翻板的集裝箱吊具，也可以實現(xiàn)吊具小角度回轉(zhuǎn)，以方便吊具對箱。前在鐵路貨場使用的軌道式集裝箱門式起重機起重小車大多具有完善的回轉(zhuǎn)機構(gòu)，其起重小車分為上下兩層，上下車之間設回轉(zhuǎn)支承?；剞D(zhuǎn)支承一般采用4個沿環(huán)形軌道的行走滾輪或回轉(zhuǎn)大軸承?；剞D(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)大多采用1套或2套三合一的立式行星減速機。
四、小車運行機構(gòu)
根據(jù)小車軌距大小，軌道式集裝箱門式起重機的小車運行機構(gòu)可選用集中驅(qū)動或分別驅(qū)動。
(1)、對于不帶懸臂的軌道式集裝箱門式起重機，小車軌距約為6～7m，幾乎全部采用集中驅(qū)動。
(2)、對于帶懸臂但只允許20ft集裝箱通過門腿的軌道式集裝箱門式起重機，小車軌距約為8～9m，此時小車運行機構(gòu)有的采用集中驅(qū)動，有的要用分別驅(qū)動。
(3)、對于帶懸臂的需要40ft集裝箱通過門腿的軌道式集裝箱門式起重機，小車軌距約為16m，此時小車運行機構(gòu)全部采用2套或4套獨立的驅(qū)動機構(gòu)分別驅(qū)動。小車采用分別驅(qū)動時，越來越多地選用三合一驅(qū)動機構(gòu)。另外，小車采用分別驅(qū)動時必須考慮小車行走時兩側(cè)車輪的同步運行問題。
五、大車運行機構(gòu)
軌道式集裝箱門式起重機的大車運行機構(gòu)一般采用4套或8套獨立的驅(qū)動機構(gòu)。減速器采用軸裝式或臥式，前者目前在高效率起重機上應用普遍，而且經(jīng)常選用三合一驅(qū)動裝置，工作可靠，但價格較高。而后者屬于比較傳統(tǒng)的做法，由于技術(shù)上非常成熟，尤其成本比較低，所以在新研制的機型仍應用得非常普遍。起升機構(gòu)和小車運行機構(gòu)大多選用盤式制動器，而大車運行機構(gòu)可選用塊式制動器、盤式制動器、液壓輪邊制動器，近年來防風慣性制動器也有較多應用。
本設計中，大車運行機構(gòu)：采用軸裝式減速器，選用的是三合一驅(qū)動裝置。
六、電氣傳動與控制系統(tǒng)
近幾年，隨著交流調(diào)速控制技術(shù)的不斷完善，絕大部分起重機采用交流驅(qū)動，直流驅(qū)動系統(tǒng)越來越少。原來所謂調(diào)速性能好的直流驅(qū)動系統(tǒng)已經(jīng)被交流變頻調(diào)速系統(tǒng)所代替。目前的軌道式集裝箱門式起重機幾乎全部采用交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，起升機構(gòu)具有恒功率調(diào)速功能，以實現(xiàn)滿載低速、空載高速的起升要求，提高起重機的作業(yè)效率。
PLC控制技術(shù)已經(jīng)成為目前軌道式集裝箱門式起重機的基本配置。PLC系統(tǒng)可以與工控機相連，與上位監(jiān)控軟件進行數(shù)據(jù)交換；還可以與司機室觸摸屏相連，將有關(guān)數(shù)據(jù)傳送到觸摸屏監(jiān)控軟件，極大地方便了起重機的使用與維護。完善的電氣保護系統(tǒng)和故障自動檢測系統(tǒng)是現(xiàn)代起重機控制技術(shù)的一個重要特點，觸摸屏成為軌道龍門吊司機室的必要配置。另外，直觀的動畫顯示、中文顯示、存儲、打印功能等也得到廣泛應用。
本設計軌道式集裝箱門式起重機的電氣控制采用三菱可編程控制器(PLC)控制。
第2章 門式起重機的三大工作機構(gòu)
2.1 概述
門式起重機的三大工作機構(gòu)（機械傳動部分）由起升機構(gòu)、起重小車走行機構(gòu)、大車走行機構(gòu)等構(gòu)成，它們分別實現(xiàn)吊裝貨物的上下升降，左右(橫向)搬移和前后(縱向)搬運三個動作，構(gòu)成一個作業(yè)區(qū)域。
2.2 起升機構(gòu)
起升機構(gòu)的主要形式：1、吊鉤門式起重機的起升機構(gòu)2、抓斗門式起重機的起升機構(gòu)3、電磁門式起重機的起升機構(gòu)和三用門式起重機的起升機構(gòu) 4、兩用門式起重機的起升機構(gòu)
門吊的起升機構(gòu)根據(jù)起起重機用途的不同具有不同的形式，若起升重量在16噸以上者，一般具有兩套起升機構(gòu)，即簡稱主鉤和副鉤。
門吊起升機構(gòu)安裝在起重小車上，構(gòu)造如圖a、b所示。一般由電動機、聯(lián)軸器、傳動(補償)軸、制動器、減速器、卷簡、滑輪組、鋼絲繩和吊鉤組等組成。
它的傳動過程和工作原理如下：
電動機 齒輪聯(lián)軸器 傳動軸帶制動輪齒輪聯(lián)軸器 減速器 齒輪聯(lián)軸器 卷簡 鋼絲繩 定滑輪組 吊鉤組。
當起動起升機構(gòu)接通電源，制動器松閘。隨著電動機的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，動力(轉(zhuǎn)矩)通過聯(lián)軸器、傳動軸、帶制動輪聯(lián)軸器傳遞給減速器，它將電動機輸出的高轉(zhuǎn)速低轉(zhuǎn)矩減速后，輸出低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩，然而拖動卷簡轉(zhuǎn)動。整條鋼絲繩的兩端穿繞吊鉤定滑輪組后，分別固結(jié)在卷筒的兩端部，由于卷筒的正、反轉(zhuǎn)動，吊鉤組上下升降，從而實現(xiàn)貨物的上下起落。如果在中途切斷電路，電動機被切斷動力，制動器(常閉式)立即抱閘制動，使貨物懸吊在空中位置。電動機與制動器實行電氣聯(lián)鎖，只要電動機一斷電源，制動器依靠彈簧張力發(fā)生制動作用，保證了工作要求和安全作業(yè)。
2.3 小車走行機構(gòu)
門式起重機的小車運行機構(gòu)，分為雙梁小車運行機構(gòu)和單主梁小車運行機構(gòu)兩種。本設計起重機的小車運行機構(gòu)屬于雙梁型。
門吊起重小車常見的形式有：
1、雙梁門架用的起重小車，小車架下面有兩對(四個)走行輪，其中兩個為驅(qū)動輪，其余兩個為從動輪，其構(gòu)造如圖所示。
雙梁門架用的起重小車，一般由小車架(鋼板和型鋼焊接而成)、起升機構(gòu)和小車走行機構(gòu)等組成。起升機構(gòu)安裝在小車架平臺上。小車走行機構(gòu)又由電動機、帶制動輪齒輪聯(lián)軸器、減速器、傳動軸和輪對等組成。小車走行行機構(gòu)傳動形式一般為集中驅(qū)動，即采用一臺電動機、一臺制動器、一臺減速器驅(qū)動一對走行輪。
它的傳動過程：電動機 齒輪聯(lián)軸器(或帶制動輪聯(lián)鎖器) 減速器 齒輪聯(lián)軸器
傳動軸 走行輪。
工作原理是：起動起重小車走行機構(gòu)，電動機通電，制動器松閘。動力通過聯(lián)軸器將動力(轉(zhuǎn)矩)輸入減速器，它將電動機的高轉(zhuǎn)速低轉(zhuǎn)矩變成低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩，所以減速器不僅能起減速作用，而且能起到增大轉(zhuǎn)矩(扭矩)的作用。減速器低速軸輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)過傳動軸，驅(qū)動走行輪對在軌道上滾動，從而實現(xiàn)起重小車、吊重(貨物)橫向移動于小車軌道上。
2、單主梁箱形橋架用的起重小車傳動過程和工作原理基本上與雙梁結(jié)構(gòu)用的起重小車相同。
2.4 大車走行機構(gòu)
一、大車運行機構(gòu)的車輪布置
一般的門式起重機的大車運行機構(gòu)車輪為四個，布置在下橫梁的四個角上。同一軌道上兩輪中心距稱為輪距，一般說輪距與跨度之比為1/4～1/6之間。當車輪輪壓大時，可采取增加四個角上車輪數(shù)量的形式，兩個車輪組成一個平衡臺車，與下橫梁絞接。如果四個車輪同在一個角，可由兩個平衡臺車組成一個大的平衡臺車與下橫梁鉸接。
車輪的布置形式很多，應由設計者根據(jù)整機輪壓計算情況并考慮使用單位對基礎的要求來確定。本設計的大車運行機構(gòu)共有12個輪子。
二、大車運行機構(gòu)的驅(qū)動形式
門吊大車走行機構(gòu)是為了完成吊重沿軌道方向移動，它亦有集中驅(qū)動和分別驅(qū)動兩種形式，但集中驅(qū)動只適用于小跨度、起重量很小的門吊上。因此，目前很少采用集中驅(qū)動，極大多數(shù)采用分別驅(qū)動。本設計的集裝箱門式起重機采用的是分別驅(qū)動。
門吊大車走行機構(gòu)分別驅(qū)動是指起重機兩邊支腿下面的驅(qū)動輪(主動輪)分別由兩套(對稱安裝，圖中畫了一套)獨立的驅(qū)動裝置來驅(qū)動。為了保證左右兩個車輪同步，兩套驅(qū)動裝置由電氣控制線路實行集中控制。
分別驅(qū)動裝置由電動機、減速裝置、制動器、聯(lián)軸器和車輪等組成。按照減速方式和安裝布置的不同可分為以下幾種形式：
1 標準立式減速器的驅(qū)動裝置：這種驅(qū)動方式的特點是立式減速器的輸出軸(低速軸)通過聯(lián)軸器與車輪軸聯(lián)接，如圖（a）所示。它具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，使用壽命長的優(yōu)點。
2 車輪軸套裝于立式減速器輸出軸中的驅(qū)動裝置：如圖（b）所示。
3 臥式減速器的驅(qū)動裝置。
4 減速器鏈條驅(qū)動裝置。
本設計采用的是形式（a）。
第3章 門式起重機的電氣設備及選用
3.1 概 述
起重機的電氣部分是起重機必不可少的重要組成部分。電氣設備工作的好壞將直接影響起重機的性能。也就是說：一臺好的起重機必須要有好的電氣設備。為此，要求設計、制造部門能精心設計、認真制造，才能造出好的電氣設備、造出好的起重機。但是，僅僅這樣還不夠，更重要的還要求我們能夠正確、合理地使用起重機和它的電氣設備，注意日常的維護保養(yǎng)，執(zhí)行計劃預修制度，經(jīng)常保持設備完好，才能保證正常運行，以滿足日益發(fā)展的生產(chǎn)需要。
斷續(xù)周期性工作類型：
生產(chǎn)機械的工作類型有連續(xù)、短時和斷續(xù)周期性三種。
斷續(xù)周期性工作類型的特點是：有一系列相似的工作周期。在每個工作周期中，機構(gòu)的工作是短時的，間斷的，其中有工作時間，也有休息時間。這些工作周期又是持續(xù)的、頻繁的、重復的進行。
起重機吊運重物的過程是：首先將大車和小車開至吊運物的上空，放下吊鉤，升起重物，將大車和小車開至安放重物位置的上空，放下重物，升起吊鉤，以上是一個工作周期。再將大車和小車開至另一重物的上空，進入下一個工作周期，如此不斷的重復運行。在某一工作周期中，無論是大車，小車還是吊鉤，就一個機構(gòu)而言，都不是連續(xù)工作的，而是短時工作，其中有工作時間（本機構(gòu)工作時），也有休息時間（其他機構(gòu)工作時）。這些都符合斷續(xù)周期性工作類型的特點，所以說起重機的主要工作機構(gòu)是斷續(xù)周期性類型運行的。與之相適應，起重機的主要電控設備（電動機、控制器、控制屏、電阻器、繼電器等）也是按斷續(xù)周期性工作類型運行的。
斷續(xù)周期性運行時，在一個工作周期中，有工作時間，也有休息時間。對電動機或電器元件的溫升來說，開始工作時，不能達到其穩(wěn)定值，停止時，也不能冷卻到周圍介質(zhì)的溫度，如此重復多次之后，溫度便逐漸升高，最后在某兩個固定的溫度值間變化，溫度基本穩(wěn)定。按規(guī)定每一周期持續(xù)時間不超過10min，超過10min的應按短時工作類型考慮。
斷續(xù)周期性運行時，各工作周期不斷重復進行，要求電動機經(jīng)常起動和制動，電器元件經(jīng)常接通和分斷，接電次數(shù)多，工作頻繁。
斷續(xù)運行（既有工作時間又有休息時間）和不斷重復（接電次數(shù)多，工作繁重）是起重機電器設備的兩個主要特點。所以起重機用的電動機和主要電器元件（控制器、變頻器、接觸器、電阻器、繼電器等）都是專門設計的，并自成系列。
一、 接電持續(xù)率、接電次數(shù)和起動次數(shù)
在起重機的一個工作周期中，電器設備有接電工作時間，也有斷電停止工作時間。其工作時間與周期時間（工作時間加停止工作時間）的比值稱之為接電持續(xù)率，通常用JC%來表示。（也有稱負載持續(xù)率的，用FC%表示）
式中：————工作時間；
————停止時間；
T————周期時間；
常用的接電持續(xù)率JC值有15%、25%、40%、60%和100%5種。
選擇電動機或電器元件時，接電持續(xù)率是一個重要的因素。當電動機或電器元件使用在不同的接電持續(xù)率時，其輸出功率或允許電流是不同的。接電持續(xù)率低，說明在一個工作周期中工作時間短。從熱容量觀點看，電動機可有較大的輸出功率，電器元件可有較大的允許電流。電動機或電器制造廠在銘牌和產(chǎn)品樣本上已經(jīng)給出了在額定接電持續(xù)率下的額定輸出功率或額定電流值。其他常用接電持續(xù)率下的輸出功率或允許電流值一般也在產(chǎn)品樣本上給出。如沒有給出，則可以按下列公式近似地折算。
式中：————額定接電持續(xù)率；
————額定接電持續(xù)率時的輸出功率；
————額定接電持續(xù)率時的允許電流；
————實際接電持續(xù)率；
————接電持續(xù)率為時的輸出功率；
————接電持續(xù)率為時的允許電流；
按規(guī)定，斷續(xù)周期性工作類型的一個工作周期時間最大不超過10min，也就是說每小時至少要工作6次。對起重機來說，每小時的工作次數(shù)遠遠超過6次，一般為每小時工作150~300次，較繁忙的每小時工作300~600次，某些起重機的個別機構(gòu)每小時工作可達1200次。工作一次也就是接電一次，故用接電次數(shù)表示其工作的繁忙程度。
接電次數(shù)是選擇電器元件的重要參數(shù)，電器元件的接電次數(shù)增多，將使觸頭電磨損加大，直接影響其電壽命。當接電次數(shù)超過每小時600次時，其影響更為顯著。如欲保持電壽命不變，必須降低其允許電流值?？紤]這一因素，在接電次數(shù)高時，適當降低允許電流值。在國際上，電器制造廠的產(chǎn)品樣本中已提供電器元件在各種接電次數(shù)時的允許電流值。
電動機在起動和制動過程中，由于電流較大，所損耗的功率比在額定轉(zhuǎn)速工作時大，發(fā)熱量也大，同時由于轉(zhuǎn)速較低，散熱條件惡化，故溫升較高。頻繁的起、制動將影響電動機的輸出功率。在考慮起、制動的影響時，我們采用起動次數(shù)的概念。起動是指電動機轉(zhuǎn)速從零起動到額定轉(zhuǎn)速，又叫全起動。起重機在實際使用中，電動機不是每次都起動到額定轉(zhuǎn)速的，而是有很大一部分是起動到較低轉(zhuǎn)速時就被制動，通常稱為“點車”。點車的功率損耗低于全起動。點車一次雖然也是起動一次，但從功率損耗上講不能算全起動一次。一般折算方法是4次點車算一次全起動。同樣的道理，由額定轉(zhuǎn)速用電氣的制動方法制動到零，一次相當于0.8次全起動。由正向額定轉(zhuǎn)速反接制動并反向起動到額定轉(zhuǎn)速，一次相當于1.8次全起動。把這些全起動的次數(shù)加起來，即成為在功率損耗上相當?shù)娜饎哟螖?shù)，簡稱起動次數(shù)。
啟動次數(shù)是檢驗電動機發(fā)熱、確定輸出功率的重要參數(shù)。電動機的起動次數(shù)增加后，起動損耗增加，冷卻條件惡化，容許的輸出功率必須相應降低。起重機各機構(gòu)的電動機的起動次數(shù)與接電次數(shù)一樣也是比較高的，但兩者在數(shù)值上并不一樣，因接電一次不一定是一次全起動，其中有點車甚至還有電制動。起動次數(shù)對電動機的合理選擇與使用有很大的影響，必須引起注意。
以往選擇和使用電動機或電器元件時，一般都以熱容量為主，認為斷續(xù)周期性工作類型的工作周期中有停止時間，可以提高電動機的輸出功率或電器元件的允許電流值，這是不合理的。因為忽略了電動機起動次數(shù)增加而影響輸出功率和電器元件接電次數(shù)而影響電壽命的因素，使在頻繁操作場合下使用的電動機和電器元件損壞率很高。所以在選擇和使用的電動機或電器元件時，既要考慮斷續(xù)工作的特點，又要考慮頻繁操作的特點。
二、 起重機負載的特點
軌道式集裝箱龍門起重機的機構(gòu)一般可分為運行和升降兩種，這兩種機構(gòu)的負載性質(zhì)是不同的。
運行機構(gòu)的正、反兩個方向均屬阻力負載，對電動機來說在兩個方向都是電動狀態(tài)，需要發(fā)出驅(qū)動力矩來拖動機構(gòu)運轉(zhuǎn)。
升降機構(gòu)兩方向的負載性質(zhì)不一樣。上升時為阻力負載。下降時有兩種情況：當負載很輕，其重量克服不了機構(gòu)的摩擦阻力時，也是阻力負載；當負載較大時則為動力負載。對電動機來說，上升和輕負載下降時是電動狀態(tài)，產(chǎn)生驅(qū)動力矩來拖動機構(gòu)運轉(zhuǎn)；重負載下降時，由重物拖動機構(gòu)向下運轉(zhuǎn)，電動機處于制動狀態(tài)，產(chǎn)生制動力矩來平衡由負載產(chǎn)生的驅(qū)動力矩，使重物以穩(wěn)定的速度下降。類似升降機構(gòu)的負載稱“位能負載”。上升時由電動機驅(qū)動，將動能變?yōu)槲荒?；下降時由重物驅(qū)動，將位能變?yōu)閯幽堋?
在室外工作的起重機，由于風力的存在，當順風運行時，有可能把運行機構(gòu)的阻力負載變成動力負載，此時由風力驅(qū)動機構(gòu)運行，電動機處于制動狀態(tài)。
三、 起重機常用的下降制動方法
為了使下降的重物能獲得穩(wěn)定的運行速度，需要使電動機在制動狀態(tài)下運行。異步電動機常見的制動方法有再生發(fā)電制動、反接制動和單相制動三種。
1、 再生發(fā)電制動
再生發(fā)電制動發(fā)生在由于外力的作用使異步電動機的轉(zhuǎn)速超過其同步轉(zhuǎn)速時，此時電動機的運行狀態(tài)象一個與電網(wǎng)并聯(lián)的異步發(fā)電機，將電能反饋給電網(wǎng)。這種制動方法常用于起升機構(gòu)下降重物時，其特點是轉(zhuǎn)速較快，且必須超過同步轉(zhuǎn)速。繞線型異步電動機應用再生發(fā)電制動時，不能在轉(zhuǎn)子電路中串接電阻器，因串接電阻后，轉(zhuǎn)速將更快，過快的轉(zhuǎn)速將引起機構(gòu)的損壞。
2、 反接制動
電動機被過重的負載倒拉，就會出現(xiàn)反接制動狀態(tài)。此時，電動機的轉(zhuǎn)子被迫逆著旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速是負值，轉(zhuǎn)子中將產(chǎn)生比靜止時更高的感應電動勢。為了限制轉(zhuǎn)子電流不致過大，需在轉(zhuǎn)子電路中串接足夠的電阻。反接制動時，電動機把下降負載的位能變換成電能，并于從電網(wǎng)吸取的電能一起變成熱能，消耗在轉(zhuǎn)子電阻里。這種制動方法常用于起升機構(gòu)下降較重負載時，其特點是機械特性較軟。
3、 單相制動
把三相異步電動機的定子繞組接在單相電源上或把三相電源中的任何一相斷開，并在轉(zhuǎn)子電路中串接適當?shù)碾娮瑁绱藭r電動機由下降的重物帶動旋轉(zhuǎn)，則電動機便進入單相制動狀態(tài)運行。
在電動機的定子繞組中，通過單相交流電時，可以看作是在三相繞組上加了一個三相不對稱的電壓，不對稱的電壓可以分解成正序和負序兩個對稱的電壓分量。正序電壓在定子繞組中產(chǎn)生正序電流，而負序電壓產(chǎn)生負序電流。正序電流建立正旋轉(zhuǎn)磁場，負序電流建立負旋轉(zhuǎn)磁場。兩個旋轉(zhuǎn)磁場分別在轉(zhuǎn)子繞組中感應出正序電動勢和負序電動勢。由于兩個轉(zhuǎn)子電動勢的作用，在轉(zhuǎn)子繞組中又產(chǎn)生正序電流和負序電流。正旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子正序電流相互作用產(chǎn)生正力矩，負旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子負序電流相互作用產(chǎn)生負力矩。電動機發(fā)出的總力矩為正力矩和負力矩之和。
任何生產(chǎn)機械都由原動機、傳動裝置、工作機構(gòu)和操縱控制設備等組成。如果以電動機作為原動機來拖動生產(chǎn)機械的工作機構(gòu)，則它的驅(qū)動、傳動裝通常稱為電力拖動系統(tǒng)。該系統(tǒng)中的電動機、控制操縱部分，電氣電路和電氣器件等等習慣統(tǒng)稱電氣設備。
電氣設備的功用主要在于：由電動機將電能轉(zhuǎn)變成機械能，通過傳動裝置拖動工作機構(gòu)；控制設備通過各種控制器件和電器元件用來控制電動機按工作機構(gòu)的要求完成各種動作。
門吊的電氣設備主要有動力設備——電動機，操作電器——磁力起動器、凸輪控制器、主令控制器、接觸器、電阻器等，電氣保護裝置——保護箱、過電流繼電器、熔斷器、行程限位開關(guān)、安全保護開關(guān)等；導電裝置以及電氣電路——工作電路(主回路)和控制電路等組成。
門式起重機的動力源是電力，靠電力進行拖動、控制和保護。門式起重機的電氣設備．是指軌道面(大車軌道由使用單位負責)以上起重機的電氣設備，門式起重機的機上電氣設備，大部分安設在司機室和電氣室內(nèi)。如無電氣室，有的設備可放在門架走臺上。一般的司機室、電氣室固定在支架下面，不隨小車移動。但抓斗門式起重譏、裝卸橋等的司機室和電氣室是隨小車一起移動的。門式起重機電氣方面的拖動原理、電器設備、保護電器、控制電器等與橋式起重機區(qū)別不大。
下面簡要介紹電氣部分：
一、電制與供電
本機采用交流380V、50Hz三相四線制供電系統(tǒng)。動力回路380V，控制回路和照明回路為220V，安全電壓為24V。整機供電采用磁滯式電纜卷筒供電（左右卷放有效長度為150m），小車供電采用懸掛電纜小車式。
二、電力拖動與控制
本設備起升機構(gòu)、大、小車運行機構(gòu)全部采用變頻驅(qū)動裝置；控制系統(tǒng)采用三菱公司的FX系列PLC；故障診斷及顯示采用觸摸屏。
三、操作：
先解除行走錨定裝置，然后合上總隔離閘刀和總空氣開關(guān)，此時主配電板(MBD)和聯(lián)動臺(TQK)上合閘指示燈亮，再檢查三相電源情況，若正?？蛇M行吊裝作業(yè)。
1、大車運行機構(gòu)：使用1SA進行運行機構(gòu)的操作，左右各4個操作檔位?？蓪崿F(xiàn)平滑地勻加速或勻減速運動。當該機構(gòu)從運動狀態(tài)到停止時，先斷電，延時5～6秒后自動抱閘，以減少整機制動時的沖擊和震動。
2、小車運行機構(gòu)：該機構(gòu)操作手柄為3SA，設置前進和后退各四個檔位，可實現(xiàn)平滑地勻加速或勻減速運動。在兩腿外側(cè)懸臂端設置有慢速運行區(qū)域，當小車從懸臂端向內(nèi)側(cè)運行時，不受上述限制。
3、起升機構(gòu)：該機構(gòu)的操作手柄為2SA，起升和下降各四個操作檔位，可實現(xiàn)平滑地勻加速或勻減速運動。
四、保護
按照《起重機設計規(guī)范》和《起重機安全規(guī)程》的規(guī)定，整機設置有總的過流、短路、失壓、欠壓保護，并且在聯(lián)動臺和主電源柜上、機器房以及在下橫梁對角位置設有緊停按鈕。
1、大車運行機構(gòu)：該機構(gòu)設置有零壓、零位、過流短路，正反向聯(lián)鎖，極限位置限位，電纜卷筒極限限位等保護，另外還設置有錨定聯(lián)鎖以及防護器頂松軌聯(lián)鎖等。
2、小車運行機構(gòu)：該機構(gòu)設置有零位、零壓、過流和短路保護，以及正反向聯(lián)鎖、懸臂端限速和極限位置保護等，另外還設置有駕駛室通道口聯(lián)鎖開關(guān)和小車錨定裝置。
3、起升機構(gòu)：該機構(gòu)設置有零位、零壓、過流短路保護，正反向聯(lián)鎖、上下預限位保護，極限位置保護和應急限位保護以及超載保護等。
4、本機在最高處設置有避雷裝置。
五、信號、通訊和照明
1、超負荷限制器在起升機構(gòu)吊重達到額定載荷的95％時，發(fā)出報警信號，在達到額定載荷的110％時，起升機構(gòu)斷電，只允許下降操作。
2、大車運行時有間斷的聲光報警信號以提醒現(xiàn)場人員避讓。
3、各機構(gòu)極限位置時產(chǎn)生報警信號。
4、風速超過額定值時產(chǎn)生報警信號，并停止整機工作。
5、設置二部對講機以便起重機上下聯(lián)系。
6、照明：本機在梁底部設置有8盞500W投光燈，在小車架底部設置有4盞500W投光燈作為工作照明，司機室、機器房、電氣房、樓梯走道都設置有足夠的照明設置和不同電壓等級的插座。在機器房配置有2臺軸流風機，在電氣房配置有一臺軸流風機以改善散熱條件。在司機室和機器房內(nèi)的電氣房各設置1部雙制式空調(diào)。另外還配備了2盞隔爆型手提檢修燈（可充電式）和必要的消防設備。
下面主要介紹各電氣設備或元件的選擇。
3.2 電 動 機
起重機上使用的電動機可分為直流電動機和交流電動機。在門式起重機上一般采用交流異步電動機，其中有鼠籠式電動機和繞線式電動機。鼠籠式電動機只限于中小容量、起動次數(shù)不多，沒有調(diào)速要求，對起動平滑性要求不高，操作簡單的場合。而繞線式電動機則是起重機上使用范圍最廣泛的一種電動機。
門吊采用的電動機多為三相交流繞線式異步電動機(或稱滑環(huán)電機)。
由于橋吊、門吊的工作特點，采用的三相交流繞線式異步電動機應適應反復短時運轉(zhuǎn)；頻繁的起動、逆轉(zhuǎn)和制動；經(jīng)常起載和重載起動；機械振動和沖擊較大；工作環(huán)境惡劣等。因此，起重機用的電動機與一般工業(yè)用電動機工況不同，它應滿足如下要求和特點：
1、 電動機按斷續(xù)周期性工作類型制造。當使用在不同接電持續(xù)率時，電動機有不同的輸出功率。通常以25%（或40%）作為基準的接電持續(xù)率，其他常用的接電持續(xù)率有15%、40%（25%）和60%三種。電動機還可在半小時或一小時的短時工作類型下工作。當使用在非常頻繁的場合時，還派生有強迫通風系列，其接電持續(xù)率為100%。在電動機的產(chǎn)品樣本上分別列出相應的輸出功率和其他技術(shù)數(shù)據(jù)。為了提高在高接電持續(xù)率下的輸出功率，電動機設計得有較高的熱容量、較低的固定損耗（即鐵損）和較大的散熱面積。
2、 電動機的輸出功率還與每小時的起動次數(shù)有關(guān)，起動時的電流額定工作電流，增加了起動損耗也就增加了發(fā)熱量，由于轉(zhuǎn)速尚未達到額定值，降低了散熱條件，所以頻繁的起動會使電動機的溫升增加而影響輸出功率。為了適應頻繁起動的要求，提高高起動次數(shù)下的輸出功率，電動機具有較小的轉(zhuǎn)動慣量和較小的平均起動電流，以降低起動損耗
3、 為了適應頻繁的帶負荷起動、制動和逆轉(zhuǎn)，要求電動機具有較高的最大力矩值（即過載能力）。但過大的最大力矩也會給機械裝置帶來危害，一般取額定力矩的2.5~3倍。為了保證有較大的最大力矩值，電動機采用較少的定、轉(zhuǎn)子匝數(shù)，較多的定、轉(zhuǎn)子槽數(shù)和較大的空氣隙（定子和轉(zhuǎn)子之間的空隙），因而也將導致功率因數(shù)的降低。效率降低和空載電流增大，這對電動機的連續(xù)運行是不利的，為了克服這一缺陷，電動機應采用導磁性能好的電機鋼片。
4、 為了適應頻繁的起動、制動和逆轉(zhuǎn)，要求電動機具有較小的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量，所以起重機用電動機往往設計得比較細長，以得到較小的加速度時間和較小的起動損耗，但也不應追求過小的轉(zhuǎn)動慣量，而影響電動機的堅固性和散熱能力。
5、 起重機的起升機構(gòu)經(jīng)常出現(xiàn)超速運行的情況，要求電動機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)要堅固，其允許的最大轉(zhuǎn)速一般為電動機同步轉(zhuǎn)速的2.5倍。
6、 在結(jié)構(gòu)上電動機應具有較高的機械強度，耐振性和密封性，以適應顯著的機械振動、沖擊和工作環(huán)境多灰塵的特點。
7、 為了適應環(huán)境溫度變化范圍大的特點，電動機一般制成兩種以上的絕緣登等級，分別使用在不同的環(huán)境溫度下。不同絕緣等級的電動機往往具有相同的電磁參數(shù)。
門吊采用的電動機的種類：按交流電動機的構(gòu)造可分為繞線式和鼠籠式兩種三相交流異步電動機。
繞線式電動機起動時，通過在轉(zhuǎn)子電路內(nèi)串入電阻，可使電動機平穩(wěn)起動，并可調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速，以滿足起重機的工作需要。鼠籠式電動機一般都是直接起動、對機構(gòu)沖擊較大，不能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，在起重機上應用不多。
下面進行電動機的過載校驗（以下公式摘自《最新起重機械設計、制造、安裝調(diào)試、維護新工藝、新技術(shù)與常用數(shù)據(jù)及質(zhì)量檢驗標準實用手冊》）。
1、 起升機構(gòu)電動機：
式中：———基準接電持續(xù)率時，電動機額定功率，(KW)；
———起升載荷，N；雙繩抓斗電動機過載校驗時，應考慮負載不均勻程度，
———物品起升速度，m/s；
———機構(gòu)總效率；
———基準接電持續(xù)率時，電動機轉(zhuǎn)矩允許過載倍數(shù)（技術(shù)條件規(guī)定值或?qū)嶋H達到值）；
———系數(shù)；按電壓有損失（交流電動機-15%，直流電動機不考慮）、最大轉(zhuǎn)矩或堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩有允差（繞線型異步電動機-10%，籠型異步電動機-15%，直流電動機不考慮）、起升1.25倍額定載荷等條件確定繞線型異步電動機取H=2.1；籠型異步電動機取H=2.2；直流電動機取H=1.4；
———電動機個數(shù)
2、 運行機構(gòu)電動機
式中：———運動部分所有質(zhì)量的重力，N；
———摩擦阻力系數(shù)；
———坡度阻力系數(shù)；
———風阻力，N，在室內(nèi)取0；
———機構(gòu)總飛輪矩，即折算到電動機軸上的機構(gòu)飛輪矩和電動機飛輪矩之和，；
———起重機（或小車）的運行速度，m/s；
———電動機的額定轉(zhuǎn)速；
———機構(gòu)起動時間，s；
———平均起動轉(zhuǎn)矩標么值（相對于基準接電持續(xù)率時的額定轉(zhuǎn)矩），對繞線型異步電動機取1.7，采用頻敏變阻器時取1，籠型異步電動機取0.9,串勵直流電動機取1.9，復勵直流電動機取1.8，他勵直流電動機取1.7，采用電流自動調(diào)整的系統(tǒng)，允許適當提高值。
其余符號同上。
3、 回轉(zhuǎn)機構(gòu)電動機
式中：H———系數(shù)，繞線型異步電動機取1.55，籠型異步電動機取1.6，直流電動機取1；
———回轉(zhuǎn)摩擦阻力矩,；
———回轉(zhuǎn)最大坡道阻力矩,；
———由計算風壓引起的最大風阻力矩,；
———由吊重繩偏擺角引起的回轉(zhuǎn)水平阻力矩,；
———機構(gòu)的總傳動比。
其余符號同。（繞線型異步電動機發(fā)熱校驗略）
下面是電動機的簡要計算過程：
1、運行阻力計算
運行靜阻力包括摩擦阻力、運行軌道的坡度阻力和風阻力
(1) 運行摩擦阻力
Q—額定起重量，Q＝40500 公斤；
—起重機總重量，＝240500 公斤
k—滾動摩擦系數(shù)，k＝0.06厘米;
—軸承摩擦系數(shù) , ＝0.02；
d—車輪軸徑，d＝ 70毫米；
D—車輪直徑．D＝600毫米，
—附加阻力系數(shù)， ＝1.5。
=1826.5kgf
當不考慮時，滿載時的最小摩擦阻力為
＝1217.67kgf
空載運行時的最小摩擦阻力：
(2) 坡度阻力
其中 —坡度阻力系數(shù)， =0.002。
＝0.002(40500+240500)=562kgf
(3) 風阻力
C—風載體型系數(shù)，取C＝1.2；
—第1類載荷下的標準風壓，對于沿海地區(qū)使用的起重機=15Kgf/， 內(nèi)陸取=10Kgf/
F—起重機的迎風面積，橋架＝224,小車 =13,司機室=4.5雙支腿 2=40.2
=224+13+4.5+40.2=281.5
—物品迎風面積．＝25。
=1.210(281.5+25)=3678
運行靜阻力:
迎風上坡工作時：
=1826.5+562+3678=6066.5 kgf
順風下坡工作時；
=1217.67-562-3678= -3022.3 kgf
2、初選電動機
因為：
—起重機的運行速度，=30米／分
—電動機臺數(shù)，＝8；
—機構(gòu)傳動效率，＝0.95。
千瓦
當=15Kgf/時, =5.1千瓦
根據(jù)靜功率查電動機產(chǎn)品目錄選擇一臺功率相近的電動機：YZR160L-6型電動機,當J C％＝25時,功率N=7.5千瓦．轉(zhuǎn)速＝952轉(zhuǎn)／分，最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)＝3，轉(zhuǎn)子飛輪矩 =0.225kg.
電動機額定力矩：
kg.
電動機的最大靜力矩
八臺電動機的實際最大力矩：
減速器的傳動比和車輪轉(zhuǎn)速：
而
式中 v —大車運行速度, v ＝30米/分，車輪直徑＝600毫米,
轉(zhuǎn)/分
選用T10-01-20型減速器，傳動比 i＝20.235,外加一個小齒輪和一個大齒輪。
滿載運行時,電動機的靜力矩：
3、起動時間與平均加速度驗算
(1) 滿載、上坡、迎風時的起動時間
式中 —電動機平均起動力矩，對繞線式電動機，
=(1.5~1.8)*=(1.5~1.8)*7.68=11.70~14.24 kg,m
v —大車運行的實際速度，
v =30/60=0.5 m/s
—電動機軸上帶制動輪聯(lián)軸器的飛輪矩 =0.46
其它符號,數(shù)據(jù)同前。
一般應使＜8~10 s，所以驗算滿足要求。
( 2) 平均加速度的驗算
米/
龍門起重機的平均加速度一般控制在0.4米／秒以內(nèi)，所以基本滿足起動要求。
4、校核電動機的過載能力
即電動機實際最大力矩應超過電動機軸上的最大靜阻力矩；
式中 —由第