机电一体化毕业设计(论文)-电动双梁桥式起重机设计及PLC电气控制.doc
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1、装订线 毕 业 设 计(论 文)设计(论文)题目:桥式起重机姓 名 学 号 系 部 机电工程系 专 业 机电一体化 年 级 指导教师 2010 年 4月 日 摘要桥式起重机是桥架型起重机的一种,它依靠起升机构和在水平内的两个相互垂直方向移动的运行机构,能在矩形场地及其上空作业,是工矿企业广泛使用的一种起重运械。为了提高桥式起重机的设计水平和设计效率,应用AutoCAD软件已是起重机设计的必然要求。本文阐述了15/3T电动双梁桥式起重机的现代设计方法和其PLC电气控制,其中首先综述了国内外桥式起重机的现状概述,接着比较系统地探讨了大小车运行机构的设计方法,最后对端梁进行了设计,最后进行了PLC系
2、统控制的设计。机械方面是以运行机构的设计为主而展开的,主要从以下几个方面去设计计算:确定机构的传动方案,选择车轮与轨道并验算其强度,选择电动机,选择减速器,验算起动时间,选择制动器等。电器方面主要是控制系统的选择和改进。关键词:桥式起重机,运行机构,起重小车, AutoCAD, PLC, CPUAbstractBridge crane is a bridge-type crane, lifting it to rely on the level of institutions and in the vertical direction of the two mobile operating a
3、gencies, and venues in rectangle over the operation, is a widely used industrial and mining enterprise from re-armed delivery. In order to improve the design of bridge crane design standards and efficiency, the application of AutoCAD design software is an essential requirement for a crane.In this pa
4、per, 15/3T electric double-beam bridge crane of the modern design method, which first reviewed the status of domestic and international overview of bridge crane, and then systematically explored the size of car design run institutions, the last beams of the terminal design. In this paper, in particu
5、lar the design of run-oriented institutions and carried out, mainly to the following aspects from the design calculation: to determine the transmission body, select the wheel and the track and check its strength, choice of motor, reducer selection, check start-up time , brakes and other options.Keyw
6、ords: bridge crane, operating agencies, car lifting, AutoCAD, PLC, CPU目录第1章 绪论11.1前言11.2桥式起重机现状概述21.3 桥式起重机电气传动技术的国内外发展概况31.4毕业设计(论文)选题背景及主要内容4第2章 起重机总体方案设计52.1大车运行机构的设计52.2小车运行机构的设计62.3端梁的设计6第3章 大车运行机构的计算73.1确定机构的传动方案73.2 选择车轮与轨道,并验算其强度73.3 运行阻力计算93.4选择电动机103.5 验算电动机的发热功率条件103.6 减速器的选择103.7 验算运行速度和
7、实际所需功率103.8 验算起动时间113.9 起动工况下校核减速器功率123.10 验算启动不打滑条件123.11选择制动器14第4章 端梁的设计174.1 端梁的尺寸的确定174.1.1端梁的截面尺寸174.1.2 端梁总体的尺寸174.2 端梁的计算174.3 主要焊缝的计算214.3.1 端梁端部上翼缘焊缝214.3.2 下盖板翼缘焊缝的剪应力验算 (4-18)214.4 端梁接头的设计214.4.1 端梁接头的确定及计算214.4.2 计算螺栓和焊缝的强度245 起重机电控系统基本情况265.1 传统桥式起重机的电气控制系统265.1.1 桥式起重机的电气控制的特点265.1.2电动
8、机配置情况265.1.3 安全保护措施276.2 系统的工作原理。295.3 控制过程分析356 可编程控制器在桥式起重机系统中的作用386.1 PLC概述及其系统组成386.1.1 PLC概述386.1.2 PLC的系统组成与各部分的作用386.2 本系统中可编程序控制器的选取及其特点416.2.1 PLC系统选型一SIEMENS S7-200416.2.2 Siemens S7-200系列PLC特性416.2.3 Siemens S7-200 PLC的工作原理437 PLC 控制系统的实现457.1 系统硬件构成及I/O分配端子设计457.1.1系统控制的要求457.1.2硬件组成457.
9、1.3 I/O端子分配457.2 系统流程图467.3 系统抗干扰措施48结束语50参考文献51共 页 第59页第1章 绪论1.1前言桥式起重机是桥架型起重机的一种,它依靠起升机构和在水平内的两个相互垂直方向移动的运行机构,能在矩形场地及其上空作业,是工矿企业广泛使用的一种起重运输机械。它具有承载能力大,工作可靠性高,制造工艺相对简单等优点。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
10、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梁和端梁组成,分为单主梁桥架和双梁桥架两类。单主梁
11、桥架由单根主梁和位于跨度两边的端梁组成,双梁桥架由两根主梁和端梁组成。主梁与端梁刚性连接,端梁两端装有车轮,用以支承桥架在高架上运行。主梁上焊有轨道,供起重小车运行。桥架主梁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梁、偏轨箱形双梁、偏轨箱形单主梁等几种。正轨箱形双梁是广泛采用的一种基本形式,主梁由上、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。 偏轨箱形双梁和偏轨箱形单主梁的截面都是由上、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
12、偏轨箱形单主梁是由一根宽翼缘箱形主梁代替两根主梁,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,但与其它结构相比,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梁,由四片钢板组成一封闭结构,除主腹板为实腹工字形梁外,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。桥式起重机分类: (1) 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
13、有远距离控制的。起重量可达五百吨,跨度可达60米。 (2) 简易梁桥式起重机又称梁式起重机,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。(3) 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。 (4) 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。 (5) 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。本文的研究工作正是为了提高桥式起重机的设计水平和设计效率,改变现有的起重机结构形式
14、,并且根据我国国民经济发展的需要,大规模生产高性能、高水平的桥式起重机而提出的。1.2桥式起重机现状概述桥式起重机发展有三大特征:1、改进机械结构,减轻自重桥式起重机多已经采用计算机优化设计,以此提高整机的技术性能和减轻自重,并在此前提下尽量采用新结构。如5-50t通用桥式起重机中采用半偏轨的主梁结构,与正轨箱形相比,可减少或取消短加筋板,减少结构重量,节省加工工时。目前星火计划提出桥架采用四根分体式不等高结构,使它在与普通桥式起重机具有同样的起升高度时,厂房标高可下降1.5m ;两根主梁的端部置于端梁上,用高强度螺栓连接;车轮踏面高度因此下降,也就使厂房牛腿标高下降。在垂直轮压的作用下,柱子
15、的计算高度降低,使厂房基建费用减少,厂房寿命增加。2、充分吸收利用先进技术起重机大小车运行机构采用了德国Deming公司的“三合一”驱动装置,吊挂于端梁内侧,使其不受主梁下挠和振动的影响,提高了运行机构的性能和寿命,并使结构紧凑,外形美观,安装维修方便。电气控制方面吸收消化了国外的先进技术,采用了新颖的节能调速系统。同时,微机控制也将在起重机上得到应用,如三峡工程600t坝顶门式起重机要求采用变频调速系统,微机自动纠偏,以及大扬程高精度微机监测系统。遥控起重机的需要量随着生产发展也越来越大,宝钢在考察国外钢厂起重机之后,提出大力发展遥控起重机的建议,以提高安全性,减少劳动力。3、 向大型化发展
16、由于国家对能源工业的重视和资助,建造了许多大中型水电站,发电机组越来越大。特别是长江三峡的建设对大型起重机的需求量迅速上升。三峡电厂需要1200t桥式起重机和2000t大型塔式起重机。1.3 桥式起重机电气传动技术的国内外发展概况电气调速控制的方法很多,对直流驱动来讲60年代采用发电机一电机系统。 从控制电阻分级控制,到交磁放大控制,到可控硅SCR激磁控制,到主回路可控硅即晶闸管整流供电系统。随着电子技术的飞速发展,集成模块出现,计算机、微处理器应用,因此控制从分立组成模拟量控制发展至今天的数字量控制。从交流驱动来讲:常规的常采用绕线式电动机转子串电阻调速,为满足重物下放时的低速,一般依靠能耗
17、制动、反接制动,后来还采用涡流制动,还有靠转子反馈控制制动、反接制动、单相制动器抱闸松劲的所谓软制动,随着电子技术的发展,国内外开发研制变频调速,PLC可编程序控制器的应用控制系统的性能更加完美。 目前国内外几种常用调速系统配置及其性能: (1)DC-300直流驱动调速系统:GE公司DC-300, DC-2000是微处理器数字量控制的直流驱动调速系统,其控制功率从300HP到4000HP,并采用PLC对整机驱动系统实施故障诊断、检测、报警及控制。 (2)交流调速控制系统 :对于起重机械来讲,交流驱动仍是国内普遍采用的方案而且多数停留在绕线式电机转子串电阻来调速。随着功率电子技术的发展,早在六十
18、年代后期,国外就开始致力于晶闸管定子调压调速技术的开发研究。可编程序控制器PLC引入到交流电气传动系统后,使传动系统性能发生了质的变化。在桥式起重机实现了抓斗的自动控制和故障诊断、检测显示等,达到了新的技术高度。(3)变频调速:变频调速的控制方法有恒压频比控制,转差频率控制,矢量控制,直接转矩控制等。这些控制方法都得到了不同程度的应用,但其控制性能有一定的差异。直流电动机之所以与有良好的控制性能,其根本原因是当励磁电流恒定时,控制电枢电流的大小就能无时间滞后的控制瞬时转矩的大小。异步电动机产生瞬时转矩的原理虽然与直流电动机相同,但由于建立气隙磁场的励磁分量和电磁转矩所对应装置电流有功分量都应包
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