论文总字数：19557字

摘 要

双梁桥式起重机是现代工业在实现生产过程机械化、自动化，改善物料搬运，提高劳动生产率必不可少的重要机械设备。桥式起重机是横架于车间、仓库和料场上空进行物料吊运的起重设备。由于它的两端坐落在高大的水泥柱或者金属支架上，形状似桥。桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，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。它对于发展国民经济，改善人们的物质文化生活的需要都起着重要的作用。它是使用范围最广、数量最多的一种起重机械。

本设计根据课题设定的各种技术参数，采用先进的起重机设计构思和技术，在符合当前实际需要的情况下，对双梁桥式起重机电气控制进行了全面的设计，通过对参数的确定来选择各种设备。选定电动机，，然后采用自己设定的控制柜的方法，对起重机各机构控制线路的进行全面设计，并阐述各机构的工作原理以及系统特点，最后对各种电路保护进行设计。

　关键词：双梁桥式 起重机 电气控制

（75/5T）The electricity control of the bridge type of crane with double beams

Abstract

Double beam bridge crane is the modern industry in realize mechanization, automation production process, improve the material handling, Bridge crane is horizontal plane in workshop, warehouse and yard over the material lifting hoisting equipment. Because of its ends located in tall cement posts or metal stents, shape like bridge. Bridge crane bridge along the laid on both sides of the elevated rail longitudinal operation, can make full use of bridge the space below the lifting materials, from the ground equipment obstacles. It is the most widely use scope, the largest number of a kind of hoisting machinery. the need of improving people's material and cultural life plays an important role. improve labor productivity indispensable mechanical equipment. It for the development of national economy,

This design according to the various technical parameters set by the subject USES the advanced crane design conception and technology, in accord with the actual requirement of the current situation, has carried on the comprehensive to double beam bridge crane electrical control design, based on the parameters determined to choose a variety of equipment. Selected motor, and then USES the setting method of control cabinet, to crane control agencies to conduct a comprehensive of circuit design, and explains the working principle and system characteristics of agencies, finally to design all kinds of circuit protection.

Keywords: double beams bridge type; crane; electric control

目 录

摘 要 II

目 录 IV

1.1 本设计的意义 1

1.2 本设计中双梁桥式起重机的主要组成 1

1.3 起重机的主要参数 1

第二章 桥式起重机电力设备的技术要求 2

2.1 一般技术条件 2

2.1.1 起重机使用中的环境条件 2

2.1.2 对起重机使用性能的要求 2

2.1.3 电气设备选用原则 2

2.1.4 电压损失 2

2.1.5 起重机电气设备的安装 3

2.2 传动控制方案 4

2.2.1 桥式起重机传动系统的选择 4

2.2.2 桥式起重机控制方式的选择 4

2.2.3 关于桥式起重机传动控制方案选择的几点说明 5

2.3 安全保护 5

2.3.1 对桥式起重机用电力设备的安全要求 5

2.3.2 桥式起重机安全防护措施 6

第三章 设计任务分析和方案论证 7

a) 本设计的具体技术要求： 7

b) 方案论证 7

第四章 双梁桥式起重机电机容量的计算和选择 9

4.1 起升机构电动机容量的计算和选择 9

4.1.1 主钩电动机的容量计算和校验 9

4.1.2 副钩电动机的容量计算和校验 11

4.2 运行机构电动机容量的计算和选择 13

2.2.1 小车运行机构电动机的容量计算和校验 14

2.2.2 大车运行机构电动机的容量计算和校验 16

第五章 双梁桥式起重机电气控制线路的选用 20

5.1 主钩控制线路选用 20

5.2 副钩控制线路选用 24

5.3 小车控制线路选用 27

5.4 大车控制线路选用 29

5.5 保护柜和总受电柜的选择 30

5.6 移动馈电装置的选用 32

5.7 起重量限制器的选用 33

总结语 34

第一章 绪论

• 1. 本设计的意义

随着社会的不断发展，工业也随之不断进步，双梁桥式起重机也越来越成为许多企业不可缺少的设备之一。同时，随着技术的不断进步，对起重机的要求也越来越高，如何满足市场要求，设计出符合当前要求，性能好，性价比高，品质好的起重机，是一项非常重要的工作在当今起重机行业。

• 1. 本设计中双梁桥式起重机的主要组成
     1. 钢结构:主梁、端梁(横梁)、小车架、支腿、下横梁、起重臂、拉杆、走台以及司机室等。
     2. 传动机构:起升机构、运行机构、回转机构、变幅机构以及顶升机构等。 
     3. 电气系统:保护柜，总受电柜，控制柜、导电装置、电阻箱以及移动馈电装置等。 
     4. 起重部件: 吊钩、钢丝绳、环链、滑轮、制动器、车轮以及轨道等。
     5. 安全装置：上升高度限位器、运行极限限位器、缓冲器、起重量限制器和极限位置限制器等^[2]。
  2. 起重机的主要参数

起重量、起升高度、下放深度、跨度、机构工作速度、工作级别、及起重机总重或轮压。

1、起重量：起重机正常工作时允许最大起吊重量。

2、起升高度：吊具的上极限位置与下极限位置之间的距离。

3、跨度：起重机两端车轮垂直中心线间的距离

4、机构工作速度（第5档速度）

（1）起升速度：是指起升机构电动机在额定转速时，取物装置满载起升的速度。

（2）大车运行速度：是指大车运行机构电动机在额定转速时，起重机的运行速度。

（3）小车运行速度：是指小车运行机构电动机在额定转速时，起重小车的运行速度。

5、工作级别：表示起重机起吊载荷的满载程度和起吊工作次数多少的繁忙程度的整机工作状况指标，起重机的工作级别分为A1-A8共8个级别，轻级（A1-A3）、中级（A4、A5）、重级（A6、A7）特重级（A8）。

6、轮压：桥架自重和小车处在极限位置时小车自重和额定起重量作用在大车车轮上的最大垂直压力。

1.4 本设计的主要工作

1. 拖动方面的设计

首先决定采用的是哪种电流种类和拖动方案，即用交流还是用直流，这可以根据各种拖动方案的特点以及起重机的需求决定。确定了合适的调速方案以后，按任务书给定的技术参数计算电动机功率，再结合工作环境，预选一台电动机，对预选电动机进行校验。然后，结合电动机的机械特性，判断预选的电动机是否适用。不合适则重选，合适则通过。

1. 电气控制线路的设计

电气控制装置要进行设计、计算和选择。其中包括保护柜的选择，调速电阻的选择，控制线路的选择或重新计算，移动馈电装置的选择和设计。

3.电机选用的原则主要有以下几点：1根据负载的启动特性及运行特性，选出最适合于这些特性的电动机，满足生产机械工作过程中的各种要求。2选择具有与使用场所的环境相适应的防护方式及冷却方式的电动机，在结构上应能适合电动机所处的环境条件。3计算和确定合适的电动机容量。通常设计制造的电动机，在75%-100%额定负载时，效率最高。因此应使设备需求的容量与被选电动机的容量差值最小，使电动机的功率被充分利用。 4选择可靠性高、便于维护的电动机。 5考虑到互换性，尽量选择标准电动机。6为使整个系统高效率运行，要综合考虑电机的极数及电压等级。 桥式起重机是重型起重机厂生产的DLW型。提升、开闭及大小车走行电机是YZR 绕线型，YZR系列电动机系用于驱动各种型式的起重机械及其他类似设备的专用产品；具有较大的过载能力和较高的机械强度，因此，它特别适用于那些短时或断续周期工作制，频繁地起动、制动、有时过负荷及有显著振动与冲击的设备.

4. 其他部分

除以上设计项目之外，还要进行其他部分的设计和选用，如起重量限制器等。

第二章 桥式起重机电力设备的技术要求

1. 一般技术条件
2. 起重机使用中的环境条件
3. 本设计中起重机的电源为三相交流，频率为AHz，电压为380V时，电动机和电器上允许电压波动的上限为额定电压的 10%；下限（尖峰电流时）为额定电压的-15%。
4. 本设计中起重机运行轨道的安装应该符合GB-10183的要求。
5. 本设计中的起重机安装使用地点的海拔不可超过2000m，超过1000m时应对电动机容量重新进行校核。
6. 本设计中起重机的工作环境不得有易燃、易爆及腐蚀性气体。
7. 实际使用中，吊运物品对起重机吊钩部位的热辐射温度不能超过300℃。
8. 对起重机使用性能的要求
9. 起重机的起重能力应达到额定起重量。
10. 起吊物在下降制动时的制动距离应不大于1min内稳定起升距离的1/65。
11. 额定起升速度等于或高于5m/min时要求制动平稳，应采用电气制动方法，保证在0.2~1.0g范围内下降时，制动前的电动机转速降至同步转速的1/3以下，该速度应能稳定运行^[2]。
12. 电气设备选用原则
13. 双梁桥式起重机一般应采用交流传动交流控制系统，在使用频繁或工作条件恶劣的情况下，宜采用交流传动直流控制系统。
14. 宜采用标准的起重机电气控制设备，如有需要，也可自行设计，但必须符合GB3811和JB4315的有关规定。
15. 除辅助机构外，应采用符合ZBK26008和ZBK26007规定的起重及冶金用电动机，必要时也可用符合起重机要求的其他类型电动机。
16. 起重机成套电阻器宜采用标准产品，如有需要，也可由制造厂自行设计，但必须符合GB3811中5.3条的要求。
17. 其他电器设备和元件应选用起重机专用或能满足起重机要求的产品。
18. 电器配套产品要有生产许可证或型号使用证及产品合格证。
19. 电压损失
20. 总电压损失

采用交流电源供电时，在尖峰电流时，自供电变压器的低压母线到起重机任何一台电动机端子的电压损失不应超过额定电压的15%。

1. 起重机内部电压损失

起重机内部电压损失：桥式起重机（吊钩）额定起重量为32t以上至160t的，其内部电压损失为4%。本设计任务中主钩起重量为75吨，因此其内部电压损失为4%；副钩起重量为5吨，其内部电压损失取5%.

1. 尖峰电流和功率因数
   1. 起重机上单个机构的尖峰电流计算式：

式中 ——尖峰电流（A）；

K ——电动机起动电流倍数，应按设计值取用，如无确切数值时，则绕线转子电动机取2；

——该机构所有电动机实际工作接电持续率的额定电流之和（A）。

• 1. 整台起重机或多个机构的尖峰电流计算式：

式中 ——电动机起动电流倍数，应按设计值取用，如无确切数值时，则绕线转子电动机取2；

——整台起重机中电动机总容量最大的机构里所有的电动机在实际工作接电持续率时的额定电流之和（A）；

——系数，室内起重机取0.8；

——可能同时使用的其他机构所有电动机实际工作接电持续率的额定电流。

• 1. 计算起重机内部电压损失时，电动机起动时的功率因数cos一般选用下列值；

绕线转子电动机:

cos=0.65

1. 起重机电气设备的安装
2. 电器设备应固定安装，在主机运行过程中，不应发生相对于主机的水平移动和垂直跳动。
3. 安装在电气室内的电气设备，其防护等级一般可以为IP00，但应有一定的防护措施，如防护网、防护栏杆等。
4. 本设计中需采用的4箱及4箱以下的电阻器可以直接叠装。
5. 安装在起重机上各部位的电气设备，应该可以便捷和安全的维修。走台上和电气室内的电气设备前一般应留有600mm以上的通道。有需要可以适当缩小，但最小应不低于A0mm。
6. 室内使用的桥式起重机，安装在桥架上的电气设备应无裸露的带电部分，最低防护等级为IP10。
7. 桥式起重机上大、小车馈电装置的裸露带电部分与金属结构之间的最小距离必须大于30mm，起重机运行时可能会产生相对晃动时，其间距必须在30mm的基础上加上最大晃动量。
8. 传动控制方案
9. 桥式起重机传动系统的选择
   • 1. 起重机传动系统一般采用交流传动系统。如有特殊要求，可采用直流传动系统。
     2. 桥式起重机运行机构一般要求能进行反接制动或其他电气制动，以保证在正常运行速度时也能迅速、平稳地制动。
     3. 当绕线转子异步电动机传动的起升机构采用控制屏控制，下降时至少有一档低速，下降减速过程应由电气制动。
     4. 交流调速系统
10. 桥式起重机一般采用晶闸管电子调压、能耗制动、涡流制动器、液压推杆制动器、多速电动机和双电机制动方案。
11. 桥式起重机调速系统的电动机、电阻器等部件的容量都应按实际工作条件选择和校核。
12. 桥式起重机的起升机构采用液压推杆制动器进行调速时，宜另备有支持制动器。
    • 1. 直流调速系统使用交流供电时，一般采用晶闸管供电系统、硅整流供电系统、直流发电机-直流电动机系统。使用直流供电时，一般采用串励、复励直流电动机系统^[2]。
13. 桥式起重机控制方式的选择
    • • 1. 桥式起重机控制方式应按传动系统对操作性能和操作方法的要求、电动机类型及容量大小、通断次数、接电持续率、操纵装置形式、期望的控制器工作寿命和位置等条件来选择。
        2. 绕线转子异步电动机传动的控制方式一般按表2-1的规定选择。

表2-1 绕线转子异步电动机传动的控制方式

1. 关于桥式起重机传动控制方案选择的几点说明
2. 当桥式起重机平移机构行程较长时，一般以额定速度运行。只有为了准确停车才在低于额定速度的情况下运行，因此平移机构的低速性能在多数情况下要求不高，低速持续时间也较短，所以一般推荐采用转差损耗大，但耗资较少的交流传动系统。
3. 改进型起重机的调速性能，不仅能降低司机劳动强度，而且可以减少电气接电次数，延长电机寿命，降低事故发生率和维修工作量，并提高起重机的整机工作效率。
4. 一些先进的桥式起重机运行机构常采用反接制动，可以使机构从额定速度制动至接近零速，然后停止反接制动，换成机械制动。这种制动方式：降速制动过程平稳，多用于大车机构，这样可以使起重机桥架不会产生较大的振动和扭动，而且也可减少机械制动器的磨损程度。反接制动时司机将控制器打至反向第一挡，接近零速时，再退回零挡。
5. 桥式起重机配用的绕线转子异步电动机的控制方式选择需要根据国内目前具体的情况而确定。凸轮控制器直接控制方式与主令控制器、控制屏控制方式相比：操纵力大、系统性能差，但投资少，线路简单易维修。虽然凸轮控制器技术比较陈旧，但我国在很多情况下还是优先选择凸轮控制器方式^[2]。
6. 安全保护
7. 对桥式起重机用电力设备的安全要求
8. 供电电源 双梁桥式起重机应由专用馈电线供电。对于交流380V当采用软电缆供电时，宜备用一根专用芯线做接地线；当采用滑线供电时，对安全要求高的场合也应备有一根专用接地滑线。
9. 专用馈电线总断路器 双梁桥式起重机总断路器的出线端背影连接与起重机无关的其他设备。
10. 总断路器 双梁桥式起重机上宜设总断路器。短路时，应有分断该电路的功能。
11. 主隔离开关 双梁桥式起重机进线处宜装设能切断所有电源的主隔离开关。开关要尽量靠近大车集电器，当起重机或供电电源有较完善的隔离措施，而又不影响同一跨度的其他起重机运行时，则允许不装隔离开关。
12. 总线路接触器 双梁桥式起重机上应设置总线路解除器，应能分断所有机构的动力电路或控制电路。起重机上已设机构的低压断路器时，可不设总线路接触器。
13. 紧急断电开关 双梁桥式起重机必须设置紧急断电开关，在紧急情况下，应能切断起重机总控制电源。紧急断电开关应设在司机操作方便的地方。
14. 失压保护 双梁桥式起重机必须装有失压保护，在供电电眼源中断时必须自动断开总回路。
15. 零位保护 双梁桥式起重机必须装有零位保护。开始运转和失压后恢复供电时，必须先将控制其手柄置于零位后，该机构或所有机构的电动机才能起动。
16. 过流保护 每套机构必须单独设置过流保护。三相绕线转子异步电动机可在两相中设过流保护。采用保护柜的系统，应在电动机第三相上设总过流继电器保护。动作时应使总接触器断开。
17. 桥式起重机安全防护措施
18. 起重量限制器 为了防止超载使用，一般应装起重量限制器。起重量限制器应能保证起吊额定起重量，其动作点的最大值：当时应不大于1.05。当载荷达到0.9时应能发出报警信号；当载荷超过最大限值时应能自动切断起升电源，并发出禁止性报警信号。
19. 起升高度限位器和下降深度限位器 起升机构应设起升高度限位器，当取物装置上升到设计图样规定的极限位置时，应能自动切断电动机电源。
20. 总电源的失压保护。总电源的失压保护，系指供电电源中断后能够自动断开总电源回路，恢复供电时，不经手动操作总电源回路不能自行接通。一般把自动复位的按钮串人总电源接触器线圈或自动断路器的失压脱扣线圈回路中来实现总电源的失压保护。
21. 零位保护。机构电动机采用不能自动复位的控制器控制的。为防止控制手柄不在零位时，起重机供电电源失压后又恢复供电，造成电动机的误启动，起重机设有零位保护。
22. 设计任务分析和方案论证
    1. 本设计的具体技术要求：

本设计中双梁桥式起重机相关技术参数：

表3-1 起重机技术数据

• 1. 方案论证

方案１：采用交流拖动，绕线型异步电动机转子串级电阻电气传动系统。

本方案电动机的起动中转差损耗大多数消耗于电阻器中，小部分消耗在电机内。允许起动次数较多，点动性能一般，系统复杂程度一般，系列产品可达125kw，应用广泛。自然特性硬，传入电阻越多，人为特性越软。不能超过的最大转矩为2.5~2.8。

方案２：采用直流拖动，直流发电机－电动机系统

本方案电动机起制动时附加损耗最小，故最适宜频繁起制动，采用闭环自动控制。在点动性能很好，但系统较复杂。应用的功率没有限制。多用于调速范围大的大型起重机的主要机构。自然特性和人为特性都较硬，在1：（5~10）调速范围内可以很平滑的调速，轻载时允许剥削电动机磁场。电动机的最大转矩为1.5~3。

对比：相比两种方案，第一种方案性能一般，但结构简单，且应用较广泛。第二种方案性能较好，但结构复杂，多用于大型起重机。所以采用第一种方案。

双梁桥式起重机的工作特点是断续运转，频繁启动、制动、逆转，有时过负荷，有显著的震动与冲击。而起重冶金用电动机的特点是：其工作制为断续周期性工作制（S3）或带起动的断续周期性工作制（S4），具有较大的过载能力和较高的机械强度，转子转动惯量较小，允许的最大安全转速超过额定转速的倍数较高。所以双梁桥式起重机应采用起重冶金用系列电动机。

2. 双梁桥式起重机电机容量的计算和选择

起升机构电动机的特点是,起动时惯性载荷较小，所需的加速力矩很小，只有满载稳定运行力矩的10%~20%，而电动机的平均起动力矩通常为电动机额定力矩的1.6~1.8倍，使得起动时间较短（约1~2s左右）。因此起升机构电动机在运行中可忽略启动过程，认为电动机处于S3工作制运行。

在运行机构中，运行阻力引起的满载稳定运行静阻力矩比电动机的额定力矩小得多。起重时必需克服移动质量和旋转质量所引起的惯性载荷，所需的加速度力矩较大。运行机构的起动时间比起升机构起动时间要长，通常为3~8秒。电动机的运行属于包括起动的断续周期工作制S4。

规范规定:“电动机的最大力矩或堵力矩应保证机构起动的需要。”这说明电动机的额定力矩应大于一定的数值，才能保证在任何情况下机构均能起动。因力矩与功率成一定的比例，故在校验计算中，常以功率来表示。即所选电动机的额定功率应大雨一定的数值。

1. 起升机构电动机容量的计算和选择

在起升机构中，电动机所需总力矩等于满载起升时的稳定力矩。所以起升机构用电动机功率可以按起升静功率计算。

所以起升电动机可以按满载静功率来选择，对于一般用途的桥式起重机可不必进行发热校验。

1. 主钩电动机的容量计算和校验
2. 初选电动机

主钩起升载荷：

=

物品起升速度：

机构总效率（二级闭式齿轮传动，倍率为1）：

主钩满载静功率：

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