修學(xué)強(qiáng)

（陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安 710300）

1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

起重機(jī)械主要用于裝卸和搬運(yùn)物料，是現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要設(shè)備。它不僅廣泛應(yīng)用于工廠、礦山、港口、車站、建筑工地、電站等生產(chǎn)領(lǐng)域，而且也應(yīng)用到人們的生活領(lǐng)域。使用起重運(yùn)輸機(jī)械，能減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，降低裝卸費(fèi)用，減少貨物的破損，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程機(jī)械化和自動(dòng)化不可缺少的機(jī)械設(shè)備。

本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際要求設(shè)計(jì)了一種5 t/30 t的橋式起重機(jī)，該起重機(jī)機(jī)由工作機(jī)構(gòu)、工程材料和動(dòng)力系統(tǒng)三部分組成的，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1、2所示。

（1）工作機(jī)構(gòu)

該起重機(jī)的工作機(jī)構(gòu)由起升、運(yùn)行和變幅機(jī)構(gòu)組成。起升機(jī)構(gòu)是升降重物的機(jī)構(gòu)，它是起重機(jī)械最主要的機(jī)構(gòu)，該起重機(jī)械有兩套起升機(jī)構(gòu)，分別為升降重物能力最大的主鉤（承載質(zhì)量30 t）和承載質(zhì)量為5 t的副鉤。運(yùn)行機(jī)構(gòu)是使起重機(jī)械或起重小車行走的機(jī)構(gòu)，該起重機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)保留了大車（最長(zhǎng)行程）和小車（最短行程）兩個(gè)行走機(jī)構(gòu)。變幅機(jī)構(gòu)是使起重機(jī)械臂架傾角變化,改變幅度的機(jī)構(gòu)。

圖1 5 t/30 t的橋式起重機(jī)

圖2 5 t/30 t的橋式起重機(jī)行走機(jī)構(gòu)

（2）工程材料

工程材料主要指橋式起重機(jī)的主要金屬結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)要保障設(shè)備良好的運(yùn)行穩(wěn)定性、抗震性和適當(dāng)?shù)膭偠龋枰獙?duì)結(jié)構(gòu)的靜剛度等參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算，在這里不加重點(diǎn)敘述。

（3）動(dòng)力系統(tǒng)

動(dòng)力裝置是驅(qū)動(dòng)起重機(jī)械運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力設(shè)備。它在很大程度上決定了起重機(jī)械的性能和構(gòu)造特點(diǎn)。起重機(jī)械的控制系統(tǒng)包括操縱裝置和安全裝置。各種機(jī)構(gòu)的起動(dòng)、調(diào)速、改向、制動(dòng)和停止，都是通過(guò)操縱控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

2 電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)設(shè)計(jì)需要重新設(shè)計(jì)了一套電控系統(tǒng)，以保證設(shè)備的多段速控制、多位置操作和有效的安全保護(hù)控制，力求做到操作簡(jiǎn)單方便、控制全面有效、超程及時(shí)保護(hù)、耗損迅速斷電。由于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中橋式起重機(jī)大車橋架跨度比較大，在兩側(cè)分別裝置兩個(gè)規(guī)格相同的電動(dòng)機(jī)M3和M4拖動(dòng)，沿著長(zhǎng)程（大車運(yùn)行）軌道縱向的兩個(gè)方向同速運(yùn)行，小車移動(dòng)機(jī)構(gòu)由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)M2拖動(dòng)，沿著固定在大車橋架上的小車軌道做橫向兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，主鉤升降由電機(jī)M5拖動(dòng)，副鉤升降由電機(jī)M1拖動(dòng)，電氣控制線路如圖3、4所示。

圖3 電氣控制圖1

圖4 電氣控制圖2

各移動(dòng)部分均采用限位開關(guān)做行程限位保護(hù)，分別為主鉤上升限位開關(guān)SQA，副鉤上升限位開關(guān)SQB，小車橫向限位開關(guān)SQ1、SQ2，大車縱向限位開關(guān)SQ3、SQ4。為保證橋式起重機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的安全性，移動(dòng)部件需在極限位置上安裝擋鐵，在任何一個(gè)擋鐵觸碰到行程開關(guān)時(shí)斷開電路，停止設(shè)備運(yùn)行，在一切檢查就緒后重新通電使起重機(jī)正常運(yùn)行。

起重機(jī)上的5臺(tái)電機(jī)均采用電磁抱閘制動(dòng)，這種制動(dòng)方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維修，出現(xiàn)問(wèn)題能夠及時(shí)更換處理，比起其它制動(dòng)方式更加可靠，并能夠減少由于過(guò)多的控制線路所造成的維修問(wèn)題，其中主鉤制動(dòng)電磁鐵YA5，副鉤制動(dòng)電磁鐵YA1，小車制動(dòng)電磁鐵YA2，大車制動(dòng)電磁鐵YA3與YA4，YA1—YA4為兩相，YA5、YA6為三相，當(dāng)電動(dòng)機(jī)通電時(shí)，電磁鐵放開制動(dòng)器，當(dāng)電動(dòng)機(jī)斷電時(shí)，電磁鐵制動(dòng)。

3 電氣多功能控制說(shuō)明

（1）啟動(dòng)運(yùn)行

操作人員按下啟動(dòng)按鈕SB，主接觸器KM吸合，使兩相電源進(jìn)入各凸輪控制器，一相電源引入到各電機(jī)定子，此時(shí)凸輪控制器手柄均在零位，電機(jī)不會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)

（2）凸輪控制器的多功能控制

大車、小車、副鉤的控制分別采用三個(gè)凸輪控制器來(lái)進(jìn)行,下面以大車控制過(guò)程為例來(lái)分析多功能調(diào)速控制的實(shí)現(xiàn),小車與副鉤的控制過(guò)程與大車相同。

轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪控制器SA3手柄向后旋轉(zhuǎn)1個(gè)角度后，處于位置1狀態(tài)下，主觸頭V2-3M1、4M3、W2-3M3、4M1接通正反轉(zhuǎn)連鎖出頭SA3-6接通，SA3-5、SA3-7 斷開，電機(jī) M3、M4 接通電源，YA3、YA4 通電，制動(dòng)器放開，此時(shí)轉(zhuǎn)子串聯(lián)了全部電阻，具有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和較小的啟動(dòng)電流，大車以最低的轉(zhuǎn)速慢慢向后運(yùn)行。

再轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪控制器SA3手柄向后旋轉(zhuǎn)1個(gè)角度后，處于位置2狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子電阻控制觸頭3R3、4R5接通,電機(jī)M3、M4轉(zhuǎn)子各切除一段3R、4R中的電阻,電機(jī)轉(zhuǎn)速略有升高。依次往后直到位置5狀態(tài)，接觸觸頭依次閉合轉(zhuǎn)子電阻逐漸切除，電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸升高，當(dāng)轉(zhuǎn)子電阻全部切除時(shí)，轉(zhuǎn)速達(dá)到最高。

當(dāng)凸輪控制器向前旋轉(zhuǎn)時(shí)，其過(guò)程與上述正好相反，電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，并隨著向前旋轉(zhuǎn)的檔位逐漸加大，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速也逐漸升高，直到獲得最大轉(zhuǎn)速，當(dāng)操作手柄扳到零位時(shí)，全部斷電，制動(dòng)器開始制動(dòng)，這樣大車就可以擁有11段的調(diào)速控制。

（3）主令控制器的多功能控制

主鉤電機(jī)是整個(gè)橋式起重機(jī)中最為重要的部分，是工作量最大，承載量最高的電機(jī)，所以主鉤電機(jī)采用主令控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)多功能調(diào)速控制。主鉤運(yùn)行有升降兩個(gè)方向，上升控制與凸輪控制器基本相似，區(qū)別是它通過(guò)接觸器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。下降的過(guò)程則與凸輪控制器有明顯的區(qū)別，主鉤下降有6擋位置，“J、1、2”這三個(gè)檔位為制動(dòng)下降位置，防止在吊有重載下降時(shí)速度過(guò)快，電機(jī)處于反接制動(dòng)狀態(tài)，“3、4、5”這三個(gè)檔位為強(qiáng)力下降位置，主要用于輕載時(shí)快速下降。

4 控制系統(tǒng)的PLC改造

為了更好的控制橋式起重機(jī)大、小車運(yùn)行，主、副鉤提升、下降重物及調(diào)速，解決起重機(jī)工作在斷續(xù)狀態(tài)操作頻繁、通斷次數(shù)較高、負(fù)載沒有規(guī)律性、時(shí)輕時(shí)重、經(jīng)常承受大的過(guò)載和機(jī)械沖擊的問(wèn)題，將PLC應(yīng)用于起重機(jī)控制系統(tǒng)中，為了更好地克服這些缺點(diǎn)，提高運(yùn)行可靠性，降低維護(hù)量，特對(duì)該橋式起重機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了基于西門子226的PLC改造，依然可實(shí)現(xiàn)上述的多功能調(diào)速控制，外部接線與地址分配等內(nèi)容在此不詳加敘述，具體程序控制過(guò)程見圖5。

圖5 PLC程序控制過(guò)程

5 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)可以順利實(shí)現(xiàn)5 t/30 t雙鉤橋式起重機(jī)的多功能調(diào)速控制，在用PLC控制替代傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步改進(jìn)和完善電氣控制系統(tǒng)，安全性能更好，因而可以獲得更好的應(yīng)用。

[1]左鵬軍.變頻器及PLC在橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用[J].機(jī)床電器,2007(10).

[2]王軍偉.PLC變頻調(diào)速在橋式起重機(jī)中的應(yīng)用[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化,2011(4).

[3]劉超然等.橋式起重機(jī)在線協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2013(9).