2022年港口起重运输机械电气传动 .docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 其次章 港口起重运输机械电气传动第一节概述电气传动的任务是保证机械能够满意生产工艺要求和正常有效地工作；因 此,电气工程师必需清晰机械对传动的要求,熟识机械的构造和工作原理,这 是电气传动设计最起码、最重要的前提；用于装卸作业的港口机械,最大的特点就是速度高,操作频繁；除运输机 械和个别的机构为长期、短期载荷外,基本都是重复短期工作制；随着机械效 率的提高,某些机械的接电连续率也相应地大幅度增加；位能载荷、摩擦阻力与风阻力,是起重运输机械的三种主要载荷；港口机 械的载荷及操作完全是随机状态,传动运算需要考虑多种因素,因此具体到每 个传动系统,载

2、荷必需合理地进行组合；有些机构要求传动电动机能够在四象限运转,所以在挑选电动机的类型和 容量时,要结合电动机调速方案一并考虑；其次节 港口机械机构传动的力学参数与机械特性机构传动的力学参数和机械特性是机械对电气传动要求的具体的量的体 现,是设计的原始依据；一、起升机构（一）性能参数 性能参数包括取物装置的种类、额定起升载荷 FQ N、取物装置自重载荷 GO N、起升速度 h m / s、传动机构总效率、卷筒直径 D m、传动系统传 2 2 动比 i 、电动机轴上转动件飞轮矩总和 GD 1 N m；（二）机械特性 起升机构的外载荷是重力,无论货载的运动方向如何,对电动机而言,其 外 载转矩的方向

3、不变；计及正、反向传动效率,在同一货载下,折算至电动机轴 上的外载转矩有不同的数值；名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 二、水平运动机构（一）性能参数性能参数有机械类型及具体机构、额定运行速度m/s、总传动比 i 、系统总 的 传 动 效 率、 电 动 机 轴 上 转 动 件 飞 轮 矩 总 和GD 12N2 m及 静 阻 转 矩M sNm；（二）机械特性 水平运动机构包括二类：重心无垂直位移和重心有垂直位移,必需按具体 的 机构传动简图认真区分；水平运动机构的机械特性比较复杂；阻力主要是摩擦阻力、坡道阻力、风 阻力

4、、水平阻力及垂直方向阻力；不同的机械,阻力的组合与各种阻力所占比 例大不相同,没有规律可循,必需具体机构具体分析；三、回转机构（一）性能参数性能参数包括机械类型及机构传动图、额定回转速度nHr/min、总传动比i 、系统总传动效率、电动机轴上转动件飞轮矩总和GD 12N2 m及静阻转矩M sNm；（二）机械特性 回转机构阻力主要是摩擦阻力、坡道阻力和风阻力；其中风阻力约占全部 阻 力的 70%以上；随着回转角度的变化,承风面非线性转变,风载也随之转变,而且转向变化时,风载与坡道阻力的方向也因之变号,所以回转机构的机构特 性最复杂,随机性极大；第三节 传动机构转矩与飞轮矩的折算传动系统中,各级的

5、转矩与飞轮矩的折算原就都是遵循能量守恒定律；一、不同转速轴上的转矩折算名师归纳总结 M1M2/i 2-2-1 第 2 页,共 13 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 式中：M 转速为n 轴上的折算转矩,Nm；M 转速为n 轴上的转矩,Nm；n 轴的传动比；i in 1/ n 2,转速为n 轴与假如由负载边向原动边折算,就应计及相应的传动效率；二、不同转速轴上的飞轮矩折算2 GD 1GD22/ i2 2-2-2 式中：2 GD 折算至转速1n 轴上的飞轮矩,Nm2；GD 22转速为n 轴上的飞轮矩,Nm2；i in 1/ n 2,转速为n 轴与n 轴的

6、传动比；第四节电动机轴上动转矩的运算MdGD2 sdn2-2-3 375dt式中：M 电动机轴上所需的加速动态转矩,Nm；Nm2；GDs2折算至电动机轴上的传动系统总飞轮矩,d 系统角加速度要求的转速变化率,d tr mins；表 2-2-1 与表 2-2-2 分别给出了港口机械常用机型两种运动的加速度举荐值；机型取物装置加速度值m起升加速度表 2-2-1 加速度值m/ s2/ s2机型取物装置岸边集装箱起重机吊 具抓 斗0.60.8 港口门座起重机0.81.0 港口门座起重机吊 钩0.40.6 桥式抓斗卸船机表 2-2-2 1.02.0 港口门式起重机0.60.8 平移加速度运行速度240

7、240 200 180 150 120 100 60 40 25 m/min 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 加速度0.80 0.50 0.44 0.42 0.39 0.35 0.32 0.25 0.12 0.10 2 m/s1.00 0.67 0.58 0.56 0.52 0.47 0.43 0.33 0.19 0.16 注：桥式抓斗卸船机的小车运行机构,答应加速度达到a1 5. m/s 2；2 GD 1估算传动系统总飞轮矩GD s2只要按高速轴上全部转动件的飞轮矩之和即可,通常惯量大的系统取大值；GDs2=（

8、1.11.2）GD 12（2-2-4）第五节起重机机构传动操作频度常用港口起重机械的机构传动操作频度见表2-2-3；装船机与输送机械的主要机构均为连续工作制,帮助机构为短期间歇工作；机型机构起重机机构传动操作频度表表 2-2-3 大车运行起升开闭变幅或俯仰回转小车运行取物接每接每接每接每接每接每电小电小电小电小电小电小持时持时持时持时持时持时续接续接续接续接续接续接门座起重机装置率通率通率通率通率通率通次次次次次次数数数数数数吊 钩40% 300 40% 300 25% 300 25% 300 15% 150 带斗门座起重机抓 斗60% 450 60% 450 40% 300 40% 300

9、15% 150 抓 斗80% 450 80% 450 60% 450 25% 150 15% 150 桥式抓斗卸船机抓 斗60% 450 60% 450 60% 300 25% 150 岸边集装箱起重机吊 具60% 300 60% 300 25% 150 轮胎式集装箱门式吊 具60% 450 40% 300 60% 450 起重机岸边电磁起重机电磁吸盘60% 300 60% 300 40% 300 浮式起重机吊钩、抓60% 300 60% 300 40% 300 40% 300 斗第六节 电动机的容量运算运算之前,必需知道机构传动简图和主要的机构参数,以便运算折算至电名师归纳总结 - - -

10、- - - -第 4 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 动机轴上的外载转矩、电动机的调速比、接电连续率JC、每小时接通次数Z,以及为满意调速要求采纳的供电方式与掌握方式；电动机外载的运算可参照相应的机械篇章,或直接采纳机械设计的运算结 果,但是必需留意加入电气方面应当计及的问题；一、长期负载电动机的容量运算 港口机械连续工作的电动机也较多,但并不存在负载恒定的状态；电动机负载是随时间随机变化的,因此必需综合考虑两种情形：一运算出满意电动机答应发热要求的等效功率eP ；二确定满意电动机答应过载要求的功率Pm；电动机的容量应大于、等于二者中较大的数值；二、短期负载电

11、动机的容量运算一般电动机的发热时间常数,小型机约为15min30min,中型机约60min90min,大型电动机约 120min150min；所以短期负载电动机的容量运算 就归结在发热答应条件下的过载才能运算,即在电动机样本中挑选与所需电动 机的工作时间相近的工作制,使其满意机械要求；三、重复短期负载电动机的容量运算 港口机械多数机构为重复短期工作制；这种负载基本上是变化的,且工作 制 不正好是标准值,因此必需做两步运算；先按机构负载图运算出等效发热的功率eP ,再将等效发热功率P 由实际的工作制折算至电动机标准的工作制下的功率sP ；对于大量使用的沟通电动机,可按下式进行折算：P s2P e

12、3JC 11（2-2-5）2JC 2式中：sP 接电连续率为JC 时的功率, kW；kW；eP 实际工作的接电连续率JC 时电动机的等效发热功率,JC 相应的电动机标准接电连续率；实际运算时应取与实际工作制JC 相近的电动机标准工作制JC ,以减小误差；对于直流电动机,运算相对简洁；由于励磁功率已知,变耗运算也很方名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 便,只要取得电动机的设计数据或产品出厂证明书即可；四、可调电气传动电动机的容量运算 可调电气传动意指两个方面：一是明确指定机构的调速范畴,一是对应不 同的机构负载有不同的

13、运行速度,或二者兼有；对于港口机械,典型的是多起 重量的起升机构；现以这种起升机构为例,说明运算留意事项,其余机构类 推；可调传动的运算,必需结合调速传动掌握方案一道考虑,因此第一要确定 采纳的传动调速方案；恒转矩调速系统,只要运算最大外载、最高转速即可；在几种不同的起重量与其运行速度组合的功率中,取其最大者作为电动机的计 算容量；具有恒转矩与恒功率调速的系统,必需兼顾电动机的过载才能与调速 范畴；当二者冲突较大时,应从机械方面着手和谐解决；由于调速系统机电为 一体,有机电如何分割才合理的问题要解决；现以一实例说明问题的考虑方法；某机的起升机构参数如下：正常工作：额定起升载荷 F =250kN

14、 h=65m/min 额定起升速度 空载起升速度 o=100m/min 安装工作：总起升载荷 G =650 kN 需起升速度 m=30m/min 就一套起升机构讲,其起升载荷比为KGG m/F Q650/2506.2速度比为Ko/m100/303 . 33如此大的调速范畴,如采纳弱磁调速也无法达到三倍以上速度比,且过载才能也做不到K 这么大；G =550kN,1=45m/min为兼顾二者,只能虚拟一个额定工作状态；假设为该机构的人为额定工作点,卷筒的直径取为D=1.25m,依据容量运算,选用四台 ZZJ814 电动机传动；电动机总额定功率P H4112kW,电动机额定转速n =500r/min

15、；减速器速比应为名师归纳总结 取机构的总传动效率DnH/1.3141 . 25500/4543 . 63第 6 页,共 13 页=0.85,当起升G 时,电动机的静阻转矩- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - MsG mD/2 i=6.5 10 5 1.25/2 43.63 0.85=1.10 10 4Nm 电动机额定转矩MH9550P H95504488 . 56103Nm nH500电动机的静载过载倍数KsmMs/MH.1 1010 4/.85610 31 . 29计及此时的动载系数取为1.40,就电动机总的过载倍数即为Km1 . 40Ksm1 . 40

16、1 . 29.181这对于直流电动机是很安全的；此时的调速,弱磁后 1=45m/min,所以o=100m/min,电动机额定转速对应的机构速度为K1o/1100/452 . 22对于直流电动机同样是很简洁做到的；机构如此配置是合理的；在起升载荷低于 G 时为弱磁调速,依靠电动机励磁调剂,完全能够满意在起升载荷F =250kN 时有 H=65m/min 的速度,在起升载荷低于 160kN,即所谓空载时,起升速度可达到 o=100m/min；图 221 起升机构工作特性在起升载荷大于 G 时为调压调速；假如减速器足够,充分利用设备,机构运行速度可以保持额定值；由于这段是恒转矩调速,而且掌握保证具有

17、恒定加速度,动载不变,工作特性见图22 1 中虚线段；假如怕减速器发热等,此段名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 就采纳调压调速,将电动机电枢电压下调30%,使其达到30m/min 的速度,符合任务书要求；这种传动的电动机不是越大越好；做得不好,大也无用；因此,必需认真 比较机构的机械参数,调整到以最小的电动机容量满意性能要求；五、多电动机驱动的机构电动机的容量运算 某些机构,由于所用电动机的型谱问题、联轴器等机械零部件的标准系列 问题或者工艺特殊要求等问题,需要以多台电动机驱动；其中,以电动机轴刚 性联结的双电动机

18、驱动为最多；这里,只对这种双机驱动进行争论,两台电动 机同做电动运转；双电动机驱动有明显的优点；一是机构动力自然存在着 50%的备用量,可 在一机故障的特殊情形下以另一电动机做些应急处理；一是两台电动机的飞轮 矩 GD 之和小于同等容量的单台电动机；2双电动机驱动容量运算的最重要问题,是弄清晰每台电动机的负载情形,现代掌握技术可保证负载的正确安排,保证两台电动机同时起动、同时加减 速、同时停止；因此,对于轴刚性联结的两台电动机,在任何情形下,都必需 采纳两台型号相同的电动机,而且最好是同一厂家的同一批产品,保证两机的 机械特性最大可能的一样；沟通电动机的同步转速是相同的,两台电动机的输出转矩与

19、其额定转差率 成正比；直流电动机不但机械特性刚度不同,抱负空载转速也不同,问题比较 复杂,需要通过掌握系统保证稳固,缩小差异；这里是在有良好的掌握性能的 前提下,争论电动机的容量运算问题；现代的交、直流传动,电动机的容量应取为运算容量；第七节 电动机挑选一、电动机类型的确定 电气传动的任务是保证机械能够满意生产工艺要求,正常有效地工作；因 此,设计的技术条件是挑选电动机类型的基础；从技术经济观点着眼,三相沟通异步电动机为正确,由于其电源便利,简 单牢靠,货源多,价格低廉,修理简洁；名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - -

20、假如有几种类型的电动机都满意设计任务书的要求,就要通过技术经济比 较,从中挑选一个具有最好经济指标的类型；对于在长期负载下运转,无需调速和常常起动、制动、逆转的机械,应当 采纳三相沟通异步电动机；除非要求起动转矩较大或供应强力的电气制动转 矩,或其他的掌握要求才采纳绕线转子电动机外,尽量辅以机械措施,采纳鼠 笼型异步电动机；当调速范畴 1：3 以下又必需具有较好的速度调剂平滑性,或频繁起、制 动,多数场合应当采纳三相沟通绕线转子异步电动机；对于多电动机驱动的运行机构,可采纳三相沟通变频电动机,共用 1 台变 频器驱动；对于调速范畴大、自动化要求高的频繁操作系统,应优先选用沟通变频调 速；由于港

21、口机械的负载特性和操作缘由,直流串激与复激电动机是不用的,只用直流他激电动机；二、电动机防护等级的挑选 电动机的防护等级由使用环境打算；通常在正常条件下使用的室内电动 机,防护等级不低于 IP23,在较脏环境中使用的室内电动机,防护等级不低于IP44；直接放于室外使用的电动机,防护等级不得低于IP55；假如电动机已根据特殊作用环境进行了适当的防护,就答应电动机只符合较低的防护等级；一般讲,应当改善房间、罩壳的气密、水密、隔热、通风性能,采纳一般 防护等级较低的电动机既经济,又便利订货,简洁修理；三、 电动机型号及容量挑选 港口机械中,除长期负载的电动机,如输送机、泵类用 Y 系列电动机外,其余

22、全部采纳起重、冶金系列电动机；就目前国内电机产品而言,沟通电动机的专用系列是YZR 和 YZ,直流电动机的专用系列是 ZZJ800；变频电动机,由于国家尚无统一标准,各个厂家自行命定型谱,现有型号 YP 和 YZP；如第六节所述,长期负载的电动机容量P 应大于负载运算中满意电动机发热答应的功率eP 和满意电动机过载答应的功率P ；短时负载的电动机ZZJ800有 60min 定额和 30min 定额；其中 30min 是在串名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 励情形下,港口机械中不作用；有些机构短时运转,但远远少于 6

23、0min,可在顾及电动机答应的过载条件下,认真运算发热功率再选取电动机；YZ 与 YZR 电动机的短时工作制定额为30min 和 60min；可按实际负载选用接近的一个定额,使其负载功率小于电动机相应的额定功率；港口机械的重复短期工作制,实际上是S4或 S5工作制；ZZJ800 直流电动机在结构上有自冷和风冷两种；短时工作制和 30%工作制是自冷,长期工作制是风冷；由于一般起重运输机械采纳直流电动机的机械工作制都大于 30%,所以都采纳风冷型电动机,即长期工作制；只要使电动机的额定功率大于、等于运算的负载功率即可,无需再考虑具体的接电连续率；YZR 沟通电动机样本给出了每小时等效起动次数150

24、 次/时、 300 次/时、600 次/时三种操作状态下各相应的接电连续率下的电动机功率；可以依据实际 机构的操作频度,在与电动机操作条件相同的条件下,选取电动机的功率大 于、等于运算功率,没有必要再进行复杂的损耗运算；变频调速电动机,宜选用他冷式电机；另外,由于不同型号变频电机的转 矩特性差别较大,应特殊留意电机的转矩校核；自然,电动机的转速要满意机械要求；四、 电动机发热较验 电动机选好后,必需进行发热校验,确保日后使用不发生损坏；电动机发热运算很纷杂,而且需要许多数据；实际上工程设计无法做好,因此采纳间接方法；电动机损耗由定耗与变耗二部分组成；变耗是影响电动机温升的主要热 量,与电流的二

25、次方成正比；对于直流电动机,在额定励磁下,电动机转矩与 电枢电流成正比,因此转矩直接反映了电流的大小；对于沟通电动机,情形较 复杂；但在电压不变、功率因数不变的条件下,转矩也近似地表示了电流的大 小；所以,实际运算中,往往通过转矩的运算来校核发热；按所运算的传动机 构的转矩载荷图,运算出一个假定在一次操作循环里连续作用的等效平均转矩名师归纳总结 Mmed；图 2-2-2 是一个机构载荷图的示例；按此载荷图,可通过式（2-2-6）计第 10 页,共 13 页算其等效平均转矩Mmed；运算中,机构间歇的静止时间不予考虑；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 图

26、 222 M mft载荷图MmedM12 t1t 1M2t2tiMi2ti（2-2-6）2t2平均等效功率式中：P medP medMmedn（2-2-7）9550平均等效功率； kW；n 电动机转速, r/min；所选电动机的功率必需大于或等于与相应的接电连续率和起动等级对应的 平均等效功率；实际上,机构的载荷图事先难以做出或得到；为便利用户,电机制造厂将 不同工作状态下的电动机功率用表列出；所以,只要依据载荷运算的结果挑选 一个相同工作状态的电动机,使其功率大于、等于载荷运算的功率即可,电动 机发热验算就无需再进行；电动机挑选过程已经考虑了热运算；电动机容量校验应留意以下问题：（一）操作循

27、环时间不超过10min；假如循环时间大于10min,但较接近,可在挑选电动机容量时适当放大裕度；假如负载的波动不大,变化平稳,名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 即使循环时间很长,仍可按循环时间不大于10min 的情形处理；反之,循环时间长于 10min,并且负载波动很大,就只有按实际情形去具体运算；港口机械这种情形基本没有；（二） 环境温度要低于40 C,否就要用冶金型；（三）运行中电动机的散热条件不会恶化；如自冷却电动机的长期低速运 转,就要定量分析；（四）电动机的固定损耗不变；如沟通电动机的供电电压、频率变化

28、,定 耗就要重新运算；（五）电动机在弱磁状态,转矩运算要相应转变；（六）电动机发热运算假如以功率 提下,否就要按转速比折算；P 进行,就必需在电动机转速不变的前（七）鼠笼型沟通电动机的起动损耗很大,所以其每小时起动次数决不能 大 于制造厂的答应值,否就就要降低容量使用；五、 电动机过载校验 实际应用中,电动机的过载才能是必需的；由于调速要求等缘由,容量大 的 电动机不肯定能满意过载要求,因此必需对过载进行校验；电动机的过载才能随电动机类型而定；沟通电动机的转矩与电压的平方成 正比,直流电动机转矩与电枢电流成正比,所以运算时,沟通就要计及电压降 影响,直流不计入；鼠笼式电动机一般只校核起动转矩,最大转矩要高于起动转矩；沟通绕线电动机、沟通变频电动机与直流电动机需校核最大转矩；名师归纳总结 鼠笼电动机的最小起动转矩MAmin必需满意第 12 页,共 13 页MAmin1 4.Msmax（2-2-8）绕线沟通电机的最大转矩Mmax必需满意Mmax.18 Msmax（2-2-9）沟通变频电动机与直流电动机的最大转矩Mmax必需满意Mmax.14 Msmax（2-2-10）上面各式中的Msmax是机构折算至电动机轴上的最大静载转矩；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 13 页