史国栋毕业设计 门座起重机的结构原理及润滑.doc

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1、唐山工业职业技术学院 毕业设计（论文）课 题 名 称：门座式起重机的结构原理及润滑系 别： 自动化系 专 业 班 级：09机电11班 学 生 姓 名： 史国栋 指 导 教 师： 王震生 二O一一年 12 月目录摘 要1引言11 门座式起重机简介21.1使用标准42 起升机构、 变幅机构、回转机构和行走机构原理62.1起升机构工作原理62.2变幅机构工作原理72.3回转机构工作原理72.4行走机构工作原理83 PLC控制器和变频器技术在门机上的应用83.1 PLC控制器与变频器调速原理83.1.1 PLC控制器83.2 系统工作构成93.2.1 系统组成93.2.2 系统工作原理93.3 电机选

2、用93.4 使用效果103.5 结语104 PLC应用案例105门机集中润滑原理及常见故障175.1系统组成与工作原理175.2常见故障及解决方法19结 论20参考文献20致 谢20摘 要起重机用吊钩或抓斗作业，主要用于港口码头装卸散货和件杂货。该机结构是四连杆臂架系统，货物在变幅过程中水平移动，平衡系统采用杠杆系统，使变幅平稳，并降低了变幅所需功率。本机主要包括四大机构，即起升、变幅、旋转和行走机构，四大机构全部采用交流变频器装置调速控制，整机采用GE90-30的PLC控制，使各个机构具有良好的调速性能，工作时无严重冲击和异常响声，振动小，运动平稳，工作可靠。变幅机构采用齿条变幅，结构简单，

3、传动可靠。旋转机构采用立式行星减速器和齿轮传动。起升机构是相同的两套卷扬装置，它们可以分别动作或共同动作。本起重机的起升、变幅、旋转等机构可在允许的额定载荷下进行单独或联合作业，操作方便，动作灵活。行走机构主要用于非工作时移动起重机用，为非工作性机构。 本机的臂架系统、转盘、立柱、平衡梁等结构件采用Q345B材料制成，臂架系统采用箱形结构，上转柱、转盘等为板梁或混合结构。 操作室位于起重臂右侧方，高度约为25米，视线良好。操作室、机器房采用成品铝合金窗，机房前后门采用钢质推拉门，电气室门采用塑钢平开密封门，操作室壁装设有隔热层和冷热空调；机器房的板壁采用带隔热层的复合材料。 本机采用三相四线1

4、0KV、50HZ电源，由高压电缆引至电缆卷筒，经高压控制柜高压变压器降压至400V后，再经过换相开关滑环集电器给各机构供电，门机电缆收放有效距离为150米。本起重机行走机构安装有手动防爬楔、防风系统等防风安全装置。本机还设有行走声光报警装置及各机构动作的行程开关等安全装置引言在目前，减速机广泛应用于传递动力与运动的机构中，几乎在各式机械的传动系统中都可以见到减速机的踪迹，从交通工具的船舶、汽车、机车，建筑用的重型机具，机械工业所用的加工机具，自动化生产设备，到日常生活中常见的家电等等。其应用从大动力的传输工作，到小负荷、精确的角度传输都可以见到减速机的应用，且在工业应用上，减速机具有减速及增加

5、转矩功能,因此广泛应用在速度与扭矩的转换设备上。而且随着工业的发展和工厂的自动化，其利用减速机的需求量日益成长。但随着减速机被广泛应用的同时，它的一些问题也随之暴露，减速机漏油便是它的主要问题之一。减速机漏油不仅污染环境、增加成本，而且还会严重影响其使用寿命，严重时还会引起减速机少油、断油，使齿轮啮合面磨损加剧，进而发生咬焊或剥离，导致设备事故，给使用厂家造成不可估计的损失。因此解决减速机的漏油问题已成为当今生产厂家及使用厂家的一个重点问题。门座起重机是随着港口事业的发展而发展起来的1890年,第一次将幅度不可变的固定式可旋转臂架型起重机装在横跨于窄码头上方的运行式半门座上，成为早期的港用半门

6、座起重机随着码头宽度的加大,门座和半门座起重机并列发展，并普遍采用俯仰臂架和水平变幅系统。第二次世界大战后，港用门座起重机迅速发展为便于多台起重机对同一条船进行并列工作,普遍采用了转动部分与立柱体相连的转柱式门座起重机(图1转柱式门座起重机),或转动部分通过大轴承与门座相连的滚动轴承式支承回转装置,以减小转动部分的尾径,并采用了减小码头掩盖面（门座主体对地面的投影）的门座结构。在发展过程中，门座起重机还逐步推广应用到作业条件与港口相近的船台和水电站工地等处。1 门座式起重机简介门座式起重机主要包括四大机构，即起升、变幅、旋转和行走机构，四大机构全部采用交流变频器装置调速控制，整机采用GE90-

7、30的PLC控制，使各个机构具有良好的调速性能，工作时无严重冲击和异常响声，振动小，运动平稳，工作可靠。变幅机构采用齿条变幅，结构简单，传动可靠。旋转机构采用立式行星减速器和齿轮传动。起升机构是相同的两套卷扬装置，它们可以分别动作或共同动作。1.行走机构2.电缆卷筒3.梯子平台系统4.圆筒门架5.转台总成6.变幅机构7.机器房8.超负荷装置9.立柱平衡系统10.集中润滑系统11.臂架系统12.起升机构13.回转机构14. 电气系统15. 中心受电器装配16.司机室17. 吊钩总成18. 防风拉索19. 高压电气房20.锚定装置21.防转装置22简易吊门座式起重机的起升、变幅、旋转等机构可在允许

8、的额定载荷下进行单独或联合作业，操作方便，动作灵活。行走机构主要用于非工作时移动起重机用，为非工作性机构。 门机的臂架系统、转盘、立柱、平衡梁等结构件采用Q345B材料制成，臂架系统采用箱形结构，上转柱、转盘等为板梁或混合结构。 操作室位于起重臂右侧方，高度约为25米，视线良好。操作室、机器房采用成品铝合金窗，机房前后门采用钢质推拉门，电气室门采用塑钢平开密封门，操作室壁装设有隔热层和冷热空调；机器房的板壁采用带隔热层的复合材料。 门机采用三相四线10KV、50HZ电源，由高压电缆引至电缆卷筒，经高压控制柜高压变压器降压至400V后，再经过换相开关滑环集电器给各机构供电，门机电缆收放有效距离为

9、150米。门座式起重机行走机构安装有手动防爬楔、防风系统等防风安全装置。门机还设有行走声光报警装置及各机构动作的行程开关等安全装置。 1.1使用标准欧洲搬运工程协会起重机设计规范 FEM 美国齿轮制造协会 AGMA 国际电工委员会 IEC中国起重机安全规范 GB/T16067-85中国起重机设计规范 GB3811-83瑞典工业标准SIS钢板除锈及油漆标准 美国焊接协会焊接标准计量标准：国际单位制ISO1.2设计环境参数工作状态最大风速： 20米/秒非工作状态最大风速： 55米/秒工作环境温度: -20.936.3平均相对湿度： 66%最大相对湿度： 79%最小相对湿度： 60%表1 起重机主要

10、性能参数表名 称单 位参 数工作级别 A8起 重 量t40幅 度最大幅度m37最小幅度m11起升高度轨面上m32（吊钩）、20（抓斗）轨面下m19工作速度起升速度m/min55（重载）70（空载）变幅速度m/min45回转速度R/min1.2行走速度m/min26电动机起升电机YZP2400L1-6DMC 250KW2变幅电机YZP2280S-6 55KW1回转电机YZP2280S-6 55KW2行走电机YZP2160L-6 11KW8轨 距基 距m10.514最 大 轮 压KN310装 机 容 量KW753转台尾部回转半径m9电 源3相 AC10Kv 50Hz高 度59.037m重 量586

11、T1.3供电电源码头三相四线制10KV高压电源经过一只高压电缆卷筒, 分别送入高压柜高压变压器和换向开关柜内，变压器低压侧输出400V后经过换向开关控制柜内的换向刀闸开关，经中心受电器送入电源柜，送入总空气开关，在空气开关的上桩头，接入三相电源，通过不同的空气开关分别控制风机、维修电源箱、照明、二次控制电源。主空气开关P2Q1及主接触器P7ZXC1、P7ZXC2等分段保护，照明供电及二次控制属动力开关超前接法，照明及动力控制严格分开，各机构都设有独立的一次空气开关和二次控制开关，PLC中CPU、输入模块和输出模块都设有各自独立的控制开关。2 起升机构、 变幅机构、回转机构和行走机构原理2.1起

12、升机构工作原理起升机构由两台安川变频器CIMR-G7A4300分别控制两台YZP2400L-6 250KW电机进行起、制动运行，保证机构的安全、正常运行。起升机构通过转换开关C5SA1可实现单双机运行；通过右联动台上的操作手柄，可实现单机开闭抓斗和双机起升；每台电机配备了一台制冷风机以保证变频电机的散热。PLC控制原理：手柄在零位，相序正常，起升无故障，风速仪风速（风速达到18m/s时间断音响报警；风速达到20m/s时长音报警，并输出继电器触点断电信号）在正常范围内，超负荷（95%额定起重量时有灯光显示和声音报警，110%额定起重量时，输出继电器触点延时断电信号）正常，不作行走运行，起升无故障

13、时，机构允许升降。若超负荷超出正常的范围，则只允许下降不允许上升。若在正常上升范围内，不超负荷，上升操作允许；在正常下降范围内，下降操作允许。另外，起升机构还装有起安全保护作用的多功能限位，限位能够实现正常升降位置前的减速、自动停止和极限位置时的紧急停止。起升机构的电机上还装有超速保护开关，以保证起升机构的正常工作。2.2变幅机构工作原理变幅机构由一台安川变频器CIMR-G7A4090驱动一台YZP2280S-6 55KW电机进行起、制动运行；变幅电机配备脉冲编码器，与变频器一起实现闭环调速控制。为了使变幅机构能安全可靠的运行，变幅电机设一台制动器和一台制冷风机。PLC控制原理：主令控制器置零

14、位，相序正常，风速正常，变幅无故障，不作行走运行。增幅档时，不超负荷 ，限位正常，增幅操作允许，增幅指令依次输入到PLC，由PLC程序控制电机的运行，不论增幅（或减幅）、变幅制动器都打开，当手柄回零时，制动器延时抱闸，变幅机构到达最大（最小）幅度前会自动减速并最终停止。变幅机构的限位能够实现最大最小幅度前的自动减速，自动停止。另外还在臂架的下铰点处装有最大最小幅度的紧急停止限位开关。变幅电机上还装有超速保护开关以保证变幅机构的正常工作。2.3回转机构工作原理回转机构由两台安川变频器CIMR-G7A4110分别驱动两台YZP2280S-6（立式） 55KW电机进行起、制动运行；为了使回转机构能安

15、全可靠的运行，回转电机设一台制冷风机。为了实现回转准确停车，机构设有脚踏液压制动。PLC控制原理：回转主令置零位，风速仪正常，相序正常，回转无故障，回转手刹打开，不作行走运行，零位合上且自锁，主令置左旋档，回转脚踏处于正常位置，左旋允许。主令置右旋档，回转脚踏处于正常位置，右旋允许。2.4行走机构工作原理行走机构由八台YZP2160L-6，11KW电机通过与起升机构中的支持变频器或开闭变频器共用切换进行起、制动运行。此时转换开关C4SA6应在“机上行走”位置或者“地面行走” 位置。当转换开关C4SA6在“机上行走”位置时，由联动台上的主令控制行走机构的多速运行或停止；当转换开关C4SA6在 “

16、地面行走”位置时，由地面行走操作按钮控制行走机构的低速运行或停止，此种情况一般应用在进行锚定作业时用于准确对位。PLC控制原理：行走主令置零位，行走无故障，各工作机构停止运行，电缆在正常行程范围内，风速仪正常，相序正常，锚定及防爬提起，行走零位置1且自锁，不论左行、右行，联动台手柄操作后，制动器自动打开，停止运行时，制动器延时抱闸，电缆卷筒电机在行走运行停止后方可断电。只要有行走运行信号，在行走前，声光报警器就开始报警；停止运行后，声光报警器延时断电。3 PLC控制器和变频器技术在门机上的应用3.1 PLC控制器与变频器调速原理 3.1.1 PLC控制器 PLC是可编程控制器的简称，可编程控制

17、器是一种数字运算操作的电子系统，是1台专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入、输出接口，并且具有较强的驱动能力。当PLC投入运行后，其工作过程一般分为3个阶段，即输入采样，用户程序执行和输出刷新3个阶段。完成上述3个阶段称为1个扫描周期，在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行3个阶段，见图1。在输入采样阶段，PLC控制器以扫描方式依次读入各类按钮、开关类电器主令控制器的输入状态和数据，并将它们存入I0(输入输出)映象区中的相应单元内。在用户程序执行阶段，PLC控制器总是按顺序由上而下的依次扫描，预编好的各种软继电器及其触点组成逻辑程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图

18、时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路图进行逻辑运算，然后根据逻辑运算结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM 储存区中对应的状态，或者刷新该输出线圈在I0 映象区中对应位的状态；确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。当扫描用户程序结束后，PLC控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I0映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的被控负载，如各种电磁阀线圈、接触器、信号指示灯或变频器等执行电器，这时才是PLC控制器的真正输出。3.2 系统工作构成 3.2.1 系统组成 MQ530门机最大起升高度30

19、 m，最大起重负荷5 t。变频控制器采用ABB公司ACS600系列变频器，该变频器采用了适合于起重作业的DTC直接转矩控制理论。起升机构为双钩2台55 kW 变频电机，2台ABBACS600120变频器；变幅机构为1台22 kW 变频电机，1台ABBACS60040变频器；旋转机构为1台3Okw 变频电机；行走机构为4台75 kW 变频电机，旋转和大车行走共用1台ABBACS6007O变频器。PLC控制器采用GE公司FANUC系列9030可编程控制器，有1个CPU模块，1个通讯模块，2个电源模块，7个输入模块，3个输出模块，它与ABB公司ACS600系列变频器之间的数据交换，是通过Profib

20、us现场总线组成网络来实现。 3.2.2 系统工作原理 门机的运行过程首先是全车通电，PLC控制器和变频器得电后，进行初始化自检和诊断。在PI C控制器输入模块和输出模块上有相应的灯亮，代表一切正常，具备开机条件。通过PLC控制器指示灯的反应，能够使维修人员很快的找到设备故障点。开机时PLC控制器先将接收到的驾驶室操纵杆信号，转换为调速系统可直接处理的数字信号，然后通过Profibus现场总线网络传送到相应的变频器上，在完成PLC控制器对变频器控制的同时，还将变频器的运行状态，通过通讯网络Profibus现场总线，反馈到PLC控制器上，实现对整机状态的实时控制。变频器将所得到的信号再处理后输送

21、到下端变频电机，使电机平稳的起降、旋转作业，最终将货物装卸完毕。升降变幅旋转升降电机变幅电机旋转电机操作杆信号Plc控制器数字信号变频器现场总线 plc控制门机作业流程图3.3 电机选用 在电动机的调速系统中，应注意电机在低速运行时的发热和散热的规律及状况。普通电机主要是利用转子上的叶片来散热，当转速下降时，散热效果将变差，从而会影响电动机实际的带负载能力。因此，电机选用变频电机，该电机的散热是靠一个独立的风扇电机来完成的，这就比原使用的电机在性能上又有了很大的提高。 3.4 使用效果 由于使用专用的DTC直接转矩控制方式变频器，和变频器专用电机组成的调速系统，在性能上已经达到和超过直流伺服系

22、统，升降、变幅、旋转速度可精细调整，各项位置精度得到提高。采用鼠笼式变频电机，大大减少了电机的维护工作量，同时电气控制系统得到简化，省去了频繁工作的交流接触器和电机正反转接触器，解决了频繁更换元器件的问题。改造前装卸每吨物品用电量为028 kW h，改造后装卸每吨物品用电量为022 kW h，电能的消耗明显下降，降低了生产成本。 3.5 结语 新门机使用PLC控制器控制变频器调速后，在调速范围内方便连续控制，即无级调速、调速平稳、精度高、效率高等性能。使得各机构运行平稳，机械冲击力小，延长了门机使用寿命，减少了故障发生率。4 PLC应用案例零位条件必须包含的内容：1、手柄零位档，并由零位条件输

23、出自锁。2、主电源空开辅点及主电源接触器辅点信号，无主接触器的就用分接触器辅点信号。3、机构空开辅点信号：电源、制动器、风机空开辅点。4、过电流、热继电器等保护信号。5、变频器故障、制动单元故障。6、制动器接触器故障7、两个机构共用变频器时要把该机构的电机接触器信号和另一个机构接触器的常闭点做进零位条件。(ABB 7.4以前版本变频器做电机切换要把“用户宏1或用户宏2有效”信号做进零位！)8、两个机构联动时，应把两个机构的零位条件串起来一起，并且在单动时可旁路另个机构的零位条件。9、行走机构辅助机构较多，有防爬、电缆卷筒等，（防爬的控制回路不能放在零位条件自锁条件内），所有辅助机构的保护信号也

24、要进零位条件。10、零位条件在程序中是很重要的部分，请各位调试人员多提宝贵意见，不断完善程序。零位保护、风机空开、联动情况说明：制动器故障说明：超速故障例子：电机切换程序说明：旋转机构的零位条件还应该加入锚定限位、手刹限位和制动脚踏限位（当为电动控制制动器抱闸时，不要将制动脚踏限位放在零位条件中），例子：程序运行条件：运行条件就是电机的正、反转信号输出。应包括以下几点：1、终点限位。2、极限限位。（若有最终极限保护，极限限位动作要求断开机构电源）。3、超负荷限制。（限制起升上升、变幅增幅）4、手柄故障。5、正反转的互锁。6、其他特殊限制条件。（例如集装箱吊具与起升条件的相关联的信号等等）运行程

25、序例子：上升、下降条件：手柄故障：本段程序在通讯控制模式下适用：一、将读出的电流值与60%的额定电流值相比较，大于则输出，得出上升电流开闸的确认信号。二、将读出的电流值与40%的额定电流值相比较，大于则输出，得出下降电流的开闸确认信号。三、将读出的速度值与30转的转速相比较，小于则输出。四、将上面比较后的条件串到抱闸条件中。 五、在龙门吊刚性连轴的情况下对运行信号的要求 。六、抓斗/吊钩切换的门机在双机吊钩工况下，同样要求制动器同时停止。 5门机集中润滑原理及常见故障5.1系统组成与工作原理集中润滑系统由供脂泵总成、电控二位四通换向阀、压差开关、分脂器、电控箱及输脂管道组成。供脂泵总成包括柱塞

26、泵、微型行星齿轮减速器、电机、贮脂桶、压脂板、单向阀、安全阀及压力表。供脂泵将润滑脂从贮脂桶吸出，通过二位四通换向阀向分脂器A口供脂，推动分脂器控制活塞移到上止点。此时工作活塞下进油口打开，下腔润滑脂推动工作活塞上移，将上腔内的润滑脂从A口压出向其所对应的润滑点注脂，直到工作活塞移到上止点时停止注脂，见图1、图2。此时压差开关下腔压力增高推动压差活塞向上运动，使行程开关动触头向上移动，触点3和4闭合，见图3，向电控系统发出脉冲电讯号，电控二位四通换向阀换向一次。此时开始向分脂器B口供脂直到控制活塞下止点，工作活塞下移，B口出脂向其所对应的点注脂，直到活塞到下止点时，停止注脂。这时压差开点上腔的

27、压力增高推动压差活塞下移直到定触点1和2闭合，给控制系统发出电脉冲讯号实现换向，从而完成一个注脂周期。如此反复不停地向各润滑点供给润滑脂。5.2常见故障及解决方法压力表压力指示正常，但电控二位四通换向阀不换向。压差开关行程调整与压差柱塞行程不匹配是造成此现象主要原因。通常将行程开关动触点调在行程量中间位置就能解决此故障。其次是行程开关供电线路断开或控制系统接线头断开。检查行程开关或控制系统线路，把断开的线头接好。造成不换向的另一个原因是二位四通换向阀直流换向电机的保险烧毁。当发现保险烧毁时，可用手驱动直流换向电机输出端凸轮，看柱塞是否被异物卡住，如被卡住，使柱塞伸出后取出异物更换保险即可。压力

28、表指示压力达不到额定要求(为零或过低)发现此故障首先应检查管道有无漏油处，如有则应及时堵漏。其次，二位四通换向阀如果行程开关不断电换向阀不停换向，则应调整二位四通换向阀直流电机行程开关位置，直到动作正确为止。结 论门座式起重机由行走机构、起升机构、变幅机构、回转机构组成。采用了PLC、液压、变频控制、四连杆机构等多种高端技术，门座起重机有起升、回转、变幅和运行机构，前3种机构装在转动部分上,每一周期内都参加作业。转动部分上还装有可俯仰的倾斜单臂架或组合臂架及司机室。运行机构装在门座下部，用以调整起重机的工作位置带斗门座起重机，还装有伸缩漏斗、带式输送机等附加设备，以提高门座起重机用抓斗装卸散状

29、物料时的生产率。除电气保护装置外，还装有起重量或起重力矩限制器、起重机夹轨器等安全装置。参考文献1机械设计手册（上册，第二分册）第二版M北学工业出版社，1987. 2刘安俊主编.机械设计M. 北京：华中理工大学出版社,1995 4湛从昌主编.液压可靠性与故障诊断.北京：冶金工业出版社，19935嵇光国,吕淑华主编.液压系统故障诊断与排除.北京：海洋出版社, 19926何存兴,张铁华主编.液压传动与气压传动.武汉：华中科技大学出版社，2000致 谢本课题在选题及研究过程中得到任伟老师的悉心指导。老师的多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。王老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时两载，却给以终生受益无穷之道。对老师们的感激之情是无法用言语表达的。感谢唐山工业职业技术学院的老师和领导等对我的教育培养。他们细心指导我的学习与研究，在此，我要向诸位老师深深地鞠上一躬。