修學(xué)強

（陜西國防工業(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

起重機械主要用于裝卸和搬運物料，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。使用起重運輸機械，能減輕工人勞動強度，降低裝卸費用，減少貨物的破損，提高勞動生產(chǎn)率，是實現(xiàn)生產(chǎn)過程機械化和自動化不可缺少的機械設(shè)備。

本文結(jié)合生產(chǎn)實際要求設(shè)計了一種5 t/30 t的橋式起重機，該起重機機由工作機構(gòu)、工程材料和動力系統(tǒng)三部分組成的，設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖1、2所示。

（1）工作機構(gòu)

該起重機的工作機構(gòu)由起升、運行和變幅機構(gòu)組成。起升機構(gòu)是升降重物的機構(gòu)，它是起重機械最主要的機構(gòu)，該起重機械有兩套起升機構(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。運行機構(gòu)是使起重機械或起重小車行走的機構(gòu)，該起重機在設(shè)計時保留了大車（最長行程）和小車（最短行程）兩個行走機構(gòu)。變幅機構(gòu)是使起重機械臂架傾角變化,改變幅度的機構(gòu)。

圖1 5 t/30 t的橋式起重機

圖2 5 t/30 t的橋式起重機行走機構(gòu)

（2）工程材料

工程材料主要指橋式起重機的主要金屬結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)要保障設(shè)備良好的運行穩(wěn)定性、抗震性和適當(dāng)?shù)膭偠?，需要對結(jié)構(gòu)的靜剛度等參數(shù)進(jìn)行分析計算，在這里不加重點敘述。

（3）動力系統(tǒng)

動力裝置是驅(qū)動起重機械運動的動力設(shè)備。它在很大程度上決定了起重機械的性能和構(gòu)造特點。起重機械的控制系統(tǒng)包括操縱裝置和安全裝置。各種機構(gòu)的起動、調(diào)速、改向、制動和停止，都是通過操縱控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。

2 電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)設(shè)計需要重新設(shè)計了一套電控系統(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，力求做到操作簡單方便、控制全面有效、超程及時保護(hù)、耗損迅速斷電。由于生產(chǎn)現(xiàn)場中橋式起重機大車橋架跨度比較大，在兩側(cè)分別裝置兩個規(guī)格相同的電動機M3和M4拖動，沿著長程（大車運行）軌道縱向的兩個方向同速運行，小車移動機構(gòu)由一臺電動機M2拖動，沿著固定在大車橋架上的小車軌道做橫向兩個方向的運動，主鉤升降由電機M5拖動，副鉤升降由電機M1拖動，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。為保證橋式起重機在運行過程中的安全性，移動部件需在極限位置上安裝擋鐵，在任何一個擋鐵觸碰到行程開關(guān)時斷開電路，停止設(shè)備運行，在一切檢查就緒后重新通電使起重機正常運行。

起重機上的5臺電機均采用電磁抱閘制動，這種制動方式結(jié)構(gòu)簡單，便于維修，出現(xiàn)問題能夠及時更換處理，比起其它制動方式更加可靠，并能夠減少由于過多的控制線路所造成的維修問題，其中主鉤制動電磁鐵YA5，副鉤制動電磁鐵YA1，小車制動電磁鐵YA2，大車制動電磁鐵YA3與YA4，YA1—YA4為兩相，YA5、YA6為三相，當(dāng)電動機通電時，電磁鐵放開制動器，當(dāng)電動機斷電時，電磁鐵制動。

3 電氣多功能控制說明

（1）啟動運行

操作人員按下啟動按鈕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定子，此時凸輪控制器手柄均在零位，電機不會運轉(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凸輪控制器來進(jìn)行,下面以大車控制過程為例來分析多功能調(diào)速控制的實現(xiàn),小車與副鉤的控制過程與大車相同。

轉(zhuǎn)動凸輪控制器SA3手柄向后旋轉(zhuǎn)1個角度后，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 M3、M4 接通電源，YA3、YA4 通電，制動器放開，此時轉(zhuǎn)子串聯(lián)了全部電阻，具有較大的啟動轉(zhuǎn)矩和較小的啟動電流，大車以最低的轉(zhuǎn)速慢慢向后運行。

再轉(zhuǎn)動凸輪控制器SA3手柄向后旋轉(zhuǎn)1個角度后，處于位置2狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子電阻控制觸頭3R3、4R5接通,電機M3、M4轉(zhuǎn)子各切除一段3R、4R中的電阻,電機轉(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，電機轉(zhuǎn)速逐漸升高，當(dāng)轉(zhuǎn)子電阻全部切除時，轉(zhuǎn)速達(dá)到最高。

當(dāng)凸輪控制器向前旋轉(zhuǎn)時，其過程與上述正好相反，電機反向旋轉(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，全部斷電，制動器開始制動，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

主鉤電機是整個橋式起重機中最為重要的部分，是工作量最大，承載量最高的電機，所以主鉤電機采用主令控制器來實現(xiàn)多功能調(diào)速控制。主鉤運行有升降兩個方向，上升控制與凸輪控制器基本相似，區(qū)別是它通過接觸器來實現(xiàn)的。下降的過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”這三個檔位為制動下降位置，防止在吊有重載下降時速度過快，電機處于反接制動狀態(tài)，“3、4、5”這三個檔位為強力下降位置，主要用于輕載時快速下降。

4 控制系統(tǒng)的PLC改造

為了更好的控制橋式起重機大、小車運行，主、副鉤提升、下降重物及調(diào)速，解決起重機工作在斷續(xù)狀態(tài)操作頻繁、通斷次數(shù)較高、負(fù)載沒有規(guī)律性、時輕時重、經(jīng)常承受大的過載和機械沖擊的問題，將PLC應(yīng)用于起重機控制系統(tǒng)中，為了更好地克服這些缺點，提高運行可靠性，降低維護(hù)量，特對該橋式起重機的控制系統(tǒng)進(jìn)行了基于西門子226的PLC改造，依然可實現(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，具體程序控制過程見圖5。

圖5 PLC程序控制過程

5 結(jié)語

本設(shè)計可以順利實現(xiàn)5 t/30 t雙鉤橋式起重機的多功能調(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在橋式起重機控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用[J].機床電器,2007(10).

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

[3]劉超然等.橋式起重機在線協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)研究[J].機械設(shè)計與制造,2013(9).