大吨位起重机起升机构电气系统设计

探析起重机电气控制系统内蒙古赤峰 024000摘要：起重机电气控制系统当中，非常重要的一项内容是安全与可靠。

因为起重机的机构之间存在着相对复杂的工况，促使控制系统线路变得更为复杂化，不利于调试工作的积极开展，也不利于维护与维修工作的顺利实施。

从传统故障当中发现，当起重机电气控制系统发生故障的时候，需要立即采取停机操作，并且要由专业工作人员，详细排查复杂的电气控制系统中存在的故障。

关键词：起重机；电气控制系统如今我国运输业的快速发展，起重机在运输装卸过程工作中广泛应用。

而起重机的运作离不开各种电气设备的支持，但电气故障的出现对起重机的运作效率和安全性都带来了不利影响。

对此文章围绕起重机电气设备危害因素的影响进行分析，就危害因素的应对提出了系统优化设计的相关问题分析，并探讨电气设备危害因素的预防策略。

1起重机控制系统的发展趋势信息科学技术的发展促进起重机控制向信息化、智能化的方向发展。

在现代信息科学技术中愈来愈多地采用了语音识别技术、图像识别与处理技术、传感控制技术等智能控制技术，并引入专家控制、模糊控制等先进的控制理论。

近年来智能技术的研究持续开展并且取得了较大的进步，随着认知科学与电子信息技术的发展，人工智能技术在各行业将会愈来愈多地得到应用。

同时，智能技术的发展也将促进起重机自动化水平的提高，对我国工业化的发展起到积极的促进作用。

2起重机电气控制系统的设计思路2.1可靠性设计对于产品的预期安全和失效状态进行预估，这是保障可靠性设计能够顺利进行的关键点，也是针对性提升产品可靠性的核心环节。

配置产品系统子集的冗余设计指标，比如元器件、组件和执行单元等，是在起重机电气控制系统冗余设计初期需要开展的关键工作，起重机电气控制系统投入运行后的工作状态，应该通过分析其功能、元器件、使用环境和多因素之间的相互关系进行预估。

为了能够对起重机电气控制系统在实际工作环境下的工作状态、工作能力和寿命进行预测，需要建立力学模型与数学模型，并在故障数据统计分析和试验的帮助下，完成起重机电气控制系统的冗余设计。

起升机构设计说明书设计内容计算与说明结果1）确定起升机构传动方案，选择滑轮组和吊钩组设计参数:（1）起重量:主钩10t（2）跨度:L=22m（3）最大起升高度: H=16m（4）起升速度V=7.6m/min小车运行速度V=46m/min大车运行速度V=76m/min（5）工作级别A4（6）JC值:251.起升机构计算按照布置宜紧凑的原则，决定采用如下图5-1的方案。

按Q=10t，查[1]表4-2取滑轮组倍率m=4，承载绳分支数：Z=2m=8图5-1 起升机构计算简图查起重机设计手册附表9选长型吊钩组，图号为图3-4-22（b）。

得其质量：G0=697kg两端滑轮间距 A=376mm并根据工作级别和起重量从表3-4-2中选择吊钩m=4Z=8选长型吊钩组，图号为图3-4-22（b）2）选择钢丝绳3）确定滑轮及滑轮组主要尺寸LM20-M,材料为DG20。

若滑轮组采用滚动轴承，当m=4，查[1]表2-1得滑轮组效率ηh=0.982.钢丝绳的选择钢丝绳所受最大拉力：S max =Qg/2mηh=98.042.8925000⨯⨯⨯=31.25KN按选择系数C确定钢丝绳直径d(mm)机构工作级别M5，取w=0.46,k=0.82,n=5,bσ=1550MP a则有C=0.1d=C Smax=0.1×31250=18.38mm查起重机设计手册选用纤维芯钢丝绳6w(19)-22.5-1550-I-光-SZ GB 1102-74，钢丝公称抗拉强度1550MP a，光面钢丝，左右互捻，直径d=22.5mm，钢丝绳最小破断拉力[S b]=328KN，标记如下：钢丝绳 6w(19)-22.5-1550-I-光-SZ GB 1102-743.滑轮组的选择3.1滑轮的许用最小直径：D≥ed⨯=5.2220⨯=450mm式中系数e=20由起重机设计手册表3-2-1查得。

由[1]附表2选用滑轮直径D=600mm。

滑轮的绳槽部分尺寸可由[1]附表3查得。

30T桥式起重机起升机构设计
一、起升机构方案的选择
起升机构一般由驱动装置(包括电动机、联轴器、制动器、减速器、卷筒等)、钢丝绳卷绕装置(包括钢丝绳、卷筒、定滑轮和动滑轮)、取物装置和安全保护装置组成。

电动机驱动是起升机构的主要驱动方式。

当起重量在50t以下时，常见的桥式起重机的起升机构布置方式如图1所示；
1-电动机；2-联轴器；3-传动轴；4-制动器；5-减速器；6-卷筒；
7-轴承座；8-平滑滑轮；9-钢丝绳；10-滑轮组；11-吊钩
图1起升机构配置方案
当起重量在20-30t时，常见的起升机构钢丝绳卷绕如图2所示。

采用双联滑轮组，滑轮组倍率m=4。

图2 钢丝绳卷绕示意图
二、根据已给定的起升机构方案，结构所学知识，具体应完成的任务如下：
1．起升机构方案的选择
2．起升机构设计计算
1）钢丝绳、滑轮和卷筒直径的确定
2 )吊钩滑轮组的选择和验算（包括吊钩的选择、吊钩螺母、止推轴承、吊钩横梁、滑轮及滑轮轴承的计算与选择）
3）卷筒的计算与选择
4）电动机的确定与校核
5）减速器的选用
6）制动器的选择
7）联轴器的选择
8）起动时间和制动时间验算。

起重机起升机构的组成及安全设计计算1．起升机构组成起升机机构由驱动装置、传动装置、卷绕系统、取物装置、制动器及其他安全装置等组成，不同种类的起重机需配备不同的取物装置，其驱动装置亦有不同，但布置方式基本上相同。

典型起升机构平面布置见图8-1。

图8-1 起升机构传动简图1-电动机 2-联轴器 3-制动器 4-减速器 5-联轴器 6-卷筒7-钢丝绳 8-吊钩滑轮组 9-上升极限位置限制器起重量超过10t时，常设两个起升机构：主起升机构（大起重量）与副起升机构（小起重量）。

一般情况下两个机构可分别工作，特殊情况下也可协同工作。

副钩起重量一般取主钩起重量的20%--30%；（1）驱动装置。

大多数起重机采用电动机驱动，布置、安装和检修都很方便。

流动式起重机（如汽车起重机、轮胎起重机等）以内燃机为原动力，传动与操纵系统比较复杂。

（2）传动装置。

包括减速器、联轴器和传动轴。

减速器常用封闭式的卧式标准两级或三级圆柱齿轮减速器，起重量较大者有时增加一对开式齿轮以获得低速大力矩。

为补偿吊载后小车架的弹性变形给机构工作可靠性带来的影响，通常采用有补偿性能的弹性柱销联轴器或齿轮联轴器，有些起升机构还采用浮动轴（也称补偿轴）来提高补偿能力、方便布置并降低磨损。

（3）卷绕系统。

它指的是卷筒和钢丝绳滑轮组。

桥架类型起重机采用双联滑轮组，单联滑轮组一般用于臂架类型起重机。

（4）取物装置。

它是根据被吊物料的种类、形态不同，采用不同种类的取物装置。

取物装置种类繁多，使用量最大的是吊钩。

（5）制动器及安全装置。

制动器既是机构工作的控制装置，又是安全装置，因此是安全检查的重点。

起升机构的制动器必须是常闭式的。

电动机驱动的起重机常用块式制动器，流动式起重机采用带式制动器，近几年采用了盘式制动器。

一般起重机的起升机构只装配一个制动器，通常装在高速轴上（也有装在与卷筒相连的低速轴上）；吊运炽热金属或其他危险品，以及发生事故可能造成重大危险或损失的起升机构，每套独立的驱动装置都要装设两套支持制动器。

代 号数 据Q 350000H 28V7.078G 40000Qq m 4a 10η10.9S初选钢丝绳直径（mm ）d s36钢丝绳破断拉力（kg ）p81600安全系数n n=p/S D 工作圈ng 安全圈no 卷筒螺距t 固定圈nd起升机构设计计算项 目公 式起重量（kg ）起升高度（m ）起升速度（m/min ）工作级别吊具重量（kg ）起升载荷（kg ）Qq=Q+G 绳系数目钢丝绳倍率滑轮组效率一、钢丝绳的受力计算：钢丝绳所受拉力（kg ）S=Qq/(ma η1)二、卷筒和滑轮直径的确定：计算卷筒直径（mm ）D ≥e d工作长度Lo 固定长度L2中间空白L3两端空白L1卷筒总长LDh1000M js η20.99单层双层折返双层同向n js M j η0.85N j N e 132n 588t q GD 22401020M p q M 40e N 40e 75n 700M q max计算滑轮直径(mm)D h ≥e 1d s初选滑轮直径(mm)注：平衡滑轮直径允许取为动滑轮直径 的0.6倍，推荐取其直径相等。

三、起升机构传动构件的扭矩与转速计算：1.卷筒轴上的扭矩（kg.m ）M js =SD js m/(2η2)卷筒效率（相当于一个滑轮）根据不同缠绕方式所确定的计算直径(m)D js0.624D js =D j +d sD js =D j +2.73d sD js =D j +1.87d s2.卷筒轴转速(rpm)n js =n/i3.电机轴上的静力矩(kg.m)M j =M js /(i η)起升机构的效率四、电机的选择：1.按静功率初选电机电动机静功率(kW)N j =Q q v/(6120η）初选电动机功率(kW)初选电动机转速(rpm)2.起动时间（s ）t q =1.2GD 2n/(375M p q -375M j ) +0.975Q q v 2/[n(M p q -M j )η]高速转动部件的总飞轮矩(kg.m 2)电机的飞轮矩(kg.m 2)联轴器的飞轮矩(kg.m 2)制动轮的飞轮矩(kg.m 2)电机平均起动力矩(kg.m)M p q =(1.5~1.6)M 40e 电机额定力矩(kg.m)M 40e =975N 40e /n电机在JC40%时的额定功率(kW)电机在JC40%时的额定转速(rpm)电机的最大起动力矩(kg.m)M q max =M max =φM 40eφ 2.64M p q M q minaI 初选减速器传动比I'48.57vMt zS z [S z ]M 电机的过载倍数3.电机起动可靠性校核注：对重级或重级以上的起升机构可不进行此校核。

起重机的电气控制系统 The manuscript was revised on the evening of 2021起重机的电气控制系统一、概述起重机钢结构负责载荷支承；起重机机构负责动作运转；起重机机构动作的起动、运转、换向和停止等均由电气或液压控制系统来完成，为了起重机运转动作能平稳、准确、安全可靠是离不开电气有效的传动、控制与保护。

二、起重机电气传动起重机对电气传动的要求有：调速、平稳或快速起制动、纠偏、同步保持、机构间的动作协调、吊重止摆等。

其中调速常作为重要要求。

一般起重机的调速性能是较差的，当需要准确停车时，司机只能采取“点车”的操纵方法，如果“点车”次数很多，不但增加了司机的劳动强度，而且由于电器接电次数和电动机起动次数增加，而使电器、电动机工作年限大为缩短，事故增多，维修量增大。

有的起重机对准确停车要求较高，必须实行调速才能满足停准要求。

有的起重机要采用程序控制、数控、遥控等，这些技术的应用，往往必须在实现了调速要求后，才有可能。

由于起重机调速绝大多数需在运行过程中进行，而且变化次数较多，故机械变速一般不太合适，大多数需采用电气调速。

电气调速分为两大类：直流调速和交流调速。

直流调速有以下三种方案：✧固定电压供电的直流串激电动机，改变外串电阻和接法的直流调速；✧可控电压供电的直流发电机——电动机的直流调速；✧可控电压供电的晶闸管供电——直流电动机系统的直流调速。

直流调速具有过载能力大、调速比大、起制动性能好、适合频繁的起制动、事故率低等优点。

缺点是系统结构复杂、价格昂贵、需要直流电源等。

交流调速分为三大类：变频、变极、变转差率。

✧变频调速技术目前已大量地应用到起重机的无级调速作业当中，电子变压变频调速系统的主体——变频器已有系列产品供货。

✧变极调速目前主要应用在葫芦式起重机的鼠笼型双绕组变极电动机上，采用改变电机极对数来实现调速。

✧变转差率调速方式较多，如改变绕线异步电动机外串电阻法、转子晶闸管脉冲调速法等。