137 集装箱龙门起重机电气控制部分设计

说明书介绍了起重机的三大工作机构、常用电气设备和其电气控制部分的设计， 主要内容是起重机的电气设备和电气控制系统的设计。

第 1 章 轨道式集装箱门式起重机
1.1 概述
起重机械是一种对重物能同时完成垂直升降和水平移动的机械。在工业和民用建 筑工程中，起重机械作为主要施工机械用于建筑构件和材料在运输过程的装卸，并将 构件吊到设计位置进行安装等，不仅解决了人力无法胜任的作业，而且能保证工程质 量，缩短工期，降低成本，成为极其重要的建筑施工机械。
集装箱龙门起重机由普通龙门起重机发展而来，是专门用来装卸集装箱的一种起 重机，被广泛的用于码头、车站、货场等。集装箱龙门起重机最早出现于 1958 年。1965 年以后轨道式集装箱龙门起重机有了很大的发展，随后在 1971~1972 年轮胎式集装箱 龙门起重机又有显著的增多。
目前，国内外集装箱龙门起重机正朝着装卸自动化的方向发展，为了提高装卸效 率，采用计算机控制起重机的各种动作，它可以安全、准确的将集装箱搬运到指定的 位置。
门式起重机也是由机械传动、金属结构和电气设备三大部分组成。机械传动部分 又由起升机构、起重小车走行机构、大车走行机构等构成。即为门式起重机的三大工 作机构，它们分别实现吊装货物的上下升降，左右(横向)搬移和前后(纵向)搬运三个动 作，构成一个作业区域。
任何生产机械都由原动机、传动装置、工作机构和操纵控制设备等组成。如果以 电动机作为原动机来拖动生产机械的工作机构，则它的驱动、传动装置通常称为电力 拖动系统。该系统中的电动机、控制操纵部分，电气电路和电气器件等等习惯统称电 气设备。
起重机的工作速度包括起升、变幅、回转和行走等速度。 1、起升速度 起升速度是指起重吊钩上升或下降的速度，单位为“m/min”。起 重机的起升速度和起升机构的卷扬牵引速度有关，而且和吊钩滑轮组的倍率有关。2 绳比 4 绳快一倍；单绳双比双绳快一倍。一般表示起升速度参数，应注明绳数。 2、变幅速度 变幅速度是指吊钩从最大幅度到最小幅度的平均线速度，单位为
随着社会生产力的发展，起重机械在不断地发展和完善。这是因为．起重机械是 物流机械化系统中的重要设备。社会化大生产愈发展，人民生活水平愈提高，物料搬 运和人员的输送量就愈大，起重机械的应用范围也就愈广泛。根据人类生产和生活的 需要．许多具有持殊用途的新型设备不断出现。
门式起重机(也称门吊)是属于桥式类型起重机的一种，由于它的金属结构象门形框 架，承载主梁下安装两条文腿，可以直接在地面的轨道上走行，并且主梁两端具有悬 臂梁(主梁的延长)，相似“龙门”故称为龙门起重机。悬臂梁的作用可使起重小车在主 梁上的走行距离延长，扩大作业范围。
对于能配用几种不同臂长的起重机，对应每一种长度的起重臂都有其起重特性曲 线。 四、起升高度
起升高度是指自地面到吊钩钩口中心的距离，用“H”表示，单位“m”，它的参 数标定值通常以额定起升高度表示。额定起升高度是指满载时吊钩上升到最高极限， 自吊钩中心到地面的距离。当吊钩需要放到地面以下吊取重物时，则地面以下深度叫 下放深度，总起升高度为起升高度和下放深度的和。对于动臂式起重机，当起重臂长 度一定时，起升高度随着幅度的减少而增加，这一特性可以用起升高度曲线表示，它 和起重特性曲线相对应。 五、工作速度
心线的水平距离最大，为最大幅度；当起重臂仰到最大角度（一般水平夹角为 78°） 时，回转中心轴线到吊钩中心线距离最小，为最小幅度。对于小车变幅的起重臂，当 小车行到臂架头部端点位置时，为最大幅度；当小车处于臂架根部端点位置时，为最 小幅度。起重机的起重量，随幅度变化而变化，同一台起重机，幅度不同，其起重量 也不同。对于有支腿装置的轮式起重机，还应以有效幅度 A 表示，即用支腿侧向工作 时，在额定起重量下，吊钩中心垂线到该侧支腿中心线的水平距离。有效幅度反映起 重机的实际工作能力；没有使用支腿侧向工作时，则工作幅度用 A1（ 单胎）或 A2（双 胎）表示。 三、起重力矩
电气设备部分主要由电动机、电器元件和电气线路等组成。它将电力网中的电能
转变为机械能，实现起重机工作的目的，同时控制各工作机构按照工作要求进行作业。 电气设备的功用主要在于：由电动机将电能转变成机械能，通过传动装置拖动工
作机构；控制设备通过各种控制器件和电器元件用来控制电动机按工作机构的要求完 成各种动作。
“m/min”。 俯仰变幅起重臂的变幅速度也就是起重臂升起和降落的速度，一般落臂速度要快
于升臂速度。 3、回转速度 回转速度是指起重机在空载情况下，其回转台每分钟的转数，单
位为“r/min”。 4、行走速度 行走速度是指起重机在空载情况下，行走时最大的速度，单位为
“m/min”。 六、自重及质量指标
1、自重 起重机的自重是指起重机处于工作状态时起重机本身的总重，以“G” 表示，单位为“t”或“KN”。
2、质量指标 质量指标是指起重机在单位自重下有多大的起重能力，通常用质量 利用系数 K 表示，它反映了起重机设计、制造和材料的技术水平，K 值越大越先进。 起重机质量利用系数（ KN · m2 / KN ）的表示形式是以起重力矩和与此相对应的起升 高度来表示，如下式： K = QRH 。
起重机械的主要性能参数包括：起重量、工作幅度、起重力矩、起升高度以及工 作速度等。 一、起重量
起重量是指起重机能吊起重物的质量，其中应包括吊索和铁扁担或容器的质量， 它是衡量起重机工作能力的一个重要参数。通常称为额定起重量，用“Q”表示。起重 量的单位过去惯用“t”表示，现都用“KN”表示（10KN 约等于 1t）。起重机随着工 作幅度的变化，其起重量也随之变化。因此，额定起重量有最大起重量和最大幅度起 重量之分。最大起重量是指基本起重臂处于最小幅度时所允许起吊的最大起重量；最 大幅度起重量是指基本起重臂处于最大幅度时所允许起吊的最大起重量。一般起重机 的额定起重量是指基本起重臂处于最小幅度时允许起吊的最大起重量，也就是起重机 铭牌上标定的起重量。 二、工作幅度
起重机的电气设备主要有动力设备——电动机，操作电器——磁力起动器、凸轮 控制器、主令控制器、变频器、接触器、电阻器、继电器等，电气保护装置——保护 箱、过电流继电器、熔断器、行程限位开关、安全保护开关等；导电装置以及电气电 路——工作电路(主回路)和控制电路等组成。
集装箱门式起重机门式起重机的一种，是专门用来装卸和堆码集装箱的一种高效 率装卸设备。由于它的金属结构(骨架)也象“龙门”， 与前面所介绍的普通用途的门式 起重机类似，所以称为集装箱门式起重机。
本次设计的起重机为重庆寸滩港的轨道式集装箱门式起重机，该起重机采用双主 梁，跨距 40.5t-40m，两端有效悬臂 10m，可进行 20'到 40'国际标准集装箱的装卸、 转运及堆放等作业，进行集装箱门式起重机电气控制部分和小车机器房部分的设计， 电气控制部分采用三菱可编程控制器(PLC)控制，需画出电气原理图和电气布置，编写 PLC 梯形图程序，说明工作原理。设计起重机的机器房结构，并构建实体模型，编写设 计说明书。
起重机械的分类：起重机械的种类很多，按使用的动力设备可分为内燃机作动力 和电动机作动力两种；按起重机载荷率可分为轻型、中型、重型、特重型四类；按起 重结构可分为龙门式和臂架式两类；按回转台的角度可分为全回转式和非全回转式； 按行走机构的构造可分为固定式和移动式两类。建筑施工中常用的为移动式起重机， 包括：塔式起重机、汽车式起重机、轮胎式起重机、履带式起重机，以及最基本的起 重机械———卷扬机等。随着高层建筑中作为垂直运输机械而迅速发展的施工升降机 也已纳入起重机械范围。
个20ft集装箱，额定起吊能力为50t。这是该机型向更高效率发展的一个有益探索。
1.2 轨道式集装箱门式起重机的特点
轨道式集装箱门式起重机在我国铁路系统的应用较早，而在港口的应用只是最近 十几年的事情，且先主要用于内河小型集装箱码头。近年来，轨道式集装箱门式起重 机技术发展很快，随着国际燃油价格的不断上涨，许多集装箱码头正在考虑放弃原定 的轮胎式集装箱门式起重机堆场方案而改用轨道式集装箱门式起重机方案。与轮胎式 集装箱门式起重机相比，轨道式集装箱门式起重机具有以下优点：
工作幅度是指在额定起重量下，起重机回转中心轴线到吊钩中心线的水平距离， 通常称为回转半径或工作半径，用“R”表示，单位为“m”。工作幅度表示起重机不 移位时的工作范围，它包括最大幅度(Rmax)和最小幅度(Rmin)两个参数。对于俯仰变 幅的起重臂，当处于接近水平的水平夹角为 13°时，从起重机回转中心轴线到吊钩中
集装箱龙门起重机电气控制部分设计 前言
第二次世界大战以后，在运输业发生了一场技术革命——集装箱运输。六十年代 中期集装箱运输受到世界各国的普遍重视，从而得到了迅速发展，以形成一个完整的 体系。国际标准化组织为集装箱规定了统一的规格、重量。为发展集装箱运输，又出 现了许多种类的装卸机械，集装箱龙门起重机就是其中的一种。
(1)、场地利用率更高，跨中一般可堆放8一l5列集装箱加1个或多个车道，而标准 的轮胎式集装箱门式起重机跨中只能堆放6列集装箱加1个车道。
(2)、定位能力好，且可以提供最迅速和最有效的集装箱存储和检索系统，易于实 现堆场自动化，如果和自动搬运车或移箱输送机等配合作业，可以达到很高的作业效 率。
G 目前集装箱堆场机械的种类很多，主要有轮胎式集装箱门式起重机、轨道式集装 箱门式起重机、集装箱跨运车、集装箱正面吊运机、集装箱叉车等。其中以轮胎式集 装箱门式起重机和轨道式集装箱门式起重机为主，这两种机型可以更有效地利用场地 空间。 轨道式集装箱门式起重机是最近几年才被大量应用于港口集装箱码头和集装箱货 场的，但其发展迅速，已成为许多码头和货场的首选机型。综述： (1)、轨道式集装箱门式起重机的结构形式很多。结构形式的选择与轨道式集装箱 门式起重机的工作场地和工作性能关系密切。在大中型集装箱码头，多采用不带悬臂 的机型，这种结构形式可以获得更高的装卸效率和工作可靠性，白重更轻。在许多中 小港口、内河码头以及铁路货场等，对作业效率的要求不是很高，所以更多地选用带 悬臂的机型，以提高场地利用率。甚至选用简易集装箱吊具或可更换吊钩作业的机型， 实现一机多用，降低设备投资。 (2)、轨道式集装箱门式起重机可以最大限度地实现堆场作业的自动化，也可以实 现无人驾驶，而这是一般轮胎式集装箱门式起重机所不具备的。 (3)、轨道式集装箱门式起重机以电力为动力，环保性能良好，而且受日益上涨的 燃油价格的影响很小。 (4)、目前英国泰晤士港集装箱码头和MorrisAutomation公司已完成了世界上第1 个双提升吊具在无人驾驶全自动轨道式集装箱门式起重机上应用的试验，可同时吊运2