1、前 言第二次世界大戰以后，在運輸業發生了一場技術革命集裝箱運輸。六十年代中期集裝箱運輸受到世界各國的普遍重視，從而得到了迅速開展，以形成一個完整的體系。國際標準化組織為集裝箱規定了統一的規格、重量。為開展集裝箱運輸，又出現了許多種類的裝卸機械，集裝箱龍門起重機就是其中的一種。集裝箱龍門起重機由普通龍門起重機開展而來，是專門用來裝卸集裝箱的一種起重機，被廣泛的用于碼頭、車站、貨場等。集裝箱龍門起重機最早出現于1958年。1965年以后軌道式集裝箱龍門起重機有了很大的開展，隨后在19711972年輪胎式集裝箱龍門起重機又有顯著的增多。目前，國內外集裝箱龍門起重機正朝著裝卸自動化的方向開展，為了提高

2、裝卸效率，采用計算機控制起重機的各種動作，它可以平安、準確的將集裝箱搬運到指定的位置。 隨著社會生產力的開展，起重機械在不斷地開展和完善。這是因為起重機械是物流機械化系統中的重要設備。社會化大生產愈開展，人民生活水平愈提高，物料搬運和人員的輸送量就愈大，起重機械的應用范圍也就愈廣泛。根據人類生產和生活的需要許多具有持殊用途的新型設備不斷出現。門式起重機(也稱門吊)是屬于橋式類型起重機的一種，由于它的金屬結構象門形框架，承載主梁下安裝兩條文腿，可以直接在地面的軌道上走行，并且主梁兩端具有懸臂梁(主梁的延長)，相似“龍門故稱為龍門起重機。懸臂梁的作用可使起重小車在主梁上的走行距離延長，擴大作業范圍

3、。門式起重機也是由機械傳動、金屬結構和電氣設備三大局部組成。機械傳動局部又由起升機構、起重小車走行機構、大車走行機構等構成。即為門式起重機的三大工作機構，它們分別實現吊裝貨物的上下升降，左右(橫向)搬移和前后(縱向)搬運三個動作，構成一個作業區域。任何生產機械都由原動機、傳動裝置、工作機構和操縱控制設備等組成。如果以電動機作為原動機來拖動生產機械的工作機構，那么它的驅動、傳動裝置通常稱為電力拖動系統。該系統中的電動機、控制操縱局部，電氣電路和電氣器件等等習慣統稱電氣設備。電氣設備局部主要由電動機、電器元件和電氣線路等組成。它將電力網中的電能轉變為機械能，實現起重機工作的目的，同時控制各工作機構

4、按照工作要求進行作業。電氣設備的功用主要在于：由電動機將電能轉變成機械能，通過傳動裝置拖開工作機構；控制設備通過各種控制器件和電器元件用來控制電動機按工作機構的要求完成各種動作。起重機的電氣設備主要有動力設備電動機，操作電器磁力起動器、凸輪控制器、主令控制器、變頻器、接觸器、電阻器、繼電器等，電氣保護裝置保護箱、過電流繼電器、熔斷器、行程限位開關、平安保護開關等；導電裝置以及電氣電路工作電路(主回路)和控制電路等組成。集裝箱門式起重機門式起重機的一種，是專門用來裝卸和堆碼集裝箱的一種高效率裝卸設備。由于它的金屬結構(骨架)也象“龍門， 與前面所介紹的普通用途的門式起重機類似，所以稱為集裝箱門式

5、起重機。集裝箱門起重機根據用途的不同，有鐵路貨場用的，有港口碼頭用的。根據結構的不同，有起升機構帶剛性吊桿的和帶撓性懸掛吊具；根據集裝箱載重量大小可分為5噸、10噸、20噸和30.5噸幾種；還有根據走行機構的不同，有輪胎式和軌道式。談到起重機的電氣設備，必涉及起重機的電氣控制的設計問題。任何生產機械電氣控制系統的設計，都包括兩個方面：一是滿足生產機械和工藝的各種控制要求，另一個是滿足電氣控制系統本身的制造、使用及維修的需要。因此，電氣控制系統設計包括原理設計和工藝設計兩方面。前者決定起重機的使用效能和自動化程度，即決定起重機設備的先進性、合理性。后者決定電氣設備生產可行性、經濟性、外觀等性能。

6、本次設計的起重機為重慶寸灘港的軌道式集裝箱門式起重機，該起重機采用雙主梁，跨距40m，兩端有效懸臂10m，可進行20'到40'國際標準集裝箱的裝卸、轉運及堆放等作業，進行集裝箱門式起重機電氣控制局部和小車機器房局部的設計，電氣控制局部采用三菱可編程控制器(PLC)控制，需畫出電氣原理圖和電氣布置，編寫PLC梯形圖程序，說明工作原理。設計起重機的機器房結構，并構建實體模型，編寫設計說明書。說明書介紹了起重機的三大工作機構、常用電氣設備和其電氣控制局部的設計，主要內容是起重機的電氣設備和電氣控制系統的設計。第1章 軌道式集裝箱門式起重機1.1 概述起重機械是一種對重物能同時完成垂直

7、升降和水平移動的機械。在工業和民用建筑工程中，起重機械作為主要施工機械用于建筑構件和材料在運輸過程的裝卸，并將構件吊到設計位置進行安裝等，不僅解決了人力無法勝任的作業，而且能保證工程質量，縮短工期，降低本錢，成為極其重要的建筑施工機械。起重機械的分類：起重機械的種類很多，按使用的動力設備可分為內燃機作動力和電動機作動力兩種；按起重機載荷率可分為輕型、中型、重型、特重型四類；按起重結構可分為龍門式和臂架式兩類；按回轉臺的角度可分為全回轉式和非全回轉式；按行走機構的構造可分為固定式和移動式兩類。建筑施工中常用的為移動式起重機，包括：塔式起重機、汽車式起重機、輪胎式起重機、履帶式起重機，以及最根本的

8、起重機械卷揚機等。隨著高層建筑中作為垂直運輸機械而迅速開展的施工升降機也已納入起重機械范圍。起重機械的主要性能參數包括：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機能吊起重物的質量，其中應包括吊索和鐵扁擔或容器的質量，它是衡量起重機工作能力的一個重要參數。通常稱為額定起重量，用“Q表示。起重量的單位過去慣用“t表示，現都用“KN表示10KN約等于1t。起重機隨著工作幅度的變化，其起重量也隨之變化。因此，額定起重量有最大起重量和最大幅度起重量之分。最大起重量是指根本起重臂處于最小幅度時所允許起吊的最大起重量；最大幅度起重量是指根本起重臂處于最大幅度時所允許起吊的

9、最大起重量。一般起重機的額定起重量是指根本起重臂處于最小幅度時允許起吊的最大起重量，也就是起重機銘牌上標定的起重量。二、工作幅度工作幅度是指在額定起重量下，起重機回轉中心軸線到吊鉤中心線的水平距離，通常稱為回轉半徑或工作半徑，用“R表示，單位為“m。工作幅度表示起重機不移位時的工作范圍，它包括最大幅度(Rmax)和最小幅度(Rmin)兩個參數。對于俯仰變幅的起重臂，當處于接近水平的水平夾角為13°時，從起重機回轉中心軸線到吊鉤中心線的水平距離最大，為最大幅度；當起重臂仰到最大角度一般水平夾角為78°時，回轉中心軸線到吊鉤中心線距離最小，為最小幅度。對于小車變幅的起重臂，當小

10、車行到臂架頭部端點位置時，為最大幅度；當小車處于臂架根部端點位置時，為最小幅度。起重機的起重量，隨幅度變化而變化，同一臺起重機，幅度不同，其起重量也不同。對于有支腿裝置的輪式起重機，還應以有效幅度A表示，即用支腿側向工作時，在額定起重量下，吊鉤中心垂線到該側支腿中心線的水平距離。有效幅度反映起重機的實際工作能力；沒有使用支腿側向工作時，那么工作幅度用A1 單胎或A2雙胎表示。三、起重力矩起重力矩是指起重機的起重量與相應幅度的乘積，以M表示，M=RQ。起重力矩的單位過去慣用tm表示，現都用 表示，它是起重機的綜合起重能力參數，能全面和確切地反映起重機的起重能力。塔式起重機需要經常在大幅度情況下工

11、作，故以起重力矩作為表示型號的主參數。塔式起重機的起重力矩，通常是指最大幅度時的起重力矩。起重機的起重特性曲線是表示起重機的起重量與幅度關系的曲線，不同幅度有不同的額定起重量，將不同幅度和相應的額定起重量以線連接起來，可以繪制成起重特性曲線。所有起重機的操縱臺旁都有這種曲線圖，使操作人員能很快地查出起重機在某一幅度時的最大起重量。對于能配用幾種不同臂長的起重機，對應每一種長度的起重臂都有其起重特性曲線。四、起升高度起升高度是指自地面到吊鉤鉤口中心的距離，用“H表示，單位“m，它的參數標定值通常以額定起升高度表示。額定起升高度是指滿載時吊鉤上升到最高極限，自吊鉤中心到地面的距離。當吊鉤需要放到地

12、面以下吊取重物時，那么地面以下深度叫下放深度，總起升高度為起升高度和下放深度的和。對于動臂式起重機，當起重臂長度一定時，起升高度隨著幅度的減少而增加，這一特性可以用起升高度曲線表示，它和起重特性曲線相對應。五、工作速度起重機的工作速度包括起升、變幅、回轉和行走等速度。1、起升速度 起升速度是指起重吊鉤上升或下降的速度，單位為“m/min。起重機的起升速度和起升機構的卷揚牽引速度有關，而且和吊鉤滑輪組的倍率有關。2繩比4繩快一倍；單繩雙比雙繩快一倍。一般表示起升速度參數，應注明繩數。2、變幅速度 變幅速度是指吊鉤從最大幅度到最小幅度的平均線速度，單位為“m/min。俯仰變幅起重臂的變幅速度也就是

13、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、回轉速度 回轉速度是指起重機在空載情況下，其回轉臺每分鐘的轉數，單位為“r/min。4、行走速度 行走速度是指起重機在空載情況下，行走時最大的速度，單位為“m/min。六、自重及質量指標1、自重 起重機的自重是指起重機處于工作狀態時起重機本身的總重，以“G表示，單位為“t或“KN。2、質量指標 質量指標是指起重機在單位自重下有多大的起重能力，通常用質量利用系數K表示，它反映了起重機設計、制造和材料的技術水平，K值越大越先進。起重機質量利用系數 的表示形式是以起重力矩和與此相對應的起升高度來表示，如下式：。目前集裝箱堆場機械的種類很多，主要

14、有輪胎式集裝箱門式起重機、軌道式集裝箱門式起重機、集裝箱跨運車、集裝箱正面吊運機、集裝箱叉車等。其中以輪胎式集裝箱門式起重機和軌道式集裝箱門式起重機為主，這兩種機型可以更有效地利用場地空間。軌道式集裝箱門式起重機是最近幾年才被大量應用于港口集裝箱碼頭和集裝箱貨場的，但其開展迅速，已成為許多碼頭和貨場的首選機型。綜述：(1)、軌道式集裝箱門式起重機的結構形式很多。結構形式的選擇與軌道式集裝箱門式起重機的工作場地和工作性能關系密切。在大中型集裝箱碼頭，多采用不帶懸臂的機型，這種結構形式可以獲得更高的裝卸效率和工作可靠性，白重更輕。在許多中小港口、內河碼頭以及鐵路貨場等，對作業效率的要求不是很高，所

15、以更多地選用帶懸臂的機型，以提高場地利用率。甚至選用簡易集裝箱吊具或可更換吊鉤作業的機型，實現一機多用，降低設備投資。(2)、軌道式集裝箱門式起重機可以最大限度地實現堆場作業的自動化，也可以實現無人駕駛，而這是一般輪胎式集裝箱門式起重機所不具備的。(3)、軌道式集裝箱門式起重機以電力為動力，環保性能良好，而且受日益上漲的燃油價格的影響很小。(4)、目前英國泰晤士港集裝箱碼頭和MorrisAutomation公司已完成了世界上第1個雙提升吊具在無人駕駛全自動軌道式集裝箱門式起重機上應用的試驗，可同時吊運2個20ft集裝箱，額定起吊能力為50t。這是該機型向更高效率開展的一個有益探索。1.2 軌道

16、式集裝箱門式起重機的特點軌道式集裝箱門式起重機在我國鐵路系統的應用較早，而在港口的應用只是最近十幾年的事情，且先主要用于內河小型集裝箱碼頭。近年來，軌道式集裝箱門式起重機技術開展很快，隨著國際燃油價格的不斷上漲，許多集裝箱碼頭正在考慮放棄原定的輪胎式集裝箱門式起重機堆場方案而改用軌道式集裝箱門式起重機方案。與輪胎式集裝箱門式起重機相比，軌道式集裝箱門式起重機具有以下優點：(1)、場地利用率更高，跨中一般可堆放8一l5列集裝箱加1個或多個車道，而標準的輪胎式集裝箱門式起重機跨中只能堆放6列集裝箱加1個車道。(2)、定位能力好，且可以提供最迅速和最有效的集裝箱存儲和檢索系統，易于實現堆場自動化，如

17、果和自動搬運車或移箱輸送機等配合作業，可以到達很高的作業效率。(3)、各機構的運行速度更高，作業效率更高。(4)、以電力為動力，無廢氣排放，噪聲低，環保性能好。但是，軌道式集裝箱門式起重機也有許多缺乏，比方地面軌道安裝要求較高，起重機轉場困難，對于周轉時間較長的堆場，設備利用率較低。另外，起重機運行軌道的存在，使路面不再平整。有的軌道式集裝箱門式起重機還帶有吊鉤橫梁，可以與集裝箱吊具實現快速互換，以實現重大件雜貨的吊裝作業。還有的軌道式集裝箱門式起重機可以橫跨港池或利用長懸臂裝卸船舶，這在中小港口可以實現一機多用，降低設備投資。目前，輪胎式集裝箱門式起重機有一些行業性標準，國家標準正在制定過程

18、中。軌道式集裝箱門式起重機還沒有像輪胎式集裝箱門式起重機那樣形成完善的參數系列，軌距和外伸距等更多的是依據集裝箱堆場的場地條件來確定，而這也正是軌道式集裝箱門式起重機得以推廣的一大優勢。1.3 軌道式集裝箱門式起重機的分類 軌道式集裝箱門式起重機的結構形式很多，早期有桁架結構和L型箱形單梁結構等，但目前根本上都采用箱形雙梁結構形式。軌道式集裝箱門式起重機可分為不帶懸臂、單懸臂和雙懸臂3大類。其中單懸臂結構形式的軌道式集裝箱門式起重機主要受使用場地的限制，從結構受力角度講并不是一種好的結構形式，使用較少。對于帶懸臂結構形式的軌道式集裝箱門式起重機，又可分為門腿只需要通過20ft集裝箱和門腿需要通

19、過40ft集裝箱2大類。對于懸臂結構形式的軌道式集裝箱門式起重機，根據門架是否配有馬鞍架和斜拉桿，又可分為3大類，即不帶馬鞍架和斜拉桿；配有馬鞍架和斜拉桿。本設計軌道式集裝箱門式起重機采用箱形雙梁結構形式，帶雙懸臂。1.4 主要技術性能參數軌道式集裝箱門式起重機的主要技術參數有起重量、起升高度、跨距和伸距、工作速度以及工作類型等。一、 起重量軌道式集裝箱門式起重機的起重量有3個指標，即額定起重量、吊具下起重量、吊鉤下起重量。目前吊具下最大起重量超過50t，但大多為30.542t。本設計軌道式集裝箱門式起重機t。 二、 起升高度起升高度有2種表述方法，即以“m為單位的絕對起升高度和堆箱高度。起重

20、機的起升高度大多在15 m上下，目前最大的已超過20m。從堆箱高度上講，大多為堆3過4、堆4過5和堆5過6，目前最大的到達堆8過9。本設計軌道式集裝箱門式起重機的起升高度為20米。三、跨距和伸距軌道式集裝箱門式起重機的跨距目前最小為15m，最大超過60m，大多在2535m之間；起重機的工作伸距一般不超過10m。在國外，軌道式集裝箱門式起重機廣泛用于內河港口，兼做裝卸和堆場。在萊茵河兩岸的集裝箱碼頭廣泛采用這種機型，如曼海姆集裝箱碼頭，裝備有2臺軌道式集裝箱門式起重機，其中l臺跨距為65m，外伸距為13m；另1臺跨距為655m，外伸距為14.5m，起重量均為35t。本設計軌道式集裝箱門式起重機的

21、跨距為40m,兩端懸臂均長10m。四、工作速度起重機的速度參數包括起升速度、小車運行速度和大車運行速度。隨著經濟的不斷開展和技術水平的不斷提高，對起重機的速度要求也越來越高。起升速度：Kunz公司為漢堡港制造的6臺軌道式集裝箱門式起重機，起升速度到達80 m/min；ZPMC等生產的軌道式集裝箱門式起重機起升速度滿載為40 m/min，空載為80 m/min。小車運行速度：Noell、Kunz、ZPMC、交通部水運所等單位研制的起重機小車運行速度都到達了120m/min；國外目前最大已到達240 m/min。大車運行速度：Kunz生產的軌道式集裝箱門式起重機大車運行速度為l80 m/min。門

22、吊的工作速度有三種，根據起重機用途和起重量的不同而不同。(1)、起升機構的起升速度V起，它與超重量和生產率有關，通常起重量大而起升速度低生產率高，速度可以大些；一般不超過20米/分；(2)、起重小車走行速度V小車，般不超過50米/分；(3)、起重機大車走行速度V大車。般不超過120米/分。 本設計軌道式集裝箱門式起重機：大車運行速度是30米/分 ，小車運行速度是60米/分 ，起升速度是20米/分。五、工作類型起重機工作類型是說明起重機工作的載荷變化和忙閑程度的參數。載荷變化程度是起重機的實際超重量與額定起重量之間的變化關系。有的起重機額定起重量很大，如幾十噸。但只是偶然起吊這樣重的貨物，經常起

23、吊的貨物重量僅是額定起重量的1/2或1/3。忙閑程度是指超重機工作時的長短。如有的一年內要工作7000小時，有的工作4000小時，還有2000小時、1000小時不等。根據載荷變化程度和忙閑程度把超重機的工作類型分為四種類型：(1)輕型(JC15)；(2)中型(JC25)；(3)重型(JC40)；(4)特重型(JC60)。1.5 軌道式集裝箱門式起重機的機構一、門架結構軌道式集裝箱門式起重機的門架結構一般采用箱形雙主梁對稱結構，不帶懸臂的大多采用中軌梁，帶懸臂的大多采用偏軌梁。近幾年，不帶懸臂的軌道式集裝箱門式起重機在一些大中型港口得到推廣應用，其主要特點是由于不需要集裝箱通過門腿，所以門腿大多

24、為梯形結構形式，兩主梁中心距(小車軌距)很小，小車運行機構大多采用集中驅動，一般不存在跑偏問題，自重也較輕。一般跨距小于或等于35 m 的軌道式集裝箱門式起重機，兩側門腿都采用剛性門腿；當起重機的跨距大于35 m時，那么一側采用剛性門腿，另一側采用柔性門腿，用以補償吊重和溫度所引成的結構變形。本設計軌道式集裝箱門式起重機正是如此。二、 起升機構目前軌道式集裝箱門式起重機大多采用專用的集裝箱吊具，起升機構采用4根鋼絲繩。所以在起升機構的設計中，必須考慮吊具的同步升降問題。為實現吊具的同步升降，很多機型采用1套驅動機構驅動1個四聯卷筒；或采用1個雙出軸電機分別驅動2個減速機，每個減速機各驅動1個雙

25、聯卷筒；也有的軌道式集裝箱門式起重機采用2套獨立的驅動機構，卷筒采用雙聯卷筒，為實現同步升降，將2個高速軸通過聯軸器連起來。近幾年，采用卓輪行星減速機驅動的四聯卷筒起升機構在許多碼頭、貨場得到應用，通過合理設置鋼絲繩纏繞系統，可以使起升機構既能保證同步升降，同時又具有一定的防搖效果。起升機構的整體布局非常緊湊，但價格較高。本設計中，軌道式集裝箱門式起重機的起升機構有主副起升機構。三、回轉機構在港口，根據用戶要求，有的軌道式集裝箱門式起重機上利用電動推桿等裝置可以使吊具實現35O的小角度周轉，便于吊具對箱；當然也有很多機型根本不考慮回轉問題；還有的機型采用帶翻板的集裝箱吊具，也可以實現吊具小角度

26、回轉，以方便吊具對箱。前在鐵路貨場使用的軌道式集裝箱門式起重機起重小車大多具有完善的回轉機構，其起重小車分為上下兩層，上下車之間設回轉支承。回轉支承一般采用4個沿環形軌道的行走滾輪或回轉大軸承。回轉驅動機構大多采用1套或2套三合一的立式行星減速機。四、小車運行機構根據小車軌距大小，軌道式集裝箱門式起重機的小車運行機構可選用集中驅動或分別驅動。(1)、對于不帶懸臂的軌道式集裝箱門式起重機，小車軌距約為67m，幾乎全部采用集中驅動。(2)、對于帶懸臂但只允許20ft集裝箱通過門腿的軌道式集裝箱門式起重機，小車軌距約為89m，此時小車運行機構有的采用集中驅動，有的要用分別驅動。(3)、對于帶懸臂的需

27、要40ft集裝箱通過門腿的軌道式集裝箱門式起重機，小車軌距約為16m，此時小車運行機構全部采用2套或4套獨立的驅動機構分別驅動。小車采用分別驅動時，越來越多地選用三合一驅動機構。另外，小車采用分別驅動時必須考慮小車行走時兩側車輪的同步運行問題。五、大車運行機構軌道式集裝箱門式起重機的大車運行機構一般采用4套或8套獨立的驅動機構。減速器采用軸裝式或臥式，前者目前在高效率起重機上應用普遍，而且經常選用三合一驅動裝置，工作可靠，但價格較高。而后者屬于比擬傳統的做法，由于技術上非常成熟，尤其本錢比擬低，所以在新研制的機型仍應用得非常普遍。起升機構和小車運行機構大多項選擇用盤式制動器，而大車運行機構可選

28、用塊式制動器、盤式制動器、液壓輪邊制動器，近年來防風慣性制動器也有較多應用。本設計中，大車運行機構：采用軸裝式減速器，選用的是三合一驅動裝置。六、電氣傳動與控制系統近幾年，隨著交流調速控制技術的不斷完善，絕大局部起重機采用交流驅動，直流驅動系統越來越少。原來所謂調速性能好的直流驅動系統已經被交流變頻調速系統所代替。目前的軌道式集裝箱門式起重機幾乎全部采用交流變頻調速系統，起升機構具有恒功率調速功能，以實現滿載低速、空載高速的起升要求，提高起重機的作業效率。PLC控制技術已經成為目前軌道式集裝箱門式起重機的根本配置。PLC系統可以與工控機相連，與上位監控軟件進行數據交換；還可以與司機室觸摸屏相連

29、，將有關數據傳送到觸摸屏監控軟件，極大地方便了起重機的使用與維護。完善的電氣保護系統和故障自動檢測系統是現代起重機控制技術的一個重要特點，觸摸屏成為軌道龍門吊司機室的必要配置。另外，直觀的動畫顯示、中文顯示、存儲、打印功能等也得到廣泛應用。本設計軌道式集裝箱門式起重機的電氣控制采用三菱可編程控制器(PLC)控制。第3章 門式起重機的電氣設備及選用3.1 概 述起重機的電氣局部是起重機必不可少的重要組成局部。電氣設備工作的好壞將直接影響起重機的性能。也就是說：一臺好的起重機必須要有好的電氣設備。為此，要求設計、制造部門能精心設計、認真制造，才能造出好的電氣設備、造出好的起重機。但是，僅僅這樣還不

30、夠，更重要的還要求我們能夠正確、合理地使用起重機和它的電氣設備，注意日常的維護保養，執行方案預修制度，經常保持設備完好，才能保證正常運行，以滿足日益開展的生產需要。斷續周期性工作類型：生產機械的工作類型有連續、短時和斷續周期性三種。斷續周期性工作類型的特點是：有一系列相似的工作周期。在每個工作周期中，機構的工作是短時的，間斷的，其中有工作時間，也有休息時間。這些工作周期又是持續的、頻繁的、重復的進行。起重機吊運重物的過程是：首先將大車和小車開至吊運物的上空，放下吊鉤，升起重物，將大車和小車開至安放重物位置的上空，放下重物，升起吊鉤，以上是一個工作周期。再將大車和小車開至另一重物的上空，進入下一

31、個工作周期，如此不斷的重復運行。在某一工作周期中，無論是大車，小車還是吊鉤，就一個機構而言，都不是連續工作的，而是短時工作，其中有工作時間本機構工作時，也有休息時間其他機構工作時。這些都符合斷續周期性工作類型的特點，所以說起重機的主要工作機構是斷續周期性類型運行的。與之相適應，起重機的主要電控設備電動機、控制器、控制屏、電阻器、繼電器等也是按斷續周期性工作類型運行的。斷續周期性運行時，在一個工作周期中，有工作時間，也有休息時間。對電動機或電器元件的溫升來說，開始工作時，不能到達其穩定值，停止時，也不能冷卻到周圍介質的溫度，如此重復屢次之后，溫度便逐漸升高，最后在某兩個固定的溫度值間變化，溫度根

32、本穩定。按規定每一周期持續時間不超過10min，超過10min的應按短時工作類型考慮。斷續周期性運行時，各工作周期不斷重復進行，要求電動機經常起動和制動，電器元件經常接通和分斷，接電次數多，工作頻繁。斷續運行既有工作時間又有休息時間和不斷重復接電次數多，工作繁重是起重機電器設備的兩個主要特點。所以起重機用的電動機和主要電器元件控制器、變頻器、接觸器、電阻器、繼電器等都是專門設計的，并自成系列。一、 接電持續率、接電次數和起動次數在起重機的一個工作周期中，電器設備有接電工作時間，也有斷電停止工作時間。其工作時間與周期時間工作時間加停止工作時間的比值稱之為接電持續率，通常用JC%來表示。也有稱負載

33、持續率的，用FC%表示式中：工作時間； 停止時間； T周期時間；常用的接電持續率JC值有15%、25%、40%、60%和100%5種。選擇電動機或電器元件時，接電持續率是一個重要的因素。當電動機或電器元件使用在不同的接電持續率時，其輸出功率或允許電流是不同的。接電持續率低，說明在一個工作周期中工作時間短。從熱容量觀點看，電動機可有較大的輸出功率，電器元件可有較大的允許電流。電動機或電器制造廠在銘牌和產品樣本上已經給出了在額定接電持續率下的額定輸出功率或額定電流值。其他常用接電持續率下的輸出功率或允許電流值一般也在產品樣本上給出。如沒有給出，那么可以按以下公式近似地折算。 式中：額定接電持續率；

34、 額定接電持續率時的輸出功率； 額定接電持續率時的允許電流； 實際接電持續率； 接電持續率為時的輸出功率； 接電持續率為時的允許電流；按規定，斷續周期性工作類型的一個工作周期時間最大不超過10min，也就是說每小時至少要工作6次。對起重機來說，每小時的工作次數遠遠超過6次，一般為每小時工作150300次，較繁忙的每小時工作300600次，某些起重機的個別機構每小時工作可達1200次。工作一次也就是接電一次，故用接電次數表示其工作的繁忙程度。接電次數是選擇電器元件的重要參數，電器元件的接電次數增多，將使觸頭電磨損加大，直接影響其電壽命。當接電次數超過每小時600次時，其影響更為顯著。如欲保持電壽

35、命不變，必須降低其允許電流值。考慮這一因素，在接電次數高時，適當降低允許電流值。在國際上，電器制造廠的產品樣本中已提供電器元件在各種接電次數時的允許電流值。電動機在起動和制動過程中，由于電流較大，所損耗的功率比在額定轉速工作時大，發熱量也大，同時由于轉速較低，散熱條件惡化，故溫升較高。頻繁的起、制動將影響電動機的輸出功率。在考慮起、制動的影響時，我們采用起動次數的概念。起動是指電動機轉速從零起動到額定轉速，又叫全起動。起重機在實際使用中，電動機不是每次都起動到額定轉速的，而是有很大一局部是起動到較低轉速時就被制動，通常稱為“點車。點車的功率損耗低于全起動。點車一次雖然也是起動一次，但從功率損耗

36、上講不能算全起動一次。一般折算方法是4次點車算一次全起動。同樣的道理，由額定轉速用電氣的制動方法制動到零，一次相當于0.8次全起動。由正向額定轉速反接制動并反向起動到額定轉速，一次相當于1.8次全起動。把這些全起動的次數加起來，即成為在功率損耗上相當的全起動次數，簡稱起動次數。啟動次數是檢驗電動機發熱、確定輸出功率的重要參數。電動機的起動次數增加后，起動損耗增加，冷卻條件惡化，容許的輸出功率必須相應降低。起重機各機構的電動機的起動次數與接電次數一樣也是比擬高的，但兩者在數值上并不一樣，因接電一次不一定是一次全起動，其中有點車甚至還有電制動。起動次數對電動機的合理選擇與使用有很大的影響，必須引起

37、注意。以往選擇和使用電動機或電器元件時，一般都以熱容量為主，認為斷續周期性工作類型的工作周期中有停止時間，可以提高電動機的輸出功率或電器元件的允許電流值，這是不合理的。因為忽略了電動機起動次數增加而影響輸出功率和電器元件接電次數而影響電壽命的因素，使在頻繁操作場合下使用的電動機和電器元件損壞率很高。所以在選擇和使用的電動機或電器元件時，既要考慮斷續工作的特點，又要考慮頻繁操作的特點。二、 起重機負載的特點軌道式集裝箱龍門起重機的機構一般可分為運行和升降兩種，這兩種機構的負載性質是不同的。運行機構的正、反兩個方向均屬阻力負載，對電動機來說在兩個方向都是電動狀態，需要發出驅動力矩來拖動機構運轉。升

38、降機構兩方向的負載性質不一樣。上升時為阻力負載。下降時有兩種情況：當負載很輕，其重量克服不了機構的摩擦阻力時，也是阻力負載；當負載較大時那么為動力負載。對電動機來說，上升和輕負載下降時是電動狀態，產生驅動力矩來拖動機構運轉；重負載下降時，由重物拖動機構向下運轉，電動機處于制動狀態，產生制動力矩來平衡由負載產生的驅動力矩，使重物以穩定的速度下降。類似升降機構的負載稱“位能負載。上升時由電動機驅動，將動能變為位能；下降時由重物驅動，將位能變為動能。在室外工作的起重機，由于風力的存在，當順風運行時，有可能把運行機構的阻力負載變成動力負載，此時由風力驅動機構運行，電動機處于制動狀態。三、 起重機常用的

39、下降制動方法為了使下降的重物能獲得穩定的運行速度，需要使電動機在制動狀態下運行。異步電動機常見的制動方法有再生發電制動、反接制動和單相制動三種。1、 再生發電制動再生發電制動發生在由于外力的作用使異步電動機的轉速超過其同步轉速時，此時電動機的運行狀態象一個與電網并聯的異步發電機，將電能反應給電網。這種制動方法常用于起升機構下降重物時，其特點是轉速較快，且必須超過同步轉速。繞線型異步電動機應用再生發電制動時，不能在轉子電路中串接電阻器，因串接電阻后，轉速將更快，過快的轉速將引起機構的損壞。2、 反接制動電動機被過重的負載倒拉，就會出現反接制動狀態。此時，電動機的轉子被迫逆著旋轉磁場的方向旋轉，轉

40、速是負值，轉子中將產生比靜止時更高的感應電動勢。為了限制轉子電流不致過大，需在轉子電路中串接足夠的電阻。反接制動時，電動機把下降負載的位能變換成電能，并于從電網吸取的電能一起變成熱能，消耗在轉子電阻里。這種制動方法常用于起升機構下降較重負載時，其特點是機械特性較軟。3、 單相制動把三相異步電動機的定子繞組接在單相電源上或把三相電源中的任何一相斷開，并在轉子電路中串接適當的電阻，如此時電動機由下降的重物帶動旋轉，那么電動機便進入單相制動狀態運行。在電動機的定子繞組中，通過單相交流電時，可以看作是在三相繞組上加了一個三相不對稱的電壓，不對稱的電壓可以分解成正序和負序兩個對稱的電壓分量。正序電壓在定

41、子繞組中產生正序電流，而負序電壓產生負序電流。正序電流建立正旋轉磁場，負序電流建立負旋轉磁場。兩個旋轉磁場分別在轉子繞組中感應出正序電動勢和負序電動勢。由于兩個轉子電動勢的作用，在轉子繞組中又產生正序電流和負序電流。正旋轉磁場和轉子正序電流相互作用產生正力矩，負旋轉磁場與轉子負序電流相互作用產生負力矩。電動機發出的總力矩為正力矩和負力矩之和。任何生產機械都由原動機、傳動裝置、工作機構和操縱控制設備等組成。如果以電動機作為原動機來拖動生產機械的工作機構，那么它的驅動、傳動裝通常稱為電力拖動系統。該系統中的電動機、控制操縱局部，電氣電路和電氣器件等等習慣統稱電氣設備。電氣設備的功用主要在于：由電動

42、機將電能轉變成機械能，通過傳動裝置拖開工作機構；控制設備通過各種控制器件和電器元件用來控制電動機按工作機構的要求完成各種動作。門吊的電氣設備主要有動力設備電動機，操作電器磁力起動器、凸輪控制器、主令控制器、接觸器、電阻器等，電氣保護裝置保護箱、過電流繼電器、熔斷器、行程限位開關、平安保護開關等；導電裝置以及電氣電路工作電路(主回路)和控制電路等組成。門式起重機的動力源是電力，靠電力進行拖動、控制和保護。門式起重機的電氣設備是指軌道面(大車軌道由使用單位負責)以上起重機的電氣設備，門式起重機的機上電氣設備，大局部安設在司機室和電氣室內。如無電氣室，有的設備可放在門架走臺上。一般的司機室、電氣室固

43、定在支架下面，不隨小車移動。但抓斗門式起重譏、裝卸橋等的司機室和電氣室是隨小車一起移動的。門式起重機電氣方面的拖動原理、電器設備、保護電器、控制電器等與橋式起重機區別不大。 下面簡要介紹電氣局部：一、電制與供電本機采用交流380V、50Hz三相四線制供電系統。動力回路380V，控制回路和照明回路為220V，平安電壓為24V。整機供電采用磁滯式電纜卷筒供電左右卷放有效長度為150m，小車供電采用懸掛電纜小車式。二、電力拖動與控制本設備起升機構、大、小車運行機構全部采用變頻驅動裝置；控制系統采用三菱公司的FX系列PLC；故障診斷及顯示采用觸摸屏。三、操作：先解除行走錨定裝置，然后合上總隔離閘刀和總

44、空氣開關，此時主配電板(MBD)和聯動臺(TQK)上合閘指示燈亮，再檢查三相電源情況，假設正常可進行吊裝作業。1、大車運行機構：使用1SA進行運行機構的操作，左右各4個操作檔位。可實現平滑地勻加速或勻減速運動。當該機構從運動狀態到停止時，先斷電，延時56秒后自動抱閘，以減少整機制動時的沖擊和震動。2、小車運行機構：該機構操作手柄為3SA，設置前進和后退各四個檔位，可實現平滑地勻加速或勻減速運動。在兩腿外側懸臂端設置有慢速運行區域，當小車從懸臂端向內側運行時，不受上述限制。3、起升機構：該機構的操作手柄為2SA，起升和下降各四個操作檔位，可實現平滑地勻加速或勻減速運動。四、保護按照?起重機設計標

45、準?和?起重機平安規程?的規定，整機設置有總的過流、短路、失壓、欠壓保護，并且在聯動臺和主電源柜上、機器房以及在下橫梁對角位置設有緊停按鈕。1、大車運行機構：該機構設置有零壓、零位、過流短路，正反向聯鎖，極限位置限位，電纜卷筒極限限位等保護，另外還設置有錨定聯鎖以及防護器頂松軌聯鎖等。2、小車運行機構：該機構設置有零位、零壓、過流和短路保護，以及正反向聯鎖、懸臂端限速和極限位置保護等，另外還設置有駕駛室通道口聯鎖開關和小車錨定裝置。3、起升機構：該機構設置有零位、零壓、過流短路保護，正反向聯鎖、上下預限位保護，極限位置保護和應急限位保護以及超載保護等。4、本機在最高處設置有避雷裝置。五、信號、

46、通訊和照明1、超負荷限制器在起升機構吊重到達額定載荷的95時，發出報警信號，在到達額定載荷的110時，起升機構斷電，只允許下降操作。2、大車運行時有間斷的聲光報警信號以提醒現場人員避讓。3、各機構極限位置時產生報警信號。4、風速超過額定值時產生報警信號，并停止整機工作。5、設置二部對講機以便起重機上下聯系。6、照明：本機在梁底部設置有8盞500W投光燈，在小車架底部設置有4盞500W投光燈作為工作照明，司機室、機器房、電氣房、樓梯走道都設置有足夠的照明設置和不同電壓等級的插座。在機器房配置有2臺軸流風機，在電氣房配置有一臺軸流風機以改善散熱條件。在司機室和機器房內的電氣房各設置1部雙制式空調。

47、另外還配備了2盞隔爆型手提檢修燈可充電式和必要的消防設備。下面主要介紹各電氣設備或元件的選擇。3.2 電 動 機起重機上使用的電動機可分為直流電動機和交流電動機。在門式起重機上一般采用交流異步電動機，其中有鼠籠式電動機和繞線式電動機。鼠籠式電動機只限于中小容量、起動次數不多，沒有調速要求，對起動平滑性要求不高，操作簡單的場合。而繞線式電動機那么是起重機上使用范圍最廣泛的一種電動機。門吊采用的電動機多為三相交流繞線式異步電動機(或稱滑環電機)。由于橋吊、門吊的工作特點，采用的三相交流繞線式異步電動機應適應反復短時運轉；頻繁的起動、逆轉和制動；經常起載和重載起動；機械振動和沖擊較大；工作環境惡劣等

48、。因此，起重機用的電動機與一般工業用電動機工況不同，它應滿足如下要求和特點：1、 電動機按斷續周期性工作類型制造。當使用在不同接電持續率時，電動機有不同的輸出功率。通常以25%或40%作為基準的接電持續率，其他常用的接電持續率有15%、40%25%和60%三種。電動機還可在半小時或一小時的短時工作類型下工作。當使用在非常頻繁的場合時，還派生有強迫通風系列，其接電持續率為100%。在電動機的產品樣本上分別列出相應的輸出功率和其他技術數據。為了提高在高接電持續率下的輸出功率，電動機設計得有較高的熱容量、較低的固定損耗即鐵損和較大的散熱面積。2、 電動機的輸出功率還與每小時的起動次數有關，起動時的電

49、流額定工作電流，增加了起動損耗也就增加了發熱量，由于轉速尚未到達額定值，降低了散熱條件，所以頻繁的起動會使電動機的溫升增加而影響輸出功率。為了適應頻繁起動的要求，提高高起動次數下的輸出功率，電動機具有較小的轉動慣量和較小的平均起動電流，以降低起動損耗3、 為了適應頻繁的帶負荷起動、制動和逆轉，要求電動機具有較高的最大力矩值即過載能力。但過大的最大力矩也會給機械裝置帶來危害，一般取額定力矩的2.53倍。為了保證有較大的最大力矩值，電動機采用較少的定、轉子匝數，較多的定、轉子槽數和較大的空氣隙定子和轉子之間的空隙，因而也將導致功率因數的降低。效率降低和空載電流增大，這對電動機的連續運行是不利的，為

50、了克服這一缺陷，電動機應采用導磁性能好的電機鋼片。4、 為了適應頻繁的起動、制動和逆轉，要求電動機具有較小的轉子轉動慣量，所以起重機用電動機往往設計得比擬細長，以得到較小的加速度時間和較小的起動損耗，但也不應追求過小的轉動慣量，而影響電動機的鞏固性和散熱能力。5、 起重機的起升機構經常出現超速運行的情況，要求電動機的轉子結構要鞏固，其允許的最大轉速一般為電動機同步轉速的2.5倍。6、 在結構上電動機應具有較高的機械強度，耐振性和密封性，以適應顯著的機械振動、沖擊和工作環境多灰塵的特點。7、 為了適應環境溫度變化范圍大的特點，電動機一般制成兩種以上的絕緣登等級，分別使用在不同的環境溫度下。不同絕

51、緣等級的電動機往往具有相同的電磁參數。門吊采用的電動機的種類：按交流電動機的構造可分為繞線式和鼠籠式兩種三相交流異步電動機。繞線式電動機起動時，通過在轉子電路內串入電阻，可使電動機平穩起動，并可調節電動機的轉速，以滿足起重機的工作需要。鼠籠式電動機一般都是直接起動、對機構沖擊較大，不能調節轉速，在起重機上應用不多。綜合考慮以上涉及的各種情況，本錢，因此本設計選用三相交流繞線式異步電動機，型號為YZB315M2-10兩臺，YZB160L-6八臺，YZB180L-8四臺。3.3 控制電器及選用起重機控制電器的工作特點為：通斷頻繁且通斷時間短，工作環境惡劣，振動大，灰塵多，工作中常要求聯動控制，23

52、個機構同時動作。起重機常見的控制電器有開關、接觸器、凸輪控制器、主令控制器、繼電器和電阻器等。在我國低壓電器標準中，交流主電路控制電器按其通斷能力和電壽命分為五類從JK0到JK4，直流主電路電器分為四類從ZK1到ZK4。控制電路容量選擇應按實際工作工況、電器能力和要求的工作壽命來綜合考慮決定。一、凸輪控制器凸輪控制器用來直接控制異步電動機的起動、轉向和制動。這種控制器的特點是依靠凸輪的轉動來控制動觸頭和靜觸頭的開閉而到達電路接通和切斷的目的。1、 KTJ1型凸輪控制器 KTJ1型凸輪控制器按額定電流分為50A和80A兩種。額定電壓為交流380V。KTJ150/1和KTJ180/3型控制器控制一

53、臺繞線型電動機。KTJ150/2和KTJ150/5型控制器控制兩臺繞線型電動機，其中KTJ150/2沒有控制電動機定子的觸頭。KTJ150/3型控制器控制一臺鼠籠型電動機。2、 KT10型凸輪控制器按額定電流分為25A和60A兩種。額定電壓為交流380V。KT1025J/1和KT1060J/1型控制器控制一臺繞線型電動機。KT1025J/2和KT1060J/2型控制器控制兩臺繞線型電動機，沒有控制電動機定子的觸頭。KT1025J/5和KT1060J/5型控制器控制兩臺繞線型電動機。KT1025J/3和KT1060J/3型控制器控制一臺鼠籠型電動機。KT1025J/7和KT1060J/7控制器控

54、制一臺繞線型電動機，轉子串接頻敏變阻器。凸輪控制器的控制功率系被控制電動機在接電持續率為25%時的額定功率。KTJ150/2、KT1025J/2和KT1060J/2的控制功率由定子回路接觸器的控制功率而定。凸輪控制器的每小時關合次數超過600次時，需將凸輪控制器的控制功率降低至60%。凸輪控制器可以直接接在電動機的主電路中，它是由固定和轉動兩局部組成。固定局部裝有一排對接的滾動觸頭；，借助于轉動局部絕緣方軸上的凸輪使它們接通或斷開。轉動局部的絕緣方軸靠手輪帶動旋轉，觸頭元件由不動局部和可動局部組成。可動局部是根曲折的杠桿，杠桿的一端有動觸頭，另一端裝有小輪。當轉動凸輪控制器手輪，方軸和凸輪隨之

55、轉動，凸輪的凸出局部將小輪壓下，動觸頭離開靜觸頭，切斷電源通路；當小輪重新嵌入凸輪凹部時，在復位彈簧的作用下動觸頭恢復原位，接通電源通路。為了防止觸頭開閉過程中產生的電弧從一對觸頭跳到另一對去，在各觸頭元件間裝有用耐火絕緣材料制成的滅弧罩。凸輪控制器由于線路簡單、維護方便而普遍被用來控制中、小型起重機的運行機構與小型起重機的起升機構電動機。其主要作用是：1 控制電動機的起動、停止和制動； 2 控制電動機的換相，以實現電動機正、反運轉；3 通過接入和切除轉子電路中的電組，以改變和調節電動機的轉速；4 實現對起重機的零位保護和各工作機構平安限位的聯鎖保護。門吊常用的凸輪控制器型號有KTJl、KTl

56、0和KTl4系列等幾種。本設計中，起重機的副起升機構、大車和小車運行機構由凸輪控制器控制，參見?最新起重機械設計、制造、安裝調試、維護新工藝、新技術與常用數據及質量檢驗標準實用手冊?，根據計算所得的數據和綜合考慮以上涉及的各種情況，本錢，采用型號為：KT1060J/5和KT1025/5。 二、主令控制器主令控制器和控制屏一起用來控制電動機的起動、轉向、調速和制動。用來換接控制電路而使一些控制電器(如接觸器、繼電器)按一定順序動作的電路。各種型式的主令控制器中以凸輪型主令控制器應用最廣泛。1、 LK1型主令控制器LK1型主令控制器的額定電流為15A，額定電壓為交流380V或直流440V。2、 L

57、K16型主令控制器 LK16型主令控制器的額定電流為10A，額定電壓為交流380V或直流110、220、440V。當轉動手柄時，凸輪的凸出局部擠開裝在杠桿上的輥輪，使杠桿克服彈簧的作用，沿轉軸轉動，結果裝在杠桿末端的動觸頭將離開靜觸頭而使電路切斷；相反，轉到凹入局部時，在復位彈簧的作用下使觸頭閉合。由于凸輪形狀不同，手柄放在不同位置可使不同的觸頭斷開或閉合。由于主令控制器不是直接切換主電路，而是切換電流鉸小的控制電路(一般電流不超過5、10安)，所以尺寸較小，不要滅弧罩，但由于線路較復雜，元件多，本錢高。因此僅采用于如下場合：1。 電動機容量大，凸輪控制器容量不夠；2 操作頻率高，每小時通斷次數在600次以上；3 起重機工作繁重，要求電氣設備有較高的使用壽命；4