305吨桥式起重机电气改造设计毕业设计.docx

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305吨桥式起重机电气改造设计毕业设计

xxxx理工大学成人高等教育

毕业设计（论文）

30/5吨桥式起重机电气改造设计

专业：

机械制造及其自动化

学习形式：

函授□夜大□脱产□

学习层次：

高起本□专升本□高起专□

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

xxxx理工大学成人高等教育

毕业设计（论文）任务书

设计（论文）题目：

30/5吨桥式起重机电气改造设计

姓名：

学号：

专业、年级：

机械制造及其自动化学习形式：

函授□夜大□脱产□

学习层次：

高起本□专升本□高起专□函授站：

毕业设计（论文）内容：

1.用户的30/5吨桥式起重机电气改造原因调查分析及改造技术路线拟定。

2.桥式起重机电气设备参数计算和选型。

3.桥式起重机电气系统原理图及程序设计。

4.桥式起重机电气系统改造施工及调试方案。

设计（论文）指导教师（签字）：

主管教学院长（签字）：

年月日

目　　录

30/5吨桥式起重机电气改造设计

兰石全

能源动力中心四川xxxx

摘要：

本文主要对一企业现有30t/5t桥式起重机，由常规YZR系列冶金起重用三相异步电动机作为电气传动，转子回路串电阻调速，线路控制器方式为主令控制器加PQR型控制方式，改造为三菱通用变频器加三菱PLC控制方式，将原来主、副钩的绕线式异步电动机改换为鼠龙式异步电动机，用PLC控制替代传统的PQR型磁力屏控制方式，用变频器直接驱动鼠龙式异步电动机实现调速。

并结合生产工艺需求，对桥式起重机的主钩、副钩电动机、主、副钩变频器、PLC等主要电气设备进行设计和选型，完成了电气控制原理图设计，PLC程序设计以及对改造设计后的桥式起重机进行通电调试。

关键词：

起重机；常规控制；通用变频器；PLC；可行性；

第一章设计项目来源

1.1项目来源概况

某企业现有一台30/5吨桥式起重机，由重庆起重机厂设计生产，于1990年安装投用至今，主要用来起吊发电机定子和转子、汽轮机透平和转子，完成必需的检修或安装等等作业。

起重机跨距22.5米；主钩减速机型号ZQ50,速比40.17，起吊重量不超过30t，额定起吊速度7.8m/min；副钩减速机型号ZQ85,速比48.57起吊重量不超过5t，额定起吊速度14.5m/min；选用YZR系列冶金起重用三相异步电动机作为电气传动机，电机转子串电阻器作为实现调速方案，线路控制器方式为主令控制器加PQR型控制方式。

日常生产中，起重机使用频率高，一旦起重机出现问题，对企业连续生产带来很大影响，甚至可能造成损坏发电机、汽轮机等高价值的生产设备，将导致企业的经济效益受损。

随着使用年限增加，起重机电气故障频率逐年上升，已影响到单位24小时不间断的生产。

鉴于此，用户单位拟计划对30/5吨桥式起重机电气系统进行大修，以恢复起重机能无故障连续生产运行的基本技术要求，满足企业生产。

1.2用户单位拟定起重机的大修经济技指标

用户单位从自身企业生产规模和经营状况，拟定了桥式起重机维修后要达到以下宏观指标值：

A.起重机大修外购设备费用一次性投资不超过15万元。

B.起重机大修后，电气技术性能不得低于1990年设备安装投用时的各项指标。

C.在外购设备费用不超的情况下，应采用当前较为先进技术方案进行大修，且电气设备尽量换新。

D.起重机大修后，应使起重操作工的劳动强度有所降低，减轻起重操作工生产压力。

E.起重机大修后，5年内电气控制回故障次数年平均小于15次/年，电动机烧毁率为零。

F.起重机大修后，新安装的电气设备要便于维护检修，备品备件通用性、互换性强，尽量选用单位上已在用的相同或机相近型号规格电气设备，便于今后维修备品备件组织，减少库存备品备件资金占用。

1.3桥式起重机电气故障现状调研

1.3.1起重机操作工现状反映

起重机操作工是桥式起重机的使用和操作者，对起重机生产使用时存在故障情况反映整理如下：

A.起重机操作使用中，偶有发生瞬时溜钩现象，操作工处理一失误，将造成设备和人身伤害的重大事故，带来起重操作工很大压力，有时都不愿上起重机生产操作，想换岗位。

B.主钩、副钩未设点动功能，起重机操作工在重物作微量移动时，只能靠快速操作控制器手柄来实现，安全方面取决于操作工的熟练程度。

在精确落一大吨位物件时，需要反反复复的升降操作，才能实现，让起重机操作工和指吊工经常背有思想情绪上岗。

C.起重机在起动、停止过程中冲击大，有时机械响特大，起重机来回上下颤动感觉特别明显。

D.起重机在操作中，常出现速度变动大，要快速时，速度提不起，要慢速时，速度减不下，操作中找不着档位。

E.起重机在操作中经常陌名其妙的电磁响声，还以为又出故障。

F.起重机的调速电阻经常被烧得通火，到处都嗅得到电气被烧焦的糊味，不得已只好把电阻器的保护罩拆除，便于散热。

G.起重机近来电机老被烧毁。

H.起重机一出故障，经常停在半空中，上也上去，下也下不去，不得动弹。

I.起重机主钩、副钩、大车、小车操作分属四个独立操作控制器，操作工操作量大，紧急情况下，搞得手忙脚乱的。

1.3.2起重机电气维护检修工现状反映

对起重机电气维护检修人员收集信息，起重机日常故障维护检修集中在以下电气元件上出问题：

A.起重机电气控制接触器故障率最高，出现情况有接触器线圈烧坏、接触器主触头烧坏粘连或接触不良、接触器辅助节点闭合不良、接触器动铁芯错位、接触器安装螺栓松动脱落、接触器拉弧烧坏邻近元件或线路，加之原设计接触器选型为非常用型号，备器组织困难，更换时也挺费尽。

B.起重机过流继电器正常动作多次后，动作就会失灵，有时节点也因振动而误动。

C.起重机主钩、副钩的主令机械磨损快，出现档位定不位、档位节点闭合顺序错乱。

D.起重机大车、小车凸轮控制器触头经常烧断。

E.起重机的调速电阻经常被烧得通火，常将绝缘烧坏，甚至烧断电阻丝，烤坏连接的电缆，尤其起重机主钩、副钩的最为突出。

F.起重机近来主钩电机老被烧毁，更换上备用电机相当困难。

G.起重机一出故障，经常停在半道上，处理故障时，不能通过起重机的正常上下梯道上到起重机操作，只能高空攀爬栏杆，进到起重机上，非常不安全。

H.对起重机操作使用中，发生瞬时溜钩时，即时组织人员对起重机进行全面检查，均未发现任何故障点，然后对吊车进行满负荷试重，也未再出现溜钩现象，让检修维护人员很是困惑。

1.3.3起重机电气故障原因分析

1.3.3.1起重机电气工作原理分析

桥式起重机电气系统，如电气主回路图1和主钩、副钩控制回路及总电源保护控制回路图2所示。

从图中可以看出,起重机选用绕线式电动机，转子回路串电阻进行调速。

大车、小车控制选用凸轮控制器直接实现平移机构的起停及运行速度的控制，主钩、副钩选用常规接触器继、继电器、主令控制器组合实现升降机构起停及运行速度的控制。

保护设置有电动机过流保护、短路保护、失压保护、控制器的零位联锁、司机室及栏杆门安全开关保护等。

由于生产工艺需求，主钩、副钩设置六个调速档位，以得到不同的电动机机械特性，满足吊装重物的各种作业工况要求。

其控制工作原理为正反向接触器ZC、FC用以换接电动机定子电源的相序，控制电动机正反转，制动接触器ZDC接通三相制动电磁铁，电动机转子回路中共有七段对称连接的电阻器，前两段为反接制动电阻，分别由反接制动接触器1FCJ、2FCJ控制，后四段为起动加速电阻，由加速接触器1JSC、2JSC、3JSC、4JSC控制。

1.3.3.2起重机电气设备及其功能

结合电气主回路图1和主钩、副钩控制回路及总电源保护控制回路图2，桥式起重机电气设备及其功能分析见表1.1。

表1.1起重机电气设备及其功能

序号

符号

设备名称

型号规格

功能

1

ZD

主钩电机

YZR250M2-837KW

输出主钩拖动转矩起放重物

2

FD

副钩电机

YZR160L-611KW

输出副钩拖动转矩起放重物

3

1DD、2DD

大车电机

YZR160M2-67.5KW

输出大车拖动转矩平移大车

4

DX

小车电机

YZR160M1-65.5KW

输出小车拖动转矩平移小车

5

ZDT

主钩制动器

MZS1-45H

产生制动力矩，固定重物位

6

FDT

副钩制动器

MZD1-300

产生制动力矩，固定重物位

7

1DT、2DT

大车制动器

MZD1-200

产生制动力矩，固定大车位

续表1.1起重机电气设备及其功能

序号

符号

设备名称

型号规格

功能

8

TX

小车制动器

MZD1-200

产生制动力矩，固定小车位

9

ZR

主钩电阻器

RQ32-YZR250M2-8/6Y-4

得到不同转矩和主钩转速

10

FR

副钩电阻器

RT32-YZR160M2-6/1B

得到不同转矩和副钩转速

11

1DR、2DR

大车电阻器

RT32-YZR160L-6/2R-1

得到不同转矩和大车转速

12

XR

小车电阻器

RT32-YZR160M1-6/1B

得到不同转矩和小车转速

13

BFG

保护配电柜

GQR5-GCDD

总电源控制及保护电气总成

14

XC

总电源接触器

CJ12B-250/3

总电源的通断

15

LJ

总过流继电器

JL12-300A

总电源的过流继保护

16

1LJ、2LJ

大车过流继电器

JL12-20A

大车的过流继保护

17

3LJ

小车过流继电器

JL12-15A

小车的过流继保护

18

Kz

主钩主令控制器

LK1-12/90

主钩的控制指令人机接口

19

Kf

副钩主令控制器

LK1-12/91

副钩的控制指令人机接口

20

Kd

大车凸轮控制器

KT10-60J/5

大车控制指令及其电源通断

21

Kx

小车凸轮控制器

KT10-25J/1

大车控制指令及其电源通断

22

CLP

磁力控制屏

PQR10A-250

主副钩控制及保护电气总成

23

4LJ

主钩过流继电器

JL12-200A

主钩的过流继保护

24

5LJ

副钩过流继电器

JL12-100A

副钩的过流继保护

25

ZC

正转接触器

CJ12B-100/3

主钩或副钩起升电源的通断

26

FC

反转接触器

CJ12B-100/3

主钩或副钩下降电源的通断

27

1FCJ、2FCJ

反接制动接触器

CJ12-80/3

主钩或副钩串不同电阻通断

28

1JSC—4JSC

加速接触器

CJ12-80/3

主钩或副钩串不同电阻通断

29

ZDC

制动接触器

CJ12-80/3

制动电磁铁电源通断

30

LYJ

零压保护继电器

CJ10-10

主钩或副钩的失压保护

31

ZXK

主钩限位开关

LX3-11

主钩起升高度限位保护

32

FXK

副钩限位开关

LX3-11

副钩起升高度限位保护

33

1XX、2XX

小车限位开关

LX10-11

小车平移极限位保护

34

1DX、2DX

大车限位开关

LX10-11

大车平移极限位保护

35

1AK-4AK

门安全开关

LX19-111

防止人员误入安全保护

36

JK

紧急开关

LX3-11H

危急情形下人控断电指令

1.3.3.3起重机电气设备故障分析

结合电气主回路图1和主钩、副钩控制回路及总电源保护控制回路图2以及表1.1，对桥式起重机电气设备常见故障分析见表1.2。

表1.2起重机电气设备常见故障

序号

设备名称

故障现象

故障原因

1

主钩电机

发热、转速异常、烧毁

电机散热不良、制动电磁铁不能正常打开、连续大负荷（点动）运行频率高、定子缺相、转子缺相、电机滑环烧坏、绕组绝缘击穿等

2

副钩电机

发热、转速异常、烧毁

电机散热不良、制动电磁铁不能正常打开、连续大负荷（点动）运行频率高、定子缺相、转子缺相、电机滑环烧坏、绕组绝缘击穿等

3

大车电机

发热、转速异常、烧毁

电机散热不良、制动电磁铁不能正常打开、连续大负荷（点动）运行频率高、定子缺相、转子缺相、电机滑环烧坏、绕组绝缘击穿等

4

小车电机

发热、转速异常、烧毁

电机散热不良、制动电磁铁不能正常打开、连续大负荷（点动）运行频率高、定子缺相、转子缺相、电机滑环烧坏、绕组绝缘击穿等

5

主钩制动器

不动作、电磁力不够、电磁声大、烧毁

断线、线圈烧毁、铁芯吸合错位、定位弹簧变形或断片、铁芯开裂、行程量变小、安装螺丝松动或断裂等

6

副钩制动器

不动作、电磁力不够、电磁声大、烧毁

断线、线圈烧毁、铁芯吸合错位、定位弹簧变形或断片、铁芯开裂、行程量变小、安装螺丝松动或断裂等

7

大车制动器

不动作、电磁力不够、电磁声大、烧毁

断线、线圈烧毁、铁芯吸合错位、定位弹簧变形或断片、铁芯开裂、行程量变小、安装螺丝松动或断裂等

8

小车制动器

不动作、电磁力不够、电磁声大、烧毁

断线、线圈烧毁、铁芯吸合错位、定位弹簧变形或断片、铁芯开裂、行程量变小、安装螺丝松动或断裂等

9

主钩电阻器

发热异常、阻值改变、烧断烧毁

散热不良、电阻氧化严重、电机连续大负荷（点动）运行频率高、长期低档位运行、电机过载、回路缺相等

10

副钩电阻器

发热异常、阻值改变、烧断烧毁

散热不良、电阻氧化严重、电机连续大负荷（点动）运行频率高、长期低档位运行、电机过载、回路缺相等

11

大车电阻器

发热异常、阻值改变、烧断烧毁

散热不良、电阻氧化严重、电机连续大负荷（点动）运行频率高、长期低档位运行、电机过载、回路缺相等

12

小车电阻器

发热异常、阻值改变、烧断烧毁

散热不良、电阻氧化严重、电机连续大负荷（点动）运行频率高、长期低档位运行、电机过载、回路缺相等

13

保护配电柜

变形严重、晃动大

焊点脱焊、起不到设备总成作用，引起内部设备空间变位带来短路等各种奇特故障

续表1.2起重机电气设备常见故障

序号

设备名称

故障现象

故障原因

14

总电源接触器

不动作、电磁声大、烧毁、触头发热、电弧声响

断线、线圈烧毁、铁芯吸合错位、触头烧坏、触头粘连、灭弧罩损坏、安装螺丝松动或断裂等等

15

总过流继电器

误动作、辅助节点不通

动作特性变差、辅助节点损坏或烧坏

16

大车过流继电器

误动作、辅助节点不通

动作特性变差、辅助节点损坏或烧坏

17

小车过流继电器

误动作、辅助节点不通

动作特性变差、辅助节点损坏或烧坏

18

主钩主令控制器

不能回零位、档位闭合混乱

机械结构严重磨损，齿轮结构失效

19

副钩主令控制器

不能回零位、档位闭合混乱

机械结构严重磨损，齿轮结构失效

20

大车凸轮控制器

不能回零位、档位闭合混乱、触头发热或烧毁

机械结构严重磨损，齿轮结构失效、触头烧损、触头粘连、灭弧罩损坏、安装螺丝松动等等

21

小车凸轮控制器

不能回零位、档位闭合混乱、触头发热或烧毁

机械结构严重磨损，齿轮结构失效、触头烧损、触头粘连、灭弧罩损坏、安装螺丝松动等等

22

磁力控制屏

变形严重、晃动大

焊点脱焊、起不到设备总成作用，引起内部设备空间变位带来短路等各种奇特故障

23

主钩过流继电器

误动作、辅助节点不通

动作特性变差、辅助节点损坏或烧坏

24

副钩过流继电器

误动作、辅助节点不通

动作特性变差、辅助节点损坏或烧坏

25

正转接触器

不动作、电磁声大、烧毁、触头发热、电弧声响

断线、线圈烧毁、铁芯吸合错位、触头烧坏、触头粘连、灭弧罩损坏、安装螺丝松动或断裂等等

26

反转接触器

不动作、电磁声大、烧毁、触头发热、电弧声响

断线、线圈烧毁、铁芯吸合错位、触头烧坏、触头粘连、灭弧罩损坏、安装螺丝松动或断裂等等

27

反接制动接触器

不动作、电磁声大、烧毁、触头发热、电弧声响

断线、线圈烧毁、铁芯吸合错位、触头烧坏、触头粘连、灭弧罩损坏、安装螺丝松动或断裂等等

续表1.2起重机电气设备常见故障

序号

设备名称

故障现象

故障原因

28

加速接触器

不动作、电磁声大、烧毁、触头发热、电弧声响

断线、线圈烧毁、铁芯吸合错位、触头烧坏、触头粘连、灭弧罩损坏、安装螺丝松动或断裂等等

29

制动接触器

不动作、电磁声大、烧毁、触头发热、电弧声响

断线、线圈烧毁、铁芯吸合错位、触头烧坏、触头粘连、灭弧罩损坏、安装螺丝松动或断裂等等

30

零压保护继电器

不动作、电磁声大、烧毁、触头发热、电弧声响

断线、线圈烧毁、铁芯吸合错位、触头烧坏、触头粘连等

31

主钩限位开关

辅助节点不通

机构变形、辅助节点损坏

32

副钩限位开关

辅助节点不通

机构变形、辅助节点损坏

33

小车限位开关

辅助节点不通

机构变形、辅助节点损坏

34

大车限位开关

辅助节点不通

机构变形、辅助节点损坏

35

门安全开关

辅助节点不通

机构变形、辅助节点损坏

36

紧急开关

辅助节点不通

机构变形、辅助节点损坏

从表1.2中可以看到，当桥式起重机电气系统中单个设备出故障时，故障现象明显，电气维护人员容易判断和查找到故障点并处理好。

但是，由于桥式起重机投用年限已很长，起重机电气设备整体技术性能下降很多后，电气设备出故障往往多个设备同时发生综作用，引起故障现象奇特和复杂，电气维护人员查处故障点就要困难得多，有些可能查不到明显的故障点，这些情况在操作工现状反映、电气维护检修工现状反映中都有集中的体现。

综上所述，起重机电气故障原因综合分析有以下机点：

A.桥式起重机投用年限已久，电气设备整体技术性能下降，导致近来起重机电气故障频发。

B.起重机操作工虽通过熟练操作技艺，克服设备性能上的不足，基本保障了生产起吊作业，但这加速了起重机电气设备技术性能进一步恶化，同时也给起重机操作工带来不小的安全生产压力。

C.起重机电气系统技术性恶化后，最终导致不可预见性“瞬时溜钩”的险情偶发，而最终故障点未能查找到。

结论：

用户单位已不能采取，安排电气维护人员对起重机电气系统进行简单日常维护、换几个电气设备的方式，就能恢复起重机的电气性能，而应立项，启用专项大中修资金，对起重机电气系统进行必要的大修，以恢复和提高桥式起重机的电气性能指标。

1.4桥式起重机电气系统大修技术路线

1.4.１起重机电气系统大修技术路线一

起重机电气系统大修技术路线一：

采用电气设备原型号更新方式，设备选型方案和市场参考价见表1.3。

表1.3起重机大修技术路线方案一的设备选型

序号

设备名称

型号规格

市场价（元）

备注

1

主钩电机

YZR250M2-837KW

4040

电机利旧，送电机修理厂大修价。

2

副钩电机

YZR160L-611KW

2500

3

大车电机

YZR160M2-67.5KW

3000

4

小车电机

YZR160M1-65.5KW

1000

5

主钩制动器

MZS1-45H

2400

6

副钩制动器

MZD1-300

1400

7

大车制动器

MZD1-200

700

8

小车制动器

MZD1-200

700

9

主钩电阻器

RQ32-YZR250M2-8/6Y-4

5700

10

副钩电阻器

RT32-YZR160M2-6/1B

3000

11

大车电阻器

RT32-YZR160L-6/2R-1

1600

2台

12

小车电阻器

RT32-YZR160M1-6/1B

700

13

保护配电柜

GQR5-GCDD600*500*500

4000

14

总电源接触器

CJ12B-250/3

1161

续表1.3起重机大修技术路线方案一的设备选型

序号

设备名称

型号规格

市场价（元）

备注

15

总过流继电器

JL12-300A

80

16

大车过流继电器

JL12-20A

120

2台

17

小车过流继电器

JL12-15A

114

2台

18

主钩主令控制器

LK1-12/90

655

19

副钩主令控制器

LK1-12/91

655

20

大车凸轮控制器

KT10-60J/5

970

21

小车凸轮控制器

KT10-25J/1

870

22

磁力控制屏

PQR10A-250　1700*1100*450

5000

23

主钩过流继电器

JL12-200A

146

2台

24

副钩过流继电器

JL12-100A

134

2台

25

正转接触器

CJ12B-100/3

880

2台

26

反转接触器

CJ12B-100/3

880

2台

27

反接制动接触器

CJ12-80/3

1680

4台

28

加速接触器

CJ12-80/3

3360

8台

29

制动接触器

CJ12-80/3

840

2台

30

零压保护继电器

CJ10-10

120

2台

31

主钩限位开关

LX3-11

270

32

副钩限位开关

LX3-11

270

33

小车限位开关

LX10-11

160

2台

34

大车限位开关

LX10-11

160

2台

35

门安全开关

LX19-111

28

36

紧急开关

LX3-11H

30

合计

49323元

1.4.2起重机电气系统大修技术路线二

起重机电气系统大修技术路线二：

动作频率高的电气设备选用进口产品，提高易损件使用周期，主钩副钩主令控制器、大车小车凸轮控制器选型为新型一体式联动台，降低起重操作工的劳动强度，设备选型方案和市场参考价见表1.4。

表1.4起重机大修技术路线方案二的设备选型

序号

设备名称

型号规格

市场价（元）

备注

1

主钩电机

YZR250M2-837KW

4040

电机利旧，送电机修理厂大修价。

2

副钩电机

YZR160L-611KW

2500

续表1.4起重机大修技术路线方案二的设备选型

序号

设备名称

型号规格

市场