塔式起重机电气控制系统毕业设计Word文档格式.docx
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1.2.7塔机的防倾翻规定·
1.2.8自升式塔机的附着锚固·
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二电气控制系统设计·
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2.1设计的背景·
2.2启动电路·
2.3回转控制·
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2.3.1回转正反转控制·
212.3.2回转高中低速控制·
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2.4增减幅的控制·
2.4.1增幅控制·
2.4.2减幅控制·
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2.4.3档位控制·
2.5起升控制·
2.5.1起升安全·
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2.5.2起升下降控制·
2.5.3档位控制·
32三感谢·
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四参考文献·
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六附录·
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一塔式起重机总述
1.1总述
塔式起重机简称塔机，亦称塔吊，起源于西欧。
据记载，第一项有关建筑用塔机专利颁发于1900年。
1905年出现了塔身固定的装有臂架的起重机，1923年制成了近代塔机的原型样机，同年出现第一台比较完整的近代塔机。
1930年当时德国已开始批量生产塔机，并用于建筑施工。
1941年，有关塔机的德国工业标准DIN8770公布。
该标准规定以吊载（t）和幅度（m）的乘积（tm）一起以重力矩表示塔机的起重能力。
我国的塔机行业于20世纪50年代开始起步,相对于中西欧国家由于建筑业疲软造成的塔机业的不景气,上海波赫驱动系统有限公司我国的塔机业正处于一个迅速的发展时期。
1.1.1特点
从塔机的技术发展方面来看，虽然新的产品层出不穷，新产品在生产效能、操作简便、保养容易和运行可靠方面均有提高，但是塔机的技术并无根本性的改变。
塔机的研究正向着组合式发展。
所谓的组合式，就是以塔身结构为核心，按结构和功能特点，将塔身分解成若干部分，并依据系列化和通用化要求，遵循模数制原理再将各部分划分成若干模块。
根据参数要求，选用适当模块分别组成具有不同技术性能特征的塔机，以满足施工的具体需求。
推行组合式的塔机有助于加快塔机产品开发进度，节省产品开发费用，并能更好的为客户服务。
塔机分为上回转塔机和下回转塔机两大类。
其中前者的承载力要高于后者，在许多的施工现场我们所见到的就是上回转式上顶升加节接高的塔机。
按能否移动又分为：
走行式和固定式。
固定式塔机塔身固定不转，安装在整块混凝土基础上，或装设在条形式X形混凝土基础上。
在房屋的施工中一般采用的是固定式的。
塔式起重机属于一种非连续性搬运机械，是工业与民用建筑业施工中完成预制构件及其他建筑材料与工具等吊装工作的主要设备。
在高层建筑施工中其幅度利用率比其他类型起重机高。
由于塔式起重机能靠近建筑物，其幅度利用率可达80%，普通履带式和轮胎式起重机利用率不超过50%，而且随着建筑物高度的增加还会急剧减少。
因此，塔式起重机在高层工业和民用建筑业施工中一直处于领先地位。
应用塔式起重机对于加快施工，缩短工期，降低工程造价起着重要的作用。
同时，为了适应建筑物结构件预制装配化，工厂化等新工艺，现在的塔式起重机还必须具备以下特点：
（1）起升高度和工作幅度较大，起重力矩大
（2）工作速度高，具有安装微动性能及良好的调速性能
（3）装拆、运输方便迅速，以适应频繁转移工地的需要
1.1.2发展概况
（1）国外发展概况
塔式起重机是在第二次世界大战后才真正获得发展的。
战后各国面临着重建家园的艰巨任务，浩大的建筑工程量迫切需要大量性能良好的塔式起重机。
自塔式起重机在建筑施工中显露身手并逐渐成为工程机械一个重要分支以来，已经有50余年历史，其间利经了曲折复杂的发展阶段。
70年代末，由于种种原因，国外塔式起重机制造业陷入了低谷，不少中小工厂纷纷停业或转产，仅少数大厂得以维持。
直至80年代末才呈现逐渐复苏态势，1994年为复苏年头，复苏势头最好的国家为德国。
据有关资料介绍，在塔机制造业鼎盛的70年代，西德拥有各式塔机48500台，80年代总量减至1/3，而近几年，东西德合并，基建规模扩大，塔机产量上升，现有塔机近40000台，其中半数机龄不足5年。
如今世界塔机市场最为红火的地区为东欧和亚太（特别是东南亚）。
活跃在塔机市场上的著名产商是；
德国的Liebherr、Peiner、Wolff，f法国的Potain、BPR,意大利的Potain-Simma、Comedil、Nauva、EDILMAC，西班牙的Comensa，芬兰的Betrox，丹麦的KRφLL澳大利亚的Favco。
这些大厂为了在国际塔机市场上占有更多份额，莫不注重总结经验，认真分析市场动态，下大力气进行产品的更新和开发。
[3]近年来，国外塔机在新产品开发上大致有下列一些特点：
⑴更多的厂家注重开发经济型城市塔机并扩展成系列。
⑵国外塔机新产品中，有一些新颖的轻、中型折叠式快速安装塔机颇引人注目。
⑶根据一些国家城建当局的有关规定，为防止塔机臂架在狭窄的空间运行发生矛盾，避免吊臂相互碰撞以及碰到邻近的建筑物，在城市高层建筑密集地区施工必须采用动臂式自升塔式起重机。
⑷在经过较长时间研制之后，履带式水平臂架塔机作为一种新产品正式问世。
⑸变频调速系统在国外塔机新产品上得到推广应用。
⑹高新技术开始在塔机上应用。
⑺无论上回转或下回转式塔机，都十分重视驾驶室的平面设计和空间处理。
（2）我国塔式起重机行业的发展
50年代初，我国塔机由仿制开始起步，1954年仿制东德建筑师Ⅰ型塔机；
60年代自行设计制造了25tm、40tm、60tm几种机型，多以动臂式为主；
70年代，随着高层建筑的增多，对施工机械提出了新的要求，于是，160tm附着式、45tm内爬式、120tm自升式等塔机相继问世；
自上世纪80年代以来，我国塔机行业得到快速发展，尤其近几年，塔机销量持续攀高，2001年行业统计销量9738台，2002年成为世界上首个
塔机年产量突破10000台的国家。
2004年，由于宏观调控作用以及起重机行业的结构调整，塔机的产销量有所回落，2005、2006年，在经济高速增长的强力拉动下，我国塔机的产销恢复高速增长，2006年销量已超过2万台。
在中国塔式起重机的生产与应用已有40多年的历史，历经了一个从测绘仿制到自行设计制造的过程。
20世纪50年代，为满足国家经济建设需要，中国引进了前苏联以及东欧一些国家的塔式起重机，并进行仿制。
1954年仿制民主德国设计的样机，在抚顺试制成功了中国第一台TQ2—6型塔式起重机。
随后又仿照前苏联样机，研制了15t与25t塔式起重机，这个时期中国生产与使用的塔式起重机的数量都较少。
20世纪60年代，由于高层、超高层建筑的发展，广泛使用了内部爬升式和外部附着式塔式起重机，并在工作机构中采用了比较先进的技术，如直流电机调速、可控硅调速、涡流制动器，在回转和运行机构中安装液力偶合器等。
在此时期，中国开始进入了自行设计与制造塔式起重机的阶段。
1961年，首先在北京试制成功了红旗-11型塔式起重机，它也是中国最早自行设计的塔式起重机。
随后，中国又自行设计制造了TQ-6型塔式起重机，至1965年全国已经有生产厂10余家，生产塔式起重机360多台。
这些塔式起重机都是下转动臂式，可整体拖运，能满足六层以下民用建筑施工的需要。
20世纪70年代，塔式起重机服务对象更为广泛。
塔式起重机的幅度、起重量和起升高度均有了显著提高。
为了满足市场各方面的要求，塔式起重机又向一机多用方向发展。
中国塔式起重机进入了技术提高、品种增多的新阶段。
1972年中国第一台下回转的轻型轮胎式轨道两用起重机问世：
同年为了北京饭店施工，中国又自行设计制造了QT-10型自升式塔式起重机，该机的起重力矩为1600kN·
m。
这一时期还先后开发了ZT100、ZT120、ZT280等小车变幅自升式塔式起重机、QT-20小车变幅内爬式塔式起重机，QTL16、TQ40、TQ45、TD25、QTG40、QTG60下回转动臂自行架设快装塔式起重机等，其年产量最高超过900台，标志着中国塔式起重机行业进入一个新的阶段。
20世纪80年代，中国塔式起重机相继出现了不少新产品，主要有QTZ100、QZT120等自升式塔式起重机，QT60、QTK60、QT25HK等下回转快装塔式起重机等。
这些产品在性能方面已接近国外70年代水平，这一时期的最高年产量达1400台。
与次同时，随着改革开放和国际技术交流的曾多，为满足建筑施工的需要，也从国外引进了一些塔式起重机，其中联邦德国的Liebherr、法国的Potain以及意大利的Edilmac等公司的产品。
由于这些塔式起重机制造质量较好，技术性能比较先进，极大地促进了中国塔式起重机产品的设计与制造技术的进步。
20世纪90年代以后，中国塔式起重机行业随着全国范围建筑任务的增加而进入了一个新的兴盛时期，年产量连年猛增，而且有部分产品出口到国外。
全国塔式起重机的总拥有量也从20世纪50年代的几十台截至2000年约为6万台。
现全国有300多个生产厂家，取得生产许可证的有241家；
年产量9000台左右：
产值超亿元、利税超千万的企业已达十多家。
自1992年到现在，塔机年出口量均大于进口量均大于进口量，年出口金额均大于进口金额，到目前为止年贸易顺差已达800多万美元，在基本上满足国民经济发展需要的前提下述可以出口创汇。
至此，无论从生产规模、应用范围和塔式起重机总量等角度衡量，中国均堪称塔式起重机大国。
但是，由于我国加入WTO，冷静分析起来我国塔机生产的现状并不乐观，存在以下的问题：
产品结构不合理品种型号大同小异
技术法规限制了产品开发，由于80年代中国制定的产品型号分类标准，将起升速度、回转速度、变幅速度、行走速度、顶升速度、起重量、起重力矩等主参数以及下回转塔机的支腿跨距、尾部回转半径等几何尺寸都进行了严格的规定，这样严重限制了塔机的技术进步。
而用户群不稳定也制约了技术进步，在中国大量中小型建筑企业资金不雄厚，缺乏长远规划，用的是大企业淘汰下来的二手货以及超期服役的旧塔机。
因此，在发达国家广泛应用的运输便捷、架设迅速、使用安全的快速架设塔机在我国受到冷落。
与此同时，企业创新能力不足也影响了产品发展，许多新建企业的研究开发能力较弱，大部分产品是与大专院校、科研单位联合开发的，同一个产品可以有几家甚至几十家生产，没有形成企业自己的特色。
制造技术不适应没有形成规模工业
近20年来，我国塔机制造业的水平虽然有所提高，但相对其他一些行业的先进制造技术还是落后的，与我们相近的工程机械骨干企业相比差距也很大，许多厂家生产效率底、环境污染多、造成焊接质量和成品外观质量都难以保证。
只有极少数企业企业做到涂装前基底经处理。
大多数企业的管理模式和生产方式还是传统的多级递进的静态不变的模式，有的还是小而全或大而全，专业化程度、工艺装备和管理水平低，很难适应多品种批量化生产和商品经济的激烈竞争，难以形成自己的民族规模工业。
因为行业统计只统计了二三十家生产企业的销量，全行业销量肯定远远超过统计数字。
勿庸置疑，我国已成为世界民用塔机的生产大国，也是世界塔机主要需求市场之一。
据初步统计，目前我国取得生产许可证的塔机生产厂达400余家，而80年代还不足100家。
1.2塔式起重机的组成
1.2.1塔机的金属结构
塔机的金属结构由起重臂、塔身、转台、承座、平衡臂、底架、塔尖等组成。
起重臂构造型式为小车变幅水平臂架，再往下分又有单吊点、双吊点和起重臂与平衡臂连成一体的锤头式小车变幅水平臂架。
单吊点是静定结构，双吊点是超静定结构。
锤头式小车变幅水平臂架，装设于塔身顶部，状若锤头，塔身如锤柄，不设塔尖，故又叫平头式。
平头式的使结构形式更简单，更有利于受力，减轻自重，简化构造等优点。
小车变幅臂架大都采用正三角形的截面。
塔身结构也称塔架，是塔机结构的主体。
现今塔机均采用方形断面，断面尺寸应用较广的有：
1.2m×
1.2m、1.4m×
1.4m、1.6m×
1.6m、2.0m×
2.0m;
塔身标准节常用尺寸是2.5m和3m。
塔身标准节采用的联接方式，应用最广的是盖板螺栓联接和套柱螺栓联接，其次是承插销轴联接和插板销轴联接。
标准节有整体式塔身标准节和拼装式塔身标准节，后者加工精度高，制作难，但是堆放占地小，运费少。
塔身节内必须设置爬梯，以便司机及机工上下。
爬梯宽度不宜小于500mm，梯步间距不大于300mm，每500mm设一护圈。
当爬梯高度超过10m时，梯子应分段转接，在转接处加设一道休息平台。
塔尖的功能是承受臂架拉绳及平衡臂拉绳传来的上部荷载，并通过回转塔架、转台、承座等的结构部件式直接通过转台传递给塔身结构。
自升塔顶有截锥柱式、前倾或后倾截锥柱式、人字架式及斜撑架式。
凡是上回转塔机均需设平衡重，其功能是支承平衡重，用以构成设计上所要求的作用方面与起重力矩方向相反的平衡力矩。
除平衡重外，还常在其尾部装设起升机构。
起升机构之所以同平衡重一起安放在平衡臂尾端，一则可发挥部分配重作用，二则增大绳卷筒与塔尖导轮间的距离，以利钢丝绳的排绕并避免发生乱绳现象。
平衡重的用量与平衡臂的长度成反比关系，而平衡臂长度与起重臂长度之间又存在一定比例关系。
平衡重的用量相当可观，轻型塔机一般至少要3～4t，重型的要近30t。
平衡重可用铸铁或钢筋混凝土制成：
前者加工费用高但迎风面积小;
后者体积大迎风面大对稳定性不利，但简单经济，故一般均采用这种。
通常的做法是将平衡重预制区分成2～3种规格，宽度、厚度一致，但高度加以调整，以便与不同长度臂架匹配使用。
1.2．2塔机的零部件
每台塔机都要用许多种起重零部件，其中数量最大，技术要求严而规格繁杂的是钢丝绳。
塔机用的钢丝绳按功能不同有：
起升钢丝绳，变幅钢丝绳，臂架拉绳，平衡臂拉绳，小车牵引绳等。
钢丝绳的特点是：
整根的强度高，而且整根断面一样大小，强度一致，自重轻，能承受震动荷载，弹性大，能卷绕成盘，能在高速下平衡运动，并且无噪声，磨损后其外皮会产生许多毛刺，易于发现并便于及时处置。
钢丝绳通常由一股股直径为0.3～0.4mm细钢丝搓成绳股，再由股捻成绳。
塔机用的是交互捻，特点是不易松散和扭转。
就绳股截面形状而言，高层建筑施工用塔机以采用多股不扭转钢丝绳最为适宜，此种钢丝绳由两层绳股组成同，两层绳股捻制方向相反，采用旋转力矩平衡的原理捻制而成，受力时自由端不发生扭转。
塔机起升钢丝绳及变幅钢丝绳的安全系数一般取为5～6,小车牵引绳和臂架拉绳的安全系数取为3,塔机电梯升降绳安全系数不得小于10。
钢丝绳的安全系数是不可缺少的安全储备系数，绝不可凭借这种安全储备面擅自提高钢丝绳的最大允许安全荷载。
由于钢丝绳的重要性，必须加强对钢丝绳的定期全面检查，贮存于干燥面封闭的、有木地板或沥青混凝土地面的仓库内，以免腐蚀，装卸时不要损坏表面，堆放时要竖立安置。
对钢丝绳进行系统润滑可以提高使用寿命。
变幅小车是水平臂架塔机必备的部件。
整套变幅小车由车架结构、钢丝绳、滑轮、行轮、导向轮、钢丝绳承托轮、钢丝绳防脱辊、小车牵引绳张紧器及断绳保险器等组成。
对于特长水平臂架（长度在50m以上），在变幅小车一侧随挂一个检修吊篮，可载维修有员往各检修点进行维修和保养。
作业完后，小车驶回臂架根部，使吊篮与变幅小车脱钩，固定在臂架结构上的专设支座处。
其它的零部件还有滑轮，回转支承，吊钩和制动器等。
1.2.3塔机的工作机构
塔机的工作机构有五种：
起升机构、变幅机构、小车牵引机构、回转机构和大车走行机构（行走式的塔机）。
1.2.4塔机的电气设备
塔机的主要电气设备包括：
·
电缆卷筒-中央集电环;
电动机;
操作电动机用的电器，如：
控制器、主令控制器、接触器和继电器。
保护电器，如：
自动熔断器，过电流继电器和限位开关等。
主副回路中的控制、切换电器，如：
按钮、开关和仪表等。
属于辅助电气设备的有：
照明灯、信号灯、电铃等。
1.2.5塔机的液压系统
塔机液压系统中的主要元器件是液压泵、液压油缸、控制元件、油管和管接头、油箱和液压油滤清器等。
液压泵和液压马达是液压系统中最为复杂的部分，液压泵把油吸入并通过管道输送给液压缸或液压马达，从而使液压缸或马达得以进行正常运作。
液压泵可以看成是液压和心脏，是液压的能量来源。
我国的塔机液压顶升系统采用的液压泵大都是CB-G型齿轮泵，CB不齿轮的代号，赫格隆G为固定的轴向间隙，工作压力为12。
5~16MPa。
液压缸是液压系统的执行元件。
从功能上来看，液压缸与液压马达同是所工作油流的压力能转变为机械能的转换装置。
不同的是液压马达是用于旋转运动，而液压是用于直线运动。
一个液压顶升接高的全过程是：
移动平衡重，使塔身不受不平衡力矩，起重臂就位，朝向与引进轨道方位相同并加以锁定，吊运一个塔身标准节安放在摆渡小车上;
顶升;
定位销就位并锁定，提起活塞杆，在套架中形成引进空间;
引进标准节;
提起标准节，推出摆渡小车;
使标准节就位，安装联接螺栓;
微微向上顶升，拔出定位锁使过渡节与已接高的塔身联固成一体。
1.2.6、塔机的安全装置
安全装置是塔机必不可少的关键设备之一，可以分为：
限位开关（限位器）;
超负荷保险器（超载断电装置）;
缓冲止挡装置;
钢丝绳防脱装置;
风速计;
紧急安全开关;
安全保护音响信号。
限位开关按功能有：
吊钩行程限位开关，回转限位开关，小车行程限位开关，大车行程限位开关。
1.2.7塔机的防倾翻规定
严禁超载运行;
不得斜牵重物;
不许猛然急制动;
禁止在大风中运行吊运作业;
工作班后，必须把夹轨器夹紧，以防大风将塔机吹动溜出轨道。
1.2.8自升式塔机的附着锚固
当自升式塔机在达到其自由高度继续向上顶升接高时，为了增强其稳定系数保持起重能力，必须通过锚固附着于建筑结构上。
附着层次与施工层建筑总高度、塔机和塔身结构、塔身自由高度有关。
一般来说，设置2道锚固着墨已可满足需要。
在建筑物上的附着点的选择要注意：
两附着加固定点之间的距离适当;
固定点应设置在丁字墙和外墙转角处;
对框架结构，附着点宜布在靠近柱的根部;
布置在靠近楼板处以利传力和安装。
要保证塔机的安全使用和取得比较长的使用寿命，必须对它进行润滑、故障排除、定期保养与零部件的检修。
二电气控制系统设计
2.1设计的背景
近20年来，我国塔机制造业的水平虽然有所提高，但相对其他一些行业的先进制造技术还是落后的，与我们相近的工程机械骨干企业相比差距也很大，许多厂家生产效率底、环境污染多、造成焊接质量和成品外观质量都难以保证。
我在暑假期间有过四个月的驾驶经验，出于对塔式起重机的了解我决定结合所学的专业把塔式起重机的电气控制系统作为我的毕业设计。
其中有诸多不足请大家指教。
2.2启动电路
图1总启动控制电路（详细见附录1）
启动动作流程图
总启动（图1）：
塔机投入使用前，总启动接触器KM不工作。
除顶升以外，其余部分均不工作。
要总启动动作，各机构工作元件必须处于静止状态，万能转向开关SX、SH、SQ要处于零位，电压表所示正常，电锁SP的常闭接通、紧急按钮SB1的常闭接通、总停止按钮SB3的常闭接通，此时按下总启动按钮SB2，总接触器KM通电并且完成自锁，控制电路和各主电路通电。
如遇紧急情况按下紧急按钮SB1各电路失电。
2.3回转控制
图2回转控制电路（详细见附录1）
（主电路见附录2）
回转机构电气控制元件由回转控制万能转向器开关、回转接触器等组成，回转电机采用YZR160M1-6-5.5KW单速绕线电机一台。
回转由SH控制接触器KM8、KM9、KM10、KM11、KM12正、反及高、低速运转。
SQ4、SQ5控制限定在同一方向回转不超过5
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