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畢業(yè)設(shè)計（論文）
題 目 集裝箱龍門起重機設(shè)計
電氣控制部分
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級 2004級2班（機電一體化）
學(xué) 生 李江華
指導(dǎo)教師 李斌
重慶交通大學(xué)
2008 年
一、選題目的的理論價值和現(xiàn)實意義
該題目涉及機電一體化，滿足教學(xué)要求。題目來源于生產(chǎn)，綜合性、實踐性強，通過集裝箱龍門起重機設(shè)計（電氣控制部分）可以培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計思想、方法、創(chuàng)新能力及科學(xué)態(tài)度，還可以提高學(xué)生的綜合專業(yè)技能及素質(zhì)。
二、本課題在國內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢
軌道式龍門起重機采用電力驅(qū)動，由于其承載能力大、結(jié)構(gòu)簡單、營運費用低，在國內(nèi)外得到廣泛的使用。通用型龍門起重機主要用于鐵路、碼頭，大型工廠貨場進行件雜貨的裝卸作業(yè)。自1955年，集裝箱運輸方式出現(xiàn)后，由于采用集裝箱運輸可以節(jié)省包裝費用，保持貨物完整，且便于使用機械裝卸搬運，減輕工人裝卸作業(yè)勞動強度，提高裝卸效率，加速運輸船舶和車輛周轉(zhuǎn)，降低運輸費用，從而使集裝箱運輸?shù)玫窖杆侔l(fā)展。這種物流模式的變化又對裝卸工藝、裝卸機械提出了新的要求。為了適應(yīng)這種持續(xù)發(fā)展的要求，各大港口、起重機制造廠紛紛推出新的工藝方案和碼頭前沿作業(yè)機械和貨場作業(yè)機械。如JMQ3543、JMQ0733、JMQ4025集裝箱龍門起重機采用現(xiàn)代化設(shè)計方法、并充分考慮了設(shè)備的可維修性和操作的舒適性及頻繁的掏箱、對箱作業(yè)工況。由于集裝箱運輸?shù)陌l(fā)展，它的裝卸必須用到起重機，因此軌道式龍門起重機的發(fā)展前景廣闊，必將得到廣泛的應(yīng)用。
三、研究重點
設(shè)計研究的主要內(nèi)容包括：設(shè)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40.5t-40m，兩端有效懸臂10m，可進行20'到40'國際標(biāo)準集裝箱的裝卸、轉(zhuǎn)運及堆放等作業(yè)。進行集裝箱門式起重機電氣控制部分的設(shè)計和起重機的機器房結(jié)構(gòu)設(shè)計。電氣控制部分采用三菱公司可編程控制器(PLC)控制，需畫出電氣原理圖和電氣布置圖，并編寫PLC梯形圖程序，說明工作原理。主要設(shè)計選擇電動機、變頻器和PLC程序設(shè)計；設(shè)計起重機的機器房結(jié)構(gòu)，并使用Pro/ENGINEER或SolidWorks構(gòu)建實體模型。編寫總設(shè)計說明書。其它有關(guān)文件及圖紙數(shù)量按學(xué)校有關(guān)規(guī)定完成。
四、主要參考文獻
1、起重機設(shè)計手冊 張質(zhì)文 中國鐵道出版社?
2、起重運輸機械電氣設(shè)備 劉瑞琦 中國鐵道出版社?
3、起重運輸機電氣傳動 余敏年 西南交通大學(xué)出版?
4、電氣工程師手冊 機械工業(yè)出版社
5、電氣控制與PLC原理及應(yīng)用-三菱機型 程周 電子工業(yè)出版社
6、實用起重機電氣技術(shù)手冊 裘為章 機械工業(yè)出版社
7、起重運輸機械 羅又新?? 冶金工業(yè)出版社?
8、起重運輸機械標(biāo)準匯編 技術(shù)標(biāo)準出版社
9、起重機課程設(shè)計 陳道南 冶金工業(yè)出版社
10、通用橋式和門式起重機 趙國君 機械工業(yè)出版社
11、起重機鋼結(jié)構(gòu)制造工藝 傅榮柏 中國鐵道出版社
12、SolidWorks /Pro/E軟件相關(guān)教程及使用說明
五、指導(dǎo)教師意見
指導(dǎo)教師：
六、學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）指導(dǎo)小組意見
負責(zé)人：
畢業(yè)設(shè)計（論文）
開題報告
題 目 集裝箱龍門起重機設(shè)計
電氣控制部分
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級 2004級2班（機電一體化）
學(xué) 生 李江華
指導(dǎo)教師 李斌
重慶交通大學(xué)
2008 年
畢業(yè)設(shè)計（論文）
文獻綜述
題 目集裝箱龍門起重機設(shè)計
（電氣控制部分）
專 業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化
班 級2004級2班（機電一體化）
學(xué) 生 李江華
指導(dǎo)教師 李斌
重慶交通大學(xué)
2008 年
畢業(yè)設(shè)計（論文）
外文翻譯
題 目集裝箱龍門起重機設(shè)計
（電氣控制部分）
專 業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化
班 級2004級2班（機電一體化）
學(xué) 生 李江華
指導(dǎo)教師 李斌
重慶交通大學(xué)
2008 年
重慶交通大學(xué)二OO八屆機電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文）
摘 要
軌道式集裝箱門式起重機是目前國內(nèi)外非常受推崇的一種集裝箱堆場機型，我國港口越來越多地選用這種機型。本文介紹軌道式集裝箱門式起重機的三大工作機構(gòu)、電氣設(shè)備和電氣控制系統(tǒng)等內(nèi)容，主要是集裝箱門式起重機的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計過程。
關(guān)鍵詞：門式起重機，電動機，變頻器，接觸器，繼電器
Abstract
Rail mounted container gantry crane is very popular container stack crane，and more and more port choose this crane．This paper introduces the three operating mechanism ,the electric appliance equipment and the electricity control system of rail mounted container gantry crane, and the design of electricity control system of rail mounted container gantry crane is the important content in the paper.
Key words： gantry crane, motor, converter ,circuit breaker, contactor
文 獻 綜 述
引子：在日常生活和大量施工中，起重機的作用不可小視。下面就了解一下起重機幾個方面的情況
概 述
起重機械是一種對重物能同時完成垂直升降和水平移動的機械。在工業(yè)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(gòu)件和材料在運輸過程的裝卸，并將構(gòu)件吊到設(shè)計位置進行安裝等，不僅解決了人力無法勝任的作業(yè)，而且能保證工程質(zhì)量，縮短工期，降低成本，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(shè)備可分為內(nèi)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(jié)構(gòu)可分為龍門式和臂架式兩類；按回轉(zhuǎn)臺的角度可分為全回轉(zhuǎn)式和非全回轉(zhuǎn)式；按行走機構(gòu)的構(gòu)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，以及最基本的起重機械———卷揚機等。隨著高層建筑中作為垂直運輸機械而迅速發(fā)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(shù)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(zhì)量，其中應(yīng)包括吊索和鐵扁擔(dān)或容器的質(zhì)量，它是衡量起重機工作能力的一個重要參數(shù)。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(xiàn)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。最大起重量是指基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基本起重臂處于最大幅度時所允許起吊的最大起重量。一般起重機的額定起重量是指基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(biāo)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(zhuǎn)中心軸線到吊鉤中心線的水平距離，通常稱為回轉(zhuǎn)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(shù)。對于俯仰變幅的起重臂，當(dāng)處于接近水平的水平夾角為13°時，從起重機回轉(zhuǎn)中心軸線到吊鉤中心線的水平距離最大，為最大幅度；當(dāng)起重臂仰到最大角度（一般水平夾角為78°）時，回轉(zhuǎn)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(dāng)小車行到臂架頭部端點位置時，為最大幅度；當(dāng)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(yīng)以有效幅度A表示，即用支腿側(cè)向工作時，在額定起重量下，吊鉤中心垂線到該側(cè)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(cè)向工作時，則工作幅度用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(yīng)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(xiàn)都用表示，它是起重機的綜合起重能力參數(shù)，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(jīng)常在大幅度情況下工作，故以起重力矩作為表示型號的主參數(shù)。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(guān)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(yīng)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(yīng)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(shù)標(biāo)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(dāng)?shù)蹉^需要放到地面以下吊取重物時，則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(dāng)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(yīng)。
五、工作速度
起重機的工作速度包括起升、變幅、回轉(zhuǎn)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(gòu)的卷揚牽引速度有關(guān)，而且和吊鉤滑輪組的倍率有關(guān)。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(shù)，應(yīng)注明繩數(shù)。
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(zhuǎn)速度 回轉(zhuǎn)速度是指起重機在空載情況下，其回轉(zhuǎn)臺每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，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(zhì)量指標(biāo)
1、自重 起重機的自重是指起重機處于工作狀態(tài)時起重機本身的總重，以“G”表示，單位為“t”或“KN”。
2、質(zhì)量指標(biāo) 質(zhì)量指標(biāo)是指起重機在單位自重下有多大的起重能力，通常用質(zhì)量利用系
數(shù)K表示，它反映了起重機設(shè)計、制造和材料的技術(shù)水平，K值越大越先進。起重機質(zhì)量利用系數(shù)（）的表示形式是以起重力矩和與此相對應(yīng)的起升高度來表示，如下式：
〈一〉 國內(nèi)外起重機的發(fā)展?fàn)顩r
一、國際現(xiàn)狀
歐洲作為工程起重機的發(fā)源地，也是經(jīng)濟非常發(fā)達的地區(qū)，代表輪式起重機的最高水平，最負盛名的生產(chǎn)企業(yè)有利勃海爾、德馬克，同時還有森內(nèi)博根、德國格魯夫、多田野·法恩、波塔恩、奧米格、里格、PPM等著名企業(yè)，該地區(qū)主要現(xiàn)狀為：主要生產(chǎn)全地面起重機、履帶式起重機，緊湊型輪胎起重機，也生產(chǎn)少量汽車起重機。其中全路面起重機、履帶起重機以中大噸位為主；緊湊型輪胎起重機則以小噸位為主；汽車起重機一般為通用底盤組裝全地面上車，即以改裝為主。其產(chǎn)品技術(shù)先進、性能高、可靠性高，產(chǎn)品遍布全球。美國工程起重機相對落后于歐洲水平。近年來，通過收購和合并的手段，先是格魯夫收購了歐洲老牌起重機企業(yè)克虜伯公司，然后特雷克斯收購了德國德馬克；隨后，馬尼托瓦克兼并了包括美國格魯夫公司在內(nèi)的國內(nèi)大部分工程起重機企業(yè)，使美國工程起重機行業(yè)得以蓬勃發(fā)展。目前該地區(qū)主要生產(chǎn)輪胎起重機、履帶式起重機、全路面起重機和汽車起重機。主要生產(chǎn)企業(yè)為馬尼托瓦克，特點是技術(shù)較先進、性能較高、可靠性能高，其中汽車底盤技術(shù)和全路面技術(shù)領(lǐng)先于歐洲，產(chǎn)品主要銷往美州地區(qū)和亞太地區(qū)。
二、我國現(xiàn)狀
1、從市場方面看：中國工程起重機取得了長足的發(fā)展，我國2003年工程起重機的銷售量近9000臺，比北美、西歐和日本的需求總和還要大，中國已經(jīng)成為世界起重機的中心。但另一方面，雖然年產(chǎn)銷量巨大，但所生產(chǎn)的起重機是很單一的汽車起重機產(chǎn)品，履帶式起重機的產(chǎn)量全年不到100臺，而汽車起重機的產(chǎn)量也集中在12噸到25噸的噸位區(qū)間內(nèi)，35噸以上的起重機全年總量也只在500臺左右。主要生產(chǎn)廠家為徐重、浦沅、北起、長起、泰起、蚌起和錦重。近年來徐重依托區(qū)位優(yōu)勢、資源優(yōu)勢和技術(shù)優(yōu)勢，一度打破了“四大家族”的行業(yè)格局，使產(chǎn)量和市場占有率一度飚升，同時依靠技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。雖然我國曾于上世紀引進了德國和日本的先進技術(shù)，但由于國內(nèi)配套件水平跟不上以及國內(nèi)工藝水平跟不上等原因，即使是同樣的技術(shù)，由于工藝水平和配套水平的差異，造成產(chǎn)品實物水平與國外存在著很大的區(qū)別。同時，近期我國起重機市場以個體用戶為主，各生產(chǎn)廠家不斷完善產(chǎn)品系列，不斷提高產(chǎn)品作業(yè)性能，而相對忽視了對產(chǎn)品可靠性的改進（受國家基礎(chǔ)工業(yè)的限制），對結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、新技術(shù)的運用推廣相對較少，嚴重減慢了我國工程起重機行業(yè)技術(shù)進步的步伐。目前我國工程起重機產(chǎn)品以滿足國內(nèi)市場為主，部分銷往非洲、中東、南美、澳州和前蘇聯(lián)市場。
2、從產(chǎn)品類型上看：我國工程起重機行業(yè)在94～99年是發(fā)展低谷，5年中行業(yè)幾個主要的生產(chǎn)廠家，苦練內(nèi)功，積極 組織產(chǎn)品變型和換代，在產(chǎn)品外觀上下功夫。
??? 從99年以來，隨經(jīng)濟建設(shè)新一輪啟動，工程起重 機市場競爭格局發(fā)生巨大變化，各企業(yè)不斷調(diào)整思路、更新觀念、轉(zhuǎn)換機制、提高核心競爭力，努力開發(fā)產(chǎn)品，開拓市場。產(chǎn)品重心也從8t、12t向16t、25t、50t中大噸位發(fā)展，25t增速最快，產(chǎn)量不斷翻新，基本占據(jù)主導(dǎo)地位。50t產(chǎn)品由于需求面較廣，技術(shù)逐漸成熟，也大批量進入市場。目前國內(nèi)主要產(chǎn)品系列，汽車起重機為8t、12t、16t、20t、25t、35t、50t、65t、80t、l00t，全地面起重機為25t、50t、125t、160t和履帶起重機為35t、50t、l00t、150t。
??? 3、從產(chǎn)品整體技術(shù)風(fēng)格上看： 下車有全頭和半頭兩種不同風(fēng)格，多年來半頭車因總體布置的方便性及價格因素一直被廣泛采用。但近年來隨著物質(zhì)條件的改善，人們的生活條件和質(zhì)量提高，操作方便、舒適、可靠 逐漸成為用戶關(guān)注的焦點，中大噸位向全頭方向發(fā)展。上車操縱從傳統(tǒng)的機械操作向液比例和電液比例方向發(fā)展，起重吊臂也從傳統(tǒng)的三節(jié)向四節(jié)、五節(jié)方向發(fā)展，產(chǎn)品的起重性能和起重高度有了較大提高，產(chǎn)品的外觀和可靠性有了較大幅度提高。
4、從我國工程起重機行業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢上來看：國內(nèi)工程機械產(chǎn)品近十年來隨著技術(shù)的引進、消化、吸收，有了長足的進步，產(chǎn)品性能、 可靠性、外觀都有較大幅度的提高，但同國外 工程機械比較來看，還存在較大差距，就工程起重機而言，今后的發(fā)展主要表現(xiàn)在如下幾個方面：
①整機性能：由于先進技術(shù)和新材料的應(yīng)用，同種型號的產(chǎn)品，整機重量要輕20%左右。隨著結(jié)構(gòu)分析應(yīng)用和先進設(shè)備的使用，結(jié)構(gòu)形式更加合理；
②高性能、高可靠性的配套件，選擇余地大、適應(yīng)性好,性能得到充分發(fā)揮；
??? ③電液比例控制系統(tǒng)和智能控制顯示系統(tǒng)的推廣應(yīng)用；
??? ④操作更方便、舒適、安全，保護裝置更加完善；
??? ⑤向吊重量大、起升高度、幅度更大的大噸位方向發(fā)展。
〈二〉 國內(nèi)外起重機的發(fā)展趨勢
一、國內(nèi)工程機械產(chǎn)品近十年來隨著技術(shù)的引進、消化、吸收，有了長足的進步，產(chǎn)品性能、可靠性、外觀都有較大幅度的提高，但同國外工程機械比較來看，還存在較大差距，就工程起重機而言，今后的發(fā)展主要表現(xiàn)在如下幾個方面：
l、整機性能：由于先進技術(shù)和新材料的應(yīng)用，同種型號的產(chǎn)品，整機重量要輕20%左右。隨著結(jié)構(gòu)分析應(yīng)用和先進設(shè)備的使用，結(jié)構(gòu)形式更
2、高性能、高可靠性的配套件，選擇余地大、適應(yīng)性好,性能得到充分發(fā)揮；
3、電液比例控制系統(tǒng)和智能控制顯示系統(tǒng)的推廣應(yīng)用；
4、操作更方便、舒適、安全，保護裝置更加完善：
5、向吊重量大、起升高度、幅度更大的大噸位方向發(fā)展。????
?二、國外工程起重機從整體情況分析，領(lǐng)先國內(nèi)10~20年(不同類型產(chǎn)品有所不同)。隨著國外經(jīng)濟發(fā)展速度趨于平穩(wěn)，工程起重機向智能、高性能、靈活、適應(yīng)性強、多功能方向發(fā)展。25t以下基本上不生產(chǎn)，產(chǎn)品向高附加值、大噸位發(fā)展，如利勃海爾公司汽車起重機基本退出市場，目前市場主導(dǎo)產(chǎn)品為全地面起重機，最小噸位是35t，而80t和160t是主導(dǎo)產(chǎn)品；格魯夫公司：主導(dǎo)產(chǎn)品是全地面起重機和輪胎起重機，最小噸位是25t；多田野公司：汽車起重機只占20%，主導(dǎo)產(chǎn)品是全地面起重機和輪胎起重機，最小噸位16t。因此行業(yè)配套也與國內(nèi)有所不同：
????1、下車主要是300kW以上柴油大功率發(fā)動機，與之配套的液力變矩器和自動換檔變速箱、12噸級驅(qū)動轉(zhuǎn)向橋及越野輪胎。
2、上車：高強度材料、大扭矩的起升機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、回轉(zhuǎn)支承。
3、液壓系統(tǒng)：變量泵、變量馬達、電磁換向先導(dǎo)閥及主閥、平衡閥、懸掛系統(tǒng)閥、液壓鎖、液壓缸及管路標(biāo)準配套件。
4、智能控制系統(tǒng)：力限器顯示控制、記憶通訊及單缸順序伸縮自動控制。
〈三〉 起重機的電氣控制
起重機除過橫梁 支腿 大小車運行機構(gòu)等機械部分外，還有重要的電器控制部分。起重機運輸電力拖動系統(tǒng)中的電器設(shè)備比較多，除了異步電機 直流電機 常用的控制電器和保護電器，還有電線 電纜和移動供電裝置等。電器控制對于起重機不可或缺，采用先進的電器設(shè)備和電器控制方法對提高起重機的工作效率很重要。
起重機采用變頻調(diào)速的優(yōu)點：
1、可靠性提高，主要有以下幾個方面：消除了電動機的薄弱環(huán)節(jié)，用鼠籠電機取代繞線電機，消除了電刷和滑環(huán)等薄弱環(huán)節(jié)。
2、電磁抱閘的壽命大大延長，原拖動系統(tǒng)是在運動的狀態(tài)下進行抱閘剎車的，采用變頻調(diào)速后，可以在基本停住的狀態(tài)下進行抱閘，閘皮的磨損情況大大改善。
3、控制系統(tǒng)的故障率大為下降，原系統(tǒng)是由十分復(fù)雜的繼電系統(tǒng)和接觸器進行控制的，故障率較高。采用變頻調(diào)速控制后，系統(tǒng)簡化，可考性提高。
4、節(jié)能效果明顯，繞線異步電機在低速下運行時，轉(zhuǎn)子回路的電流將消耗大量的電能。
5、調(diào)速質(zhì)量明顯提高，具有很高的調(diào)速精度和運行效率。頻調(diào)速后可以完全節(jié)約，并且在放下重物時，還可以將重物釋放的位能反饋給電源。
PLC控制的變頻調(diào)速在門式起重機拖動系統(tǒng)中的應(yīng)用（詳細介紹了PLC控制的門式起重機變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件構(gòu)成以及系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)）。
傳統(tǒng)門式起重機的電力拖動系統(tǒng)采用交流線繞轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串接電阻的方法進行起動和調(diào)速，繼電——接觸器控制，這種控制系統(tǒng)的主要缺點有：
1、 門式起重機工作條件惡劣，工作任務(wù)中，電動機以及所串聯(lián)電阻燒損和斷裂故障時有發(fā)生。
2、 繼電——接觸器控制系統(tǒng)可靠性差，操作復(fù)雜，故障率高。
3、 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，機械特性軟，負載變化時轉(zhuǎn)速也變化，調(diào)速不理想。所串電阻長期發(fā)熱，電能浪費大，效率低。要從根本上解決這些問題，只有徹底改變傳統(tǒng)的控制方式。
4、 近年來，隨著計算機技術(shù)和電力電子器件的迅猛發(fā)展，電氣傳動和自動控制領(lǐng)域也日新月異。其中，具有代表性的交流變頻裝置和可編程控制器獲得了廣泛的應(yīng)用，為PLC控制的變頻調(diào)速技術(shù)在門式起重機拖動系統(tǒng)中應(yīng)用提供了有利的條件。
門式起重機大車、小車、主鉤，副鉤電動機都需要獨立運行，大車為八臺電動機同時拖動，所以整個系統(tǒng)有十四臺電動機，4臺變頻器傳動，并由4臺PLC分別加以控制。
可編程控制器：完成系統(tǒng)邏輯控制部分控制電動機的正、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等控制信號進入PLC，PLC經(jīng)處理后，向變頻器發(fā)出起停、調(diào)速等信號，使電動機工作，是系統(tǒng)的核心。
變頻器：為電動機提供可變頻率的電源，實現(xiàn)電動機的調(diào)速。
制動電阻：起重機放下重物時，由于重力加速度的原因電動機將處于再生制動狀態(tài)，拖動系統(tǒng)的動能要反饋到變頻器直流電路中，使直流電壓不斷上升，甚至達到危險的地步。因此，必須將再生到直流電路里的能量消耗掉，使直流電壓保持在允許范圍內(nèi)。制動電阻就是用來消耗這部分能量的。
門式起重機大車、小車、副鉤、主鉤電動工作由各自的PLC控制，大車、小車、副鉤、主鉤電動機都運行在電動狀態(tài)，控制過程基本相似，變頻器與PLC之間控制關(guān)系在硬件組成以及軟件的實現(xiàn)基本相同，而主鉤電動機運行狀態(tài)處于電動、倒拉反接或再生制動狀態(tài)，變頻器與PLC之間控制關(guān)系在硬件組成以及軟件的實現(xiàn)稍有區(qū)別。
系統(tǒng)軟件設(shè)計：
要實現(xiàn)對變頻器的控制，必須對PLC進行編程，通過程序?qū)崿F(xiàn)PLC與變頻器信息交換的控制。編程的重要依據(jù)是系統(tǒng)的工作過程。
利用PLC控制的變頻調(diào)速技術(shù)，門式起重機拖動系統(tǒng)的各檔速度、加速時間和制動減速，將轉(zhuǎn)子繞組引出線短接，去掉電刷和集電環(huán)，節(jié)省更換電動機的費用。調(diào)速性能好。若是改造原有系統(tǒng)，大小車電動機仍可采用原有的繞線轉(zhuǎn)子異步電動機，時間都可以根據(jù)現(xiàn)場情況由變頻器設(shè)置，調(diào)整方便。負載變化時，各檔速度基本不變。
電器設(shè)備是起重機上比較復(fù)雜的部分，它在沖擊、震動與擺動的工況下作業(yè)，容易發(fā)生故障，特別在高溫、多灰塵、潮濕的環(huán)境下，更容易發(fā)生故障且可能引發(fā)事故。所以，對起重機電器部分應(yīng)進行安全檢查的主要項目如下：
1.檢查電動機的絕緣電阻是否在正常范圍內(nèi)，運行時有無異響、溫升是否正常；停機時檢查其滑環(huán)、電刷、導(dǎo)線接頭有無明顯的裂紋、磨損、松動和附著碳粉等；
2.檢查集電裝置、電源滑線有無變形磨損，張緊裝置是否正常，滑線與滑塊的接觸是否良好。由電纜來輸送電源的，還應(yīng)檢查電纜絕緣層有無老化，電纜導(dǎo)向裝置是否靈活及電纜收放是否靈活自如。
3.檢查電器元件及控制系統(tǒng)。 檢查各開關(guān)外殼有無破損，合閘時接觸部位壓力是否適當(dāng)，熔斷器的容量是否符合要求；接觸器主觸頭和輔助觸頭有無燒毛，接觸時觸頭間的壓力是否足夠，觸頭脫開是進否徹底；接觸器動靜鐵芯吸合面有無附著物，吸合時有無異響，滅弧罩是否完好；以及配電柜上各繼電器工作是否正常，各接線柱、接線螺絲是否緊固等。駕駛室里應(yīng)檢查各主令控制器各動作方向是否接正確，注意檢查有無零位保護，特別應(yīng)檢查操縱臺上是否設(shè)有緊急斷電開關(guān)，并確認遇緊急情況確能有效切斷電源。同樣，要注意檢查力矩限制器、超載限制器和各行程保護裝置的靈敏可靠程度。
目 錄
摘要………………………………………………………………………………1
前言………………………………………………………………………………1
第1章 軌道式集裝箱龍門式起重機…………………………………………3
1.1 概述 …………………………………………………………………3
1.2 特點………………………………………………………………… 6
1.3 分類……………………………………………………………………7
1.4 主要技術(shù)參數(shù)…………………………………………………………7
1.5 集裝箱門式起重機機構(gòu)…………………………………………… 9
第2章 門式起重機的工作機構(gòu)…………………………………………… 11
2.1 概述…………………………………………………………………11
2.2 起升機構(gòu)……………………………………………………………11
2.3 小車走行機構(gòu)………………………………………………………12
2.4 大車走行機構(gòu)………………………………………………………13
第3章 門式起重機的電氣設(shè)備…………………………………………… 16
3.1 概述…………………………………………………………………16
3.2 電動機………………………………………………………………22
3.3 控制電器及選用……………………………………………………29
3.4 變頻器的選擇………………………………………………………33
3.5 可編程序控制器（PLC）………………………………………… 42
3.6 電器保護裝置及選用………………………………………………51
3.7 導(dǎo)電裝置以及電氣電路……………………………………………53
3.8 起重機控制站………………………………………………………54
3.9 電氣設(shè)備的維護與檢修……………………………………………54
3.10 機房結(jié)構(gòu)概述………………………………………………………55
結(jié)語……………………………………………………………………………57
謝詞……………………………………………………………………………58
主要參考文獻…………………………………………………………………59
注：電氣圖中各種元件和電纜型號見附錄1、2
重慶交通大學(xué)二OO八屆機電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文）
前 言
第二次世界大戰(zhàn)以后，在運輸業(yè)發(fā)生了一場技術(shù)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，從而得到了迅速發(fā)展，以形成一個完整的體系。國際標(biāo)準化組織為集裝箱規(guī)定了統(tǒng)一的規(guī)格、重量。為發(fā)展集裝箱運輸，又出現(xiàn)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發(fā)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(xiàn)于1958年。1965年以后軌道式集裝箱龍門起重機有了很大的發(fā)展，隨后在1971~1972年輪胎式集裝箱龍門起重機又有顯著的增多。
目前，國內(nèi)外集裝箱龍門起重機正朝著裝卸自動化的方向發(fā)展，為了提高裝卸效率，采用計算機控制起重機的各種動作，它可以安全、準確的將集裝箱搬運到指定的位置。
隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展，起重機械在不斷地發(fā)展和完善。這是因為．起重機械是物流機械化系統(tǒng)中的重要設(shè)備。社會化大生產(chǎn)愈發(fā)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(yīng)用范圍也就愈廣泛。根據(jù)人類生產(chǎn)和生活的需要．許多具有持殊用途的新型設(shè)備不斷出現(xiàn)。
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(jié)構(gòu)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(yè)范圍。
門式起重機也是由機械傳動、金屬結(jié)構(gòu)和電氣設(shè)備三大部分組成。機械傳動部分又由起升機構(gòu)、起重小車走行機構(gòu)、大車走行機構(gòu)等構(gòu)成。即為門式起重機的三大工作機構(gòu)，它們分別實現(xiàn)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(gòu)成一個作業(yè)區(qū)域。
任何生產(chǎn)機械都由原動機、傳動裝置、工作機構(gòu)和操縱控制設(shè)備等組成。如果以電動機作為原動機來拖動生產(chǎn)機械的工作機構(gòu)，則它的驅(qū)動、傳動裝置通常稱為電力拖動系統(tǒng)。該系統(tǒng)中的電動機、控制操縱部分，電氣電路和電氣器件等等習(xí)慣統(tǒng)稱電氣設(shè)備。
電氣設(shè)備部分主要由電動機、電器元件和電氣線路等組成。它將電力網(wǎng)中的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，實現(xiàn)起重機工作的目的，同時控制各工作機構(gòu)按照工作要求進行作業(yè)。
電氣設(shè)備的功用主要在于：由電動機將電能轉(zhuǎn)變成機械能，通過傳動裝置拖動工作機構(gòu)；控制設(shè)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(gòu)的要求完成各種動作。
起重機的電氣設(shè)備主要有動力設(shè)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(guān)、安全保護開關(guān)等；導(dǎo)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(shè)備。由于它的金屬結(jié)構(gòu)(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起重機。
集裝箱門起重機根據(jù)用途的不同，有鐵路貨場用的，有港口碼頭用的。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，有起升機構(gòu)帶剛性吊桿的和帶撓性懸掛吊具；根據(jù)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(jù)走行機構(gòu)的不同，有輪胎式和軌道式。
談到起重機的電氣設(shè)備，必涉及起重機的電氣控制的設(shè)計問題。任何生產(chǎn)機械電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計，都包括兩個方面：一是滿足生產(chǎn)機械和工藝的各種控制要求，另一個是滿足電氣控制系統(tǒng)本身的制造、使用及維修的需要。因此，電氣控制系統(tǒng)設(shè)計包括原理設(shè)計和工藝設(shè)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(shè)備的先進性、合理性。后者決定電氣設(shè)備生產(chǎn)可行性、經(jīng)濟性、外觀等性能。
本次設(shè)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40.5t-40m，兩端有效懸臂10m，可進行20'到40'國際標(biāo)準集裝箱的裝卸、轉(zhuǎn)運及堆放等作業(yè)，進行集裝箱門式起重機電氣控制部分和小車機器房部分的設(shè)計，電氣控制部分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(shè)計起重機的機器房結(jié)構(gòu)，并構(gòu)建實體模型，編寫設(shè)計說明書。
說明書介紹了起重機的三大工作機構(gòu)、常用電氣設(shè)備和其電氣控制部分的設(shè)計，主要內(nèi)容是起重機的電氣設(shè)備和電氣控制系統(tǒng)的設(shè)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升降和水平移動的機械。在工業(yè)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(gòu)件和材料在運輸過程的裝卸，并將構(gòu)件吊到設(shè)計位置進行安裝等，不僅解決了人力無法勝任的作業(yè)，而且能保證工程質(zhì)量，縮短工期，降低成本，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(shè)備可分為內(nèi)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(jié)構(gòu)可分為龍門式和臂架式兩類；按回轉(zhuǎn)臺的角度可分為全回轉(zhuǎn)式和非全回轉(zhuǎn)式；按行走機構(gòu)的構(gòu)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，以及最基本的起重機械———卷揚機等。隨著高層建筑中作為垂直運輸機械而迅速發(fā)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(shù)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(zhì)量，其中應(yīng)包括吊索和鐵扁擔(dān)或容器的質(zhì)量，它是衡量起重機工作能力的一個重要參數(shù)。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(xiàn)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。最大起重量是指基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基本起重臂處于最大幅度時所允許起吊的最大起重量。一般起重機的額定起重量是指基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(biāo)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(zhuǎn)中心軸線到吊鉤中心線的水平距離，通常稱為回轉(zhuǎn)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(shù)。對于俯仰變幅的起重臂，當(dāng)處于接近水平的水平夾角為13°時，從起重機回轉(zhuǎn)中心軸線到吊鉤中心線的水平距離最大，為最大幅度；當(dāng)起重臂仰到最大角度（一般水平夾角為78°）時，回轉(zhuǎn)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(dāng)小車行到臂架頭部端點位置時，為最大幅度；當(dāng)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(yīng)以有效幅度A表示，即用支腿側(cè)向工作時，在額定起重量下，吊鉤中心垂線到該側(cè)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(cè)向工作時，則工作幅度用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(yīng)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(xiàn)都用 表示，它是起重機的綜合起重能力參數(shù)，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(jīng)常在大幅度情況下工作，故以起重力矩作為表示型號的主參數(shù)。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(guān)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(yīng)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(yīng)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(shù)標(biāo)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(dāng)?shù)蹉^需要放到地面以下吊取重物時，則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(dāng)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(yīng)。
五、工作速度
起重機的工作速度包括起升、變幅、回轉(zhuǎn)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(gòu)的卷揚牽引速度有關(guān)，而且和吊鉤滑輪組的倍率有關(guān)。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(shù)，應(yīng)注明繩數(shù)。
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(zhuǎn)速度 回轉(zhuǎn)速度是指起重機在空載情況下，其回轉(zhuǎn)臺每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，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(zhì)量指標(biāo)
1、自重 起重機的自重是指起重機處于工作狀態(tài)時起重機本身的總重，以“G”表示，單位為“t”或“KN”。
2、質(zhì)量指標(biāo) 質(zhì)量指標(biāo)是指起重機在單位自重下有多大的起重能力，通常用質(zhì)量利用系數(shù)K表示，它反映了起重機設(shè)計、制造和材料的技術(shù)水平，K值越大越先進。起重機質(zhì)量利用系數(shù)（ ）的表示形式是以起重力矩和與此相對應(yīng)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(yīng)用于港口集裝箱碼頭和集裝箱貨場的，但其發(fā)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(jié)構(gòu)形式很多。結(jié)構(gòu)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(guān)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(jié)構(gòu)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(nèi)河碼頭以及鐵路貨場等，對作業(yè)效率的要求不是很高，所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(yè)的機型，實現(xiàn)一機多用，降低設(shè)備投資。
(2)、軌道式集裝箱門式起重機可以最大限度地實現(xiàn)堆場作業(yè)的自動化，也可以實現(xiàn)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(huán)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?cè)詣榆壍朗郊b箱門式起重機上應(yīng)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發(fā)展的一個有益探索。
1.2 軌道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(tǒng)的應(yīng)用較早，而在港口的應(yīng)用只是最近十幾年的事情，且先主要用于內(nèi)河小型集裝箱碼頭。近年來，軌道式集裝箱門式起重機技術(shù)發(fā)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(yōu)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(biāo)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(tǒng)，易于實現(xiàn)堆場自動化，如果和自動搬運車或移箱輸送機等配合作業(yè)，可以達到很高的作業(yè)效率。
(3)、各機構(gòu)的運行速度更高，作業(yè)效率更高。
(4)、以電力為動力，無廢氣排放，噪聲低，環(huán)保性能好。但是，軌道式集裝箱門式起重機也有許多不足，比如地面軌道安裝要求較高，起重機轉(zhuǎn)場困難，對于周轉(zhuǎn)時間較長的堆場，設(shè)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(xiàn)快速互換，以實現(xiàn)重大件雜貨的吊裝作業(yè)。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(xiàn)一機多用，降低設(shè)備投資。
目前，輪胎式集裝箱門式起重機有一些行業(yè)性標(biāo)準，國家標(biāo)準正在制定過程中。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(shù)系列，軌距和外伸距等更多的是依據(jù)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(yōu)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(jié)構(gòu)形式很多，早期有桁架結(jié)構(gòu)和L型箱形單梁結(jié)構(gòu)等，但目前基本上都采用箱形雙梁結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)受力角度講并不是一種好的結(jié)構(gòu)形式，使用較少。對于帶懸臂結(jié)構(gòu)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過40ft集裝箱2大類。對于懸臂結(jié)構(gòu)形式的軌道式集裝箱門式起重機，根據(jù)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(shè)計軌道式集裝箱門式起重機采用箱形雙梁結(jié)構(gòu)形式，帶雙懸臂。
1.4 主要技術(shù)性能參數(shù)
軌道式集裝箱門式起重機的主要技術(shù)參數(shù)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(biāo)，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30.5～42t。
本設(shè)計軌道式集裝箱門式起重機的起重量為40.5t。
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，目前最大的達到堆8過9。
本設(shè)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25～35m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(nèi)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(wèi)臺跨距為65m，外伸距為13m；另1臺跨距為65．5m，外伸距為14.5m，起重量均為35t。
本設(shè)計軌道式集裝箱門式起重機的跨距為40m,兩端懸臂均長10m。
四、工作速度
起重機的速度參數(shù)包括起升速度、小車運行速度和大車運行速度。隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展和技術(shù)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，起升速度達到80 m/min；ZPMC等生產(chǎn)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達到了120m/min；國外目前最大已達到240 m/min。大車運行速度：Kunz生產(chǎn)的軌道式集裝箱門式起重機大車運行速度為l80 m/min。
門吊的工作速度有三種，根據(jù)起重機用途和起重量的不同而不同。
(1)、起升機構(gòu)的起升速度V起，它與超重量和生產(chǎn)率有關(guān)，通常起重量大而起升速度低生產(chǎn)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?！悴怀^120米/分。
本設(shè)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
起重機工作類型是表明起重機工作的載荷變化和忙閑程度的參數(shù)。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(guān)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(jīng)常起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(nèi)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(jù)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(JC＝15％)；(2)中型(JC＝25％)；(3)重型(JC＝40％)；(4)特重型(JC＝60％)。
1.5 軌道式集裝箱門式起重機的機構(gòu)
一、門架結(jié)構(gòu)
軌道式集裝箱門式起重機的門架結(jié)構(gòu)一般采用箱形雙主梁對稱結(jié)構(gòu)，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(yīng)用，其主要特點是由于不需要集裝箱通過門腿，所以門腿大多為梯形結(jié)構(gòu)形式，兩主梁中心距(小車軌距)很小，小車運行機構(gòu)大多采用集中驅(qū)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(cè)門腿都采用剛性門腿；當(dāng)起重機的跨距大于35 m時，則一側(cè)采用剛性門腿，另一側(cè)采用柔性門腿，用以補償?shù)踔睾蜏囟人傻慕Y(jié)構(gòu)變形。本設(shè)計軌道式集裝箱門式起重機正是如此。
二、 起升機構(gòu)
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(gòu)采用4根鋼絲繩。所以在起升機構(gòu)的設(shè)計中，必須考慮吊具的同步升降問題。為實現(xiàn)吊具的同步升降，很多機型采用1套驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動1個四聯(lián)卷筒；或采用1個雙出軸電機分別驅(qū)動2個減速機，每個減速機各驅(qū)動1個雙聯(lián)卷筒；也有的軌道式集裝箱門式起重機采用2套獨立的驅(qū)動機構(gòu)，卷筒采用雙聯(lián)卷筒，為實現(xiàn)同步升降，將2個高速軸通過聯(lián)軸器連起來。近幾年，采用卓輪行星減速機驅(qū)動的四聯(lián)卷筒起升機構(gòu)在許多碼頭、貨場得到應(yīng)用，通過合理設(shè)置鋼絲繩纏繞系統(tǒng)，可以使起升機構(gòu)既能保證同步升降，同時又具有一定的防搖效果。起升機構(gòu)的整體布局非常緊湊，但價格較高。本設(shè)計中，軌道式集裝箱門式起重機的起升機構(gòu)有主副起升機構(gòu)。
三、回轉(zhuǎn)機構(gòu)
在港口，根據(jù)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(xiàn)3～5O的小角度周轉(zhuǎn)，便于吊具對箱；當(dāng)然也有很多機型根本不考慮回轉(zhuǎn)問題；還有的機型采用帶翻板的集裝箱吊具，也可以實現(xiàn)吊具小角度回轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)機構(gòu)，其起重小車分為上下兩層，上下車之間設(shè)回轉(zhuǎn)支承?；剞D(zhuǎn)支承一般采用4個沿環(huán)形軌道的行走滾輪或回轉(zhuǎn)大軸承?；剞D(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)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(gòu)
根據(jù)小車軌距大小，軌道式集裝箱門式起重機的小車運行機構(gòu)可選用集中驅(qū)動或分別驅(qū)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6～7m，幾乎全部采用集中驅(qū)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8～9m，此時小車運行機構(gòu)有的采用集中驅(qū)動，有的要用分別驅(qū)動。
(3)、對于帶懸臂的需要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(gòu)全部采用2套或4套獨立的驅(qū)動機構(gòu)分別驅(qū)動。小車采用分別驅(qū)動時，越來越多地選用三合一驅(qū)動機構(gòu)。另外，小車采用分別驅(qū)動時必須考慮小車行走時兩側(cè)車輪的同步運行問題。
五、大車運行機構(gòu)
軌道式集裝箱門式起重機的大車運行機構(gòu)一般采用4套或8套獨立的驅(qū)動機構(gòu)。減速器采用軸裝式或臥式，前者目前在高效率起重機上應(yīng)用普遍，而且經(jīng)常選用三合一驅(qū)動裝置，工作可靠，但價格較高。而后者屬于比較傳統(tǒng)的做法，由于技術(shù)上非常成熟，尤其成本比較低，所以在新研制的機型仍應(yīng)用得非常普遍。起升機構(gòu)和小車運行機構(gòu)大多選用盤式制動器，而大車運行機構(gòu)可選用塊式制動器、盤式制動器、液壓輪邊制動器，近年來防風(fēng)慣性制動器也有較多應(yīng)用。
本設(shè)計中，大車運行機構(gòu)：采用軸裝式減速器，選用的是三合一驅(qū)動裝置。
六、電氣傳動與控制系統(tǒng)
近幾年，隨著交流調(diào)速控制技術(shù)的不斷完善，絕大部分起重機采用交流驅(qū)動，直流驅(qū)動系統(tǒng)越來越少。原來所謂調(diào)速性能好的直流驅(qū)動系統(tǒng)已經(jīng)被交流變頻調(diào)速系統(tǒng)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(diào)速系統(tǒng)，起升機構(gòu)具有恒功率調(diào)速功能，以實現(xiàn)滿載低速、空載高速的起升要求，提高起重機的作業(yè)效率。
PLC控制技術(shù)已經(jīng)成為目前軌道式集裝箱門式起重機的基本配置。PLC系統(tǒng)可以與工控機相連，與上位監(jiān)控軟件進行數(shù)據(jù)交換；還可以與司機室觸摸屏相連，將有關(guān)數(shù)據(jù)傳送到觸摸屏監(jiān)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(tǒng)和故障自動檢測系統(tǒng)是現(xiàn)代起重機控制技術(shù)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(yīng)用。
本設(shè)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2章 門式起重機的三大工作機構(gòu)
2.1 概述
門式起重機的三大工作機構(gòu)（機械傳動部分）由起升機構(gòu)、起重小車走行機構(gòu)、大車走行機構(gòu)等構(gòu)成，它們分別實現(xiàn)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(gòu)成一個作業(yè)區(qū)域。
2.2 起升機構(gòu)
起升機構(gòu)的主要形式：1、吊鉤門式起重機的起升機構(gòu)2、抓斗門式起重機的起升機構(gòu)3、電磁門式起重機的起升機構(gòu)和三用門式起重機的起升機構(gòu) 4、兩用門式起重機的起升機構(gòu)
門吊的起升機構(gòu)根據(jù)起起重機用途的不同具有不同的形式，若起升重量在16噸以上者，一般具有兩套起升機構(gòu)，即簡稱主鉤和副鉤。
門吊起升機構(gòu)安裝在起重小車上，構(gòu)造如圖a、b所示。一般由電動機、聯(lián)軸器、傳動(補償)軸、制動器、減速器、卷簡、滑輪組、鋼絲繩和吊鉤組等組成。
它的傳動過程和工作原理如下：
電動機 齒輪聯(lián)軸器 傳動軸帶制動輪齒輪聯(lián)軸器 減速器 齒輪聯(lián)軸器 卷簡 鋼絲繩 定滑輪組 吊鉤組。
當(dāng)起動起升機構(gòu)接通電源，制動器松閘。隨著電動機的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，動力(轉(zhuǎn)矩)通過聯(lián)軸器、傳動軸、帶制動輪聯(lián)軸器傳遞給減速器，它將電動機輸出的高轉(zhuǎn)速低轉(zhuǎn)矩減速后，輸出低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩，然而拖動卷簡轉(zhuǎn)動。整條鋼絲繩的兩端穿繞吊鉤定滑輪組后，分別固結(jié)在卷筒的兩端部，由于卷筒的正、反轉(zhuǎn)動，吊鉤組上下升降，從而實現(xiàn)貨物的上下起落。如果在中途切斷電路，電動機被切斷動力，制動器(常閉式)立即抱閘制動，使貨物懸吊在空中位置。電動機與制動器實行電氣聯(lián)鎖，只要電動機一斷電源，制動器依靠彈簧張力發(fā)生制動作用，保證了工作要求和安全作業(yè)。
2.3 小車走行機構(gòu)
門式起重機的小車運行機構(gòu)，分為雙梁小車運行機構(gòu)和單主梁小車運行機構(gòu)兩種。本設(shè)計起重機的小車運行機構(gòu)屬于雙梁型。
門吊起重小車常見的形式有：
1、雙梁門架用的起重小車，小車架下面有兩對(四個)走行輪，其中兩個為驅(qū)動輪，其余兩個為從動輪，其構(gòu)造如圖所示。
雙梁門架用的起重小車，一般由小車架(鋼板和型鋼焊接而成)、起升機構(gòu)和小車走行機構(gòu)等組成。起升機構(gòu)安裝在小車架平臺上。小車走行機構(gòu)又由電動機、帶制動輪齒輪聯(lián)軸器、減速器、傳動軸和輪對等組成。小車走行行機構(gòu)傳動形式一般為集中驅(qū)動，即采用一臺電動機、一臺制動器、一臺減速器驅(qū)動一對走行輪。
它的傳動過程：電動機 齒輪聯(lián)軸器(或帶制動輪聯(lián)鎖器) 減速器 齒輪聯(lián)軸器
傳動軸 走行輪。
工作原理是：起動起重小車走行機構(gòu)，電動機通電，制動器松閘。動力通過聯(lián)軸器將動力(轉(zhuǎn)矩)輸入減速器，它將電動機的高轉(zhuǎn)速低轉(zhuǎn)矩變成低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩，所以減速器不僅能起減速作用，而且能起到增大轉(zhuǎn)矩(扭矩)的作用。減速器低速軸輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)過傳動軸，驅(qū)動走行輪對在軌道上滾動，從而實現(xiàn)起重小車、吊重(貨物)橫向移動于小車軌道上。
2、單主梁箱形橋架用的起重小車傳動過程和工作原理基本上與雙梁結(jié)構(gòu)用的起重小車相同。
2.4 大車走行機構(gòu)
一、大車運行機構(gòu)的車輪布置
一般的門式起重機的大車運行機構(gòu)車輪為四個，布置在下橫梁的四個角上。同一軌道上兩輪中心距稱為輪距，一般說輪距與跨度之比為1/4～1/6之間。當(dāng)車輪輪壓大時，可采取增加四個角上車輪數(shù)量的形式，兩個車輪組成一個平衡臺車，與下橫梁絞接。如果四個車輪同在一個角，可由兩個平衡臺車組成一個大的平衡臺車與下橫梁鉸接。
車輪的布置形式很多，應(yīng)由設(shè)計者根據(jù)整機輪壓計算情況并考慮使用單位對基礎(chǔ)的要求來確定。本設(shè)計的大車運行機構(gòu)共有12個輪子。
二、大車運行機構(gòu)的驅(qū)動形式
門吊大車走行機構(gòu)是為了完成吊重沿軌道方向移動，它亦有集中驅(qū)動和分別驅(qū)動兩種形式，但集中驅(qū)動只適用于小跨度、起重量很小的門吊上。因此，目前很少采用集中驅(qū)動，極大多數(shù)采用分別驅(qū)動。本設(shè)計的集裝箱門式起重機采用的是分別驅(qū)動。
門吊大車走行機構(gòu)分別驅(qū)動是指起重機兩邊支腿下面的驅(qū)動輪(主動輪)分別由兩套(對稱安裝，圖中畫了一套)獨立的驅(qū)動裝置來驅(qū)動。為了保證左右兩個車輪同步，兩套驅(qū)動裝置由電氣控制線路實行集中控制。
分別驅(qū)動裝置由電動機、減速裝置、制動器、聯(lián)軸器和車輪等組成。按照減速方式和安裝布置的不同可分為以下幾種形式：
1 標(biāo)準立式減速器的驅(qū)動裝置：這種驅(qū)動方式的特點是立式減速器的輸出軸(低速軸)通過聯(lián)軸器與車輪軸聯(lián)接，如圖（a）所示。它具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，使用壽命長的優(yōu)點。
2 車輪軸套裝于立式減速器輸出軸中的驅(qū)動裝置：如圖（b）所示。
3 臥式減速器的驅(qū)動裝置。
4 減速器鏈條驅(qū)動裝置。
本設(shè)計采用的是形式（a）。
第3章 門式起重機的電氣設(shè)備及選用
3.1 概 述
起重機的電氣部分是起重機必不可少的重要組成部分。電氣設(shè)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(shè)備。為此，要求設(shè)計、制造部門能精心設(shè)計、認真制造，才能造出好的電氣設(shè)備、造出好的起重機。但是，僅僅這樣還不夠，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(shè)備，注意日常的維護保養(yǎng)，執(zhí)行計劃預(yù)修制度，經(jīng)常保持設(shè)備完好，才能保證正常運行，以滿足日益發(fā)展的生產(chǎn)需要。
斷續(xù)周期性工作類型：
生產(chǎn)機械的工作類型有連續(xù)、短時和斷續(xù)周期性三種。
斷續(xù)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(gòu)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(xù)的、頻繁的、重復(fù)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，進入下一個工作周期，如此不斷的重復(fù)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(gòu)而言，都不是連續(xù)工作的，而是短時工作，其中有工作時間（本機構(gòu)工作時），也有休息時間（其他機構(gòu)工作時）。這些都符合斷續(xù)周期性工作類型的特點，所以說起重機的主要工作機構(gòu)是斷續(xù)周期性類型運行的。與之相適應(yīng)，起重機的主要電控設(shè)備（電動機、控制器、控制屏、電阻器、繼電器等）也是按斷續(xù)周期性工作類型運行的。
斷續(xù)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，不能達到其穩(wěn)定值，停止時，也不能冷卻到周圍介質(zhì)的溫度，如此重復(fù)多次之后，溫度便逐漸升高，最后在某兩個固定的溫度值間變化，溫度基本穩(wěn)定。按規(guī)定每一周期持續(xù)時間不超過10min，超過10min的應(yīng)按短時工作類型考慮。
斷續(xù)周期性運行時，各工作周期不斷重復(fù)進行，要求電動機經(jīng)常起動和制動，電器元件經(jīng)常接通和分斷，接電次數(shù)多，工作頻繁。
斷續(xù)運行（既有工作時間又有休息時間）和不斷重復(fù)（接電次數(shù)多，工作繁重）是起重機電器設(shè)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(shè)計的，并自成系列。
一、 接電持續(xù)率、接電次數(shù)和起動次數(shù)
在起重機的一個工作周期中，電器設(shè)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(xù)率，通常用JC%來表示。（也有稱負載持續(xù)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(xù)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(xù)率是一個重要的因素。當(dāng)電動機或電器元件使用在不同的接電持續(xù)率時，其輸出功率或允許電流是不同的。接電持續(xù)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(chǎn)品樣本上已經(jīng)給出了在額定接電持續(xù)率下的額定輸出功率或額定電流值。其他常用接電持續(xù)率下的輸出功率或允許電流值一般也在產(chǎn)品樣本上給出。如沒有給出，則可以按下列公式近似地折算。
式中：————額定接電持續(xù)率；
————額定接電持續(xù)率時的輸出功率；
————額定接電持續(xù)率時的允許電流；
————實際接電持續(xù)率；
————接電持續(xù)率為時的輸出功率；
————接電持續(xù)率為時的允許電流；
按規(guī)定，斷續(xù)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(shù)遠遠超過6次，一般為每小時工作150~300次，較繁忙的每小時工作300~600次，某些起重機的個別機構(gòu)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(shù)表示其工作的繁忙程度。
接電次數(shù)是選擇電器元件的重要參數(shù)，電器元件的接電次數(shù)增多，將使觸頭電磨損加大，直接影響其電壽命。當(dāng)接電次數(shù)超過每小時600次時，其影響更為顯著。如欲保持電壽命不變，必須降低其允許電流值?？紤]這一因素，在接電次數(shù)高時，適當(dāng)降低允許電流值。在國際上，電器制造廠的產(chǎn)品樣本中已提供電器元件在各種接電次數(shù)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(zhuǎn)速工作時大，發(fā)熱量也大，同時由于轉(zhuǎn)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(shù)的概念。起動是指電動機轉(zhuǎn)速從零起動到額定轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速的，而是有很大一部分是起動到較低轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速用電氣的制動方法制動到零，一次相當(dāng)于0.8次全起動。由正向額定轉(zhuǎn)速反接制動并反向起動到額定轉(zhuǎn)速，一次相當(dāng)于1.8次全起動。把這些全起動的次數(shù)加起來，即成為在功率損耗上相當(dāng)?shù)娜饎哟螖?shù)，簡稱起動次數(shù)。
啟動次數(shù)是檢驗電動機發(fā)熱、確定輸出功率的重要參數(shù)。電動機的起動次數(shù)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(yīng)降低。起重機各機構(gòu)的電動機的起動次數(shù)與接電次數(shù)一樣也是比較高的，但兩者在數(shù)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(shù)對電動機的合理選擇與使用有很大的影響，必須引起注意。
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(xù)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(shù)增加而影響輸出功率和電器元件接電次數(shù)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(xù)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(gòu)一般可分為運行和升降兩種，這兩種機構(gòu)的負載性質(zhì)是不同的。
運行機構(gòu)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(tài)，需要發(fā)出驅(qū)動力矩來拖動機構(gòu)運轉(zhuǎn)。
升降機構(gòu)兩方向的負載性質(zhì)不一樣。上升時為阻力負載。下降時有兩種情況：當(dāng)負載很輕，其重量克服不了機構(gòu)的摩擦阻力時，也是阻力負載；當(dāng)負載較大時則為動力負載。對電動機來說，上升和輕負載下降時是電動狀態(tài)，產(chǎn)生驅(qū)動力矩來拖動機構(gòu)運轉(zhuǎn)；重負載下降時，由重物拖動機構(gòu)向下運轉(zhuǎn)，電動機處于制動狀態(tài)，產(chǎn)生制動力矩來平衡由負載產(chǎn)生的驅(qū)動力矩，使重物以穩(wěn)定的速度下降。類似升降機構(gòu)的負載稱“位能負載”。上升時由電動機驅(qū)動，將動能變?yōu)槲荒?；下降時由重物驅(qū)動，將位能變?yōu)閯幽堋?
在室外工作的起重機，由于風(fēng)力的存在，當(dāng)順風(fēng)運行時，有可能把運行機構(gòu)的阻力負載變成動力負載，此時由風(fēng)力驅(qū)動機構(gòu)運行，電動機處于制動狀態(tài)。
三、 起重機常用的下降制動方法
為了使下降的重物能獲得穩(wěn)定的運行速度，需要使電動機在制動狀態(tài)下運行。異步電動機常見的制動方法有再生發(fā)電制動、反接制動和單相制動三種。
1、 再生發(fā)電制動
再生發(fā)電制動發(fā)生在由于外力的作用使異步電動機的轉(zhuǎn)速超過其同步轉(zhuǎn)速時，此時電動機的運行狀態(tài)象一個與電網(wǎng)并聯(lián)的異步發(fā)電機，將電能反饋給電網(wǎng)。這種制動方法常用于起升機構(gòu)下降重物時，其特點是轉(zhuǎn)速較快，且必須超過同步轉(zhuǎn)速。繞線型異步電動機應(yīng)用再生發(fā)電制動時，不能在轉(zhuǎn)子電路中串接電阻器，因串接電阻后，轉(zhuǎn)速將更快，過快的轉(zhuǎn)速將引起機構(gòu)的損壞。
2、 反接制動
電動機被過重的負載倒拉，就會出現(xiàn)反接制動狀態(tài)。此時，電動機的轉(zhuǎn)子被迫逆著旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速是負值，轉(zhuǎn)子中將產(chǎn)生比靜止時更高的感應(yīng)電動勢。為了限制轉(zhuǎn)子電流不致過大，需在轉(zhuǎn)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(wǎng)吸取的電能一起變成熱能，消耗在轉(zhuǎn)子電阻里。這種制動方法常用于起升機構(gòu)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(zhuǎn)子電路中串接適當(dāng)?shù)碾娮?，如此時電動機由下降的重物帶動旋轉(zhuǎn)，則電動機便進入單相制動狀態(tài)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。正序電壓在定子繞組中產(chǎn)生正序電流，而負序電壓產(chǎn)生負序電流。正序電流建立正旋轉(zhuǎn)磁場，負序電流建立負旋轉(zhuǎn)磁場。兩個旋轉(zhuǎn)磁場分別在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出正序電動勢和負序電動勢。由于兩個轉(zhuǎn)子電動勢的作用，在轉(zhuǎn)子繞組中又產(chǎn)生正序電流和負序電流。正旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子正序電流相互作用產(chǎn)生正力矩，負旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子負序電流相互作用產(chǎn)生負力矩。電動機發(fā)出的總力矩為正力矩和負力矩之和。
任何生產(chǎn)機械都由原動機、傳動裝置、工作機構(gòu)和操縱控制設(shè)備等組成。如果以電動機作為原動機來拖動生產(chǎn)機械的工作機構(gòu)，則它的驅(qū)動、傳動裝通常稱為電力拖動系統(tǒng)。該系統(tǒng)中的電動機、控制操縱部分，電氣電路和電氣器件等等習(xí)慣統(tǒng)稱電氣設(shè)備。
電氣設(shè)備的功用主要在于：由電動機將電能轉(zhuǎn)變成機械能，通過傳動裝置拖動工作機構(gòu)；控制設(shè)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(gòu)的要求完成各種動作。
門吊的電氣設(shè)備主要有動力設(shè)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(guān)、安全保護開關(guān)等；導(dǎo)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(shè)備．是指軌道面(大車軌道由使用單位負責(zé))以上起重機的電氣設(shè)備，門式起重機的機上電氣設(shè)備，大部分安設(shè)在司機室和電氣室內(nèi)。如無電氣室，有的設(shè)備可放在門架走臺上。一般的司機室、電氣室固定在支架下面，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(shè)備、保護電器、控制電器等與橋式起重機區(qū)別不大。
下面簡要介紹電氣部分：
一、電制與供電
本機采用交流380V、50Hz三相四線制供電系統(tǒng)。動力回路380V，控制回路和照明回路為220V，安全電壓為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(shè)備起升機構(gòu)、大、小車運行機構(gòu)全部采用變頻驅(qū)動裝置；控制系統(tǒng)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空氣開關(guān)，此時主配電板(MBD)和聯(lián)動臺(TQK)上合閘指示燈亮，再檢查三相電源情況，若正?？蛇M行吊裝作業(yè)。
1、大車運行機構(gòu)：使用1SA進行運行機構(gòu)的操作，左右各4個操作檔位?？蓪崿F(xiàn)平滑地勻加速或勻減速運動。當(dāng)該機構(gòu)從運動狀態(tài)到停止時，先斷電，延時5～6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(gòu)：該機構(gòu)操作手柄為3SA，設(shè)置前進和后退各四個檔位，可實現(xiàn)平滑地勻加速或勻減速運動。在兩腿外側(cè)懸臂端設(shè)置有慢速運行區(qū)域，當(dāng)小車從懸臂端向內(nèi)側(cè)運行時，不受上述限制。
3、起升機構(gòu)：該機構(gòu)的操作手柄為2SA，起升和下降各四個操作檔位，可實現(xiàn)平滑地勻加速或勻減速運動。
四、保護
按照《起重機設(shè)計規(guī)范》和《起重機安全規(guī)程》的規(guī)定，整機設(shè)置有總的過流、短路、失壓、欠壓保護，并且在聯(lián)動臺和主電源柜上、機器房以及在下橫梁對角位置設(shè)有緊停按鈕。
1、大車運行機構(gòu)：該機構(gòu)設(shè)置有零壓、零位、過流短路，正反向聯(lián)鎖，極限位置限位，電纜卷筒極限限位等保護，另外還設(shè)置有錨定聯(lián)鎖以及防護器頂松軌聯(lián)鎖等。
2、小車運行機構(gòu)：該機構(gòu)設(shè)置有零位、零壓、過流和短路保護，以及正反向聯(lián)鎖、懸臂端限速和極限位置保護等，另外還設(shè)置有駕駛室通道口聯(lián)鎖開關(guān)和小車錨定裝置。
3、起升機構(gòu)：該機構(gòu)設(shè)置有零位、零壓、過流短路保護，正反向聯(lián)鎖、上下預(yù)限位保護，極限位置保護和應(yīng)急限位保護以及超載保護等。
4、本機在最高處設(shè)置有避雷裝置。
五、信號、通訊和照明
1、超負荷限制器在起升機構(gòu)吊重達到額定載荷的95％時，發(fā)出報警信號，在達到額定載荷的110％時，起升機構(gòu)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(xiàn)場人員避讓。
3、各機構(gòu)極限位置時產(chǎn)生報警信號。
4、風(fēng)速超過額定值時產(chǎn)生報警信號，并停止整機工作。
5、設(shè)置二部對講機以便起重機上下聯(lián)系。
6、照明：本機在梁底部設(shè)置有8盞500W投光燈，在小車架底部設(shè)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(shè)置有足夠的照明設(shè)置和不同電壓等級的插座。在機器房配置有2臺軸流風(fēng)機，在電氣房配置有一臺軸流風(fēng)機以改善散熱條件。在司機室和機器房內(nèi)的電氣房各設(shè)置1部雙制式空調(diào)。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(shè)備。
下面主要介紹各電氣設(shè)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(shù)不多，沒有調(diào)速要求，對起動平滑性要求不高，操作簡單的場合。而繞線式電動機則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(huán)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(yīng)適應(yīng)反復(fù)短時運轉(zhuǎn)；頻繁的起動、逆轉(zhuǎn)和制動；經(jīng)常起載和重載起動；機械振動和沖擊較大；工作環(huán)境惡劣等。因此，起重機用的電動機與一般工業(yè)用電動機工況不同，它應(yīng)滿足如下要求和特點：
1、 電動機按斷續(xù)周期性工作類型制造。當(dāng)使用在不同接電持續(xù)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(xù)率，其他常用的接電持續(xù)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(dāng)使用在非常頻繁的場合時，還派生有強迫通風(fēng)系列，其接電持續(xù)率為100%。在電動機的產(chǎn)品樣本上分別列出相應(yīng)的輸出功率和其他技術(shù)數(shù)據(jù)。為了提高在高接電持續(xù)率下的輸出功率，電動機設(shè)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(shù)有關(guān)，起動時的電流額定工作電流，增加了起動損耗也就增加了發(fā)熱量，由于轉(zhuǎn)速尚未達到額定值，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(yīng)頻繁起動的要求，提高高起動次數(shù)下的輸出功率，電動機具有較小的轉(zhuǎn)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(yīng)頻繁的帶負荷起動、制動和逆轉(zhuǎn)，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2.5~3倍。為了保證有較大的最大力矩值，電動機采用較少的定、轉(zhuǎn)子匝數(shù)，較多的定、轉(zhuǎn)子槽數(shù)和較大的空氣隙（定子和轉(zhuǎn)子之間的空隙），因而也將導(dǎo)致功率因數(shù)的降低。效率降低和空載電流增大，這對電動機的連續(xù)運行是不利的，為了克服這一缺陷，電動機應(yīng)采用導(dǎo)磁性能好的電機鋼片。
4、 為了適應(yīng)頻繁的起動、制動和逆轉(zhuǎn)，要求電動機具有較小的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量，所以起重機用電動機往往設(shè)計得比較細長，以得到較小的加速度時間和較小的起動損耗，但也不應(yīng)追求過小的轉(zhuǎn)動慣量，而影響電動機的堅固性和散熱能力。
5、 起重機的起升機構(gòu)經(jīng)常出現(xiàn)超速運行的情況，要求電動機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)要堅固，其允許的最大轉(zhuǎn)速一般為電動機同步轉(zhuǎn)速的2.5倍。
6、 在結(jié)構(gòu)上電動機應(yīng)具有較高的機械強度，耐振性和密封性，以適應(yīng)顯著的機械振動、沖擊和工作環(huán)境多灰塵的特點。
7、 為了適應(yīng)環(huán)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(huán)境溫度下。不同絕緣等級的電動機往往具有相同的電磁參數(shù)。
門吊采用的電動機的種類：按交流電動機的構(gòu)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(zhuǎn)子電路內(nèi)串入電阻，可使電動機平穩(wěn)起動，并可調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)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(gòu)沖擊較大，不能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，在起重機上應(yīng)用不多。
下面進行電動機的過載校驗（以下公式摘自《最新起重機械設(shè)計、制造、安裝調(diào)試、維護新工藝、新技術(shù)與常用數(shù)據(jù)及質(zhì)量檢驗標(biāo)準實用手冊》）。
1、 起升機構(gòu)電動機：
式中：———基準接電持續(xù)率時，電動機額定功率，(KW)；
———起升載荷，N；雙繩抓斗電動機過載校驗時，應(yīng)考慮負載不均勻程度，
———物品起升速度，m/s；
———機構(gòu)總效率；
———基準接電持續(xù)率時，電動機轉(zhuǎn)矩允許過載倍數(shù)（技術(shù)條件規(guī)定值或?qū)嶋H達到值）；
———系數(shù)；按電壓有損失（交流電動機-15%，直流電動機不考慮）、最大轉(zhuǎn)矩或堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩有允差（繞線型異步電動機-10%，籠型異步電動機-15%，直流電動機不考慮）、起升1.25倍額定載荷等條件確定繞線型異步電動機取H=2.1；籠型異步電動機取H=2.2；直流電動機取H=1.4；
———電動機個數(shù)
2、 運行機構(gòu)電動機
式中：———運動部分所有質(zhì)量的重力，N；
———摩擦阻力系數(shù)；
———坡度阻力系數(shù)；
———風(fēng)阻力，N，在室內(nèi)取0；
———機構(gòu)總飛輪矩，即折算到電動機軸上的機構(gòu)飛輪矩和電動機飛輪矩之和，；
———起重機（或小車）的運行速度，m/s；
———電動機的額定轉(zhuǎn)速；
———機構(gòu)起動時間，s；
———平均起動轉(zhuǎn)矩標(biāo)么值（相對于基準接電持續(xù)率時的額定轉(zhuǎn)矩），對繞線型異步電動機取1.7，采用頻敏變阻器時取1，籠型異步電動機取0.9,串勵直流電動機取1.9，復(fù)勵直流電動機取1.8，他勵直流電動機取1.7，采用電流自動調(diào)整的系統(tǒng)，允許適當(dāng)提高值。
其余符號同上。
3、 回轉(zhuǎn)機構(gòu)電動機
式中：H———系數(shù)，繞線型異步電動機取1.55，籠型異步電動機取1.6，直流電動機取1；
———回轉(zhuǎn)摩擦阻力矩,；
———回轉(zhuǎn)最大坡道阻力矩,；
———由計算風(fēng)壓引起的最大風(fēng)阻力矩,；
———由吊重繩偏擺角引起的回轉(zhuǎn)水平阻力矩,；
———機構(gòu)的總傳動比。
其余符號同。（繞線型異步電動機發(fā)熱校驗略）
下面是電動機的簡要計算過程：
1、運行阻力計算
運行靜阻力包括摩擦阻力、運行軌道的坡度阻力和風(fēng)阻力
(1) 運行摩擦阻力
Q—額定起重量，Q＝40500 公斤；
—起重機總重量，＝240500 公斤
k—滾動摩擦系數(shù)，k＝0.06厘米;
—軸承摩擦系數(shù) , ＝0.02；
d—車輪軸徑，d＝ 70毫米；
D—車輪直徑．D＝600毫米，
—附加阻力系數(shù)， ＝1.5。
=1826.5kgf
當(dāng)不考慮時，滿載時的最小摩擦阻力為
＝1217.67kgf
空載運行時的最小摩擦阻力：
(2) 坡度阻力
其中 —坡度阻力系數(shù)， =0.002。
＝0.002(40500+240500)=562kgf
(3) 風(fēng)阻力
C—風(fēng)載體型系數(shù)，取C＝1.2；
—第1類載荷下的標(biāo)準風(fēng)壓，對于沿海地區(qū)使用的起重機=15Kgf/， 內(nèi)陸取=10Kgf/
F—起重機的迎風(fēng)面積，橋架＝224,小車 =13,司機室=4.5雙支腿 2=40.2
=224+13+4.5+40.2=281.5
—物品迎風(fēng)面積．＝25。
=1.210(281.5+25)=3678
運行靜阻力:
迎風(fēng)上坡工作時：
=1826.5+562+3678=6066.5 kgf
順風(fēng)下坡工作時；
=1217.67-562-3678= -3022.3 kgf
2、初選電動機
因為：
—起重機的運行速度，=30米／分
—電動機臺數(shù)，＝8；
—機構(gòu)傳動效率，＝0.95。
千瓦
當(dāng)=15Kgf/時, =5.1千瓦
根據(jù)靜功率查電動機產(chǎn)品目錄選擇一臺功率相近的電動機：YZR160L-6型電動機,當(dāng)J C％＝25時,功率N=7.5千瓦．轉(zhuǎn)速＝952轉(zhuǎn)／分，最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)＝3，轉(zhuǎn)子飛輪矩 =0.225kg.
電動機額定力矩：
kg.
電動機的最大靜力矩
八臺電動機的實際最大力矩：
減速器的傳動比和車輪轉(zhuǎn)速：
而
式中 v —大車運行速度, v ＝30米/分，車輪直徑＝600毫米,
轉(zhuǎn)/分
選用T10-01-20型減速器，傳動比 i＝20.235,外加一個小齒輪和一個大齒輪。
滿載運行時,電動機的靜力矩：
3、起動時間與平均加速度驗算
(1) 滿載、上坡、迎風(fēng)時的起動時間
式中 —電動機平均起動力矩，對繞線式電動機，
=(1.5~1.8)*=(1.5~1.8)*7.68=11.70~14.24 kg,m
v —大車運行的實際速度，
v =30/60=0.5 m/s
—電動機軸上帶制動輪聯(lián)軸器的飛輪矩 =0.46
其它符號,數(shù)據(jù)同前。
一般應(yīng)使＜8~10 s，所以驗算滿足要求。
( 2) 平均加速度的驗算
米/
龍門起重機的平均加速度一般控制在0.4米／秒以內(nèi)，所以基本滿足起動要求。
4、校核電動機的過載能力
即電動機實際最大力矩應(yīng)超過電動機軸上的最大靜阻力矩；
式中 —由第