5T單梁橋式起重機(jī)卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)設(shè)計含SW三維及6張CAD圖

5T單梁橋式起重機(jī)卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)設(shè)計含SW三維及6張CAD圖,橋式起重機(jī),卷揚(yáng),機(jī)構(gòu),設(shè)計,sw,三維,cad 5T單梁橋式起重機(jī)卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)設(shè)計5T單梁橋式起重機(jī)卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)設(shè)計摘 要卷揚(yáng)機(jī)又稱絞車。是起重垂直運(yùn)輸機(jī)械的重要組成部分，配合井架、桅桿、 滑輪組等輔助設(shè)備，用來提升物料、安裝設(shè)備等作業(yè)，由人力或機(jī)械動力驅(qū)動卷筒、卷繞繩索來完成牽引工作的裝置。垂直提升、水平或傾斜曳引重物的簡單起重機(jī)械。分手動和電動兩種。現(xiàn)在以電動卷揚(yáng)機(jī)為主。本次設(shè)計的5噸電動卷揚(yáng)機(jī)是由電動機(jī)、連軸器、制動器、減速器、卷筒、導(dǎo)向滑輪、起升滑輪組、吊鉤等組成。 本次設(shè)計的步驟是從鋼絲繩開始入手，然后依次對卷揚(yáng)機(jī)的卷筒、卷筒心軸、電動機(jī)、減速器齒輪、減速器軸、制動器、聯(lián)軸器以及卷筒機(jī)的導(dǎo)向滑輪設(shè)計與選取。其中卷筒、卷筒軸、卷筒轂、減速器的設(shè)計最為主要，本設(shè)計重點做了介紹，其余部分有得只是略作分析。 本次設(shè)計的卷筒機(jī)由于它結(jié)構(gòu)簡單、搬運(yùn)安裝靈活、操作方便、維護(hù)保養(yǎng)簡單、對作業(yè)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等特點，可以應(yīng)用于冶金起重、建筑、水利作業(yè)等方面，但是此次設(shè)計的卷筒機(jī)主要運(yùn)用于用于5噸橋式吊車起升機(jī)構(gòu)。提升重物是卷揚(yáng)機(jī)的一種主要功能，各類卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計都是根據(jù)這一要求為依據(jù)的。 關(guān)鍵詞：卷揚(yáng)機(jī)；卷筒；卷筒軸；減速器AbstractAlso known the hoist another name is winch. Vertical lifting transport machinery is an important component of the tie in with the derrick, mast, pulley blocks, and auxiliary equipment, used to enhance the materials, installation of equipment operations, from human or mechanical power-driven drum, winding traction rope to complete the installation work. Vertical, horizontal or inclined simple tractor Lifting heavy objects. Two types of the hoist are manual and electric two kinds. and Now to the main electric winch. The design of the 5-ton electric hoist motor contions electromotor 、coupling、arrester、retarder、drum、boom sheave 、a system of pulleys set、hook, etc. This design of hoist is start from the wire rope, and next then turn on the winch drum, drum spindle, motor, gear reducer, speed reducer shaft, brakes, couplings and pulley drum machine-oriented design and selection. On drum, drum shaft, drum hub, most major reducer design, the design are focus introduced, and the rest is just a little something for analysis. The design of the drum machine because of its simple structure, handling the installation of a flexible, convenient operation, simple maintenance, and operating environment features such as adaptability, can be applied to lifting metallurgical, construction, operations and other water conservancy, but the design mainly applied to the drum machine for 5-ton overhead crane hoisting mechanism. Heavy winch upgrade is one of the main functions of the design of various types of winches are based on based on this request.KEY WORDS: hoist；drum; drum shaft; retarder目錄摘 要IAbstractII緒 論11. 卷揚(yáng)機(jī)的主要設(shè)計參數(shù)32. 卷揚(yáng)機(jī)的分類與特點42.1 根據(jù)卷筒的個數(shù)分類：42.2 根據(jù)卷揚(yáng)機(jī)使用的動力源不同分類42.3 卷揚(yáng)機(jī)的工作過程42.4 起升機(jī)構(gòu)的構(gòu)成43.卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)各部分的設(shè)計與計算63.1鋼絲繩的計算校核與選用63.1.1 鋼絲繩的分類：63.1.2鋼絲繩的選用與計算：63.2 卷筒的尺寸計算與確定73.2.1卷筒的設(shè)計計算與強(qiáng)度校核73.2.2卷筒厚度計算:73.2.3卷筒的強(qiáng)度計算機(jī)校核檢驗：83.3卷筒軸的設(shè)計與校核83.3.1軸上的作用力計算83.3.2計算該軸的工作應(yīng)力93.2.4卷通軸的靜強(qiáng)度計算103.4電機(jī)及減速器的設(shè)計與選擇113.5減速器的設(shè)計與計算123.5.1傳動比的確定與傳動效率的計算123.5.2各軸轉(zhuǎn)速的計算133.5.3各軸的轉(zhuǎn)矩計算133.5.4齒輪的設(shè)計與計算133.5.5齒面接觸應(yīng)力計算143.5.6齒輪設(shè)計：143.5.7軸的設(shè)計計算：173.5.8減速器箱體的設(shè)計與計算193.6聯(lián)軸器與制動器的選擇203.7制動器的選擇204.小車行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計234.1軌道234.2車輪材料234.3車輪直徑的計算235.結(jié)論25參考文獻(xiàn)26致謝52IV緒 論本次設(shè)計的題目是5T單梁橋式起重機(jī)的卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)設(shè)計，隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)、制造業(yè)、運(yùn)輸業(yè)等的發(fā)展，卷揚(yáng)機(jī)的應(yīng)用越來越多。目前，國內(nèi)的卷揚(yáng)機(jī)發(fā)生故障較多、監(jiān)管工作不足。橋式起重機(jī)做作為物料搬運(yùn)的起重機(jī)械在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。因此，設(shè)計一款可靠性高，制造成本低，運(yùn)行精度高的橋式起重機(jī)是大勢所趨。當(dāng)下社會，各行各業(yè)越來越多的應(yīng)用機(jī)械生產(chǎn)來替代原有的人工制造，節(jié)約了制造成本的同時，也大大的提高的產(chǎn)品的質(zhì)量以及生產(chǎn)效率，為社會的進(jìn)步與發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。這其中應(yīng)用十分廣泛的起重機(jī)械起到了巨大的促進(jìn)作用。我國的起重機(jī)械相關(guān)的技術(shù)有著悠久的歷史，如長、故宮的修筑、歷朝歷代的古都上十分巨大的鑄種和數(shù)十噸甚至上百噸的巨大雕像等的運(yùn)輸與吊裝，都凝聚著我國古代勞動人民的智慧。卷揚(yáng)機(jī)還有一個別名叫做絞車，是應(yīng)用在一些需要水平移動或者垂直升降機(jī)構(gòu)的重要裝置，起重機(jī)械都會安裝有特定的卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)用于作業(yè)，還有一些越野車以及廠礦企業(yè)會安裝有卷揚(yáng)機(jī)。由于卷揚(yáng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、方便維護(hù)、使用成本低等一系列優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用在起重、采礦、冶金、加工制造業(yè)和建筑業(yè)之中。卷揚(yáng)機(jī)的主要作用是用于提升重物，當(dāng)下汽車吊和塔吊發(fā)展十分迅速，逐漸進(jìn)入了起重機(jī)市場，但是塔吊成本高，安裝復(fù)雜，一般在建筑行業(yè)應(yīng)用的比較廣泛，可以更好的提高建筑施工的效率。而汽車吊的機(jī)動性很好使用靈活而廣受歡迎，單是汽車吊對于作業(yè)環(huán)境要求較高且起升重量受到車體結(jié)構(gòu)與設(shè)備的限制，無法充分發(fā)揮其效能。而卷揚(yáng)機(jī)的制作方便簡單，能夠適應(yīng)不同的工作環(huán)境，且起升重量范圍十分廣泛，從而受到歡迎，在一些港口、大型的裝配車間和廠礦企業(yè)都可以看到他們的身影，應(yīng)用十分廣泛。我國卷揚(yáng)機(jī)的狀況在古時候，我們的祖先就將手動的絞車放在井上，利用人力來旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)筒來提升水桶打水，這就是我們當(dāng)下的卷揚(yáng)機(jī)的鼻祖，充分體現(xiàn)了古代勞動人民的的智慧。在沒有解放之前，我國只有一些有實力的大型企業(yè)才有卷揚(yáng)機(jī)的應(yīng)用，應(yīng)用很少，那時候我國的工業(yè)制造能力差，國內(nèi)還沒有能夠生產(chǎn)卷揚(yáng)機(jī)的廠家，應(yīng)用的全部卷揚(yáng)機(jī)都是在國外購買。年代，國家大量基建工程陸續(xù)上馬，制造業(yè)發(fā)展迅速，對于起重機(jī)的需求日益旺盛。因此我國的一些卷揚(yáng)機(jī)生產(chǎn)廠家（阜新礦山機(jī)械廠、天津卷揚(yáng)機(jī)廠、山西機(jī)器廣、寶雞起重運(yùn)輸機(jī)廠）組建了一個卷揚(yáng)機(jī)生產(chǎn)組織。新組織參照已有卷揚(yáng)機(jī)的產(chǎn)品進(jìn)行模仿與創(chuàng)新，制造出一些小噸位的電控卷揚(yáng)機(jī)，但這些小型卷揚(yáng)機(jī)無法滿足當(dāng)時的使用需求，所以那些大噸位的起重機(jī)和卷揚(yáng)機(jī)仍然需要進(jìn)口。等到了70年代，經(jīng)過多年的實踐摸索以及生產(chǎn)經(jīng)驗，我國卷揚(yáng)機(jī)的技術(shù)大步提升，產(chǎn)品種類也從以前的單一品種發(fā)展到能適應(yīng)哥哥行業(yè)的多種類型卷揚(yáng)機(jī)。為適應(yīng)當(dāng)時生產(chǎn)發(fā)展的需要，我們的工業(yè)部發(fā)布了JB92674卷揚(yáng)機(jī)型式與基本參數(shù)和JBl80376卷揚(yáng)機(jī)技術(shù)條件兩個部標(biāo)準(zhǔn)，是我國的卷揚(yáng)機(jī)行業(yè)進(jìn)入了標(biāo)準(zhǔn)化的階段，各個廠家可以參照國家頒布的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分工生產(chǎn)，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)了卷揚(yáng)機(jī)零件的互換性與通用性。如今，我國的卷揚(yáng)機(jī)與起重機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭良好，知名的企業(yè)有徐工機(jī)械、廈工機(jī)械、柳工機(jī)械等等一些國際知名的企業(yè)，他們制造的產(chǎn)品不僅受到國內(nèi)企業(yè)軍隊和一些用戶的歡迎，并且每年都會大量出口到其他國家，增強(qiáng)我國知名度并為國家創(chuàng)立了大量外匯收入。國外卷揚(yáng)機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r在西方技術(shù)先進(jìn)的一些國家中，工業(yè)發(fā)展起步較早，工業(yè)產(chǎn)品水平先進(jìn)，機(jī)械化進(jìn)程不斷提高，起重設(shè)備也在不斷更新，卷揚(yáng)機(jī)的品種繁多，應(yīng)用十分廣泛。美國哲恩有限公司是美國較大的生產(chǎn)起重設(shè)備的公司，主要產(chǎn)品有各種手動卷揚(yáng)機(jī)、電動卷揚(yáng)機(jī)、起重機(jī)等相關(guān)設(shè)備。手動卷揚(yáng)機(jī)的主要品種有：直齒傳動卷揚(yáng)機(jī)、蝸桿傳動卷揚(yáng)機(jī)；電動卷揚(yáng)機(jī)的主要品種有：蝸桿傳動系列、直齒齒輪傳動系列、直接驅(qū)動系列、鏈傳動系列。日本日本從明治30年開始制造卷揚(yáng)機(jī)。據(jù)日本的相關(guān)部門統(tǒng)計計，19701975年間日本卷揚(yáng)機(jī)行業(yè)的產(chǎn)量增加62.5。在1977年卷揚(yáng)機(jī)的產(chǎn)量就達(dá)到12萬臺，創(chuàng)造產(chǎn)值產(chǎn)值約100億日元?，F(xiàn)在日本主要生產(chǎn)廠家有北川鐵工所、遠(yuǎn)藤鋼機(jī)、南星、越野總業(yè)、藝浦、松崗產(chǎn)業(yè)等80多個廠家。其他國家，如俄羅斯、英國、挪威、瑞典、加拿大、德國等也都生產(chǎn)著不同用途的各種型號的卷揚(yáng)機(jī)。而俄羅斯在我國建國初期給予我國大量的卷揚(yáng)機(jī)成套圖紙，為我國的卷揚(yáng)機(jī)行業(yè)發(fā)展做出了巨大的促進(jìn)作用。1. 卷揚(yáng)機(jī)的主要設(shè)計參數(shù)：本次設(shè)計用到的基本參數(shù)：額定起升重量：5噸。起升高度：14米。起升速度：12.5米/分。卷揚(yáng)機(jī)用途：應(yīng)用在5噸單梁橋式起重機(jī)。工作條件：頻繁啟動 粉塵量比較大大的工作環(huán)境。單梁橋式起重機(jī)的主要構(gòu)成部分有：電動機(jī)、電磁式制動器、齒式聯(lián)軸器、起重機(jī)用減速器、卷筒、滑輪組與鋼絲繩等組件構(gòu)成。機(jī)構(gòu)簡圖如圖1-1圖1-12. 卷揚(yáng)機(jī)的分類與特點2.1 根據(jù)卷筒的個數(shù)分類：卷揚(yáng)機(jī)的主體結(jié)構(gòu)分布與該卷揚(yáng)機(jī)應(yīng)用的卷筒數(shù)目有關(guān)。卷揚(yáng)機(jī)根據(jù)卷筒數(shù)目可分為單筒卷揚(yáng)機(jī)、雙筒卷揚(yáng)機(jī)和多筒卷揚(yáng)機(jī)三類?，F(xiàn)在市面上以及實際應(yīng)用工作中的大多數(shù)卷揚(yáng)機(jī)都是用單卷筒或者雙卷筒，單筒卷揚(yáng)機(jī)應(yīng)用在一些起重重量小的環(huán)境，這種單卷筒卷揚(yáng)機(jī)制作成本低，在發(fā)生故障時維修費(fèi)用和工序簡單，現(xiàn)在被廣泛的應(yīng)用，也有一些特殊的卷揚(yáng)機(jī)會增加一個輔助卷筒來提高工作效率，例如那些大型吊車，它們會采用輔助卷筒，在前起升重量小時，會用那個小卷筒來進(jìn)行工作，節(jié)省燃料。當(dāng)起升重量大時，便會使用主卷筒來進(jìn)行工作。2.2 根據(jù)卷揚(yáng)機(jī)使用的動力源不同分類1.手動型：應(yīng)用于一些小重量起重場合，便于移動和安裝，使用方便2.電動型：利用電動機(jī)帶動相應(yīng)的傳動機(jī)構(gòu)對重物進(jìn)行起降作業(yè)，這種類型的起重機(jī)應(yīng)用非常廣泛，多數(shù)工廠在廠房內(nèi)安裝這種卷揚(yáng)機(jī)，能極大提高生產(chǎn)效率。3.內(nèi)熱機(jī)類型：這種卷揚(yáng)機(jī)最大的優(yōu)點是機(jī)動性與適應(yīng)性好，可以在一些比較偏遠(yuǎn)的和沒有電源地方工作，起重重量大，可以裝載在汽車上成為隨車吊。4.液壓動力型：能夠與一些帶有液壓裝置的設(shè)備進(jìn)行配合使用，該類型卷揚(yáng)機(jī)運(yùn)行時起升與下降柔和，對整體機(jī)構(gòu)的損害最小，提高設(shè)備的使用壽命。2.3 卷揚(yáng)機(jī)的工作過程制動器在不工作時通過彈簧使制動片時刻貼緊制動輪，整個機(jī)構(gòu)處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)觸動啟動開關(guān)時，電磁鐵工作使制動片與制動輪分離，同時電動機(jī)工作帶動減速器齒輪轉(zhuǎn)動，減速器將動力傳到卷筒軸，卷通軸通過卷繞或者下放鋼絲繩來提升或者下降重物。當(dāng)開關(guān)斷開后，制動器工作，整個機(jī)構(gòu)停止運(yùn)行，重物在空中停止。2.4 起升機(jī)構(gòu)的構(gòu)成起升機(jī)構(gòu)是通過齒輪減速器聯(lián)軸器傳動使重物作升降運(yùn)動的機(jī)構(gòu)，它是起重機(jī)最主要且最基本的機(jī)構(gòu)。 我們設(shè)計的電動5噸卷揚(yáng)機(jī)是由電動機(jī)、連軸器、制動器、減速器、卷筒、起升滑輪組、釣鉤等組成（如圖2-1）。3.卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)各部分的設(shè)計與計算3.1鋼絲繩的計算校核與選用3.1.1 鋼絲繩的分類：3.1.2鋼絲繩的選用與計算：查機(jī)械設(shè)計手冊知：我們選取鋼絲繩類型為先接觸型（減少彎曲應(yīng)力，結(jié)構(gòu)緊密，消除了點接觸的二次彎曲應(yīng)力，使用壽命長）由于本卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)長期頻繁使用，我們定機(jī)構(gòu)利用等級為T5（6300h）.（1）.鋼絲繩的計算根據(jù)公式 根據(jù)機(jī)構(gòu)利用等級為T5，C查機(jī)械設(shè)計手冊 c=0.10000，S為最大靜拉力，本機(jī)構(gòu)采用雙動滑輪，則鋼絲繩最大靜拉力為1.25噸，取最大靜拉力為1.3噸 s=130010/N=13000N則d11mm根據(jù)芯材料可以選用纖維芯鋼絲繩（619s+a）也可以選用鋼芯鋼絲繩(619s+FC）鋼絲繩最小破斷拉力總和=58.610001.214+71.14KN 能夠達(dá)到使用要求鋼絲繩代號：11-NAT-FC-1470-2S3.2 卷筒的尺寸計算與確定 卷筒經(jīng)查機(jī)械設(shè)計手冊和起重機(jī)設(shè)計手冊，我們選用齒式接盤連接形式卷筒，如圖3-1 圖3-1 選用齒輪接盤連接型式3.2.1卷筒的設(shè)計計算與強(qiáng)度校核卷筒的名義直徑： （3.1）查手冊得： 則 取 繩槽半徑： （3.2）繩槽深度： （3.3）繩槽節(jié)距： （3.4）卷筒長度：繞線采用多層，則多層卷筒長度 （3.5）每層繞線圈數(shù)z取30，由起升高度為14m經(jīng)計算得卷繞層數(shù)層繞線部分長度：mm （3.6）端部長度： （3.7）端部長度根據(jù)實際需要而定則卷筒長度mm3.2.2卷筒厚度計算:卷筒材料分類：鋼和鑄鐵卷筒查找手冊可知使用鑄鐵卷筒能夠有效的延長鋼絲繩的使用壽命，則 取 （3.8）3.2.3卷筒的強(qiáng)度計算機(jī)校核檢驗：本卷揚(yáng)機(jī)的起重噸位屬于小噸位范疇，材料采用HT200的鑄鐵，卷筒在受最大拉力作用時會產(chǎn)生最大的壓應(yīng)力和彎矩產(chǎn)生的扭曲應(yīng)力。查機(jī)械設(shè)計手冊知:當(dāng)時，只需計算表面最大壓應(yīng)力即可。 （3.9） 與卷筒的層數(shù)有關(guān)的系數(shù) 鋼絲繩最大拉力，N 卷筒繩槽節(jié)距，mm 卷筒壁厚，mm 許用應(yīng)力 鑄鐵：. 抗壓強(qiáng)度 （3.10） 查手冊知 則 所以卷筒的抗壓強(qiáng)度滿足使用的要求3.3卷筒軸的設(shè)計與校核鋼絲繩的拉力，卷筒直徑，鋼絲繩直徑，卷筒外齒的分度圓直徑。我們選用應(yīng)用最廣泛的45鋼來做為軸的材料，采用調(diào)質(zhì)處理，抗拉強(qiáng)度，屈服點，彎曲疲勞極限，扭轉(zhuǎn)疲勞極限。整個軸是卷筒一起轉(zhuǎn)動的，這種軸我們稱之為心軸，在計算受力時應(yīng)當(dāng)根據(jù)鋼絲繩在極限位置時的受力來進(jìn)行計算，由圖可知，鋼絲繩處于最右端時整個軸的受力是最大的，我們應(yīng)按照它的最大應(yīng)力來進(jìn)行強(qiáng)度計算，查閱起重機(jī)設(shè)計手冊，機(jī)械設(shè)計手冊，根據(jù)此卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用等級以及起重重量初步得出了心軸的各段長度以及相應(yīng)的直徑如圖所示。3.3.1軸上的作用力計算卷筒齒輪的圓周力： （3.11）卷筒齒輪的徑向力： （3.12）與軸垂直的支撐反力以及彎矩如圖3-5水平面的支撐反力： （3.13）垂直面的支撐反力 （3.13）合成反支撐力: （3.14）水平面的彎矩： （3.15）垂直面的彎矩： （3.16）合成彎矩： （3.17）3.3.2計算該軸的工作應(yīng)力卷通軸是是心軸，所以只存在彎矩，沒有轉(zhuǎn)矩，如圖3-5因此我們應(yīng)找到彎矩最大的點來進(jìn)行計算。 （3.18）則經(jīng)過圓整后取，中間段3.3.3卷筒軸的疲勞強(qiáng)度計算應(yīng)當(dāng)用鋼絲繩的當(dāng)量拉力來進(jìn)行卷筒軸的疲勞強(qiáng)度計算， （3.19）為鋼絲繩的當(dāng)量拉力為當(dāng)量拉力系數(shù)經(jīng)查機(jī)械設(shè)計手冊，我們?nèi)‘?dāng)量拉力系數(shù)為1查閱相關(guān)資料可知，對于心軸的的應(yīng)力，可以按照脈動應(yīng)力循環(huán)規(guī)律進(jìn)行變化。則 （3.20） 則平均應(yīng)力和應(yīng)力幅為：由于本軸的結(jié)構(gòu)簡單，在布局上屬于對稱結(jié)構(gòu)，在尺寸有變化的地方會有應(yīng)力的存在并且此處的彎矩應(yīng)為最大的，所以在尺寸有變化的地方會出現(xiàn)危險截面，我們應(yīng)用此處來進(jìn)行軸的疲勞強(qiáng)度計算。查機(jī)械設(shè)計手冊知有效應(yīng)力集中系數(shù),表面狀態(tài)系數(shù)，絕對尺寸系數(shù)，等效系數(shù)。計算所得的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)： （3.21）查機(jī)械設(shè)計手冊知，一般機(jī)械的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù),因此軸的的疲勞強(qiáng)度滿足使用要求，符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，可以應(yīng)用。3.2.4卷通軸的靜強(qiáng)度計算計算卷通軸的靜強(qiáng)度要利用靜強(qiáng)度拉力來進(jìn)行計算 （3.22） 為靜強(qiáng)度時計算的最大拉力 為動載荷系數(shù)，經(jīng)查機(jī)械設(shè)計手冊知取1.35根據(jù)靜強(qiáng)度計算的安全系數(shù) （3.23）當(dāng)時,該軸的強(qiáng)度滿足使用要求，符合設(shè)計規(guī)定。3.4電機(jī)及減速器的設(shè)計與選擇根據(jù)卷筒直徑與提升速度計算出卷筒的轉(zhuǎn)速為:卷筒轉(zhuǎn)速為傳動機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)的靜功率： （3.24） （3.25） 為起重重量 為吊具重量 為總效率（滑輪組、聯(lián)軸器、齒輪效率） 機(jī)構(gòu)的靜功率 （3.26）電動機(jī)功率 則查機(jī)械設(shè)計手冊：選用YZ或者YZR系列起重及冶金用三項異步電動機(jī)型號：YZL160L-6 轉(zhuǎn)速：920r/min額定電壓：380V 50HZ 額定功率：15KW3.5減速器的設(shè)計與計算3.5.1傳動比的確定與傳動效率的計算總傳動比 為電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速 為卷筒轉(zhuǎn)速 （3.27） 傳動機(jī)構(gòu)采二級直齒圓柱齒輪減速器傳動比的分配為使各級傳動的承載能力大致相等（齒面接觸強(qiáng)度大致相等、各級大齒輪浸油深度相等）使傳動比分配為 （3.28） 為高速級傳動比 為低速級傳動比求得 效率計算： （3.29） （GCL2型聯(lián)軸器） （深溝球軸承） （齒輪精度為8級） 傳遞到卷筒的功率為滿足要求。3.5.2各軸轉(zhuǎn)速的計算軸：與電機(jī)相連轉(zhuǎn)速與電機(jī)相同為920r/min軸: （3.30）軸： （3.31）卷通軸： （3.32）軸的功率計算軸： （3.33）軸: （3.34）軸： （3.35）卷通軸： （3.36）3.5.3各軸的轉(zhuǎn)矩計算查機(jī)械設(shè)計手冊知轉(zhuǎn)矩計算公式為： （3.37）電機(jī)軸： （3.38）軸： （3.39） 軸: （3.40）軸: （3.41）卷通軸： （3.42）3.5.4齒輪的設(shè)計與計算本設(shè)計中齒輪材料選用應(yīng)用廣泛的45#鋼大齒輪：采用45#鋼 正火處理小齒輪：采用45#鋼 調(diào)質(zhì)處理查機(jī)械設(shè)計手冊知：接觸疲勞極限大齒輪：小齒輪：應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 為齒輪工作壽命（單位為h）機(jī)構(gòu)為但齒輪嚙合則 齒輪的工作年限為10年 每年工作300天 8小時工作制則 3.5.5齒面接觸應(yīng)力計算查機(jī)械設(shè)計教材知：接觸疲勞壽命系數(shù) 安全系數(shù)S取1齒面接觸應(yīng)力 =524.4MPa =523.8MPa取小值 =523.8MPa計算許用彎曲應(yīng)力 彎曲疲勞極限分別為：小齒輪 大齒輪 彎曲強(qiáng)度的計算壽命系數(shù)： 彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)： （3.43）齒輪的彎曲應(yīng)力： （3.44） （3.45）3.5.6齒輪設(shè)計：第一級傳動螺旋角,根據(jù)小功率高轉(zhuǎn)速選小值，大功率低轉(zhuǎn)速選大值查機(jī)械設(shè)計手冊與參照已有產(chǎn)品，選取螺旋角小齒輪齒數(shù)：大齒輪齒數(shù)： （3.46）根據(jù)接觸強(qiáng)度計算分度圓直徑： （3.47）查手冊知：載荷系數(shù)節(jié)點區(qū)域系數(shù)：彈性系數(shù)：齒數(shù)比：齒寬系數(shù)：根據(jù)接觸疲勞強(qiáng)度計算的重合度系數(shù)：所以，模數(shù)： 在滿足使用的情況下取小值 （3.48）中心距： （3.49）實際分度圓螺旋角計算： （3.50） 分度圓直徑： （3.51） （3.52）齒頂圓直徑： 為齒頂高系數(shù) 取 （3.53）則 齒根圓直徑： 取0.25 取1 （3.54） 齒寬 取1 （3.55）則 經(jīng)校核計算，齒根彎曲強(qiáng)度滿足使用要求。 第一級傳動中的具體參數(shù)與尺寸 名稱 小齒輪 大齒輪 選用材料與處理方法 45鋼調(diào)制 45鋼正火 具體參數(shù) 齒數(shù) 19 152 模數(shù) 2分度圓壓力角 20齒頂高系數(shù) 1 1齒隙系數(shù) 0.25 0.25 尺寸 中心距 173 分度圓直徑 38 308齒頂圓直徑 40 310齒根圓直徑 33 303齒寬 43 38第二級傳動小齒輪齒數(shù)：大齒輪齒數(shù)： （3.56）根據(jù)接觸強(qiáng)度計算分度圓直徑： （3.57）查手冊知：載荷系數(shù) 節(jié)點區(qū)域系數(shù)：彈性系數(shù)： 齒數(shù)比： 齒寬系數(shù)： 節(jié)點區(qū)域系數(shù)：根據(jù)接觸疲勞強(qiáng)度計算的重合度系數(shù)：齒寬系數(shù)： 所以， 模數(shù)： 在滿足使用的情況下取小值 （3.58）中心距： （3.59）實際分度圓螺旋角計算： （3.60） 分度圓直徑： （3.61） 齒頂圓直徑： 為齒頂高系數(shù) 取 （3.62） 則 齒根圓直徑： 取0.25 取1 （3.63） 齒寬 取1 （3.64） 則 經(jīng)校核計算，齒根彎曲強(qiáng)度滿足使用要求。 第二級傳動中的具體參數(shù)與尺寸 名稱 小齒輪 大齒輪 選用材料與處理方法 45鋼調(diào)制 45鋼正火 具體參數(shù) 齒數(shù) 19 108 模數(shù) 5分度圓壓力角 20齒頂高系數(shù) 1 1齒隙系數(shù) 0.25 0.25 尺寸 中心距 317.5 分度圓直徑 95 540齒頂圓直徑 100 545齒根圓直徑 92.5 542.5齒寬 101 963.5.7軸的設(shè)計計算：軸的結(jié)構(gòu)如圖3-7查手冊知 可以根據(jù)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計算 （3.65）為軸傳遞的功率 為軸的轉(zhuǎn)速 軸的材料采用45#鋼 應(yīng)用廣泛 軸： 軸:軸:軸齒輪直徑較小，將其制作成齒輪軸，軸端處安裝聯(lián)軸器，故將其直徑增加5，取，軸承處取,其他處根據(jù)結(jié)構(gòu)而定。軸有兩個鍵槽，軸徑需要增大10，取,軸承處取，其它根據(jù)結(jié)構(gòu)而定。軸有一個鍵槽，軸徑需要增大5，取，其他根據(jù)結(jié)構(gòu)而定。軸肩(環(huán)）高度： ，取整軸環(huán)寬度： 取整軸頸長度： 由軸承工作能而定 和分別有熱膨脹和安裝誤差確定 按GB/T6403.4選取圖3-73.5.8減速器箱體的設(shè)計與計算查機(jī)械設(shè)計手冊，參照QJR型起重機(jī)減速器而設(shè)計如圖，根據(jù)需要制定選取尺寸。各部分厚度：底座壁厚 取 箱蓋壁厚 取 底座上部凸緣厚度 取 箱蓋凸緣厚度 取 底座下凸緣厚度 底座加強(qiáng)筋厚度 取 箱蓋加強(qiáng)筋厚度 取 地腳螺栓直徑 軸承座連接螺栓直徑 底座與連接螺栓直徑 軸承蓋固定螺栓直徑 視孔蓋螺栓直徑 圖3-63.6聯(lián)軸器與制動器的選擇聯(lián)軸器的參數(shù)計算理論轉(zhuǎn)矩 （3.66）為驅(qū)動功率 KW為工作轉(zhuǎn)速 r/min為動力系數(shù) 電動機(jī)取1 為工況系數(shù) 查手冊知取1.75為啟動系數(shù) 與啟動頻率有關(guān)取1公稱轉(zhuǎn)矩則 軸聯(lián)軸器 軸聯(lián)軸器3.7制動器的選擇制動器分為摩擦式制動器和非摩擦式制動器查機(jī)械設(shè)計手冊和根據(jù)工作環(huán)境我們確定使用JZ型交流節(jié)能電磁塊式制動器JZ型交流節(jié)能電磁塊制動器工作原理：制動器轉(zhuǎn)矩的計算 （3.67）為重物質(zhì)量與吊具質(zhì)量之和為卷筒計算直徑為滑輪組倍率制動軸到卷筒軸的機(jī)械效率制動軸到卷筒軸的傳動比 為重力加速度則 制動力矩滿足要求，選用JZ-200型制動器將制動器與軸和電動機(jī)相連 圖4-14.小車行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計小車的行走機(jī)構(gòu)的主要作用是通過水平運(yùn)動，將起升機(jī)構(gòu)運(yùn)動到相應(yīng)的位置來對貨物進(jìn)行吊裝作業(yè)，小車在整體的機(jī)構(gòu)中也是一關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，它的質(zhì)量與制造精度都影響著整個卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)的使用壽命。運(yùn)行小車一般分為有軌運(yùn)行與無軌運(yùn)行兩種，我們的卷揚(yáng)機(jī)是采用的有軌運(yùn)行4.1軌道起重機(jī)軌道有專用軌、鐵路軌、方軌和P型軌絕大多數(shù)采用P型軌，我們也選用P型軌4.2車輪材料由于起重機(jī)吊裝質(zhì)量較小，可以選用45號鋼作為車輪材料，通過淬火深度不小于15mm來提高使用壽命，表面硬度，車輪裝配圖如下圖4-2 圖4-2車輪裝配圖4.3車輪直徑的計算車輪的最大輪壓：小車自重估取為2000Kg，假設(shè)四個車輪的在和均勻分布，則 （4.1）載荷率： （4.2）查機(jī)械設(shè)計手冊可以知道小車運(yùn)行速度應(yīng)小于60m/min,工作類型為中級，車輪直徑選取350mm,軌道型號p18,使用的軸承為深溝球軸承。根據(jù)小車的行走速度和轉(zhuǎn)矩來選用交流電動機(jī)，額定功率1.5KW,轉(zhuǎn)速680r/min.減速器選用起重機(jī)用減速器，傳動比為30，其他參數(shù)與卷揚(yáng)機(jī)減速器設(shè)計與選用類似，不做重復(fù)。小車轉(zhuǎn)配圖如圖4.2 圖4.2 5.結(jié)論： 在本次設(shè)計過程中，學(xué)到了以前沒用應(yīng)用過的知識，讓自己的知識面又寬了一些，對于自己以后的工作和發(fā)展具有極大的幫助。參考文獻(xiàn)1聞邦椿 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計實用手冊M.機(jī)械工業(yè)出版社，2015年7月第1版2張質(zhì)文，王金諾，程文明，鄒勝 起重機(jī)設(shè)計手冊M .中國鐵道出版社，2013年8月3朱孝錄 機(jī)械傳動設(shè)計手冊 M .電子工業(yè)出版社出版，2007年10月第五版4濮量貴，陳國定，吳立言 機(jī)械設(shè)計M .高等教育出版社，2013年5月第9版5王小明，倪受東，程鵬 一種卷揚(yáng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化J .2014年8月10號 6朱麗君 卷揚(yáng)機(jī)徘徊齒輪技術(shù)改進(jìn)J.2014年9月25日 7朱冬鈺，王海鑌 機(jī)械卷揚(yáng)機(jī)的工作原理及提升力的計算J.2015年9月5號 8馬串，朱毅 工程機(jī)械行走系聯(lián)軸器的選擇與應(yīng)用J.2014年8月9郭海艷 夯擴(kuò)樁機(jī)使用的一種電動雙卷筒卷揚(yáng)機(jī)J.2014年2月10江子揚(yáng)、冀洋鋒、林麒、王曉光 滑輪對繩拉力損耗影響的分析研究J. 2015年4月11李學(xué)旺 卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)減速器選型方案的探討J.2006年4月12 王艷戎，潘志勇，胡彥輝，邱煌明，梅 靜 工程機(jī)械鋼絲繩設(shè)計的重要參數(shù)計算J.2011年5月13潘明旭 小型絞盤機(jī)卷筒優(yōu)化設(shè)計J.2012年7月14段春梅，劉文杰，王冰 液壓卷揚(yáng)的制動原理與計算J .2014年4月15吳文龍 卷揚(yáng)式啟閉機(jī)卷筒組結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計J.2015年4月16馬定 工程機(jī)械減速器制動器設(shè)計及應(yīng)用J.2014年7月1日17陳賢波 起重機(jī)鋼絲繩的選型優(yōu)化及更換方式J.2014年8月18 羅其敏 我國建筑卷揚(yáng)機(jī)及其發(fā)展前景J.1994年7月19Anonymous Beating downtimeJ Cranes Today, 2014(470), pp.57-58,61 20North, Will From graves to glazingJ Cranes Today, 2014(477), pp.21-2221Anonymous Paris in the springJ Cranes Today, 2015(483), pp.23-24,2637致謝在最后畢業(yè)之前，做這一次畢業(yè)設(shè)計，是對我四年來所學(xué)得專業(yè)知識的一次檢驗。通過這樣一個畢業(yè)設(shè)計，我們可以發(fā)現(xiàn)和完善我們的不足，這對我們應(yīng)屆生來說是一次很好的鍛煉機(jī)會，對以后的發(fā)展和工作有極大地幫助。在這次設(shè)計過程中，給予我最大幫助的就是我的指導(dǎo)老師張立老師，在我剛接觸這個題目時，對整體的一個設(shè)計框架與過程不是十分了解，老師便詳細(xì)和我講解這個設(shè)計的目的和各個部分的作用，在我不懂的機(jī)構(gòu)上，會用手繪的方式來直觀表現(xiàn)它的作用與意義。讓我更快的了解自己的工作和設(shè)計方向。在我設(shè)計工作中，有時會遇到比較復(fù)雜的問題，導(dǎo)致整個工作無法繼續(xù)開展，老師便會及時給與我指導(dǎo)和建議，幫我找一些參考資料和草考文獻(xiàn)等，能夠讓我更好的開展設(shè)計工作。在張立老師的悉心指導(dǎo)和幫助之下，我終于完成了大學(xué)的最后一門課程畢業(yè)設(shè)計，在這之中我學(xué)到了很多很多，感謝我的指導(dǎo)老師張立老師。5T單梁橋式起重機(jī)卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)設(shè)計任務(wù)書論文(設(shè)計)題目：5T單梁橋式起重機(jī)卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)設(shè)計工作日期：2016年12月12日 20XX年05月19日1.選題依據(jù):單梁橋式起重機(jī)是一種廣泛用在在車間、廠房、倉庫等從事搬運(yùn)、裝卸物料的一種運(yùn)輸工具。卷揚(yáng)機(jī)又稱絞車，是起重垂直運(yùn)輸機(jī)械的重要組成部分。它主要使重物作升降運(yùn)動，是單梁橋式起重機(jī)必不可少和最主要最基本的機(jī)構(gòu)。由于它結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、維護(hù)保養(yǎng)簡單、使用成本低、可靠性高等優(yōu)點，被廣泛使用。此次設(shè)計的電動 5噸卷揚(yáng)機(jī)是屬于機(jī)械設(shè)計范疇，符合機(jī)制專業(yè)畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計題目要求。2.論文要求(設(shè)計參數(shù)):在已知：起重機(jī)的額定起重重量T=5噸，起升高度：14米，起升速度： 12.5米/分，卷揚(yáng)機(jī)用途：用于5噸單梁橋式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)， 工作條件：頻繁啟動 粉塵量大的條件下： 1.起升機(jī)構(gòu)的傳動型式選擇2.鋼絲繩的設(shè)計計算及校核3.卷筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計及尺寸確定4.卷筒軸的設(shè)計計算5.減速器的設(shè)計計算6.滑輪及吊鉤的選擇及吊鉤的計算及校核7.制動器聯(lián)軸器的選擇。8.小車行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計。9.繪制各部件的工程圖紙，圖量不小于3張A0，必須有其中一個部件的3D圖。撰寫設(shè)計說明書，字?jǐn)?shù)不少于6000字。3.個人工作重點:1. .鋼絲繩的設(shè)計計算及校核2. 卷筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算3. 卷筒軸的受力分析與工作應(yīng)力分析及設(shè)計計算4.減速器的設(shè)計計算5. 滑輪及吊鉤的選擇及吊鉤的計算及校核6.運(yùn)用三維繪圖軟件繪制者某個部件的裝配圖，并做爆炸視圖和動畫演示。4.時間安排及應(yīng)完成的工作:第1周：了解題目研究的主要內(nèi)容和技術(shù)路線，查閱有關(guān)文獻(xiàn)。 第2周：查閱文獻(xiàn)、閱讀文獻(xiàn)第3周：閱讀文獻(xiàn)并完成外文文獻(xiàn)翻譯第4周：撰寫文獻(xiàn)綜述并完成開題報告第5周：卷揚(yáng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，繪制二維機(jī)構(gòu)簡圖草圖。 第6周：起升機(jī)構(gòu)的傳動型式選擇、鋼絲繩的設(shè)計計算及校核 第7周：卷筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計及尺寸確定、卷筒軸的設(shè)計計算第8周：減速器的設(shè)計計算第9周：滑輪及吊鉤的選擇及吊鉤的計算及校核第10周：制動器聯(lián)軸器的選擇。小車行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計 第11周：修改并完成二維總裝配圖第12周：修改并完成部件二維工程圖第13周：繪制一個部件的三維裝配圖，并做爆炸視圖和動畫演示。 第14周：撰寫設(shè)計說明書第15周：提交論文、圖紙、查重報告5.應(yīng)閱讀的基本文獻(xiàn):1聞邦椿 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計實用手冊M.機(jī)械工業(yè)出版社，2015年7月第1版2張質(zhì)文、王金諾、程文明、鄒勝 起重機(jī)設(shè)計手冊M .中國鐵道出版社，2013年8月3朱孝錄 機(jī)械傳動設(shè)計手冊 M .電子工業(yè)出版社出版，2007年10月第五版4濮量貴、 陳國定、吳立言 機(jī)械設(shè)計M .高等教育出版社，2013年5月第9版5王小明、倪受東、程鵬 一種卷揚(yáng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化J .2014年8月10號6朱麗君 卷揚(yáng)機(jī)徘徊齒輪技術(shù)改進(jìn)J.2014年9月25日7朱冬鈺、王海鑌 機(jī)械卷揚(yáng)機(jī)的工作原理及提升力的計算J.2015年9月5號8馬串、朱毅 工程機(jī)械行走系聯(lián)軸器的選擇與應(yīng)用J.2014年8月9郭海艷 夯擴(kuò)樁機(jī)使用的一種電動雙卷筒卷揚(yáng)機(jī)J.2014年2月10江子揚(yáng)、冀洋鋒、林麒、王曉光 滑輪對繩拉力損耗影響的分析研究J. 2015年4月11李學(xué)旺 卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)減速器選型方案的探討J.2006年4月12 王艷戎、潘志勇、胡彥輝、邱煌明、梅 靜 工程機(jī)械鋼絲繩設(shè)計的重要參數(shù)計算J.2011年5月指導(dǎo)教師簽字：XX教研室主任意見：同意簽字：賈衛(wèi)平 2016年12月11日教學(xué)指導(dǎo)分委會意見：同意簽字：賈衛(wèi)平 2016年12月11日 學(xué)院公章進(jìn)度檢查表第-1周工作進(jìn)展情況對題目設(shè)計相關(guān)內(nèi)容深入了解，明白該題目涉及的領(lǐng)域與設(shè)計內(nèi)容，查閱相關(guān)文獻(xiàn)并完成文獻(xiàn)綜述。2016年12月27日指導(dǎo)教師意見該同學(xué)工作態(tài)度認(rèn)真，作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)，能遵守學(xué)校的有關(guān)規(guī)定，能接受老師的指導(dǎo)。開題報告內(nèi)容較為詳實，符合規(guī)范要求。指導(dǎo)教師(簽字)：XX 20XX年03月13日第 1周工作進(jìn)展情況查閱相關(guān)資料，了解現(xiàn)在主流卷揚(yáng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用，對卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計和更改，并繪制二維機(jī)構(gòu)簡圖草圖。20XX年03月26日指導(dǎo)教師意見對卷揚(yáng)機(jī)的總體功能進(jìn)一步了解，細(xì)化各部分結(jié)構(gòu)及完成的功能，對卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，并繪制二維機(jī)構(gòu)簡圖草圖。工作態(tài)度認(rèn)真。按計劃進(jìn)行。指導(dǎo)教師(簽字)：XX 20XX年03月06日第 5周工作進(jìn)展情況根據(jù)查閱的相關(guān)資料進(jìn)行整體機(jī)構(gòu)簡圖繪制，參照現(xiàn)有成熟的卷揚(yáng)機(jī)對簡圖進(jìn)行優(yōu)化。20XX年04月26日指導(dǎo)教師意見工作態(tài)度 認(rèn)真，能主動聯(lián)系接受老師指導(dǎo)。工作進(jìn)度正常。小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計參數(shù)應(yīng)與設(shè)計的卷揚(yáng)機(jī)匹配。指導(dǎo)教師(簽字)：XX 20XX年05月08日第 11周工作進(jìn)展情況對論文的相關(guān)計進(jìn)行檢查修改，同時根據(jù)數(shù)據(jù)計算結(jié)果和零件圖繪制裝配二維圖20XX年05月15日指導(dǎo)教師意見設(shè)計說明書符合規(guī)范。二維裝配圖的有關(guān)技術(shù)要求不符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，注意裝配圖和零件圖的技術(shù)要求不能混淆。指導(dǎo)教師(簽字)：XX 20XX年05月21日附錄1：外文翻譯超級電容器電動葫蘆再生制動策略摘要：全球范圍內(nèi)對環(huán)境問題的關(guān)注越來越多，使得動力設(shè)備的節(jié)能成為重中之重。為提高電動葫蘆的能量效率和行駛范圍，設(shè)計并討論了再生制動系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用獨特的超級電容器方式進(jìn)行能量儲存系統(tǒng)。雙向新娘DC / DC轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)流過超級電容器的電流流動有兩種模式：升壓和降壓，取決于流向。為了在超級電容器上提供恒定的輸入和輸出電流，該系統(tǒng)使用雙比例積分（PI）控制策略來調(diào)節(jié)PWM到DC / DC轉(zhuǎn)換器的占空比。還研究了永磁同步電機(jī)（PWSM）驅(qū)動系統(tǒng)。采用空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）技術(shù)，以及雙閉環(huán)矢量控制模型，詳細(xì)分析了PMSM特性。該再生制動系統(tǒng)的總體模型和控制策略最終在MATLAB和Simulink環(huán)境下構(gòu)建和模擬。建立了一個測試平臺來獲得實驗結(jié)果。結(jié)果分析表明，該系統(tǒng)可以恢復(fù)一半以上的重力勢能。仿真和實驗結(jié)果證明了超級電容接口電路和PMSM的SVPWM策略的雙PI控制策略的有效性。1引言*隨著氣候變化和能源危機(jī)的問題在全世界越來越受到重視，工業(yè)化國家加大了減少化石燃料使用的努力。這一努力中最重要的步驟之一是將汽車和建筑車輛的電源從熱機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)榭勺兯俣入姍C(jī)。變速電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)不僅具有更高的效率，還可以利用風(fēng)力發(fā)電和太陽能等可再生能源產(chǎn)生的電力。變速馬達(dá)驅(qū)動器具有自己的技術(shù)問題，但驅(qū)動中的快速加速和減速作為應(yīng)用經(jīng)常要求，將電源置于短暫但電壓波動較大的地方。簡易解決方案是在變頻器直流母線上增加制動電阻，但會導(dǎo)致相當(dāng)大的浪費(fèi)。一個更為常見和復(fù)雜的解決方案是整合一個能量儲存系統(tǒng)（ESS）進(jìn)入系統(tǒng)以吸收能量，同時制動并在需要時重新生成。能量儲存系統(tǒng)1-8已經(jīng)在電動車（EV），混合動力電動汽車（HEV）和插電式混合動力汽車中應(yīng)用。傳統(tǒng)上，電氣ESS擁有廣泛的技術(shù)，并具有各種形式，例如電化學(xué)系統(tǒng)（例如電池，流通池），動能儲存（例如飛輪）和潛在能量存儲（例如抽水電，壓縮空氣）9。超級電容器的開發(fā)10-12為下一代純電動車提供了吸引人的選擇。最近的研究成果提出了在再生制動系統(tǒng)中使用超級電容器的方法。 WEI和Wang 13提出了三種典型配置的性能分析和比較，以闡明不同拓?fù)涞膬?yōu)缺點。徐和謝14將其研究納入EV / HEV ESS系列電容器的電壓均衡方法。一個新的電池/由CAO和EMADI 15為EV，HEV和插電式HEV提出了超級電容器混合能量存儲系統(tǒng)（HESS），使用更小的DC / DC轉(zhuǎn)換器來維持超級電容器的電壓。 YAN和PATTERSON 16提出了一種新穎的電源管理方案，以實現(xiàn)電動車輛的高性能和降低成本，實現(xiàn)短車隊?wèi)?yīng)用。采用鋅 - 溴電池為普通驅(qū)動提供連續(xù)功率，同時使用超級電容器在加速期間提供峰值功率需求，并在減速期間存儲再生制動能量。 EV電動機(jī)在恒定轉(zhuǎn)矩模式下以低于基本速度的速度運(yùn)行，并且在恒定功率模式下以超過基本速度的速度運(yùn)行，以實現(xiàn)高效率和低成本。 AHMED和CHEMIELEWSKI 17已經(jīng)建立了一個模型，旨在模擬燃料電池車輛中預(yù)期的負(fù)載，包括直流電機(jī)，DC / DC轉(zhuǎn)換器和用于峰值剃刮和再生制動的可充電電池。該模型還包括車輛的運(yùn)動學(xué)，因此可以連接到標(biāo)準(zhǔn)化的驅(qū)動循環(huán)場景。 LU和CORZINE 18引入了一套新的方法，將超級電容器組直接集成到用于大型車輛推進(jìn)的級聯(lián)多電平逆變器中。這個想法是用超級電容器替代常規(guī)直流鏈路電容器，以便結(jié)合儲能單元和電機(jī)驅(qū)動器。這些研究已經(jīng)證明使用超級電容器作為混合動力車輛中的電池的可行補(bǔ)充存儲裝置來延長電池壽命。超級電容器被認(rèn)為是輔助電源，其可以在啟動期間輔助燃料電池和燃料電池動力車輛的快速功率瞬變。目前，沒有關(guān)于應(yīng)用于起重設(shè)備的基于超級電容器的ESS的文獻(xiàn)研究。在這項研究中，將采用一種僅用于電動葫蘆的超級電容式儲能系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的汽車再生制動系統(tǒng)的超級電容器/電池混合動力方式不同。超級電容式儲能系統(tǒng)可以大大簡化電路結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大控制總線。首先將分別討論永磁同步電機(jī)（PMSM）和DC / DC轉(zhuǎn)換器的控制方案。然后基于DSP的控制系統(tǒng)是基于控制策略和數(shù)字信號處理技術(shù)開發(fā)的。隨后研究了整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制策略。本實驗開發(fā)并構(gòu)建了再生制動系統(tǒng)的實施方案。最后，比較了仿真結(jié)果和實驗結(jié)果，分析了整個能量回收系統(tǒng)的效率。2超級電容器儲能系統(tǒng)2.1 DC / DC轉(zhuǎn)換器的控制策略具有充電率高，效率高，功率密度高，循環(huán)壽命長，無維護(hù)19優(yōu)點的電動葫蘆作為電動葫蘆的儲能。超級電容器作為儲能單元通過DC / DC轉(zhuǎn)換器集成到逆變器直流鏈路中。根據(jù)輸入輸出條件，DC / DC轉(zhuǎn)換器可以作為升壓或降壓轉(zhuǎn)換器工作。圖。 1顯示了DC / DC轉(zhuǎn)換器升壓運(yùn)行的PSIM仿真模型。升壓操作用于驅(qū)動PMSM和放電超級電容器。IGBT2在受控的占空比下接通和關(guān)斷，以將所需的能量從超級電容器傳遞到DC鏈路。當(dāng)IGBT2導(dǎo)通時，從超級電容器中取出能量并存儲在電感器L1中。 IGBT2關(guān)斷時，能量超級電容器具有充電率高，高效率，高功率密度，長循環(huán)壽命，無需維護(hù)19，作為電動葫蘆的儲能。超級電容器作為儲能單元通過DC / DC轉(zhuǎn)換器集成到逆變器直流鏈路中。該DC / DC轉(zhuǎn)換器可以根據(jù)輸入輸出條件作為升壓或降壓轉(zhuǎn)換器工作。圖。 1顯示了DC / DC轉(zhuǎn)換器升壓運(yùn)行的PSIM仿真模型。升壓操作用于驅(qū)動PMSM和放電超級電容器。 IGBT2以受控的工作周期接通和關(guān)斷，以將所需的能量從超級電容器傳送到DC鏈路。當(dāng)IGBT2接通時，從超級電容器中取出能量并存儲在該電容器中電感L1。當(dāng)IGBT2關(guān)斷時，L1中的電能通過D1傳輸?shù)街绷髂妇€。當(dāng)放電超級電容器時，轉(zhuǎn)換器用作剛性電壓源到電動機(jī)控制器。升壓轉(zhuǎn)換器自動調(diào)節(jié)電壓，然后獲得穩(wěn)定的輸出電壓。確保超級電容器工作在安全，可靠和高效的條件下，采用雙PI閉環(huán)。如圖所示。如圖2所示，DC / DC轉(zhuǎn)換器的工作原理是用于在再生制動期間對超級電容器充電。在降壓操作期間，轉(zhuǎn)換器將能量從直流鏈路傳輸?shù)匠夒娙萜?。該操作通過對IGBT1的受控操作來實現(xiàn)。當(dāng)IGBT1接通時，能量從鏈路總線傳遞到超級電容器，電感L1存儲部分能量。當(dāng)IGBT1關(guān)斷時，存儲在電感L1中的剩余能量通過D2轉(zhuǎn)移到超級電容器中。雙PI閉環(huán)控制策略用于調(diào)節(jié)IGBT的PWM占空比。由于電感線圈，續(xù)流二極管和濾波電容器的影響，直流/直流轉(zhuǎn)換器電流隨著IGBT周期性導(dǎo)通和關(guān)斷而成為脈動電流，但輸出電流保持連續(xù)平穩(wěn)。如果負(fù)載是電阻性的，輸出直流電壓也保持連續(xù)平穩(wěn)。 DC / DC轉(zhuǎn)換器保持逆變器直流母線的恒定電壓，而超級電容器電壓具有寬的變化范圍。2.2 DC / DC轉(zhuǎn)換器的仿真和實驗結(jié)果為了評估再生制動能量系統(tǒng)控制原理的有效性和可用性，分別在降壓和升壓運(yùn)行條件下建立了DC / DC轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)PSIM仿真模型。升壓和降壓轉(zhuǎn)換器的仿真結(jié)果如圖1所示。圖3（a）， 3（b）。結(jié)果表明，當(dāng)前25 A時，超級電容器的電壓逐步上升或下降8 V。電動機(jī)空載實驗在超級電容器的循環(huán)壽命期間進(jìn)行。圖。圖4（a）圖圖4（b）顯示了實驗結(jié)果，包括電機(jī)速度，電容器電流，直流母線電壓和超級電容器電壓。數(shù)據(jù)顯示，在一個循環(huán)中，放電時間約為170秒，充電時間約為45秒。超級電容放電時，直流母線電壓約為570V，充電時為540V。超級電容器的最大電壓為300V，最小電壓為200V。如圖3（a）所示，超級電容器的放電電流比較平滑，因為電機(jī)是電阻的。3矢量控制的PMSM3.1 PMSM的數(shù)學(xué)建模永磁同步電機(jī)（PMSM）由于功率密度高，效率高，轉(zhuǎn)矩慣量大，運(yùn)行可靠等特點而得到廣泛應(yīng)用。該P(yáng)MSM工作在發(fā)電機(jī)或電機(jī)模式。操作模式由定子和轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場的旋轉(zhuǎn)速率偏差決定（電機(jī)模式為正，發(fā)電機(jī)模式為負(fù)）。本文討論的PMSM具有以下假設(shè)：核心飽和度和機(jī)器繞組漏電感被忽略;氣隙中的磁勢假定為正弦分布;磁場中的高次諧波可以忽略不計。根據(jù)坐標(biāo)變換原理，數(shù)學(xué)PMSM的模型可以通過旋轉(zhuǎn)參考系（d-q參考系）中的這些方程表示：3.2 SVPWM原理空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）技術(shù)廣泛應(yīng)用于逆變器20-21。當(dāng)定子通量空間矢量由三相正弦電壓提供時，定子磁通空間矢量以恒定的速度旋轉(zhuǎn)。同時，通量矢量的運(yùn)動形成一個環(huán)形空間旋轉(zhuǎn)場。電壓矢量也是如此。當(dāng)磁通矢量在空間中旋轉(zhuǎn)一段時間時，電壓矢量也沿著磁通圓的切線旋轉(zhuǎn)一段時間。因此，其軌跡與通量圓相符。 SVPWM是一種使用八個空間電壓矢量產(chǎn)生接近定子的磁通圓的技術(shù)電機(jī)的磁通圓?？臻g矢量脈寬調(diào)制技術(shù)用于通過電壓源逆變器用計算出的定子電壓空間矢量激勵電機(jī)。本文采用空間矢量脈寬調(diào)制的兩個閉環(huán)矢量控制模型。圖。圖5給出了所提出的控制方案的框圖。4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4.1能源管理戰(zhàn)略電動葫蘆經(jīng)常用于施工。 如圖所示。 6，具有再生能量系統(tǒng)的電動葫蘆主要由超級電容器，DC / DC轉(zhuǎn)換器，編碼器，三相逆變器，PMSM，微處理器DSP，檢測系統(tǒng)和硬件保護(hù)組成。編碼器檢測PMSM速度和方向?；魻杺鞲衅鳈z測超級電容器和直流母線的電壓，電流和溫度。微處理器DSP不僅調(diào)整降壓和升壓操作之間的DC / DC轉(zhuǎn)換器，還可以根據(jù)傳感器信號控制電機(jī)速度和方向。如果溫度或電流為自動，保護(hù)系統(tǒng)將自動切斷電路電源管理策略如下：當(dāng)負(fù)載下降時，電機(jī)作為發(fā)電機(jī)工作。在此過程中，如果超級電容器電壓小于300 V，則DC / DC轉(zhuǎn)換器將工作在降壓運(yùn)行，并對超級電容器充電，直到超級電容器電壓高達(dá)300 V.然后超級電容器將被切斷，電阻制動將被采納。然而，在起重負(fù)載過程中，如果超級電容器電壓高于200 V，則DC / DC轉(zhuǎn)換器將在升壓操作中工作，并對超級電容器進(jìn)行放電。但如果超級電容器電壓小于200 V，電機(jī)將通過AC 380 V電源供電，以取代超級電容器作為能源。為了實現(xiàn)安全，可靠和高效的運(yùn)行，超級電容器以各種恒定電流在20A下進(jìn)行充放電，電壓范圍為200-300V。雙向DC / DC轉(zhuǎn)換器的工作模式取決于內(nèi)部超級電容器的能量和PMSM的工作站。4.2再生制動系統(tǒng)仿真為了評估這種再生制動系統(tǒng)的可行性，基于MATLAB / Simulink進(jìn)行仿真，如圖7電機(jī)電路采用直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動，在調(diào)速時具有空間矢量脈寬調(diào)制。感應(yīng)電動機(jī)是由PWM電壓源逆變器饋電。速度控制回路使用PI控制器為DTC塊產(chǎn)生磁通和轉(zhuǎn)矩參考。 DTC塊計算電機(jī)扭矩和通量估計并將其與各自的參考值進(jìn)行比較。然后由獨立的PI調(diào)節(jié)器控制轉(zhuǎn)矩和通量，計算參考電壓矢量。然后通過空間矢量調(diào)制方法控制電壓源逆變器，以便輸出所需的參考電壓。電氣系統(tǒng)還包含一個DC / DC轉(zhuǎn)換器。這里，DC / DC轉(zhuǎn)換器將超級電容器適配到直流母線。根據(jù)超級電容器內(nèi)部能量和PMSM工作狀態(tài)，DC / DC轉(zhuǎn)換器可以作為升壓或降壓轉(zhuǎn)換器工作。在t = 0時刻，電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為1500轉(zhuǎn)/分鐘。然后，在t = 20s時，電動機(jī)施加-1 500 r / min的負(fù)參考速度斜坡。相應(yīng)地，首先提起負(fù)載并且超級電容器放電。然后降低負(fù)載，并對超級電容器充電。超級電容器信號（電壓和電流），直流鏈路信號（電壓）和電機(jī)信號的仿真結(jié)果如圖1所示。 8， 9。如圖。圖8（a）圖如圖8（c）所示，當(dāng)負(fù)載上升時，超級電容器的電壓從250V下降到200V。然后電壓保持恒定直到PMSM反向。隨后，在負(fù)載下降的過程中，超級電容器電流約為10A，電壓開始上升，在t = 40s時達(dá)到244V。但是，如果降額時超高電壓電壓低于200 V時起升負(fù)載或高于300 V，則超級電容器將從直流母線斷開。 圖11顯示了實驗結(jié)果，包括電機(jī)轉(zhuǎn)速，直流母線電壓，瞬時電流和超級電容器在10A充放電電流下的實際電壓。如圖。如圖11所示，電機(jī)在前20秒內(nèi)以1500轉(zhuǎn)/分鐘運(yùn)行，然后改變方向，速度升至1500轉(zhuǎn)/分鐘。當(dāng)超級電容器充電時，逆變器直流母線的電壓為600V，超級電容放電時為570V負(fù)載越低，超級電容器的電壓從200V升高到232V，充電電流約為10 A.負(fù)載上升時，超級電容放電電流為-10A。超級電容器的電位能方程如下：載荷的重力勢能為G E = mgh，總機(jī)械效率為mh= 0.8。根據(jù)實驗結(jié)果，從機(jī)械能到電勢能的能量轉(zhuǎn)換效率為eh= 0.83。能量回收率為h= 0.65。圖。圖12示出了超級電容器的5A放電電流的實驗結(jié)果。從機(jī)械能到電位能的能量轉(zhuǎn)換效率為0.72。能量回收率為0.58。比較圖12，如圖11所示，回收能在10 A時比5 A.參考文獻(xiàn)1 YANG Ming-Ji, JHOU Hong-Lin. A cost-effective method of electric braking with energy regeneration for electric vehiclesJ. IEEE Transactions on Industrial Electronics, June, 2009, 56(6): 2 2032 212.2 ROTENBERG D, VAHIDI A V. Ultracapacitor assisited powertrains: modeling, control, sizing, and the impact on fuel economyC/2008 American Control Conference, Washington, USA, June 1113, 2008:981987.3 AWERBUCH J J，SULLIVAN C R. Control of ultracapacitor-battery hybrid power source for vehicular applicationsC/IEEE Energy 2030 Atlanta, Georgia, USA, November 1718, 2008.4 BANVAIT H, ANWAR S. A Rule-based energy management strategy for plug-in hybrid electric vehicleC/2009 American control conference, Hyatt Regency Riverfront, St. Louis, MO, USA, June 1012, 2009: 3 9383 943.5 SUN Hui, JIANG Jihai. Parameters matching and control method of hydraulin hybrid vehicle with secondary regulation technologyJ. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2009, 22(1): 5763.6 MORENO J, ORTUZAR M E. Energy-management system for a hybrid electric vehicle, using ultracapacitors and neural networksJ. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2006, 53(2): 614623.7 MILLER J M, BOHN T. Why hybridization of energy storage is essential for future hybrid, plug-in and battery electric vehiclesJ. IEEE, 2009: 2 6142 620.8 XIONG Weiwei, YIN Chengliang. Series-parallel hybrid vehicle control strategy design and optimization using rea-valued genetic algorithmJ. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2009,22(6): 862868.9 BAKER J. New technology and possible advances in energy storageJ. Energy Policy, 2008, 36: 4 3684 373.10 BERTRAND J, SABATIER J. Fractional non-linear modelling of ultracapacitorsJ. Commun Nonlinear Sci Numer Simulat, 2010,15:1 3271 337.11 DO Y J, YOUNG H K. Development of ultracapacitor modules for 42-V automaotive electrical systemJ. Journal of Power Sources, 2003, 114: 366373.12 MAJOR J. Hybrid shuttle bus using ultracapacitorsJ. IEEE, 2005:275278.13 WEI Tongzhen, WANG Sibo. Performance analysis and comparision of ultracapacitor based regenerative braking systemC/ Proceeding of 2009 IEEE International Conference on Applied Superconductivity and Electromagnetic Devices,Chengdu, China, September 2527, 2009: 3 4053 410. storage system for electric, hybrid and plug-in hybrid electric vehiclesJ. IEEE, 2009: 941945.16 YAN Xinxiang, PATTERSON D. Novel power management for high performance and cost reduction in an electric vehicleJ. Renewable Energy, 2001, 22: 177183.17 AHMED S, CHMIELEWSKI D J. Load characteristics and control of a hybrid fuel cell / battery vehicleC/ 2009 American control conference, Hyatt Regency Riverfront, St. Louis, MO, USA, June 10-12, 2009: 2 6542 659.18 LU Shuai, CORZINE K. Unique ultracapacitor direct integration schemein multilevel motor drives for large vehicle propulsionJ. IEEE transactions on vehicular vehicular technology, July 2007, 56(4): 1 5061 515.19 DIXON J W, ORTUZAR M E. Ultracapacitor +DC-DC converters in regenerative braking systemJ. IEEE AESS Systems Magazine, 2002: 1621.20 MOHAMED Y A R I. Design and implementation of a robust current-control scheme for a PMSM vector drive with a simple adaptive disturbance observerJ. IEEE 附錄2：外文原文Regenerative Braking Strategy for Motor Hoist by UltracapacitorAbstract:Rising concern in environmental issues on global scale has made energy saving in powered equipment a very importantsubject. In order to improve the energy efficiency and driving range of a motor hoist, regenerative braking system is designed anddiscussed. The system takes a unique ultracapacitor-only approach to energy.storage system. The bi-directional bride DC/DC converterwhich regulates current flow to and from the ultracapacitor operates in two modes: boost and buck, depending on the direction of theflow. In order to provide constant input and output current at the ultracapacitor, this system uses a double proportional-integral (PI)control strategy in regulating the duty cycle of PWM to the DC/DC converter. The permanent magnet synchronous motor (PWSM)drive system is also studied. The space vector pulse width modulation (SVPWM) technique, along with a two-closed-loop vector controlmodel, is adopted after detailed analysis of PMSM characteristics. The overall model and control strategy for this regenerative brakingsystem is ultimately built and simulated under the MATLAB and Simulink environment. A test platform is built to obtain experimentalresults. Analysis of the results reveals that more than half of the gravitational potential energy can be recovered by this system.Simulation and experimentation results testify the validity of the double PI control strategy for interface circuit of ultracapacitor andSVPWM strategy for PMSM.1 Introduction*As issues of climate change and energy crisis aregathering more and more attention worldwide,industrialized nations have increased effort to reduce fossilfuel usage. One of the most significant steps in this effort isto change the power source of automobiles andconstruction vehicles from heat engines to variable speedmotors. Not only is the variable speed motor drive systemgenerally more efficient, it can also utilize electric powergenerated from renewable sources such as wind and solar.Variable speed motor drive does have technical problem ofits own, however: quick acceleration and deceleration inthe drive, as the application often requires, put the powersource under transient but large voltage fluctuations. Thecheap and easy solution is to add a braking resistor to theinverter DC link, but it leads to considerable waste. A morecommon and sophisticated solution is to incorporate anenergy storage system (ESS) into the system to absorb theenergy while braking andregenerate it when needed.Energy storage system18 has seen applications inelectricvehicles (EV), hybrid electric vehicles (HEV) and plug-inhybrid electric vehicles.Traditionally electrical ESS embraces a broad range oftechnologies and comes in a variety of forms, such aselectrochemical systems (e.g. batteries, flow cells), kineticenergy storage (e.g. flywheel) and potential energy storage(e.g. pumped hydroelectric, compressed air)9.The development of ultracapacitor1012 has provided anattractive alternative for the next-generation pure-electricvehicles. Recent research results have proposed manmethods to use ultracapacitors in the regenerative brakingsystem. WEI and WANG13 presented the performanceanalysis andcomparison of three kinds of typicalconfigurations to clarify the advantages and disadvantagesof different topologies. XU and XIE14 devoted theirresearch into the voltage-equalization method for seriesultracapacitors in EV/HEV ESS. A new battery/ultracapacitor hybrid energy storage system (HESS), usinga much smaller DC/DC converter to maintain the voltageof the ultracapacitor, was proposed by CAO and EMADI15for EV, HEV and plug-in HEV. YAN and PATTERSON16presented a novel power management scheme to achievehigh performance and cost reduction in an electric vehiclefor short profile fleet application. Zinc-bromine batteriesare employed to provide the continuous power for normaldriving while ultracapacitors are employed to provide forpeak power demand during acceleration and to stor regenerative braking energy during deceleration. The EV motor operates in constant torque mode at a speed belowthe base speed and in constant power mode at a speed over the base speed for high efficiency and low cost. AHMED and CHEMIELEWSKI17 have built a model aimed at mimicking the load expected in a fuel cell vehicle, including a DC motor, DC/DC converters and a rechargeable battery for peak-shaving and regenerative braking. This model also includes the kinematics of the vehicle, and thus can be connected to standardized drive cycle scenarios. LU and CORZINE18 introduced a new set of methods to directly integrate ultracapacitor banks into cascaded multilevel inverters that are used for large vehicle propulsion. The idea is to replace the regular DC link capacitors with ultracapacitors in order to combine the energy storage unit and motor drive. These researches have all demonstrated the using ultracapacitor as a viable supplementary storage device to batteries in hybrid vehicles to extend the battery life. Ultracapacitor has been considered as an auxiliary power source which can assist the fuel cell during startup and fast power transients of fuel-cell powered vehicles.Currently there has been no documented research on ultracapacitor-based ESS applied to hoisting equipment. In this research, an ultracapacitor-only energy storage system for motor hoist will be adopted, which differs from the traditional vehicle regenerative braking systems ultracapacitor/battery hybrid approach. The ultracapacitoronly energy storage system can simplify the circuit structure and expand the control bus greatly.First, the control schemes for permanent magnet synchronous motor (PMSM) and DC/DC converter will be separately discussed. Then a DSP-based control system is developed based on the control strategy and digital signal processing technique. The overall system structure and control strategy are subsequently studied. An implementation scheme of the regenerative braking system has been developed and built for this experiment. At last, the simulation results and experimental results are compared and the efficiency of the entire energy recovery system is analyzed.2 Ultracapacitor Energy Storage System2.1 Control strategy of DC/DC converterUltracapacitor with the advantages of high charge rate, high efficiency, high power density, long cycle life, no maintenance19, is preferred as the energy storage for motor hoist. The ultracapacitor as energy storage unit is integrated into inverter DC link through a DC/DC converter. The DC/DC converter can work as a boost or buck converter depending on input-output conditions.Fig. 1 shows PSIM simulation model of the boost operation of the DC/DC converter. The boost operation isused for driving PMSM and discharging the ultracapacitor.The IGBT2 is switched on and off at a controlled dutycycle, to transfer the required amount of energy from the ultracapacitor to the DC link. When IGBT2 is switched ON, energy is taken from the ultracapacitor and stored in the inductor L1. When IGBT2 is switched OFF, the energy Ultracapacitor with the advantages of high charge rate,high efficiency, high power density, long cycle life, no maintenance19, is preferred as the energy storage for motor hoist. The ultracapacitor as energy storage unit is integrated into inverter DC link through a DC/DC converter. TheDC/DC converter can work as a boost or buck converter depending on input-output conditions. Fig. 1 shows PSIM simulation model of the boost operation of the DC/DC converter. The boost operation is used for driving PMSM and discharging the ultracapacitor. The IGBT2 is switched on and off at a controlled duty cycle, to transfer the required amount of energy from the ultracapacitor to the DC link. When IGBT2 is switched ON, energy is taken from the ultracapacitor and stored in theinductor L1. When IGBT2 is switched OFF, the energystored in L1 is transferred into DC link through D1. When discharges ultracapacitors, the converter is used as a stiffvoltage source to electric motor controller. The boost converter adjusts voltage automatically and then get asteady output voltage. To ensure that the ultracapacitorworks in a safe, reliable and high efficient condition,double PI closed-loop is adopted.As shown in Fig. 2, the DC/DC converter works as abuck converter, which used for charging the ultracapacitor during regenerative braking. During the buck operation, the converter transfers energy from the DC link to the ultracapacitor. That operation is accomplished by a controlled operation on IGBT1. When IGBT1 is switched on, the energy goes from the link bus to the ultracapacitor, and inductor L1 stores part of this energy. When IGBT1 is switched OFF, the remaining energy stored in inductor L1is transferred into the ultracapacitor through D2. Double PI closed-loop control strategy is used for regulating the duty cycle of PWM of the IGBTs. The DC/DC converter currentbecomes pulsating current as IGBTs periodically turning on and off, however, the output current keeps continuous and smooth, owing to the effect of inductance coil, freewheeling diode and filter capacitor. If the load is resistive, the output DC voltage also keeps continuous and smooth. The DC/DC converter maintains constant voltage of the inverter DC link, whereas the ultracapacitor voltage has wide variation ranges.2.2 Simulation and experiment results of the DC/DC converterTo evaluate the effectiveness and availability of the control principle of the regenerative braking energy system, the system PSIM simulation models of DC/DC converter are established under buck and boost operation condition respectively. The boost and buck converter simulation results are shown in Fig. 3(a) and Fig. 3(b) respectively. The results show that the voltage of ultra-capacitor step up or down 8 V per second at current 25 A.The motor no-load experiment is carried out during a cycle-life of the ultracapacitor. Fig. 4(a)Fig. 4(b) shows the experiment results, including the velocity of motor, theultracapacitor current, DC link voltage and ultracapacitorvoltage. The data shows that in a cycle, the discharging time is about 170 s and the charging time is about 45 s. The DC link voltage is about 570 V while ultracapacitor is discharged, and is 540 V when charged. The maximum voltage of the ultracapacitor is 300 V and the minimum voltage is 200 V. Compared with Fig. 3(a), the discharging current of the ultracapacitor is more smooth, because the motor is resistive.3 Vector-Control for PMSM3.1 Mathematical modeling of PMSMPermanent magnet synchronous motor (PMSM) has been widely used due to its high power density, efficiency, high large torque-to-inertia ratio and reliable operation. ThePMSM operates in either generator or motor mode. The operation mode is dictated by the rotating rate deviation of the magnetic field generated by the stator and rotor(positive for motor mode, negative for generator mode).The PMSM discussed in this paper has these assumptions: the core saturation and machine winding leakage inductance are ignored; the magnetic potential in the air gap is assumed to be in sine distribution; the higher harmonic wave in magnetic field is negligible. According to the coordinate tr