【導讀】本次設計的新型起重機主要用于金屬物質(zhì)的運輸工作。控制部分采用PC和數(shù)。進行實時的反饋和相應的操作。該設計主要包括總體方案和機械部分設計、語音識別軟件和控制軟件的設計以。它是一款USB總線的繼電器。輸出和隔離數(shù)字量輸入輸出模塊。控制卡是電路和計算機之間的紐帶，即通過控制控制卡來控制電路，進而控制電機，最后達到控制機械構件運動的目的。啟動、制動、調(diào)速、正反轉(zhuǎn)功能。起升重物可以在上升或下降過程中的任意位置準。號，來判斷提升機構和行走機構是否到達極限位置。例如過載保護、短路保護、過流保護等。

　　

【正文】 析如下： 啟動 :計算機給控制卡發(fā)出指令信號， N11C11 通道閉合，線圈 KM7得電，主觸點 KM7 閉合，電機定子 串電阻降壓 啟 動 ，時間繼電器 KT 延時得電開始計時，同時制動電磁鐵得電，松閘，起升機構開始運行；時間繼電器 KT 延時一段時間，得電，輔助觸電 KT閉合，線圈 KM9 得電，同時常開輔助觸點 KM9閉合，自鎖，常閉輔助觸點KM9 斷開，時間繼電器 KT 失電，常開輔助觸點 KT 斷開。 圖 314龍門起重機起升主電路 圖 315 龍門起重機起升控制電路 制動：此時，電機高速運轉(zhuǎn)，有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)兩種狀態(tài)。正轉(zhuǎn)時， N11C11 通道閉合， N10C10 通道斷開；反轉(zhuǎn)時， N11C11 斷開通道斷開， N10C10通道閉合， N9C9通道閉合。正轉(zhuǎn)時制動，計算機給控制卡 USB4761 發(fā)出指令信號， N11C11通道斷開，線圈 KM7 失電，輔助常閉觸點 KM7 閉合；同時， N10C10 通道閉合（速度繼電器的常開輔 助觸點 KS 此時仍保持閉合狀態(tài)），線圈 KM5 得電，主觸點 KM5 閉合，輔助常閉觸點 KM5 斷開，電機進入反接制動狀態(tài)，其中常閉輔助觸點 KM7與常閉輔助觸點 KM5 實現(xiàn)電機反接制動時的互鎖。當電機轉(zhuǎn)速低于 100r/min 時，速度繼電器的常開輔助觸點 KS 復位（斷開），恢復到非動作狀態(tài)，線圈 KM5失電，主觸點 KM5 釋放斷開，正轉(zhuǎn)反接制動結束。反轉(zhuǎn)時制動，計算機給控制卡 USB4761 發(fā)出指令信號，N9C9 通道斷開，線圈 KM6 失電，主觸點 KM7 斷開，電機進入反轉(zhuǎn)反接制動狀態(tài)。 換向：此時電機處于正轉(zhuǎn)運行狀態(tài)，即 N10C10通道斷開， N11C11 通道閉合，且主觸點 KM9 處于閉合狀態(tài)。要求電機反轉(zhuǎn)，計算機給控制卡 USB4761 指令信號，N11C11 通道斷開， N10C10 通道閉合， N9C9 通道閉合，線圈 KM7 失電，主觸點 KM7斷開，輔助常閉觸點 KM7閉合，線圈 KM5 得電，主觸點 KM5 閉合，輔助常閉觸點 KM4斷開，電機反轉(zhuǎn)。其中輔助常閉觸點 KM3 和輔助常閉觸點 KM4互鎖。 要求起升機構停在空中的任一位置，則可利用換向和反接制動一起來實現(xiàn)。電機的正反轉(zhuǎn)（換向），可實現(xiàn)起升機構的上升和下降。反接制動的 制動力大，制動迅速 ，效 果好，而且制動準確， 多用在停止動作要求準確的機械設備控制電路 。 行程開關 : 小車行走機構上安置了行程開關裝置，用于檢測機構是否運動到極限位置。當小車運動到極限位置時，行程開關閉合。此時，行程開關與 USb4761控制卡數(shù)據(jù)采集端口相連，控制卡采集控制卡的信號，并反饋到計算機，計算機通過程序處理，反饋給語音控制人員。 第四章 龍門起重機的電器元件選擇 USB— 4761 控制卡的結構及其功能介紹 支持 USB ，攜帶方便，無需外部電源，有 12 路繼電器輸出通道， 12 路隔離數(shù)字量輸入，顯示繼電器狀 態(tài)的 LED 指示燈， 8 個 C 型繼電器輸出通道，輸入通道高電壓隔離 (2， 500VDC)，高 ESD 保護 (2， 000VDC) ，寬輸入范圍 (5~30VDC)，中斷處理能力 ，模塊接線端子。 USB4761 是一款 USB 總線的繼電器輸出和隔離數(shù)字量輸入輸出模塊。它提供 12路帶 2， 500VDC 隔離保護的隔離數(shù)字量輸入，用于在噪聲環(huán)境下接受數(shù)字量輸入；以及提供 8 路繼電器輸出，用于開 /關控制設備或小型電力開關。為了便于監(jiān)視，每個繼電器都帶有一個顯示其開 /關狀態(tài)的紅色 LED 指示燈。 USB4761 帶有 8 個光隔離數(shù)字量輸入通道 ，非常適合噪聲環(huán)境下或有漂移電壓情況下的數(shù)字量輸入。 行走機構電機的選擇 運行靜阻力的計算 [1] P P P P? ? ?靜 摩 坡 風 （ 牛 ） 式中 P靜 —— 起重機運行靜阻力（牛）； P摩 —— 起重機運行摩擦阻力（牛）； P坡 —— 起重機在有坡度軌道上運行時須克服由起重機重量分力引起的阻力（牛）； P風 —— 室外起重機運行時由風載荷引起的阻力（牛）； 運行摩擦阻力 起重機滿載運行時的最大摩擦阻力 PK ? ?摩 起 0 附 起 00輪2 K + d= （ Q + G ） （ Q + G ) f ( 牛 ) 　D 式中 起Q —— 起升載荷重量（牛）； 0G —— 起重機自重（牛）； K —— 滾動摩擦系數(shù)（厘米）； d —— 軸承內(nèi)徑（厘米）； ? —— 軸承摩擦系數(shù)； K附 —— 附加摩擦阻力系數(shù)； 輪D —— 車輪直徑（厘米）； 0f —— 摩擦阻力系數(shù)； g—— 重力加速度 已知： ? 3起Q =5 10 g(牛 ）， g? 30G =13 10 （ 牛 ） 查表知： K? 輪 附K= 0. 04 , =0 .0 2, d= 7. 5c m, D =2 7c m, =2 可得 ： =(牛 ) PK坡 坡 起 0= （ Q +G ） (牛 ) 已知： g? 3起Q =5 10 （ 牛 ）， g? 30G =13 10 （ 牛 ） 查表知： = 可得： 18Pg坡 =(牛 ) 3. 滿載運行時最大風阻力 P 風 起 物=C q( F +F )( 牛 ) 式中 C —— 風載體體型系數(shù) q —— 工作狀態(tài)時的標準風壓（ 2牛 /米 ） 起F —— 起重機（小車）的擋風面積（ 2米 ） 物F —— 物品的擋風面積（ 2米 ） 已知： 2起 物F +F =30 .77 2米 查表 [6]知： C= ， 2q=15g （ 牛 /米 ） 可得： P風 = （ 牛 ) 所以： P P P P? ? ?靜 摩 坡 風 = （ 牛 ） 按靜功率初選電機 {1} ()??靜靜 PN= 千 瓦6120g m 式中 靜P —— 起重機滿載運行時的靜阻力（牛） 在室外工作時 P P P P? ? ?靜 摩 坡 風 ? —— 起重機的運行速度（米 /分） ? —— 機構傳動效率 m —— 電動機個數(shù) 已知： 20 0. 9 , 4 ,m??? ? ?靜米 / 分 ， P =5 40 .8 78 g( 牛 ) ， 可得： 靜N =(千 瓦 ) 、龍門起重機和裝卸橋的大小車運行機構 ()電 靜N=K N 千 瓦 式中 電K —— 電動機起動時為克服慣性的功率增大系數(shù)，對于在室外工作的 龍門起重機的大、小車和裝卸橋的大車運行機構，取 電K= ，可得： N=(千 瓦 ) ， 查表 [1]選取 211 6JZR ? 電機（由大連第二電機廠生產(chǎn)），其功率為 千瓦，額定轉(zhuǎn)速為 925 轉(zhuǎn) /分。 起動時間驗算 [6] 電動機的起動時間是根據(jù)所選電機的平均動力距扣除折算到電機軸上的靜力矩，用其剩余力矩來克服起動過程中的直線運動質(zhì)量和回轉(zhuǎn)運動質(zhì)量的慣性力矩而求得。 起動時間利用以下公式計算： 9 7 0 .8 8 2 7 3 7 1 .4 2 ( )2 2 3 9 .2 1 0 .9P D gMgi? ?? ? ? ???靜 輪靜 牛 米 23 7 5 0 ( )G D nt m M M????? ?起 起 平 靜 （ 秒 ） 22211 2()1 .1 5 Q G DG D G D m i ???? ???? 輪 式中 2GD????—— 運行機構折算到電機軸上總的飛輪距， 2?牛 米 ； 211GD —— 電機軸上回轉(zhuǎn)質(zhì)量的飛輪距，應為此軸上電機轉(zhuǎn)子、聯(lián)軸器及制動輪的飛輪距之和（ 2?牛 米 ）；由相應的產(chǎn)品目錄 表中查取； m —— 電動機的數(shù)目； M起 平 —— 電動機的平均起動力矩（ 2?牛 米 ），其值為： 對于三相交流電動機： 繞線式 m a x~2 . 5 1 1 3 . 8 5 1 4 2 . 3 1 ( /MMgg?? ? ?起 平 額= ( 0 . 5 0 . 6 ) g= 牛 米 ) 鼠籠式 m a x )MM??起 平 起 額=0. 5g( + 113 .85 ( /92560Mgg? ? ?額N=975gn牛 米 )—— 電 動 機 在 25%JC? 時 的 額 定 力 矩（ ?牛 米 ）； ?起 ， max? —— 電動機的起動力矩倍數(shù)及最大力矩倍數(shù)，均可在電動機產(chǎn)品目錄表中查到。 計算可得： 5ts? ， 對于龍門起重機運行機構的滿載起動時間一般限定為： 大車運行機構 8 ~15t ?起 秒 ，所以，所 選電機合格。 為避免過大的沖擊，還應限定其平均加速度值： ? ? 2/t????平 起= （ 米 秒 ）60 已知： 20 / t? ? 起米 分 ， =5 秒 計算可得： ? 2平 = 米 /秒 查表 [6]可知： ? ? 20. 1 ~ 0. 2( / )? ? 米 秒 所以 ? ???平 即所選電機合格。 電動機過載能力的驗算 [6] 電動機過載能力的驗算，其目的是為了校核電動機是否能露天工作的龍門起重機在工作狀態(tài)最大風壓所引起 的荷載，以免工作過程中發(fā)生停車現(xiàn)象。計算公式： q=25g （牛 /米） 2 5 3 0 .7 7 2 1 0 7 7 .0 2P g g? ? ?風 2 起 物= C q ( F + F ) = 1 . 4 ( 牛 ) 2m a x ( ) ( 1 0 7 7 . 0 2 3 2 4 . 6 7 ) 2 7 5 3 6 . 2 22 2 3 9 . 2 1 0 . 9P P P D g gMgi?? ? ? ?? ? ? ???風 坡 摩 輪 （ 牛 米 ) 式中 P風 2 —— 由工作狀態(tài)最大風壓引起的風阻力。 maxM —— 電動機實際最大力矩 （ 牛 米 ) m a x m a x( 0. 7 ~ 0. 8 )M M m?? 額 取 ， m a x 2. 5 , M? ? 額 =,m=4，可得：m a x g g g? ? ? ? ?； 所以，所選電機合格。 電動機的發(fā)熱驗算 [6] 電動機在工作中由于起動與穩(wěn)定運動時電流通過線圈使其溫度升高，在工作較頻繁的機構中，散熱量小于發(fā)熱量，電機溫度逐漸升高，散熱量也增大，最后達到熱平衡狀態(tài)，即散熱量等于發(fā)熱量，溫度不再升高。所謂電動機的發(fā)熱驗算就是驗算電動機在達到熱平衡的溫度是否超過線圈和絕緣的允許溫度。當然電機的發(fā)熱與機構工作條件（起動時間的長短、起動時慣性力及穩(wěn)定運動時靜阻力 的變化情況等）有關，又與電機本身結果、尺寸、和周圍環(huán)境溫度等有關。 驗算電機發(fā)熱的方法有好幾種，如等效電流法、等效力矩法及等效功率法等。由于有些方法要求知道工作過程中載荷的變化情況，這對一般用途的龍門起重機有一定的困難，因此實際上大都采用比較簡便的等效功率法。 根據(jù)等效功率法，按下式進行電動機的發(fā)熱驗算： ( 25% )N K N?? ? ? 靜 已知： N靜 = 瓦 查表知： ? ， ?? 1 .4 1 .0 5 1 .1KN?? ? ? ? ?靜 = 千 瓦 千 瓦 所以，所選電機合格。 同理：小車行走機構經(jīng)過計算正好與大車所選電機的相同。 起升機構電機的選擇 [6] 按靜功率初選電機 當起吊的重量為 Q (額定起重量與吊鉤掛架重量之和，千克 )、起升速度為 ?（米/分），則起升機構的靜功率為： 3()( 5 5 3%) 10 8 ( )612 00 g??? ? ? ????靜QN= 千 瓦61200千 瓦 式中 ?—— 起升機構總的傳動效率，對于采用齒輪減速器一般可取 ?? 。 吊鉤掛架重量一般約占額定起重量的 2~3%。 根據(jù)靜功率， 靜N 和機構工作類型的 JC%值，由電動機的產(chǎn)品目錄中選擇電動機功率接近靜功率而又偏小的電動機。對吊鉤起重機的起升機構，屬于短時工作又不經(jīng)常滿載，考慮到電動機具有一定的過載能力，可選擇偏小于靜功率的電動機；而抓斗起重機的起升機構，則應選擇接近于靜功率的電動機。起升機構一般都選用交流繞 線式電動機 JZR 型；只有在工作不太頻繁，起升速度和功率都不太大的情況下，才采用交流鼠籠式電動機 JZ型。在選用 JZR 型起重用交流繞線式電動機時，功率可稍低于靜功率；而選用 JZ 型起重用交流鼠籠式電動機時，因其起動電流大，其功率應接近于靜功率。 查表 [1]選擇的電機為 231 8JZR ? ，功率 千瓦，額定轉(zhuǎn)速為 695 轉(zhuǎn) /分。 電機的起動時間校驗 電動機的起動時間是根據(jù)所選電機的平均動力矩扣除折算到電機軸上的靜力矩，用其剩余力矩來克服起動過程中的直線運動質(zhì)量和回轉(zhuǎn)運動質(zhì) 量的慣性力矩而求得。 計算公式：