升降機的電氣傳動畢業(yè)設計(論文)

1、升降機的電氣傳動系統(tǒng)設計摘要 升降機是現(xiàn)代建筑和工程中不可缺少的設備之一。這次論文設計對升降機的功能、結(jié)構、驅(qū)動裝置、安全性能詳細的進行了分析研究。在比較了幾種施工升降機的特點后，采用鋼絲繩卷揚式，其結(jié)構比較簡單，我們比較熟悉。超載保護裝置、安全防墜器、是升降機的安全保護裝置，當升降機遭遇突發(fā)情況時可以防止發(fā)生吊籠墜落事故，保證人身安全。在保護安全裝置中安全防墜器的作用非常重要，因此，對裝置進行一些改進來適應這個行業(yè)的發(fā)展是十分必要的。本次設計對升降機電氣傳動系統(tǒng)進行了深入地研究。本課題所設計的升降機是通過研究出的一臺起重量大、提高高度、綜合應用性能好的升降機，其提高形式采用鋼絲繩式，安全防墜

2、器采用靈敏度高、可靠性高、結(jié)構相對簡單一些、能夠減少吊籠墜落事故的發(fā)生。如今，升降機已經(jīng)成為人們生活中不可或缺的機械工具，隨著科學的發(fā)展，社會的進步，人們對升降機在運行時的高速性、準確性、平穩(wěn)性、高效性等性能有了更高的要求。升降機控制系統(tǒng)一般有三種方式：微機控制系統(tǒng)、繼電器控制系統(tǒng)和plc控制系統(tǒng)。關鍵字：plc控制系統(tǒng)；升降機；工程與建筑；自動控制abstractelevator is one of the indispensable equipment in modern architecture and engineering.this topic to lift the functio

3、n, structure, driving device, safety performance was analyzed in detail.after comparing the characteristics of several kinds of construction lifter, using wire rope winding type, its structure is simple, we are familiar with.for device, overload protection device, safety is elevator safety protectio

4、n device, when the elevator encounter emergency can prevent the hoisting cage fall accidents, ensure the personal safety. in the protection of safety device safety for the role of is very important, as a result, some improvement was carried out on the device to adapt to the development of the indust

5、ry is very necessary.the design of elevator and the safety device for the thorough research, to design the high sensitivity, high reliability for the safety of the device, and the safety for the professional analysis.this topic the elevator is designed through the research of a large lifting weight,

6、 improve the lift height, integrated application of good performance, improve the form of the wire rope, for safety device with high sensitivity, high reliability, some relatively simple structure, to reduce the hoisting cage fall accidents.elevator control system in general there are three ways: mi

7、crocomputer control system, relay control system and plc control system.electromechanical integration, and its programming are simple, application is very simple also, debug cycle short, the advantages of convenient maintenance and is currently used in the elevator control system more control mode,

8、are now widely used to the traditional relay control system.keywords: plccontrolsystem;elevator;engineeringandconstruction;the automatic control目錄摘要iabstractii1 緒論11.1升降機的介紹11.2升降機國內(nèi)外發(fā)展狀況21.3本課題研究的意義32 升降機結(jié)構及控制系統(tǒng)32.1升降機的結(jié)構設計42.1.1升降機的基本結(jié)構42.1.2升降機的分類62.2升降機吊籠結(jié)構設計72.2.1升降機吊籠與傳動裝置連接形式的分析72.2.2吊籠結(jié)構模態(tài)分析

9、82.2.3吊籠結(jié)構受力計算92.2.4吊籠墜落的原因分析102.3 plc控制系統(tǒng)112.3.1 plc的結(jié)構112.3.2 plc控制原理122.3.3升降機控制系統(tǒng)133 變頻器的選擇及應用143.1變頻器的工作原理153.2變頻器的型號163.2.1 amb-g11變頻器173.2.2變頻改造后的升降機183.3變頻器的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)193.3.1變頻調(diào)速系統(tǒng)功能193.3.2變頻調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)勢214 升降機傳動系統(tǒng)設計234.1系統(tǒng)整體設計234.2升降機電氣傳動控制系統(tǒng)的基本要求244.3起升結(jié)構的設計244.3.1電動機的選擇244.3.2制動電阻264.3.3驅(qū)動功率274.

10、4傳動機構設計284.4.1傳動方案：284.4.2執(zhí)行機構;284.5電氣傳動動態(tài)模型294.5.1傳動系統(tǒng)動力學模型294.5.2傳動系統(tǒng)的運動分析31結(jié)論32致謝33參考文獻34附錄 a 變頻器應用參數(shù)351 緒論1.1 升降機的介紹 升降機是機、電、液一體化的機械，應用于高層建筑的施工中，大大簡化了施工的程序。隨著現(xiàn)代工程需要的飛速發(fā)展和施工技術的日益進步，施工升降機越來越不可缺少。施工電梯也稱作為施工升降機，但施工升降機包含的更廣闊，施工平臺都屬于施工升降機的范疇。我國生產(chǎn)的施工升降機越來越成熟，已經(jīng)逐步走向國際化。施工升降機主要應用在我國的各類建筑工地工程中，這是因為這樣的建筑工程

11、對于使用龍門架、井字架來完成是有一定難度的。 近年來，隨著建筑高度的不斷增加，施工升降機的需求量也在不斷增加。升降機除了應用于建筑工程中還能應用在橋梁的建設中，此外，它還可以應用在大型化工廠冷卻塔、發(fā)電廠的煙囪、廣播電視塔以及煤礦等多種施工場合下，施工升降機已成為建筑行業(yè)中一種必不可少的機械設備。一般的施工升降機是由驅(qū)動機構、橋廂、標準節(jié)、底盤、圍欄、電氣傳動系統(tǒng)等幾部分構成，是在工地中經(jīng)常使用的載人載貨機械，由于其獨特的箱體結(jié)構和較高的安全性能，施工升降機在工地上一般是配合塔吊使用，通常載重量在1-3噸，運行速度為1-60m/min。 圖1.1 施工升降機1.2 升降機國內(nèi)外發(fā)展狀況 近幾年

12、來, 隨著中國的迅速發(fā)展,國產(chǎn)施工升降機具備了強大的設計理論 。無論是技術性能還是產(chǎn)品的質(zhì)量都處于先進領導者的位置，尤其是結(jié)構動力分析、機械振動與模態(tài)分析、優(yōu)化的辦法、輔助設計等。 根據(jù)升降機運行的控制智能化角度，要求升降機有較好的質(zhì)量,控制的程序中采用先進的調(diào)整規(guī)則。我們用這些理論基礎來開發(fā)升降機的性能, 為施工升降機的發(fā)展帶來了巨大變化. 利用這些理論人們可以全面掌握每個高度位置上標準節(jié)的任何部位的應力狀態(tài)、可以知道施工升降機懸臂部份的動態(tài)特性 ,并且當?shù)趸\提升速度加大后給升降機帶來的影響。升降機結(jié)構比較堅固，承載量大，升降平穩(wěn)，安裝維護簡單方便，是最為經(jīng)濟實用的理想輸送設備。根據(jù)升降機的

13、安裝環(huán)境和使用要求，選擇不同的可選配置，可取得更好的使用效果。隨著計算機技術，通訊技術的發(fā)展，升降機作為建筑中的較為重要應用工具，其技術發(fā)展及智能化先進的程度是我國科技者們較為關心的。瑞典alimak 公司已經(jīng)不是當年能壟斷升降機市場的大贏家了。 國產(chǎn)施工升降機近幾年的迅速發(fā)展已經(jīng)占領了中國市場, 瑞典alimak 公司的產(chǎn)品已經(jīng)無法在進入國內(nèi)市場。在亞洲地區(qū)中國的施工升降機已經(jīng)進入市場, 并且具有占領這些市場的趨勢 . “中國是一個升降機大國，但要成為一個升降機強國還有很長的路要走。無論從品牌、產(chǎn)品、技術、人才、管理等各個方面，國產(chǎn)升降機都還有很大的提升空間。在建筑工程的領域里, 國產(chǎn)施工升

14、降機雖然沒有像其它科技設備那么高的增長率, 但是升降機今后還是有著巨大的經(jīng)濟市場. 我們要正確的認識目前國產(chǎn)施工升降機所存在的不足, 通過基礎的理論和科技全面掌握施工升降機的各種性能,并在理論的基礎上調(diào)整我們的產(chǎn)品, 豐富科技力量, 增強市場的競爭力。 通過幾年的發(fā)展,在世界著名的超高層建筑物的建設中都有我國施工升降機的身影, 在世界著名標志性的建筑的建設中也有我國施工升降機 。這樣國產(chǎn)施工升降機將會在不久的將來占領更大的國際市場.1.3 本課題研究的意義 施工升降機主要用于城市高層和超高層的各類建筑中，這主要因為這樣的建筑高度對于使用井字架、龍門架來完成作業(yè)是十分困難的。近年來，隨著建筑高度

15、的不斷增加，架設高度大的施工升降機的需求量也在不斷增加。建筑施工升降機除了應用在高層建筑中還可以應用在大橋的建設中，此外，它還可以應用在大型化工廠冷卻塔、發(fā)電廠的煙囪、廣播電視塔以及煤礦等多種施工場合下，施工升降機已成為建筑行業(yè)中一種必不可少的機械設備。 本課題的最終目的是研究高性能、高效率、低成本的升降機，以及分析升降機運行的工作原理。2 升降機結(jié)構及控制系統(tǒng)2.1 升降機的結(jié)構設計2.1.1 升降機的基本結(jié)構 施工升降機包括很多設備，其中升降機起升結(jié)構是主要的器械。施工升降機主要是由鋼結(jié)構、傳動系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)和安全控制系統(tǒng)等部件組成。主要構件有立柱、吊籠、標準節(jié)、對重、天梁、導軌及底盤等

16、。1立柱： 立柱一般分為單立柱和雙立柱，選用鋼管，將其焊成格構式標準節(jié)，其斷面可組成三角形、方形，通過計算來確定立柱的尺寸。井字架的架體用來制作桿件。我們將將較低(20m以下)的井字架架體，采用扣件式鋼管腳手架的搭設方法，但它不適宜裝設安全裝置，受用率較低。2吊籠： 吊籠是升降機的核心裝置，作為焊接鋼結(jié)構體，周圍都是有鋼絲網(wǎng)防護，前后安裝單、雙開吊籠門，頂上安裝的是護身拉桿。吊籠式升降機用來承載貨物的空間。由吊籠體吊籠架等裝置構成。吊籠架是吊籠承載結(jié)構，由吊籠架傳遞到鋼絲繩上。吊籠架一般由上梁、立柱、底梁和拉條組成。圖2.1 吊籠3標準節(jié) 是由無縫鋼管和角鋼等焊接而成的，標準節(jié)上安裝齒條，通過

17、附墻架和建筑物固定，作為吊籠上下運轉(zhuǎn)的導軌。 4對重 是根據(jù)平衡吊籠的本身的重量，進而提升電動機功率的利用率和吊籠的承重，而適當?shù)母纳平Y(jié)構受力情況。 5天梁 天梁在吊籠頂部的橫梁上的裝置，它是用來承受吊籠本身重量和吊籠里人和貨物重量；是比較重要的受力構件之一，其斷面是經(jīng)過仔細計算才確定的。當載荷為11kn時，天梁可以選擇2根14號槽鋼，相對焊制而成。它在上端安裝一個滑輪和一個固定鋼絲繩尾端的銷軸。6導軌 導軌的選擇，大多數(shù)情況下會用工字鋼和鋼管。導軌通常是單滑比雙滑道，與架體焊接在一起。井字架的導軌通常為架體的四角設置，加強了穩(wěn)定性。7底盤 我們一般在架體的底端安裝底盤，用來連接架體與基部。2

18、.1.2 升降機的分類 根據(jù)不同的情況與作用，我們要選擇不同的升降機，而升降機的類型是多種多樣的。目前主要有以下幾種分類方式：1.按傳動方式： 分為齒輪齒條式、鋼絲繩牽引式與混合式。 2.按工作籠數(shù)量：分為單籠、雙籠施工升降機。 3.按用途：分為人用升降機、貨用升降機、施工升降機等。在現(xiàn)實生活中還存在一些用于特殊場合的升降機，比如礦井專用升降機、電站專用升降機、防爆專用升降機、消防員專用升降機等。 4.按導軌架安裝方式：分為傾斜式和垂直式施工升降機。 5. 按驅(qū)動方式分類：按照升降機的驅(qū)動來分，可以分為交流型升降機、直流型升降機、液壓型升降機、齒輪齒條型升降機、螺桿式升降機。 6.按速度有無變

19、化：分為變頻調(diào)速和單一速度，施工升降機在不同的場合升降機的速度有不一樣的要求，因為升降機沒有速度上具體的分類，所以我們總結(jié)出了習慣性的分類。在運行速度低于100iils的情況下屬于低速梯：運行速度在100200n范圍之間，屬于中速梯；速度相對大于200lils時，就是高速梯；在一些特殊情況還有超高速梯，速度超過500iils的升降機。隨著技術的不斷提高，升降機的速度不斷地在變化，所以這些參數(shù)也是隨著提高的。7.按操縱控制方式分類：升降機操縱控制的方式分為以下幾種，如按鈕操控、手柄操控、信號操控等。在不同的情景有不同的需求，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，可以選擇適合相對應的控制操縱方式。最近幾年，隨著對全

20、自動控制的集選控制升降機越來越多的的應用，全自動控制的集選控制升降機高于信號控制，相當于信號控制的無司機控制。除此之外，還有群控升降機、并聯(lián)控制升降機，它是用一臺控制系統(tǒng)，同時操控兩臺甚至更多的升降機。2.2 升降機吊籠結(jié)構分析 升降機的吊籠是通過一些標準節(jié)用螺旋連接成許多支點的空間架，其作用是用來傳動和承受負載。標準節(jié)的橫截面一般有矩形、正方形和三角形。標準節(jié)的長度大多數(shù)都在1.1m-1.6m之間，塔身是由弦桿、腹桿多選用等邊角鋼構成。根據(jù)塔身的結(jié)構升降機一般分為單柱型和雙柱型，而我們所研究的升降機采用單柱雙吊籠，兩個吊籠都有獨特的驅(qū)動裝置，同時上、下運行，不僅提高了運送能力，而且提高了效率

21、。標準節(jié)的截面型式為正方形，運用了它的較好的承載能力。吊籠是用角鋼焊接成的矩形空間架，吊籠與升降機最近一側(cè)安裝了支撐滾輪，吊籠用鋼絲繩利用天輪架跟起升機構連接。吊籠的自重過大會對升降機的性能產(chǎn)生影響，所以應該盡量的減小自重。圖2.2 吊籠結(jié)構 1下縱梁 2下圍板 3方管 4門立柱 5上圍板 6角板 7上縱梁 8角鋼 9立柱2.2.1 升降機吊籠與傳動裝置連接形式的分析 升降機傳動裝置與吊籠屬于牽引與被牽引的關系，通過行走和導向裝置的數(shù)量來看，雖然它們的運動具有獨立性，但是二者的連接方式又消除了這種獨立性。在設計運行設備時，這兩個裝置的尺寸、規(guī)格、精度應在同一水平線上。在運行時，兩者的運作應保持

22、一致，在實際操作的時候，如果兩者不能夠保持一致，就會導致過壓緊輪底座連接鋼板變形等事故的發(fā)生。面對廣大需求者來說，必須對目前升降機吊籠與傳動板的連接設施進行改進，把目前的這種連方式改變?yōu)槿f向的單牽引形式，增加一些定位滾輪和緩沖、安全裝置。 傳動裝置是升降機的最重要的部分，它的機械性能影響升降機的安全性和便捷性，傳動機構與吊籠的聯(lián)接方式對升降機來說非常重要。升降機傳動機構和吊籠作為相對獨立的兩個設備，二者的導向機構和導軌存在一定的關系，傳動板即承載垂直荷載有承載它本身的偏載力矩，吊籠的橫向偏載是由滾輪承載的，兩者調(diào)整互不影響，同時也完美的詮釋了對傳動機構的使用。 升降機的正常工作運行，像起升及其

23、停止，下降及其停止，這些運動的控制都是由傳動裝置來完成的，牽引軸負責承載拉力；在一些特別的情況下，因為標準節(jié)及傳動裝置運行時的操作誤差會對齒輪齒條嚙合產(chǎn)生一定的影響。經(jīng)過對吊籠傳動形式的分析可以表明在傳動板與吊籠或者傳動架的連接時我們首先選用彈性聯(lián)接方式。2.2.2 吊籠結(jié)構模態(tài)分析 對吊籠結(jié)構進行模態(tài)分析，主要是根據(jù)對它動態(tài)設計中的薄弱環(huán)節(jié)。吊籠的構造屬于連續(xù)彈性體的系統(tǒng)，為了使結(jié)果能夠更加的精確化，應該對模型加以改進。對吊籠結(jié)構模型劃分網(wǎng)格實際上是將連續(xù)系統(tǒng)“凝縮”成有限個離散的參數(shù)，形成了離散系統(tǒng)。網(wǎng)格規(guī)劃完成后，需要滾輪組合裝配連接的立柱面施加約束，左右立柱頂端面對 x 軸、y 軸、z

24、 軸方向的位移進行約束。設定起始和終止的頻率，分別設為 0hz 和 10000hz，為了便捷操作，同時進行模態(tài)擴展設置。 圖2.3 吊籠結(jié)構pro模型 根據(jù)以上可以得出結(jié)論，吊籠結(jié)構整體的剛度和質(zhì)量分布較為均勻，沒有明顯的薄弱部位和過剩部位，不存在引發(fā)整體較大振動的頻率，得出相對比較合理的動態(tài)參數(shù)。通過對吊籠結(jié)構頻率在 23.5hz。在85mm65mm4mm 的折彎鋼板處焊接一塊傾斜加強筋則有利于降低吊籠結(jié)構震蕩疲勞導致的破壞，提升它的壽命和操作人員的便捷性。2.2.3 吊籠結(jié)構受力計算 吊籠主要受力部件是底下的四根槽鋼，經(jīng)過計算如下： (2.1)式中底面單根槽鋼所受彎矩()；起重載荷()；吊

25、籠的寬度()。 (2.2)式中w截面系數(shù)()；許用應力()。因為。 (2.3)主要受力構件選10號槽鋼。吊籠本身的重量： (2.4)其中 -吊籠本身重量（kg）； -10號槽鋼的總重量（kg）； -角鋼505的總重量（kg）； -角鋼705的總重量（kg）； -頂板的重量（kg）；安全防墜器自重： (2.5)其中吊籠總重量（kg）2.2.4 吊籠墜落的原因分析 由于安全保護措施不夠完善，吊籠冒頂事故經(jīng)常發(fā)生。施工升降機都有超載保護裝置，保護裝置應用在吊籠內(nèi)載荷和吊籠頂部載荷均有效。若制動器磨擦片嚴重磨損或有油污，制動力矩不足，所能承受的載重量就會減少。重量限制器，這是本來沒有規(guī)定的，新的規(guī)定需

26、要設定保護裝置達到額定載重量的90%一定要發(fā)出警報，在額定載重量的120%前要暫停吊籠運行，當然也存在有的升降機根本沒有這個裝置。 一定要按規(guī)定進行操作，吊籠超載運行。需要在升降機每次運行操作時，仔細的檢查電動機的制動裝置，檢查后能正常運行，才能正式使用，一旦發(fā)現(xiàn)制動裝置不正常時，這個時候就應該進行調(diào)整和修復后才能運行。如果工作人員在沒有受過特定培訓無證上崗，如果超載運行，容易導致事故的發(fā)生。要嚴格按照升降機額定負載控制人員的數(shù)量和貨物的重量，假如升降機長時間處于超載運行的狀態(tài)，會導致吊籠和其他裝置變形，導致升降機的安全運行存在嚴重的安全問題。 裝置長時期使用，維修保養(yǎng)不認真，安全裝置失靈。這

27、種工作情況導致齒輪與齒條的嚙合精度大大降低，磨損程度大大增加，磨損到達一定程度時處于強度臨界狀態(tài)，這種情況下必須更換齒條才能保證安全性?，F(xiàn)在的設備租賃行業(yè)有著重經(jīng)濟效益和輕維護保養(yǎng)的裝置管理錯誤觀念，不是裝置能運轉(zhuǎn)，就違背裝置運行規(guī)律，不進行裝置定期的維護和保養(yǎng)。裝置如果不正常運轉(zhuǎn)，其它的安全設備就會失靈，在突發(fā)情況時不能發(fā)揮安全保護作用，同時也是導致施工升降機吊籠墜落事故發(fā)生的主要原因之一。升降機安裝完成，通過檢測合格后并獲得使用許可證后，才可以正常使用，盡管這時候升降機處于合格狀態(tài)，各種安全開關及其他部件等都有一定幾率出現(xiàn)異常情況，作為工作人員，一定要時刻關注升降機的安全情況，升降機的安全

28、開關都是根據(jù)安全需求設計的。因為上限位開關、上極限開關是防止吊籠冒項而設置的，所以這兩個開關失靈失效，就一定導致吊籠冒頂進而發(fā)生墜落事故。吊籠失去上升動力后將不會繼續(xù)上行，這時吊籠的整體并沒有超過標準節(jié)，一定要避免這種事故的發(fā)生。 我們還需要吊籠超載保護裝置，來保證吊籠的安全性能。設備投入使用前必須取得特種設備檢測檢驗機構出具的特種設備檢驗合格報告，而且在每次檢驗有效期到滿前一個月提出檢查要求，讓裝備能按期的進行檢測，保證施工的安全。施工升降機應定期對操作和維修人員進行崗位培訓，一方面提高他們的安全技術水平，樹立他們安全生產(chǎn)的責任心，并且加強對裝置的維修保養(yǎng)，提出嚴格、科學、有效的維修保養(yǎng)計劃

29、，為了及時的消除裝置不安全引起的事故隱患，確保機械安全防護裝置完好，性能可靠。并應定期體檢，無高血壓、心臟病等空中工作禁忌癥。施工時期，司機應認真專心，嚴禁做別的事。所以，減少人員傷亡和裝置財產(chǎn)損失，需要工作人員定時的檢查升降機的裝置是非常重要的。2.3 plc控制系統(tǒng)2.3.1 plc的結(jié)構plc(proguammable logic colltroller)是計算機類型的一種電子裝置，是對數(shù)字模擬的輸入量和輸出量，控制各種裝置的生產(chǎn)流程。plc還能提供各種類別的接口，方便于和外設連接，改善并增強功能。它對于計算機來說，其編程語言比較簡單，并且可以實現(xiàn)直接編程。可編程控制器和計算機的硬件一般

30、都包括以下幾個部分：（1） 電源（2） 中央處理單元（3） 存儲器（4） 輸入輸出接口（5） 編程器 圖2.4 plc硬件結(jié)構圖2.3.2 plc控制原理plc具有可靠性高、適應能力強、抗干擾能力強、編程簡易、適應環(huán)境能力強、與其他裝置配置連接方便等優(yōu)勢。升降機的plc控制系統(tǒng)包括信號控制和拖動控制。圖2.5是升降機plc控制系統(tǒng)的基本結(jié)構圖，包括機械系統(tǒng)、指層器、門機、調(diào)速裝置和拖動系統(tǒng)。plc的工作方式一般通過掃描循環(huán)來運行的。如果在執(zhí)行過程中遇到跳轉(zhuǎn)指令，則跳轉(zhuǎn)到相應單元，不然處理器將從第一條指令開始順序的執(zhí)行程序，一直到最后一條，掃描后自動返回到初始指令，開始重新循環(huán)的掃描，直到完成順

31、序掃描的同時，再處理輸入信號的采樣的任務。 圖2.5 系統(tǒng)結(jié)構框圖 圖2.6 plc工作流程圖2.3.3 升降機控制系統(tǒng)升降機的控制系統(tǒng)主要由可編程控制核心、模擬量輸出、井道和安全裝置?？刂葡到y(tǒng)一般都是由信號控制和速度控制組成，控制系統(tǒng)的核心是plc，應用在解決輸入信號的處理和輸出控制、設置系統(tǒng)的參數(shù)、顯示功能由觸摸屏來完成，只有安全性能得到保證施工升降機才能正常運行，不然會發(fā)生一系列的故障。因此，升降機控制系統(tǒng)用plc作為核心控制，觸摸屏作為顯示模塊，通過串口執(zhí)行機構，來控制施工升降機的運行。圖2.7 升降機控制設計3 變頻器的選擇及應用3.1 變頻器的工作原理變頻器vfd（variable

32、-frequency drive），變頻器通過變頻技術和微電子技術的原理，是通過改變電動機工作電源的幅度頻率大小的方式來控制交流電動機的電力傳動裝置。變頻器是運用了半導體設備的通斷作用將工頻電源轉(zhuǎn)變成別的頻率的電力控制設備，對交流異步電機的軟起動、提高運作精度、變頻調(diào)速和過流過壓過載的提供了有力的安全保證。現(xiàn)如今，變頻器在東南亞地區(qū)受一些日本廠家影響而被稱為vvvf（variable voltage variable frequency inverter）。 變頻器主電路通常有兩種：一種是電流型，另一種是電壓型。（1）電壓型： 它是將電壓源的直流轉(zhuǎn)換成交流的變頻器，它的直流回路的濾波是電容；（

33、2） 電流型： 它是將電流源的直流轉(zhuǎn)換為交流的變頻器，它的直流回路的濾波是電感。 變頻器因為高壓大功率晶體管技術和電子控制技術，而被廣泛的應用。目前，為升降機裝置設計的專用變頻器已出現(xiàn)，運用起來很靈活，功能也很強，當然價格也非常高，所以在大多數(shù)控制設計中我們還是采用一般的變頻器。我們經(jīng)過合理設計，也能開發(fā)出專用控制器具有的控制功能。圖3.1變頻器帶動的電動機3.2 變頻器的型號表3.1 amb g11變頻器的參數(shù)公司代號系列代號最大適用功率輸入電源附加說明ambg11系列1r5：1.5kw2r2：2.2kw3r7：3.7kw ：400：400kwt3：三相 380v特制機型圖3.2 amb-g

34、11系列主回路端子功能：端子功能r主回路電源輸入端子stu變頻器輸出端子vwp制動單元接線端子ne接地端3.2.1 amb-g11變頻器 amb- g11系列變頻器是深圳安邦信電子有限公司推出的新一代高性能矢量變頻器，它代表了最新變頻器的發(fā)展趨勢。與其他一般的變頻器相比，它有非常好的性能，它并不是靠多個系列產(chǎn)品來實現(xiàn)功能，它是在我們變頻器需求的基礎上，進行模塊化設計，通過單系列產(chǎn)品的多模塊組合，創(chuàng)造最為合適廣大需求的產(chǎn)品。是我國目前稀有的幾家真正擁有磁通矢量技術的變頻器。圖3.3接線圖該變頻器運用良好的無速度矢量控制策略讓它具有較快的動態(tài)響應，通過先進的電流限制技術和硬件優(yōu)化設計，要保證在負載

35、發(fā)生波動的情形下，變頻器不跳閘。并具有以下特點：（1）可靠性 建立可靠性設計方案：比如冗余設計和降額設計，全部的設備都必須采用軍工等級，要有專業(yè)化的制作機構，進而加強整機的可靠性。（2）軟啟動 跟工頻起動方式比起來，運用變頻器控制可以減小機械部分振蕩和沖擊，為我們節(jié)省了維護的用度，穩(wěn)定的運行。（3）高啟動轉(zhuǎn)矩 采用高性能磁通矢量控制模式，低頻段提供穩(wěn)定高輸出轉(zhuǎn)矩。（4）安全性 g11具有零伺服功能，即使電動機在零速時，也可以全力矩輸出，就算制動器松動或失靈時，也不會出現(xiàn)重物下滑，保證系統(tǒng)的安全系數(shù)。3.2.2變頻改造后的升降機1. 普通升降機指標 （1）提升速度：36m/min（2）額定安裝載

36、重量：1000kg （3）電機功率：15kw（4）防護等級：ip55（5）供電熔斷器電流：86a (6) 起動電流：300a左右 (7) 剎車電流：350a左右2. 改造后的指標 （1）提升速度:62m/min （2）額定安裝載重量：1000kg （3）電機功率：15kw （4）防護等級：ip55 （5）供電熔斷器電流：86a （6）起動電流：25a左右 （7）剎車電流：35a左右系統(tǒng)采用了安邦信變頻調(diào)速技術，將施工升降機的運行速度從36m/min提升至62m/min，完美的提高了升降機的工作效率；起動電流由300a降到了25a，保證起動沒有沖擊，即保證施工升降機加速及減速過程平穩(wěn)的進行，又提

37、高了施工升降機的安全性能。3.3 變頻器的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)3.3.1 變頻調(diào)速系統(tǒng)功能隨著變頻器性價比的提升以及變頻調(diào)速較高的優(yōu)勢，交流變頻調(diào)速已經(jīng)應用在了許多領域，升降機調(diào)速系統(tǒng)也選用了交流變頻調(diào)速。最初,根據(jù)轉(zhuǎn)換器尺寸提升電機額定電流速度。g11,例如, 在這里必須使用當前的“高過載”。 使用g11作為一個例子,下面的選擇： (3.1)因此,動力裝置選擇2.至于加速程序而言超載行為必須支持的占空比，這是典型的應用。在這個例子中，在g11的案例，這是“過載”，通常使用1.5倍的過載。如果有任何疑問,應該首先計算起重設備工作周期和轉(zhuǎn)換器準尺寸。 (3.2)變頻器是根據(jù)改變交流電動機電源的頻率和

38、幅值的大小，進而改變它的運動磁場的周期，這樣才能更好的控制電動機轉(zhuǎn)速。變頻器的作用，是使調(diào)速控制系統(tǒng)簡單化，用變頻器和交流感應電動機替代了一些本來只能用直流電動機完成的工作，設備體積也得到了合理化的減小，減小了維修頻率，提升了傳動技術的發(fā)展空間。變頻器是用來優(yōu)化電動機運作的，同時也可以達到增效節(jié)能的作用。另一方面，為了滿足控制上的要求，所以在很多系統(tǒng)中，通常來說用一般的變頻器來代替專用變頻器，通過合理的設置、配置和編程，也能達到比較好的控制效果。在一般的控制系統(tǒng)中，我們即要達到一些工業(yè)控制的靜態(tài)、動態(tài)性能的要求，還有一個特別重要的性能指標就是它的舒適度。保證升降機理想化的給定速度曲線運行對拖動

39、調(diào)速控制系統(tǒng)來說很必要，這會影響到升降機運作的舒適感；另外，升降機的耗能量在整座建筑的耗能量比例很大，目前人們的節(jié)能意識普遍增高，減少升降機在建筑內(nèi)的耗電量，一直是人們非常關注的問題。如何合理的運用已有的自然資源，也是現(xiàn)在研究的主要方向。隨著電力電子技術、微電子技術和計算機運行技術的發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術的發(fā)展非?？焖?。電動機交流變頻技術用來改善工藝流程來提升產(chǎn)品質(zhì)量和優(yōu)化環(huán)境、促動技術進步的一種方法。變頻調(diào)速因為良好的調(diào)速性能和起制動高效率、平穩(wěn)性好、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的應用領域等許多優(yōu)點而被國內(nèi)外公認為最有發(fā)展的調(diào)速方式。 （1）變頻調(diào)速升降機運用的是異步電動機，跟別的一樣容量的直

40、流電動機相比具有占空間小、體積小、維護相對方便、結(jié)構比較簡單、價格較低等優(yōu)點。 （2）變頻調(diào)速電源通過spwm技術和svpwm技術，保證了升降機的質(zhì)量和性能;其因為控制精度較高、調(diào)速范圍寬廣、動態(tài)性能好，已經(jīng)逐漸的取代了直流電機調(diào)速。 （3）變頻調(diào)速升降機運用的是spwm技術和svpwm技術，來提高電源的質(zhì)量，盡量減少諧波，提升了運行的效率，增添了節(jié)能的效果.圖3.4 變頻器的應用3.3.2 變頻調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)勢 運用目前最先進的交流變頻調(diào)速技術對升降機電力拖動系統(tǒng)實施技術改造，為了升降機能夠穩(wěn)定的操作，提高工作效率，減少起制動沖擊，降低電氣維護，減少電能消耗，提高功率因數(shù)等都可以取得良好的效果

41、。同時還包括過電壓、過電流、欠電壓、缺相保護、變頻器超溫、超速、超載、制動單元過熱、i/o故障保護、電動機故障保護等等，變頻調(diào)速方法具有如下明顯特點：（1）效率高，它的運行速度基本可以達到6575m/min，是普通升降機運行速度（35m/min）的兩倍。（2）無極調(diào)速技術很好的解決了裝置的傳動振蕩，增加了軸承、齒輪、滾輪、齒條的耐久耐用性。因為變頻系統(tǒng)的限流功能，即降低了電機啟動時對電網(wǎng)的沖擊電流，又緩解了用電裝置之間的相互抵觸，加強了電纜載流的能力。其實供電電纜是不需要加大的，它與常速升降機相比，反而可以減小。不僅節(jié)省了本錢，又提高了收放電纜的便捷性。（3）變頻調(diào)速系統(tǒng)的安全保護系統(tǒng)。比如過

42、壓、過轉(zhuǎn)矩、過電流保護等問題，要完善電控系統(tǒng)就要保證它的可靠性和安全性。因為系統(tǒng)是零速起動，起動器沒有轉(zhuǎn)動摩擦，所以使用壽命基本可以近似成無窮大，至少延長十好幾倍。（4）選平層控制系統(tǒng)的高性能，一般升降機的選平層都是司機靠目測手動控制實現(xiàn)的，效率較低，總是要上、下點動好多次次才正確停層。導致效率太低而且增加了拖動與控制系統(tǒng)的疲憊度，減少了壽命。而通過變頻選平層可以使操作系統(tǒng)非常簡單，可以代替故障率高的繼電器系統(tǒng)。（5）具有良好的經(jīng)濟性，升降機速度提高了，功率也變大，與傳統(tǒng)產(chǎn)品比較起來，能耗卻下降了55%，由于在下降時，電機不用供電。按一天12小時工作量計算：每天可節(jié)電75kw，合人民幣60元。

43、按每年工作300天計，靠節(jié)電一項就可以產(chǎn)生效益15800元。（6）維修用度下降，一樣型號的非調(diào)速升降機，每年大約要換五次齒輪和制動盤和很多個接觸器，就這項用度至少得花22000余元。并且要耽誤很多工作時間。用這項技術，齒輪可少換50%，齒條壽命至少延長一倍，制動器可以使用十年，可節(jié)約維修費大約15000元。4 升降機傳動系統(tǒng)設計4.1 系統(tǒng)整體設計(1)主控系統(tǒng) 系統(tǒng)的主控系統(tǒng)使用了西門子s7-200系列的可編程控制器,經(jīng)過plc的模數(shù)轉(zhuǎn)換口能夠準確地檢查出電源的電壓值，同時也能很好的控制電機的多段速，控制起來特別簡單，編程學習起來也簡易方便。(2)變頻調(diào)速系統(tǒng) 調(diào)速系統(tǒng)采用amb-g11變頻

44、器，只需要在控制單元設置參數(shù)時對變頻器給出相應的控制命令就可以使升降機按照設定的頻率運行，滿足起升階段穩(wěn)定快速運行的要求。變頻調(diào)速裝置本身具有很多自我保護功能，所以能夠很好的使升降機穩(wěn)定工作，不會受外界的干擾影響生產(chǎn)。圖4.1 電氣連線圖4.2 升降機電氣傳動控制系統(tǒng)的基本要求升降機電氣傳動控制系統(tǒng)是升降機控制系統(tǒng)的重要組成部分，對其操作的穩(wěn)定性有重要的影響。對升降機電氣傳動控制系統(tǒng)提出了如下的基本要求：（1）整機實際工作頻率的有效調(diào)節(jié) (2) 保證實際工作速度的恒定 (3) 各分部速比良好的動態(tài)調(diào)整 (4) 維持分部間已定速比關系的恒定不變 (5) 穩(wěn)定的起升速度4.3 起升結(jié)構的設計 起升

45、機構在建筑工程中是非常重要的設備。它可以單獨使用，也可以成為其它起重機械設備上的主要運轉(zhuǎn)設備，所以被廣泛的應用。它是以電動機為動力，經(jīng)過特有的傳動形式，帶動卷筒通過運轉(zhuǎn)收放鋼絲繩來傳動牽引力，進而將吊籠提升到某一高度或者到達指定地點的重要機械設備。4.3.1 電動機的選擇負載質(zhì)量包括負載懸掛裝置 平衡物 提升速度 提升高度 繩滾筒直徑 轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動慣量 里夫 起始時間 系統(tǒng)的效率 每日工作時間 每小時吊裝運動 垂直升降驅(qū)動應該有一個螺旋齒輪減速電動機控制里夫圖4.2垂直升降運動需要穩(wěn)定的輸出功率 = (4.1) (4.2) 選擇發(fā)動機：17.5kw，5-pole 電動機數(shù)據(jù)： 要求輸出的速度 (

46、4.3)所需要的齒輪比 (4.4)計算轉(zhuǎn)動慣量 =1150kgm (4.5)電動機的轉(zhuǎn)換 (4.6) (4.7) (4.8)轉(zhuǎn)動的慣量的剎車不考慮，因為加速的過程對電動機尺寸幾乎沒有什么影響。計算所需要的額定輸出轉(zhuǎn)矩的鼓輪 (4.9)軸轉(zhuǎn)速與額定起重機速度 (4.10) 4.3.2 制動電阻 用變頻器帶動的電動機以及其他負載在暫停的時候，一般都是運用能耗制動的形式，其實就是把暫停后電機的動能和線圈里的磁能用一個其他的耗能元件消耗掉,用這種方式實現(xiàn)快速停車。當供電斷開后，這時變頻器的逆變電路會反向?qū)?，把所有剩余電能反饋到變頻器的直流母線上來，直流母線上的電壓會提高，提高到某一定值的時候，變頻器

47、的制動電阻會運行，讓這部分電能通過電阻發(fā)熱的方式全部消耗掉，使保持直流母線上的電壓變成一個正常值。當制動通過斬波器和制動電阻器或執(zhí)行電力恢復時,超載行為。它不能被認為在超載行為將是相同的操作和再生操作。最大可能降低時間的近似計算 (4.11)計算周期升降運動的數(shù)值每小時運動時間計算穩(wěn)定的制動功率 計算制動功率峰值 = (4.12)4.3.3 驅(qū)動功率1驅(qū)動功率 電動機額定提升功率可表達為：式中的 額定功率 功率系數(shù)； 額定載荷： 吊籠自重； 額定速度。拽引式由于對重自重的作用，額定提升功率表達為： (4.13)顯然，在相同的提升能力下，拽引式的額定功率可以設計的小一些。圖4.3電動機控制原理圖

48、4.4 傳動機構設計4.4.1 傳動方案： 傳動按傳動方式可分為：機械傳動和液壓傳動。液壓傳動由于重量比較輕，體積小，結(jié)構緊密，驅(qū)動力量高等優(yōu)勢。但是根據(jù)目前國內(nèi)升降機市場的情況，液壓的馬達雖然比以前的質(zhì)量好很多，由于它的價格比較高，所以我們還是選擇傳統(tǒng)的機械傳動。傳動系統(tǒng)有電機、皮帶和減速箱構成。 這次的方案使用電動機帶傳動傳遞給齒輪后，在通過減速后用渦輪將水平的運動方式變化為垂直的轉(zhuǎn)動方式，最后用絲杠升降機來工作。電動機與減速機之間一般都有帶輪、鏈輪、齒輪等，過載時對電機和傳動系統(tǒng)進行保護，皮帶過載時打滑為了起到保護作用，所以用皮帶傳動。將水平的運動轉(zhuǎn)化垂直的傳動機構，錐齒輪的要求軸的強度

49、是非常高的，另外渦輪能實現(xiàn)比較大的傳動比。所以我們這次選用渦輪。4.4.2 執(zhí)行機構; 在執(zhí)行機構中有齒輪的形式施工工地上，工作環(huán)境不是很好，齒輪和齒條互相研磨，齒磨尖了仍然在使用，只是一個很嚴重的問題。據(jù)我們所知，齒形應該如同一個懸臂梁，當磨損到一定尺寸時，必須更換齒輪。在高層的運輸中齒條要足夠長，考慮到這對生產(chǎn)時會帶來不方便。再加上在裝配時的不方便。所以用齒輪齒條的形式。絲杠升降機不僅沒有上述缺點而結(jié)構還緊湊安裝、裝修等比較方便。所以我們選擇了絲杠機構。 將機構全部裝配好，我們可以繼續(xù)研究運動仿真以及運動分析。 4.5 電氣傳動動態(tài)模型4.5.1 傳動系統(tǒng)動力學模型 建立準確升降機傳動系統(tǒng)

50、動力學模型，這是在研究動態(tài)性能的主要步驟，不同的驅(qū)動的升降機系統(tǒng)都有各自特點，因為傳動比也不同，所以系統(tǒng)存在差別。一般的升降機傳動系統(tǒng)主要有電動機驅(qū)動系統(tǒng)、傳動鏈、聯(lián)軸器、導向輪、鋼絲繩等組成。圖4.4傳動機構（1） 對一些中低速升降機來說，我們通常采用補償鏈來對質(zhì)量的平衡調(diào)節(jié)，沒有張緊系統(tǒng)，對高速升降機來說需要采用補償繩和張緊系統(tǒng)。（2） 在研究該鏈輪驅(qū)動升降機的模型中，不僅鏈傳動能實現(xiàn)轎廂的升降，而且傳動鏈條也起到了補償鏈的作用。（3） 電動機及其減速器與鋼絲繩以及繩頭彈簧相比，彈性要小得多。（4） 升降機在運動的過程中，鋼絲繩長度、轎廂載重等都可以變化的，所以在討論升降機時變模型是具有一定難度的。（5） 升降機牽引鋼絲繩在運行的時候隨時可以變化，所以鋼絲繩具有變質(zhì)量和變剛度兩個特點，升降機系統(tǒng)根據(jù)額外的補償進行滑輪外側(cè)的鋼絲繩重力平衡。另外，鋼絲繩的質(zhì)量相比要小，我們根據(jù)鋼絲繩的變剛度特點，而忽略鋼絲繩質(zhì)量的變化。長度為y的鋼絲繩的等效剛度為： k= (4.14)其中l(wèi)輪系傳動比；n鋼絲繩的根數(shù)；e鋼絲繩的楊氏模量；z鋼絲繩的橫截面積；4.5.2 傳動系統(tǒng)的運動分析 在