卷扬机调速系统设计
高炉卷扬机变频调速系统的设计
第1章绪论1.1变频调速发展概述本世纪70年代以后，电气传动各相关领域学科相继取得了巨大的突破，交流调速的控制方式发展因之突飞猛进，采用交流调速的场合正愈来愈多。
最初的变频调速是采用恒压频比控制方式，它根据异步电机简化等效电路确定的电压V和频率F的比值进行变频调速，电压是指基波的有效值.后来增加了电流环，称它为转差频率控制，改善了性能并且己经实用化。
但是系统只是从稳态公式推导出的平均值控制，完全不考虑过渡过程，因此系统的稳定性、启动及低速时的转矩动态响应存在难以克服的不足。
为了提高低频时电动机产生的转矩不足，通常采用提升电压以及随负载变化补偿定子绕组电压降的办法，用以增加变频调速的调速范围。
1.2变频调速基本原理变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。
变频可以调速这个概念，可以说是交流电动机“与生俱来”的。
同步电动机不消说，即使是异步电动机，其转速也是取决于同步转速(即旋转磁场的转速)的：n=n0(1-s) (1-1)式中：n——电动机的转速，m/minn——电动机的同步转速，r/mins——电动机的转差率s=(n1-n/)=△n/ n1而同步转速则主要取决于频率n0=60f/p (1-2) 式中：f——输入频率，p ——电动机的磁极对数由式（1-1）与式（1-2）可知变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：n =60f(1-s)/p (1-3)由上式可知，在电动机磁极对数不变的情况下，通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。
其中s 为异步电机的转差率，11/)(n n n s -=由上面的公式可以看出，改变电源的供电频率可以改变电机的转速。
在对异步电机调速时，希望电机的主磁通保持额定值不变。
任何电动机的电磁转矩都是磁通和电流相互作用的结果，主磁通小了，铁心利用不充分，同样的转子电流下，电磁转矩小，电动机的负载能力下降;主磁通大了，会使电动机的磁路饱和，并导致励磁电流畸变，励磁电流过大，严重时会使绕组过热损坏电机。
毕业设计慢步卷扬机传动装置设计
本科毕业设计（论文）题目：慢步卷扬机传动装置设计教学单位：机电工程系专业：机械设计制造及其自动化2012年5月摘要卷扬机普遍应用建筑、水利、冶金、起重作业。
卷扬机又称绞车，是起重、垂直运输机械的重要组成部份，配合井架、桅杆、滑轮等辅助设备，用来提升物料、安装设备。
电动卷扬机由电动机、联轴节、制动器、齿轮箱和卷筒组成，一起安装在机架上。
电动卷扬机又可称为电动葫芦。
关于起升高度和装卸量大，工作忙碌的情形下，要求调速性能好，专门要空钩能快速下降。
对安装就位或灵敏的物料，要能以微动速度下降卷扬机包括快速卷扬机和慢速卷扬机，仅能在地上利用，它以电动机为动力，经弹性联轴节，三级封锁式齿轮减速器，牙嵌式联轴节驱动卷筒，采纳电磁制动。
该产品通用性高、结构紧凑、体积小、重量轻、起重大、利用转移方便，被普遍应用于建筑、水利工程、林业、矿山、码头等的物料起落或平拖，还可作现代化电控自动作业线的配套设备。
尽管其应用超级普遍,但在实际应用进程中目前仍存在着许多急待解决的问题，普遍存在的不足是：体积大、过载能力差、噪音大、效率低、利用寿命短、工作不够平安靠得住等，有些产品还已列入国家淘汰产品，开展卷扬机机设计、性能分析及应用研究，具有较大的有效价值和重要的现实意义，本次通过对漫步卷扬机传动系统的设计，希望能找显现时期所存在的问题，并提出解决方案，以此试图对我国卷扬机的开发和改良祈祷借鉴作用。
关键词：卷扬机; 设计; 性能分析; 通用性AbstractThe widely applied in construction, water conservancy, metallurgy, lifting operation. Hoist and winch, is an important part of lifting, vertical transport machinery, with the derrick, maist is composed of motor, coupling, brake, gear box and reels, mounted on the frame. Electric hoist is also known as electric hoist. For lifting height and loading amount is large, busy with work, request good speed performance, especially to the empty hook to the rapid decline in. The installation or sensitive material, to be able to decrease the speed of fast hoist winch fretting and slow winch, can only be used on the ground, it takes the motor as power, through an elastic coupling, three closed type gear reducer, tooth type coupling drive drum, using electromagnetic brake. This product is high universality, compact structure, small volume, light weight, big, use convenient, it is widely used in construction, water conservancy, forestry, mining, port materials such as lifting or flat mop, ancillary equipment can be automatic line for modern electronic. Despite its very wide application, but in the actual application process still exist many urgent problems to be solved, the common problems are: large volume, poor overload capacity, large noise, low efficiency, short service life, work is not safe, some products also has been included in the national phase-out products, carry out analysis and Research on Application of hoist machine design, performance, and has practical value and important practical significance, this time through the design of a walking drive system, hoping to find the existing problems, and puts forward the solution, in order to develop and to our hoist improved prayer referenceKeyword：Windlass; Design; large volume; capacity目录第1章绪论 (1)选题背景 (1)国内外进展概况 (1)传动装置整体设计方案 (2)第2章电动机的选择 (4)2.1.电动机的类型 (4)2.2.电动机的容量 (4)2.3确信电动机的转速 (4)、确信传动装置的总传动比和分派传动比 (5)2.4.1 总传动比 (5)2.4.2 分派传动装置传动比： (5)计算传动装置的运动和动力参数 (5)2.5.1 各轴转速 (5)2.5.2 各轴输入功率 (5)第3章齿轮的设计 (7)3.1选定齿轮类型、精度品级、材料及齿数 (7)按齿面接触强度设计 (7)计算 (8)3.4.按齿根弯曲强度设计 (9)设计计算 (10)3.6.几何尺寸计算 (11)第4章蜗杆的设计 (12)4.1.选择蜗杆传动类型 (12)4.2.选择材料 (12)按齿面接触疲劳强度进行设计 (12)4.4.计算中心距 (13)4.5.蜗杆涡轮的要紧参数与几何尺寸 (13)4.6.校核齿根弯曲疲劳强度 (14)4.7.验算效率 (15)第5章转动轴承和传动轴的设计 (16)5.1.蜗杆轴的设计 (16)轴上的功率 (16)求作用在蜗杆上的力 (16)初步确信轴的最小直径 (16)依照轴向定位的要求确信轴的各段直径和长度。
高炉卷扬机调速系统研究
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图 １ 料车速度 和加速度图 —１
图１ ２Ｐ Ｃ — Ｌ 接线图
４ 控制 系统设计
４ 主 卷扬 机 变频 器 的选 型 ． １
高炉上料卷扬机 的负载特点是重载起动 ，而且起 动 、制动和调速均相 当频繁（ 每小 时可达 ６ 次以上） ０ ， 根据所装备 的卷扬 电动机和 上述特 性要求 ，我们 选用 三菱通用型矢量控 制变频器 ，其型号Ｆ — ７ ０ ５ Ｋ Ｒ Ａ ４ —５ — Ｃ Ｔ Ｈ ，完全可 以满足高炉上料卷扬工 艺过 程对传 动系 统的要求。
卷扬机传统 的调速 方法是 ：由接触器控制接入 电
击 ，导致 电机 的使用寿命大大降低 ，而且极容易出现 “ 掉道”现象。 （） ６ 电网电压 的高低对速度影响很大。 高炉冶炼 必须维持连续 生产 ，上料卷扬机工作节 奏快且作业率高 ，要求动作必须迅速、准确并能承受相 当恶劣的工作环境。它的电气传动 系统必须满足调速性 能优良、可靠性高、结构简单、维护方便等条件。变频 调速是交流调速系统中当前最先进且发展最快的一种方 式。它完全可 以适应高炉上料卷扬机的一切工艺和控制 特性要求。
Ｅ ｃＨ ＧＥ。ＦＥ Ｐ Ｒ．Ｎ Ｅ 经验交流 ｘ ＡＮ ｘ Ｅ Ｅ ｃ
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图１ ３Ｐ Ｃ — Ｌ 接线图 ５ 小结 高炉冶炼必须维持连续生产 ，上料卷扬机工作节 奏快且作业率 高 ，要 求动作 必须 快速、准 确并承 受相 当恶劣工作环境。高炉上料系统利用现代计算机技术将
机械设计课程设计-设计电动卷扬机传动装置
Ⅴ轴: T5-5= T5η7=121.83*0.97=118.18
滚筒T6-6== T6η11=118.18*0.99=117.00
运动和动力参数计算结果见表-3。
表-3
轴号
功率(kW)
转矩(N/m)
转速(r/min)
传动比i
效率η
输入转矩
5．齿轮的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
6．轴承、联轴器和键的选择及其参数设计。。。。。。。。。
7．箱体的结构设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
8．润滑油的选择及密封设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
9．制动器的选择。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
110
350
275
325
530
240
325
695
3．确定传动装置的总体传动比和分配传动比
一、计算总传动比
电动机满载转速 n电 =1460r/min,滚筒轴工作转速n2=22.196
总传动比：i总=n1/n2=1460/22.196=65.778
二、分配传动装置的传动比
i总=i1 i2 i3
其中i1、i2、i3分别为两对内齿轮、一对外齿轮的传动比。两对内齿轮初步取i1,2=4,则行星一对外齿轮的传动比为：i3=4.111125
一课程设计任务书。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
二设计步骤
1．传动装置总体设计方案。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
2．电动机的选择。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
慢动卷扬机传动装置设计方案
慢动卷扬机传动装置设计方案计算及说明主要结果1 设计题目1.1设计题目方案2：间歇工作，每班工作时间不超过15％，每次工作时间不超过10min，满载起动，工作中有中等振动，两班制工作，钢䋲速度允许误差±5％。
小批量生产，设计寿命10年。
传动简图及设计原始参数如表：数据编号钢䋲拉力 F（KN）钢䋲速度V（m/s）滚筒直径D（mm）8 25 12 400表1-1 原始数据2 系统总体方案的确定2.1系统总体方案电动机→传动系统→执行机构，初选三种传动方案，如下：方案1二级圆柱齿轮传动方案2 蜗轮蜗杆减速器方案3 二级圆柱圆锥减速器2.2系统方案总体评价比较上述方案，在方案2中，此方案为整体布局小，传动不平稳，虽然可以实现较大的传动比，但是传动效率低。
方案1结构简单，且传动平稳，适合要求。
方案3中的方案布局比较小，但是圆锥齿轮加工较困难，特别的是大直径，大模数的锥轮，所以一般不采用。
最终方案确定：采用二级圆柱齿轮减速器，其传动系统为：电动机→传动系统→执行机构.3 传动系统的确定3.1 选择电动机类型1.功率计算 卷筒速度计算：min r 55.94001210001000n =⨯⨯=⨯=ππνD 卷扬机卷筒输出功率：Pw=FV=25*12/60=5KW 传动效率计算：8.096.095.098.097.099.054321422422=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯=ηηηηηη96.0-595.0-498.0-397.08-299.0-1卷筒传动效率取开式齿轮传动效率取滚动轴承的效率取级精度）的传动效率取闭式齿轮（弹性联轴器的效率取ηηηηη电机所需要的功率：25.68.05wd ==P =P η根据所算的功率查资料，查的有三种电机可选择：Y132M-4，Y160M-6和Y160L-8。
将它们各个参数比较如下表： 型号额定功率（KW ）满载转速(r/mi n)价格总传动比Y132M-4 7.514401100左右150.78Y160-6 7.59701600左右101.57Y160L-87.57201900左右75.392、方案比较： 方案（一）：按所给设计参数，选用直齿圆柱齿轮传动。
印度某钢厂高炉主卷扬的设计改进
由以下 数据计 算如 下 ：
５ ２
（ 中 Ｇ＝ ． ． ０＋ ０ Ｏ ｌ００ ） 其 ２５ ４ ｌ Ｏ ４ ０＝ ０Ｋｇ Ｘ２ ｘ ０ ０
Ｆ拉 ＝Ｇ ｎａ ｘＳｉ ＋ｍａ ：１ ０ ０ ０ ｉ ８６７ ＋ｌ ０ ０ ０ ｘ１ ｘＳ ｎ５ ． 。 ０ ｘＯ ２ ０ Ｏ ５
．
两 个料 车位 直 线段 ， Ｊ ＝ 并处 于最 大加 速 度 Ｉ （＝ ． ｓ ） Ｎ ａ ０５ － ｍ／
原设计方案为了便于调速， 采用的电机 为直流电机， 现阶段变频 电机的普遍使用已
电机 功率 的计算 ： 一个料车位于料坑， 另一个料车位于分
歧轨上，如下图所示：
５０
Ｆ 拉 Ｇ Ｓ ｎ ＝ 一 ｘ ｉ ａ ｍａ
卷扬卷筒的功率：
Ｐ＝Ｆ拉Ｖ＝８ ９ｌ ｘ１４１ ２ ７ ９ ． ＝１ ４ ＫＷ
制 动 转矩 Ｔ Ｔ・ｐＮｍ） ＝ ｔ （・ Ｓ
式中 ：
（） １
× ． １ ４ １（ ｍ） ０９ ＝ ６ ５Ｎ． ４ Ｔ ６ ８ ７ （ ｍ、 ’４ ０ ６Ｎ’ １ ５
Ｔ． 直负 载对 负载 轴 的转 矩 Ｎ・ ｔ 垂 ｍ
参考上述计算结果， 采用原双制动器形
式 ，选 定 制动器 型 号 为 Ｙ ９７０Ｅ ０ ， ＷＺ —１／３ ｌ 单 个制 动力 矩 为 ４０ ．００ ０ ０８ ０Ｎ，满足 制动要
＝８７ ９ ９ｌ Ｎ
Ｆ拉 Ｇ 矿 ｘ ｉ ａ ｍ 矿ａ 一 Ｓｎ ： Ｆ拉 Ｇ 矿 ｘ ｉ ａ ｍ 矿ａ ： Ｓｎ ＋
＝
＝Ｇ 矿 ｘＳｉ ｘ ０５ ｎａ ２．
＝ ０ ０ ｘ ｉ ５ ． ７ ｘ ．５ ６ ０ ｘｌ Ｓ ８ ６ 。 ２ ０ ｎ ０
卷扬机的设计与计算
原技数1.1 传动方案1.1.1组成：传动装置由电机、减速器、工作机组成。
1.1.2特点：齿轮相对于轴承不对称分布，故沿轴向载荷分布不均匀，本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。
传动方案采用了两级传动，第一级传动为带传动，第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速器。
带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。
齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之一。
本设计采用的是展开式两级直齿轮传动。
总体来讲，该传动方案满足工作机的性能要求，适应工作条件、工作可靠，此外还结构简单、尺寸紧凑、成本低传动效率高。
第二部分 电动机的选择及传动比分配2.1电动机的选择2.1.1传动装置的总效率5423421ηηηηηη= 按表2-5查得各部分效率为：联轴器传动效率为99.01=η，滚动轴承效率（一对）99.02=η，闭式齿轮传动效率为97.03=η，联轴器效率为99.04=η，传动滚筒效率为96.05=η，代入得η=8504.096.099.097.099.099.024=⨯⨯⨯⨯2.1.2工作机所需的输入功率ηwd P P =，其中1000)(FVkw P W =所以=⨯⨯⨯=10008504.03.1106.13d P 2.45kw 使电动机的额定功率P ed ＝（1～1.3）P d ，由查表得电动机的额定功率P ＝ 33KW 。
2.1.3确定电动机转速计算滚筒工作转速nin r D n w /14.594203.11000603.1100060=⨯⨯⨯=⨯⨯=ππ：由推荐的传动比合理范围，二级圆柱齿轮减速器的传动比一般范围：9~25，则总传动比的范围为，25~9'=i ,故电机的可选转速为：min /1479~53214.59)25~9(''r n i n w d =⨯==2.1.4确定电动机型号根据以上计算在这个范围内电动机的同步转速有750r/min ，1000r/min ，1500r/min ，3000r/min ，综合考虑电动机和传动装置的情况，同时也要降低电动机的重量和成本，最终可确定同步转速为1000r/min ，根据所需的额定功率及同步转速确定电动机的型号为Y132S - 6 ，满载转速 960r/min 。
高炉卷扬机PLC控制变频调速系统设计说明
天津广播电视大学机械设计制造与自动化专业本科<< 机电接口技术>>课程设计标题:高炉卷扬机PLC控制变频调速系统设计学校滨海学院学号1412001206176姓名XXX指导教师XXXX日期2016 年10 月26 日摘要高炉上料卷扬机是高炉的关键设备之一，当前国内多数304M3级高炉的主卷扬机的调速方式采用转子串电阻调速式，但电阻容易烧毁，加上卷扬机钢丝绳松紧程度不一，有时出现料车“挂顶”事故，严重影响了生产，因此需要此系统进行改造。
本文针对异步电机这样一个多变量的、强祸合、参数时变的复杂非线性系统，系统地研究了异步电机参数辨识与状态估计方法，分析了交流电动机各种调速方法的优劣。
转子磁场定向控制使交流调速系统的性能产生了质的飞跃，异步电机无速度传感器矢量控制更是增加了系统的简易性和鲁棒性，这种系统需解决两个问题:转速的估计和转子磁链的观测。
对系统的仿真实验表明，基于模型参考自适应系统的矢量控制系统具有较好的静态和动态性能，选择了矢量控制变频器解决进料系统控制问题。
最后，本文给出了一种基于矢量控制的异步电机变频调速系统实现方案。
变频调速的主电路设计是带有特殊性的电力电路设计，既要遵守电力设计的一般规律，也要考虑变频调速系统的特殊情况，同时针对控制目的选择变频器，通过控制端子实现的控制系统功能，正确设置命令和频率源等参数，采用PLC控制保证调速控制精度，考虑控制电路的抗干扰措施，对硬、软件进行了优化设计，从而保证了系统控制的实时性和安全性。
关键词:高炉；上料卷扬机；PLC变频器；变频调速目录前言 (3)1.系统的背景和研究意义 (3)2.PLC技术的发展及工作特点 (2)2.1.PLC的概述 (3)2.2.PLC的发展 (3)2.3.PLC的工作特点 (4)3.变频器技术的发展及应用 (4)3.1.变频器的概述 (4)3.2.变频器的发展 (5)3.3.变频器的应用 (5)一、系统概述 (6)1.1.系统构成 (6)1.2.系统工艺流程与控制要求 (7)二、料车高、中、低速运行参数设置 (9)2.1.料车速度控制要求 (9)2.2.变频器的端子功能 (10)2.3.变频器的参数意义 (10)2.4.变频器的参数设置操作方法 (11)三、硬件设计 (12)3.1.设备选择 (12)3.1.1.交流电动机的选用 (12)3.1.2.变频器的选择 (12)3.2 I/O.分配及PLC的选型 (13)3.2.1.I/O分配 (13)3.2.2.PLC的选型 (13)3.3.I/O接线图 (15)四、软件设计 (16)4.1.S7-200PLC主程序设计 (17)4.1.1.主程序 (17)4.1.2.电源（Power） (19)4.1.3.指示灯（Lights） (20)4.1.4.电磁抱闸（Electromagnetic brake） (21)4.1.5.正常运行（Nomal） (22)4.1.6.状态监测（Maintenance） (25)五、调试运行 (27)结论 (28)参考文献 (29)前言1.系统的背景和研究意义高炉上料卷扬机是高炉冶金系统的关键设备之一，当前多数的高炉卷扬机的调速方式传奇串电阻调速，但电阻容易烧毁，加上卷扬机钢丝绳松紧程度不一，有时出现料车“挂顶”事故，严重影响了生产，因此需要此系统进行改造。
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电力电子与电机拖动综合课程设计
题目: 卷扬机调速系统设计
所在院系：机械电子工程各学院
专业：11自动化（1）班
学号：2011103201XX
姓名：林XXX
完成日期：2014-06-16
指导教师：万军
景德镇陶瓷学院
电力电子与电机拖动综合课程设计任务书__班级指导老师
教研室主任签字：年月日
目录
1.摘要 (4)
2.卷扬机的基本结构和工作特点 (4)
3.交流电动机的调速传动 (4)
4.控制系统原理分析 (6)
5. 主电路杭干扰措施 (8)
6. 变频器的调速控制 (11)
7. 结论 (14)
8. 参考文献 (14)
摘要
“卷扬机变频操控系统”是专门针对金矿竖井作业中罐笼升降而设计开发的拖动控制系统。
该系统主要用于卷扬机电机的拖动调速，充分考虑了低速力矩、空停制动和安全保护等问题，可以取消原交流绕线电动机，电机碳刷和滑环不再存在，取消原用于调速的接触器及大功率电阻排。
彻底杜绝了原调速系统维修成本高、维护工作量大、能耗高、调速性差的缺陷。
本文给出了一种基于矢量控制的异步电机变频调速系统实现方案。
变频调速的主电路设计是带有特殊性的电力电路设计，既要遵守电力设计的一般规律，也要考虑变频调速系统的特殊情况，同时针对制目的选择变频器，通过控制端子实现的控制系统功能，正确设置命令和频率源等参数，采用PLC控制保证调速控制精度，考虑控制电路的抗干扰措施，对硬、软件进行了优化设计，从而保证了系统控制的实时性和安全性。
关键词:上料卷扬机；PLC变频器；变频调速
1.1卷扬机的基本结构和工作特点:
卷扬机（又叫绞车/电葫芦）是由人力或机械动力驱动卷筒、卷绕绳索来完成牵引工作的装置。
可以垂直提升、水平或倾斜拽引重物。
现在基本上都是电动葫芦，电动卷扬机是由电动机、传动机构和卷筒或链轮组成，分钢丝绳电动葫芦和环链电动葫芦两种。
工作特点:其工作特点是：(1) 能够频繁起动、制动、停车、反向，转速平稳，过渡时间短; (2) 能按照一定的速度图运行; (3) 能够广泛地调速，调速范围一般为0.5~3.5m/s,目前料车最大线速度可达3.8m/s。
(4) 系统可靠工作。
在
进入曲轨段及离开料坑时不能有冲击，确保终点位置准确停车。
5. 对拖动系统的要求.
1.2交流电动机的调速传动
1.2.1调速传动的运动方程
调速传动系统中旋转运动时，其旋转运动方程为
式中T—驱动转矩(N²m);
Tz一负载转矩，即阻转矩((N²m);
Jdω/dt—惯性转矩(N²m);
ω—电动机的角速度(rad/s );
J—折算到电动机轴上的总转动惯量(kg . m')，由式((1-2)表示
式中G—旋转部分的重量((N);
D—惯性体直径(m);
将式(1-1)中的角速度。
(rad/s)变为速度n(r/min)表示2控制系统原理分析
3 控制系统设计
3.1 卷扬机施动系统要求
3.1.1 卷扬机电动机运行状态分析
3.2 变频调速系统主电路设计
这里所说的主电路，是指以传递功率为主要任务的电气回路。
在变频调速系统中，主电路大致可以分为三个基本部分:电源输入、输出到电动机电路、制动电路。
3.2.1 输入输出电路主体功能设计
3.2.2主电路杭干扰措施
结论：
卷扬机必须维持连续生产，工作节奏快且效率高，要求动作必须快速、准确并承受相当恶劣工作环境。
本文提出了其交流传动方案，采用变频调速方案构成了一套新型卷扬机控制系统。