大车运行机构的设计车辆工程专业

目录摘要IAbstractII引言III1 天车总体结构设计11.1 功能分析11.2 天车设计的总体方案11.2.1 主梁的设计：11.2.2 小车的设计：11.2.3 端梁的设计：22 大车运行机构的设计32.1 设计的基本要求和原则:32.1.1 机构的传动方案:32.1.2 大车运行机构的具体布置：32.2 大车运行机构的计算42.2.1 确定机构的传动方案42.2.2 选择车轮与轨道，并验算其强度42.2.3 运行阻力计算62.2.4 电动机的选择62.2.5 电动机的发热功率条件的验算72.2.6 选择减速器72.2.7 运行速度和实际所需功率的验算72.2.8 起动时间的验算82.2.9 起动工况下校核减速器功率92.2.10 启动不打滑条件的验算102.2.11 制动器的选择112.2.12 联轴器的选择122.2.13 验算浮动轴132.2.14 选择缓冲器143 端梁的设计153.1 端梁的尺寸153.1.1 端梁截面尺寸的确定153.1.2 端梁总体尺寸153.2 端梁的计算153.3 计算主要焊缝183.3.1 端梁端部上翼缘焊缝193.3.2 验算下盖板翼缘焊缝的剪应力194 端梁接头的设计204.1 确定及计算端梁接头204.1.1 计算腹板和下盖板螺栓受力204.1.2 计算腹板角钢和上盖板的连接焊缝受力214.2 螺栓和焊缝的强度的计算224.2.1 校核螺栓的强度224.2.2 校核焊缝强度225 无线遥控技术245.1 无线遥控技术概述245.2 工业遥控器245.3 工业遥控器的分类245.4 无线电遥控的工作原理245.5 德国FST系列无线遥控器255.5.1 FST系列无线遥控器简介255.5.2 FST系列无线遥控器的控制模式255.5.3 FST系列遥控器的选型266 天车的遥控改造276.1 天车运动形式及主要结构276.2 桥式起重机的基本参数276.3 遥控改造整体思想276.4 遥控改造的中间接口电路的设计286.4.1 遥控的发射系统286.4.2 遥控器接收系统的输出图296.4.3 遥控和室控的转换电路的设计306.4.4 保护回路的遥控改造316.4.5 行走机构的遥控改造326.4.6 升降机构的遥控改造336.4.7 遥控器的输出及PLC的外围电路376.5 PLC程序设计396.5.1 S7-200编程软件概述396.5.2 PLC程序设计407 结束语478 致谢489 参考文献49摘 要 本次设计是严格按照物流仓储中的的大型物流运输设备制作，在一定的基础上实现天车的全部功能，即在仓库任何位置用遥控装置抓取物品放到指定位置，可以实现上下，左右，前后的方向控制，遥控装置分为遥控发射机和遥控接收机，通过驱动外围设备控制天车的运行，实现对天车的远距离控制，方便了操作。 采用无线遥控的方式来控制天车，本次设计的主要难点是接口电路的设计，首先要保证操作室内控制功能不发生改变，并且天车的控制线路要和遥控器控制线路有安全的连锁保护功能。改造时还要注意有害气体，高温，含尘介质等工业因素对遥控系统造成的影响。 本课题通过对天车的原理进行分析和研究，以天车各部分功能和结构为起点，设计一种型遥控器，并且对西门子s7-200 Plc进行改造，解决了工业上天车存在的一系列难题。关键词：天车；遥控系统；接口电路；PLCAbstract This design is strictly in accordance with the large-scale logistics in logistics warehousing equipment production, on the basis of all functions that are crown, namely in the warehouse any position grabbing items in the specified location, with remote control can be realized up and down, left and right, front and rear direction control, remote control devices are divided into remote transmitter and remote control receiver, by driving peripherals, control the operation of the crown, realize the remote control of the crown, convenient for operation.With the method of wireless remote control to control the crane, the main difficulties of this design is the design of interface circuit, first of all to ensure that the operating indoor control function is not changed, and the crown and the remote control circuit to control circuit has a safety chain protection function.It is also necessary to pay attention to the influence of industrial factors such as harmful gas, high temperature and dusty media on the remote control system.This topic through the analysis of the principle of crown and research, with every part of the function and structure of crown as the starting point, to design a type of remote control, and the modification of the Siemens s7-200 Plc, industry based on a series of problems are solved.Key words:bridge crane；Remote control system：Interface circuit；PLC引言天车是一种升降重物的起重机械，它一般在车间，料场使用广泛。因为它的形状像桥，一般坐落在金属架上，所以又被称作龙门吊和起重机。它的优点是使用的范围广，而且数量庞大。它在现代化生产和制造中起到重要作用，对起重，机械化，自动化有着至关重要的意义。天车在军工企业，生产制造企业，运输行业，钢铁化工，物流等部门得到广泛的应用。提高了生产效率，对机械自动化起了重要作用，同时也减轻了劳动力，这个机械设备使我们生活中不可或缺的。根据天车的应用范围分为三种，冶金天车，通用天车和龙门天车。车间的重物升降和吊运可以通过通用天车来实现；冶金天车主要应用于冶金工艺操作生产；龙门天车主要用于搬运室外的物料。由于天车在用途和取物装置的不同，因此在作用和构造上也不尽相同。为此，我们对传统天车进行遥控改造。采用工业遥控器装置，利用发射和接收器，使操作人员可以在远距离进行非接触式控制，没有了操作面板的限制，优化了生产，减轻了劳动力提高了工作效率，工作细节一目了然。尤其在环境糟糕的工业现场，有害气体和尘土多的车间，还有对危险物品的运送，存在巨大的优势，同时减少了工作劳动力，改善了工作人员的工作环境，提高了生产精度。IV1 天车总体结构设计1.1 功能分析天车的功能要求要实现空间上的上下，左右，前后的移动，因此，本次天车模型在三个方向分别运用了不同的轨道设计使其能够在不同情况下正常工作，在左右方向通过控制小车在轨道上滚动实现重物左右方向上的移动，在竖直方向上，通过电动葫芦用钢绳使重物下放或者上升，在大车运动方向上，设计了两套方案， 方案一：通过定向脚轮在铺地轨道上传动整个机架前后运动，从而实现天车模型的前后方向的运动。 方案二：在地面不铺设轨道，直接放在地面上。1.2 天车设计的总体方案本章主要对箱形天车进行介绍，确定了方案并对方案进行简单分析。箱形双梁天车有很多优点，它的加工零件比较少，在使用过程中工艺性良好，能够得到广泛使用等特点，使其在制造生产中被广泛使用。我国在510吨的小起重量系列产品中主应用这种天车，但天车本身也存在一些缺点：自重比较大、容易下挠，在设计和制造时必须采取一些措施来防止。 天车设计的主要参数如下： 起重量10吨，跨度，升降高度为10m，升降速度为8m/min，小车运动速度为40m/min，天车重量16.8t，大车运动速度为，小车重量。 根据以上数据确定设计总体方案如下：1.2.1 主梁的设计： 主梁的结构是由上下两块盖板还有两块相互垂直的腹板形成一个封闭箱式截面体，它的横截面腹板厚度是，主梁的跨度为，主梁的翼缘板厚度是，主梁跨度中部高度为，主梁和端梁之间通过搭接连在一起，连接处的高度取，大车运行机构的尺寸，端梁的长度决定了主梁上走台的宽度，横向或纵向加劲板和角钢来维持腹板的稳定性。1.2.2 小车的设计：小车主要由起升机构，运动机构和车架构成。采用闭式传动齿轮的方案来控制小车运动，小车车轮带有角形轴承箱，车架可以将小车的车轮固定，在车架上安装固定电动机，设计中车轮轴和电机轴处于上下不同平面，在这里我们选用的减速器是立式三级圆柱齿轮减速器，它的输出轴和车轮轴之间采用半齿联轴器，并带有浮动轴，输入轴与电动机轴之间和前者联轴器的选取一致。通过查找资料和依据自己的经验，我们采用粗略的计算方法设计小车架，我们不选择之前的焊接横梁，而选用通过钢板冲压成型的型钢起升机构采用闭式传动方案，选用两个半齿联轴器和一中间浮动轴的连接方式将电机轴和高速轴连接起来，减速器的低速轴和卷筒之间采用圆柱齿轮传动。 1.2.3 端梁的设计： 端梁的设计对天车起着至关重要的作用，它起着承载平移运输主要作用，主要由车轮组合端梁架组成，端梁部分主要由上下盖板和腹板结合而成；端梁通过两段高强螺栓连接构成。通过主梁的跨度，大小车的轮距来确定端梁的尺寸；采用分别传动的方式来控制大车运行。在对天车进行装配时，先将一端端梁与一根主梁连接，之后再将端梁的两端连接起来。 2 大车运行机构的设计2.1 设计的基本要求和原则:设计大车的运行机构，也要考虑到桥架的设计，主要的设计步骤有： 1. 确定大车运行机构和桥架的构造2. 分析桥架的结构尺寸3. 安排大车运行机构的具体位置和尺寸4. 综合考虑二者的关系并完成部分的设计 对大车运行机构的基本要求：1. 结构紧凑，重量尽量要轻一些2. 和桥架配合要合适，这样桥架设计容易，机构好布置3. 尽可能把主梁的扭转载荷减少，不能影响桥架的刚度4. 机构布置合理，维修检修方便2.1.1 机构的传动方案:大车的传动方案常用的有两种，一是集中传动，二是分别传动，本次设计在常用跨度下我们选择分别传动的传动方案。2.1.2 大车运行机构的具体布置：1. 轴承位置的安排2. 联轴器的选择3. 轴长度的确定在布置大车运行机构的零部件时注意以几点：1. 因为大车运行机构要安装在天车桥架上，桥架运行速度比较高，受扭转载荷的影响，机构零件在桥架上的安装可能会有误差，所以我们为了保持机构的运动性能，避免安装的不准确，在靠近电机轴，减速器轴，车轮轴，我们选用浮动轴。2.我们应该尽量让机构零件离主梁近一些，离走台栏杆远一些。为了端梁能够支撑零部件的重量，尽量靠近端梁。通过这样的方法来减少主梁的扭转载荷。3.参考现有资料，在浮动轴有足够长时，减小运行安装机构的平台，同时为了桥架制造和设计的便利性，需要占用桥架一到两个节间的长度。4.在靠近电机的位置安装制动器，以便运行机构在制动时浮动轴可以产生吸收冲击动能的作用。2.2 大车运行机构的计算天车设计的主要参数： 起重量10吨，跨度，升降高度为10m，升降速度为，机构运行持续率为，小车运动速度为40m/min，大车运动速度为，小车重量4t，天车的重量吨，工作类型为中级，采用箱形结构的桥架。计算过程如下：2.2.1 确定机构的传动方案天车采用分别传动的方案如图2.1图2.1 大车运行机构1电动机 2制动器 3高速浮动轴 4联轴器 5减速器 6联轴器 7低速浮动轴 8联轴器 9车轮2.2.2 选择车轮与轨道，并验算其强度计算大车的最大轮压和最小轮压：满载时的最大轮压：Pmax= =空载时最大轮压：Pmax= =50.2KN空载时最小轮压：Pmin= =33.8KN公式中e为主钩中心线离端梁的中心线的最小距离e=1.5m载荷率：Q/G=100/168=0.595查阅资料选择车轮：大车运行速度为，中级工作类型，时，轨道为P的许用轮压为150KN，大车的车轮直径，所以车轮可用。1）.计算疲劳强度疲劳强度计算时的等效载荷：=60000N 式中2 为 等效系数，查得2=0.6车轮的计算轮压：= KCI r Pd式中：Pd车轮的等效轮压Pd= =r为载荷变化系数,查得当时，Kc1为冲击系数，查得第一种载荷当运行速度为时，根据点接触情况计算疲劳接触应力： sj=4000 =4000r为轨顶弧形半径，查得，车轮的材料为，当时，sjd，疲劳强度的计算满足要求。2）.强度校核最大轮压的计算：=KcII = =式中KcII为冲击系数，查得第II类载荷KcII=1.1在点接触的情况下对接触应力进行强度校核：jmax= = 车轮采用ZG55II，查得时， j=，jmax j 所以满足强度要求。2.2.3 运行阻力计算摩擦总阻力距，查得 Dc=500mm，车轮的轴承型号为：22220K， 轴承内径和外径的平均值为：查得滚动摩擦系数，轴承摩擦系数=0.02，附加阻力系数=1.5代入上式中：当满载时的运行阻力矩：Mm（Q=Q）= Mm(Q=Q)=b()( k +m) =（）（）=Nm运行摩擦阻力：Pm（Q=Q）=空载时：Mm（Q=0）=G（K+d/2） = P m（Q=0）= Mm（Q=0）/（Dc/2） 2.2.4 电动机的选择电动机静功率：Nj=PjVdc/（60m ） 式中Pj=Pm（Q=Q） 为 满载运行时的静阻力(P m（Q=0）=2016N) 驱动电机的台数m=2，初选电动机功率：N=Kd*Nj=式中Kd-电动机功率增大系数，查得Kd=1.3选用电动机；，（GD2）=0.567kgm2，电动机的重量2.2.5 电动机的发热功率条件的验算等效功率：Nx=K25rNj = =式中K25为工作类型系数，查得当JC%=25时，K25=0.75 r按照天车工作场所得tq/tg=0.25，估得r=1.3由此可知：,故初选电动机条件通过。因此选择电动机：YR160M-82.2.6 选择减速器车轮的转数：机构传动比：i。=选用两台减速器i=12.5；，当输入转速为，可见中级。2.2.7 运行速度和实际所需功率的验算实际运行的速度：Vdc= i。/ i。=误差：=（- Vdc）/ =（=1.6%15%合适实际所需的电动机功率：Nj=Vdc/=因为Nj式中p1=-主动轮轮压p2= p1=84KN-从动轮轮压 f=0.2-粘着系数防止打滑的安全系数.1.051.2n = =n,故两台电动机空载启动不会打滑2.事故状态当只有一个驱动装置工作,且小车位于工作中的驱动装置这一边时,则n=p1=-主动轮轮压 p2=2+=-从动轮轮压-一台电动机工作时空载启动时间=n= =n,故不打滑.3.事故状态当只有一个驱动装置工作,而无载小车远离工作着的驱动装置这一边时,则n=，式中P1=33.8KN-主动轮轮压P2=2=-从动轮轮压= 13.47 S 与第二种工况相同n= 故不会打滑结论:根据上述不打滑验算结果可知,三种工况均不会打滑2.2.11 制动器的选择取制动时间按空载计算动力矩,令Q=0,得:=式中= =-19.2NmPp=G=制动器台数M=2.两套驱动装置工作=41.2 Nm选两台制动器，型号为，查得其制动力矩为200 Nm，制动器容易打滑，所以在使用过程中将制动力矩调到3.5 Nm以下。2.2.12 联轴器的选择根据传动方案,各个机构的低速和高速轴均采用浮动轴.1.机构高速轴上的计算扭矩：= Nm式中MI为连轴器的等效力矩. MI= Nm为等效系数 取=2查得Mel=9.75*= Nm查得:电动机Y160M1-8轴端为圆柱形,;查得ZLZ-160-12.5-iv的减速器,高速轴端为,故在靠近电机端选ZLL2联轴器（浮动轴端;m,(GD2)ZL=0.063Kgm,重量） ；在靠近减速器端，选用两个联轴器ZLD，在靠近减速器端浮动轴端直径为d=32mm;MI=630 Nm, (GD2)L=0.015Kgm, 重量G=8.6Kg. 高速轴上转动零件的飞轮矩之和为： (GD2)ZL+(GD2)L=0.063+0.015=m与估算的基本相符，不需要再算。2.低速轴的计算扭矩： = Nm2.2.13 验算浮动轴1）.计算疲劳强度低速浮动轴的等效力矩：MI=1Meli=Nm1为等效系数，查得1=1.4由已取得浮动轴端直径D=60mm，其扭转应力为： N/cm2由于浮动轴载荷为循环变化，所以许用扭转应力为： = N/cm2材料选用45号钢，取ss=30000N/cm2，sb=60000 N/cm2，则t-1=0.22sb=N/cm2；ts=0.6ss=N/cm2零件几何形状的表面状况应力集中系数为安全系数，查得tnt-1k 所以疲劳强度符合要求。2）.计算静强度强度扭矩的计算：=2Meli = Nm2为动力系数，查得2=2.5扭转应力：t=3800N/cm2许用扭转剪应力：N/cm2 ttII,因此强度验算合格。高速轴所受扭矩强度足够，故高速轴验算省去。2.2.14 选择缓冲器1.碰撞时天车的动能 W动= G带载天车的重量G=168000+1000000.1 =N V0碰撞时的瞬时速度，V0= g重力加速度取10m/s2W动= = N m2. 缓冲行程内运行阻力和制动力消耗的功 W阻=（P摩+P制）S 式中P摩为运行阻力，其最小值为=Gf0min=N f0min最小摩擦阻力系数取f0min=0.008 P制按最大制动减速度计算 P制=N =0.55 m /s2 缓冲行程取S=140 mm因此W阻=N m3. 缓冲器的缓冲容量 一个缓冲器要吸收的能量为： = N m n为缓冲器的个数 取n=1选择弹簧缓冲器弹簧 19沈阳理工大学学士学位论文3 端梁的设计3.1 端梁的尺寸3.1.1 端梁截面尺寸的确定1. 端梁截面尺寸：头部下盖板d2=12mm 上盖板d1=10mm, 中部下盖板d1=10 mm车轮组尺寸的确定，首先要将支撑车轮的截面配置好，这样我们知道了两盖板的宽度，端梁的高度之后，就可以确定端梁中间部分的截面尺寸。轨道边与端梁中部下盖板的距离为，两下盖板内边与车轮两侧面距离为10mm，上盖板的底面与车轮的轮缘距之间距离为25mm，所以车轮与端梁之间不容易发生碰撞。如图3.1所示图3.1 端梁截面尺寸图3.1.2 端梁总体尺寸大车轮距的确定：K=（）L=（）取 端梁的高度 H0=（0.40.6）H主 取H0=500端梁的总长度3.2 端梁的计算1.确定计算载荷 设主梁对端梁的作用力相等，则端梁的最大支反力：RA=式中 K为大车轮距， 为小车轮距，=200cm a2为传动端车轮轴线到主梁中心线的距离，取 =所以RA= =2.端梁的水平最大弯矩1）. 端梁产生的最大水平弯矩： =Sa1 式中：S为车轮侧向载荷，S=lP； l为侧压系数，查得，l=0.08； P为车轮轮压，即端梁的支反力P=RA 因此： =lRAa1=cm3.端梁的垂直最大弯矩 端梁在主梁支反力作用下产生的最大弯矩为： =RAa1= a1为导电端车轮轴线到主梁中心线的距离，4.端梁的强度验算 端梁中间截面对垂直重心线Y-Y的截面模数： =1154.4 端梁中间截面对水平重心线X-X的截面模数： = 端梁中间截面对水平重心线X-X的惯性矩： =2380.8 = 端梁中间截面对水平重心线X-X的半面积矩： = 端梁中间截面的最大弯曲应力： =N/cm2 端梁中间截面的剪应力： =N/cm2 端梁支承截面对截面模数，面积矩和水平重心线X-X的惯性矩的计算如下： 先求水平重心线的位置 线的距离： C1= =cm水平重心线距腹板中线的距离： C2= = cm 水平重心线到下盖板中线的距离： C3= =8.06cm端梁支承截面对水平重心线X-X的惯性矩： =13+15.742+12.731.112+1.23+1.28.062=cm4端梁支承截面对水平重心线X-X的最小截面模数： = =3297 = cm3 端梁支承截面水平重心线X-X下部半面积矩： =+0.6/2 = cm3 端梁支承截面附近的弯矩： =11769914=N/cm2 端梁支承截面的弯曲应力： =/cm2 端梁支承截面的剪应力： = N/cm2 端梁支承截面的合成应力： = N/cm2 端梁材料的许用应力： sdII=(0.800.85) sII =N/cm2 tdII=(0.800.85) tII = = N/cm2 验算结果，所有计算应力均小于材料的许用应力，因此端梁的强度合格。3.3 计算主要焊缝3.3.1 端梁端部上翼缘焊缝端梁支承截面上盖板对水平重心线X-X的截面积矩：=cm3端梁上盖板翼缘焊缝的剪应力： =4878.8 N/cm2 n1为上盖板翼缘焊缝数； hf为焊肉的高度，取hf=0.6 cm3.3.2 验算下盖板翼缘焊缝的剪应力端梁支承截面下盖板对水平重心线X-X的面积矩：= cm3端梁下盖板翼缘焊缝的剪应力： =N/cm2 查得t=9500 N/cm2，则焊缝计算应力合格。4 端梁接头的设计4.1 确定及计算端梁接头根据端梁轮距K的数值，在端梁的中部放置端梁的安装接头。将角钢做的连接法兰焊在端梁接头上盖板与腹板之间，用连接板和螺栓将下盖板的接头连接起来。由于上盖板被顶部角钢顶紧，因此顶部角钢连接的螺栓不受外力。同时要将连接板和下盖板一同钻孔。采用M18的螺栓连接下盖板和连接板，采用M16的螺栓连接角钢与上盖板和腹板。接头的安装图如4.1所示图4.1 下盖板与连接板的连接图图4.1 连接板和角钢连接图4.1.1 计算腹板和下盖板螺栓受力1.腹板最下一排螺栓受力最大，每个螺栓所受的拉力为： N拉=2.下腹板每个螺栓所受的剪力相等，其值为： N剪= = = n0为下盖板一端总受剪面数； n为一侧腹板受拉螺栓总数；N剪 为下盖板一个螺栓受剪面所受的剪力： d1为腹板上连接螺栓的直径 H为梁高；H=500 mmM为连接处的垂直弯矩； d0为下腹板连接螺栓的直径； d0=16mm其余的尺寸如图4.2所示图4.2 其余的尺寸图4.1.2 计算腹板角钢和上盖板的连接焊缝受力1. 上盖板角钢连接焊缝受剪，其值为： Q= =172500N2.腹板角钢的连接焊缝同时受弯和受拉，其值分别为： N腹= = =M腹= =4.2 螺栓和焊缝的强度的计算4.2.1 校核螺栓的强度1.螺栓许用抗剪承载力计算：N剪= = =103007.7N 2.螺栓许用抗拉承载力计算：N拉= =查得t= s=N/cm2 由于 ,N剪N剪 ，所以螺栓符合强度要求。4.2.2 校核焊缝强度1.计算腹板由弯矩M产生的焊缝最大剪应力：tM=15458.7N/ cm2I =395.4（焊缝的惯性矩）其余尺寸见图4.3图4.3 其余尺寸图 2.计算由剪力产生的焊缝剪应力：tQ= =4427.7N/ cm2查得t为17000 N/ cm2折算剪应力：t= = N/ cm2t= N/ cm2h为焊缝的计算厚度，取h=6mm3.对上角钢的焊缝t= N/ cm2t，满足强度要求。5 无线遥控技术5.1 无线遥控技术概述无线电遥控技术是在无线电发明后发展起来的一门技术。它是按照操作员的要求通过无线电对远距离目标进行精确的非接触遥远控制。在国防，农业，科研领域得到广泛的应用。特点是灵活性高，安装成本低。如今,大部分机械设备可以实现遥控，本次设计是对天车进行的遥控改造。5.2 工业遥控器工业遥控器是可以对机械设备进行远距离控制，并通过无线电来传输的一种装置，是控制工程设备和工程机械的无线遥控设备。工业遥控器要求准确度高，抗干扰性强，耐高温，遥控距离等特点，这些都是工业遥控器比民用遥控器强的原因。工业遥控器主要用于机械制造，化工，工业建筑，采矿，造纸等工业领域。5.3 工业遥控器分类无线遥控系统的种类和分类方法主要有以下几种方法：1.按信号的编码方式分：脉冲编码和频率编码；2.按传递的方式分：雷达，超声波，红外线；3.按功能传输方式分：软件升级型，固定型；4.按传输通道数分为：多通道和单通道遥控；5.4 无线电遥控的工作原理发射和接收器构成了遥控系统。发射器主要由发射，驱动，编码，调制电路组成。指令编码信号由指令编码电路产生，载体通过编码指令信号被调制，之后通过驱动电路将放大功率，再向外发射指令编码信号通过发射电路。如图5.1所示图5.1 发射器电路原理方框图接收器主要由译码驱动电路，解码器，解调器，接口，接收电路组成。已调制的编码指令信号通过发射器发射，接收电路接收下来，将信号放大后送给解调电路。调制定编码通过解调器电路解调下来，也就是还原为编码信号。编码指令信号通过指令译码器进行译码，最后通过驱动电路来驱动执行电路实现接收。如图5.2所示图5.2 接收器电路原理方框图5.5 德国FST系列无线遥控器5.5.1 FST系列无线遥控器简介目前国内外有大量的遥控器生产商。描述了德国HBC公司的FST系列无线电遥控器的主要特点，该公司专门生产用于无线电遥控技术的遥控器以及桥式起重机的应用。HBC公司的远程控制系统是一个完全亚微米功率（10mW）高频无线收发设备。该公司的远程控制系统采用先进的实时控制方式（远程控制系统可分为实时控制和实时控制2），高集成电路和数字技术，以及优越的软件功能，其安全性和技术性处于领先地位。目前，德国HBC公司生产的FST系列工业无线遥控系统的地址代码已增加到24个。每个系统都有其独特的地址吗？FST系列工业无线遥控器按控制方式可分为按钮式，摇臂式和固定式三种;根据输出，可分为数字输出和模拟输出。该产品的核心是一个高频模块和一个双CPU检测电路。双CPU实时控制系统每秒可完成128次指令发送/接收操作20次。双CPU提供双解码冗余和分集技术，使系统在异常工作条件下自动关闭，防止错误信号向接收继电器或通信接口发送错误指示。接收机系统中有四个主管。其中两个用于校正接收到的信号和记录的数字信号，另外两个用于对CPU进行自检，从故障查找到保护电路启动，停止所有操作仅用0.55秒，而接收器系统使用窄FM允许通过所需的频率HBC已经开发出一种在此阶段使用DECT技术的产品。在相同的频率中断下，远程控制系统将自动发现不间断的频点，确保系统的高可靠性。5.5.2 FST系列无线遥控器的控制模式工业无线遥控系统的基本控制模式是一对一模式，即一个发射机对应一个接收机。根据不同的应用场合，也可能有一对多和多对一的控制模式。多对一的控制模式意味着多个发射机对应一个接收机，即多个发射机控制一个起重机在一个分时控制方式。一对多控制方式是指一台变送器对应多个接收器，即一台变送器同时控制多台起重机。这两种控制方式在不同的场合有不同的用途。5.5.3 FST系列遥控器的选型FST系列无线遥控器有多种类型。除了控制模式和输出模式之间的差异外，遥控器本身的控制点数量也是一个重要因素。控制点的正确选择可以有效降低系统成本。一般情况下，发射机上的按键占用一个控制点;控制的情况下，控制点的数量是一个用于原始控制位它是数字加上控制点;开关和钥匙开关不占用控制点。根据上述基本原理，发射机和接收机的具体型号可以参考远程操作起重机的实际操作要求来确定。在本文中，我们将选择HBC FST 722 M3 Spectrum 1双锁柜遥控系统，而不会改变操作习惯和操作员的灵活性。频谱1的技术参数：1. 2个最高可达六档位的摇杆；2. 摇杆可以用三轴摇杆代替;3. 各种单个文件重置按钮；4. 各种拨动开关或旋转锁开关;5. 紧急停止开关;6. 智能钥匙;7. 应用MRC功能;8. 可充电镍氢电池，无记忆效应；9. 连续工作时间约为20小时；10. 硬塑料外壳，IP65防护等级;11. 可增加：AFS功能，一对多功能，多对一功能，红外启动功能，防爆功能（Ex Zone 2），LED反馈功能;12. 可选接收器：FSE 508（仅用于MRC功能），FSE 512，FSE 516，FSE 524，FSE 727，FSE 736，FSE 770；6 天车的遥控改造6.1 天车运动形式及主要结构主副钩，大小车这几部分构成了天车的桥架。起升机构是由两个主副钩构成。大车的运动路线是在车间左右两侧柱子上，大车在轨道上可以实现上下移动;小车的运动轨道建在大车上，则小车可以横向运动;两个钩子装在小车上，重物可以用大钩来提升，轻物可以通过小钩来提升，两个钩子不能同时提升两个物体。每个钩子独立工作时提升重量不能超过额定重量;当主、副钩一起运作时，物件重量要小于主钩额定起重量。这样一来，天车可以在大车能够行走的整个车间范围内进行起重运输。6.2 桥式起重机的基本参数天车基本参数如下表6.1所示表6.1 各执行机构电机参数表电机型号电机功率主起升机构YZI2315S-1045KW副起升机构YZR225M-822KW小车行走机构YZR160L-67.5KW大车行走机构YZR200L-82*7.5KW6.3 遥控改造整体思想发射和接收器的型号选好了以后，我们就要对中间接口电路进行设计，遥控系统和天车一同构成中间接口电路，中间接口电路作用是把接收器传输的信号经过信号放大，新的信号被组合模拟后传输给天车的控制电路和主电路，驾驶室中的操作电路和遥控电路之间产生必要的联锁。天车改造时容易出现设备故障，所以应该保留之前驾驶室的操作功能，所以设计两种可以随时转换的电路，中间接口电路可以将天车电路和遥控电路相结合，为了将驾驶室和遥控操作进行互锁，可以控制转换电路。天车的供电控制保护电路的功能大致相同，在对天车改造之后尽可能的令它们满足一定条件的情况下，为了实现自保通电，经过天车的主接触器按下启动按键，按下急停或者停止按键来将主接触器断电。对遥控电路的设计时，在遥控器上的启动和停止按键满足的条件不发生改变，在设计时必须满足之前驾驶室的启动和停止互锁这一条件来进行接口电路设计，在对凸轮和主令控制器进行改造的时候应该还要满足一个联锁的条件，在远端遥控时，驾驶室的控制机构要归零，否则主接触器会断电；室控过程中，遥控器的每个按键必须始终处于归零状态，否则主接触器会断电。整体的改造系统框图如图6.1所示：图6.1 天车控制系统图此次我们对天车进行改造。主要是对发射，接收器系统和中间继电器进行改造。发射器和接收器我们不能改造，是由厂商提供，我们需要改造的就是中间继电器柜控制部分；它主要有供电电源及保护控制部分、主钩电机控制回路部分、大车电机和小车电机控制回路部分，副钩电机控制回路部分，电铃与照明部分。控制原理为:通过遥控系统发射器的摇杆对控制器的控制信号在驾驶室中进行模拟，再放大遥控接收系统内部继电器的输出信号，模拟中间继电柜在驾驶室中的工作情况，中间继电器的触点通过遥控改造并联或串联到原天车的控制线路中，其中两个吊钩、两个车都采用三挡平衡切换电阻的控制线路。6.4 遥控改造的中间接口电路的设计6.4.1 遥控的发射系统本文选用的遥控器系统为双摇杆式遥控系统，型号为，系是二十四点控制点输出，方向摇杆最多四挡。遥控器的发射系统面板各部件功能及操作示意图如图6.2所示：图6.2 发射系统面板操作示意图6.4.2 遥控器接收系统的输出图根据遥控器接收系统的输出图可以看出我们一共用了21个控制点小于24遥控器是满足我们的要求的，这21个控制点分别为急停按键一个、启动按键一个、电铃按键一个、照明按键一个、欠压脱扣按键一个这里一共5个按键占5个控制点，还有大小车、主副钩正反对称的按键各4个他们一共16个按键占16个控制点。输出接线方式根据起重机的实际构造接线，系统使用时还必须可靠的接地，其它的一些要求如图6.3所示：图6.3 接收系统输出图6.4.3 遥控和室控的转换电路的设计要确保远端操作人员操作中与天车驾驶室操作相同的情况下，设置遥控和室控的转换功能，使他们二者进行互锁,这样即使在无线遥控出现故障时,也可通过开关切换天车室控操作方式进行室控操作。在改造电路中我们将遥控继电器的常开触点串在电路中，用其来控制对遥控接收器、PLC和放大电路继电器的供电。如此天车控制系统的工作线路和特性没有被改变，又保证了两种操作方式下，室控和遥控精确性和安全性。S1Y为转换开关，K1Y、K2Y为上海施耐德的CA2-DN22型的继电器。改造的具体接线方式如图6.4所示： 图6.4 遥控和室控的转换电路图6.4.4 保护回路的遥控改造保护回路主要有必要的零位、短路、过载和终端保护等他们一般都在各自的控制回路中。在每个控制电路中，均用熔断器FR作为短路保护，各台电动机还有总电源都采用过电流继电器1GL10GL实现过载和过流保护。单独的保护回路一共有两条；第一条是检测电压的电压欠压脱扣继电器，遥控的欠压脱扣常闭触点(K5M)必须和原电路的欠压脱扣常闭触点(JA)串的一起后在接于原电路中如图7-5所示，第二条主要是要考虑到维修人员的安全情况，要在驾驶室舱门盖上安装的安全开关；在横梁两侧栏杆门上分别装有安全开关2MK,3MK这3个限位开关；为了避免发生紧急情况，避免事故的发生，必须装有一只单刀单掷紧急开关QA。以及遥控和室控的转换开关，遥控系统的急停开关，在电路中上述各开关除了3个限位开关采用常闭触头外其它均使用常开触头，遥控系统的启动与紧急急停开关串联，室控的启动与紧急急停开关并联，再和三个门限位开关的常闭触头串联，因此，当驾驶室大门或横梁栏杆门打开时，主接触器2ZK线圈不通电，或者在运行过程中也会断电释放，这样天车的所有电机都不能启动也不能运转，另一方面加强了遥控操作与室控操作的独立性与安全性，即当处于室控操作时，遥控操作的按键是完全失灵；反之当处于遥控操作时室控的按键同样是失灵的，这样保证了操作人身的安全。保护回路的具体改造线路图如图6.5所示： 图6.5 双重控制保护回路遥控改造线路图6.4.5 行走机构的遥控改造根据前面的整体改造思想在必要的互锁和联锁之后，改造后的两种操作方式对各个机构（大车、小车、主钩、副钩）的控制就是两种操作方式控制信号的并联或者串联处理，对于运行机构的（大车和小车）正反相时因其负载不变所以原车控制器的主令闭合表是对称的，而FST系列遥控器的主令闭合表也是对称的，这样遥控控制信号通过中间接口电路放大后直接和原电路并接即可。ZC3，FC3分别是大车电机的正反转继电器FJC3，FJC41,JSC42分别为短接转子侧一、二、三级电阻的继电器当其闭合之后切掉转子侧的外接电阻来达到调速的目的，YB5、YB6为断电式电磁抱闸当出现紧急情况时能使电机迅速停车从而保证人身安全。大车电路原理图如图6.6所示图6.6 大车电路原理图对于行走机构（大车和小车）接口电路的设计；大车相对于小车而言只是多了一个电机，两个电机的控制原理、方法、基本上都是一样的，这里我们以大车为例来说明一下其具体改造的步骤方法。对于行走机构（大车和小车）正反相时其原车控制器的主令闭合表是对称的，为3档5位。而FST系列起升机构摇杆式主令遥控器闭合表正反相也是对称的，且仅为3挡4位，只是比原车控制少了一个零位，这里我们只需重点改造一下零位，其他4位可将遥控器的放大输出直接并联在原线路中即可。零位改造时需要将遥控器的正反向1、2、3挡串在一起（即遥控的零位）再串于原车控制器的零位线路中，这里还必须加入驾操继电器的常开触点来达到驾操和遥控的联锁与互锁功能，以保证系统安全稳定的运行。遥控器的输出放大电路如图6.7所示，用放大电路的继电器去改造大车的凸轮控制电路的详图如图6.8所示.在本文的改造中因为我们用了PLC所以一部分继电器的逻辑功能是在PLC内部用程序来完成的，这样相对于原来全用传统的继电器控制线路来说；不仅提高了系统运行的效率降低了故障率，而且还大大的降低了系统的成本节约了资源与资金。图6.7 大车遥控输出放大电路图图6.8 大车控制回路遥控电路改造详图6.4.6 升降机构的遥控改造 对于升降机构（主钩和副钩）正反相时其原车控制器的主令闭合表上升下降线路是不对称的，主令控制器闭合关系较复杂为3挡11位，通常采用二级反接控制或单相制动控制方式，主钩的电路原理图如图6.9所示。而FST系列起升机构摇杆式主令遥控器闭合表正反相是对称的，闭合逻辑关系简单，仅为3挡4位，所以遥控控制信号必须通过中间接口电路进行逻辑组合模拟出等效的信号后再经放大处理后才能并联或串联在原电路中。逻辑组合的具体方式如图6.10所示，K1ZK10Z都为上海施耐德CA2-DN22型继电器。因为加入了PLC所以逻辑组合模拟出等效的信号我们用PLC中的程序去实现。改造的具体步骤是，这里我们以对主钩的遥控改造为例进行详细的说明（对副钩的遥控改造与主钩的改造方法完全一样）。首先利用传统的继电器控制方法，将遥控器接收输出继电器K1一K4进行不同的逻辑组合，得到K1Z一K10Z中间继电器的输出，让他们分别对应原桥式天车的主令（凸轮）控制器的闭合表各对触头的闭合关系，使遥控器的4位操作指令完全等效驾驶室控制柜的11位主令（凸轮）控制器。再利用K1Z一K10Z中间继电器的辅助触头代替主令（凸轮）控制器闭合触点。这样我们就实现了用遥控器4位操作指令对原驾驶室控制柜的11位主令（凸轮）控制器的改造。改造后的整体详图如图6.11所示：图6.9 主钩电路原理图图6.10 逻辑组合模拟的等效信号原理图图6.11 主钩控制回路遥控电路改造详图6.4.7 遥控器的输出及PLC的外围电路改造后我们将遥控器的输出直接可以作为PLC的输入，输入的电源采用内部24V电源供电，因为西门子S7-200 CPU226 CN有24个输入满足要求但只有16个输出而我们需要35个输出，所以必须加三个数字输出（EM 222）的扩展模块.详细的接线图如图6.12所示： 图6.12 PLC的外围电路输入/输出端子分配表：1.输入端子分配表：系统有21个输人点分别是:遥控启动、急停、照明、欠压脱扣和电铃输人点5个，主副钩、大小车调速输入点各4个点。PLC输人端子分配见表6.2所示：表6.2 PLC输人端子分配表功能定义输入地址遥控启动I0.0遥控电铃I0.1遥控急停I0.2遥控照明I0.3欠压脱扣I0.4主钩上升一速I0.5主钩下降一速I0.6主钩二速I0.7主钩三速I1.0副钩上升一速I1.1副钩下降一速I1.2副钩二速I1.3副钩三速I1.4小车前行一速I1.5小车后行一速I1.6小车二速I1.7小车三速I2.0大车左行一速I2.1大车右行一速I2.2大车二速I2.3大车三速I2.4输出端子分配表：系统有35个输出点分别是:遥控启动、急停、照明、欠压脱扣和电铃接触器5点，大小车控制回路代替原凸轮控制器的交流接触器各5点，主副钩控制回路代替原凸轮控制器的交流接触器各10点。PLC输出端子分配见表6.3所示：表6.3 PLC输出端子分配表功能定义输出地址遥控启动Q0.0遥控电铃Q0.1遥控急停Q0.2遥控照明Q0.3遥控欠压脱扣Q0.4主钩遥控零位Q0.5主钩下降2档Q0.6主钩上升1、2、3档Q0.7主钩零位或上升下降1档Q1.0主钩下降3档Q1.1主钩下降2、3档但不含3档Q1.2主钩上升1、2、3档或下降2、3档Q