1、四级皮带运输机控制电路设计四级皮带运输机控制电路设计 摘要随着社会的不断进步和发展，人们对皮带运输机要求也越来越高，这就需要我们不断的改善和进步，以满足社会的需求。数控技术是现代机械行业的顶峰，正向着高速、高精度、安全性、稳定性的方向发展，不仅能够保证运输的安全性，同时还能保证使用的稳定性。根据人们对皮带运输机的使用要求，并结合数控技术的先进性，采用数控电路系统对皮带运输机控制电路的设计。首先，确定出四级皮带运输机的电力拖动方案，以及传动方案。再以列出的电力拖动和传动方案的基础上，合理的选择出驱动电动机。其次根据电力拖动方案的要求，即四级运输机的控制要求，用经验设计法设计出电气控制线路，其中包
2、括主线路和控制线路。然后根据设计出的电气控制电路，选择出合理的低压电器元件。最后以表格的形式列出所选低压电器元件的明细表。关键词：拖动方案；主线路；控制线路；元件明细；AbstractProgresses unceasingly along with the society and develops, the people are also getting higher and higher to the belt conveyer request, this needs our unceasing improvement and the progress, satisfies social
3、the demand. The numerical control technology is the modern mechanical profession crest, is turning toward, the high accuracy, the security, the stable direction to develop high speed, not can only guarantee that transportations security, meanwhile can guarantee the use the stability. According to th
4、e people to belt conveyers operation requirements, and unifies the numerical control technology the sophistication, uses the numerical control circuitry to the belt conveyer control circuits design. First, determines four level of belt conveyers electric drive plan, as well as transmission plan. Lis
5、ts again electric drive and in transmission plan foundation, reasonable choice drive motor. Next according to the electric drive plans request, namely four level of transport aircrafts control requests, designs the electric control line with the empirical design law, including the main line and the
6、control wiring. Then the basis designs the electric control electric circuit, chooses the reasonable low-voltage electrical apparatus part. Finally lists by the form form chooses the low-voltage electrical apparatus parts detailed list. key word:Keywords: Main line; Control wiring; Part detailed lis
7、t;目录绪 论 1第1章 拖动方案的决定及电动机的选择 21.1 拖动方案的决定 21.2 电动机的选择 31.2.1 选择电动机类型 31.2.2 电动机容量选择 41.2.3 确定电动机额定功率 51.2.4 确定电动机转速 51.2.5 电动机的维护 61.2.6 电动机常见故障 7第2章 电气控制线路的设计 82 .1 电气原理图设计的基本步骤 82.2电气原理图的设计方法 82.2.1分析设计法 82.2.2逻辑设计法 92.3 原理图设计中应注意的问题 92.3.1选择控制电源 102.3.2选择电器元件 102.3.3减少通电电器的数量 102.3.4合理使用电器触点 102.3
8、.5正确连线 102.4 主线路的设计 112.5 控制线路的设计 12第3章 电气元件的选择 163.1 刀开关和熔体的选择 163.1.1刀开关的选型 163.1.2熔断器选型 173.1.3各类设备熔断器选择 183.1.4快速熔断器的选择 183.2 热继电器的选择 193.3 交流接触器的选择 203.4 时间继电器的选择 213.5 中间继电器的选择 223.6 按钮开关的选择 23元件明细表 25设计总结 26参考文献 27致谢 28 绪 论在工矿企业中，皮带运输机是常用的短途运输工具之一。有的在装配线上，有的在码头上，有的在仓库内，有的在矿山上。在煤矿和砂石场，更是重要设备。皮
9、带运输机输送货物的特点是，电动机带动皮带循环运转，货物置于皮带上随皮带走，运输线路是固定的(有些皮带机可以移动)。皮带运输机是一种平移的连续运输机械。例如将煤、砂子、矿石、粮食等不断地从一个地方运到另一个地方，去加工或贮存或由另外的运输机械运输。它不是长途运输设备，用于库房、料仓、矿山、流水线上。皮带运输机应用广泛，但有时根据不同的要求，往往需要若干条皮带联合使用构多级皮带运输机。对于单级皮带运输机(只有一根皮带)，其控制很简单，比普通车床还要简单，但多级皮带运输机由于用多个电动机带动，所以对控制顺序的安排有一定的要求。本文将根据时间顺序要求设计出四级皮带运输机的控制电路，在设计本运输机的控制
10、电路时，首先要要对电气控制电路有一定的基础，具有相当的电气控制电路分析能力，必须对电气控制电路中所使用的低压电器有一定的认识。由于四台电动机M1、M2、M3、M4带动四条皮带，要求启动时，M1M2M3M4顺序启动，这是为了防止货物在皮带上堆积。正常停车时，要求按M4M3M2M1顺序停止，以保证停车后皮带上不残存货物。事故停车时，如M2停车时由M3、M4、立即停车，而M1延时停车。上述动作均按时间原则控制，以完成四级皮带运输机电路设计。第1章 拖动方案的决定及电动机的选择1.1 拖动方案的决定图1-1 四级运输机总体驱动图图1-2 四级运输机中单级传动图对于四级皮带运输机，其为四根皮带分别传动，
11、则用以四台电动机M1、M2、M3、M4分别带动皮带，总体驱示意图1-1所示。要求启动时，M1M2M3M4顺序启动，这是为了防止货物在皮带上堆积。正常停车时，要求按M4M3M2M1顺序停止，以保证停车后皮带上不残存货物。事故停车时，如M2停车时M3、M4、立即停车，而M1延时停车。上述动作均按时间原则控制。在四级皮带运输机中，每一级中电机到工作机之间的传动方案如图1-2所示，已知卷筒直径在D=500mm，运输带的有效拉力F=1500N，运输带速度v=2m/s,卷筒效率为0.96，长期连续工作。1.2 电动机的选择（1）电动机已经标准化、系列化。应按照工作机的要求，以经济、合理、安全的原则，根据选
12、择的拖动方案选择电动机的类型、容量和转速，并在产品目录中查找出其型号一、电动机的选型（2） 电动机的选用，首先要了解电动机的机械负载特性，根据机械负载的类型和特性来选择电动机的额定容量、额定转速、额定电压以及型式。（3）要为某一生产机械选配一台电动机，首先要合理选择电动机的功率。通常根据生产机械负载的需要来选择电动机的功率，同时，还要考虑负载的工作制问题，也就是说，所选的电动机应适应机械负载的连续、短时或间断周期工作性质。功率选用时不能太大，也不能太小。选小了，保证不了电动机和生产机械的正常工作;选大了，虽然能保证正常运行，但是不经济，电动机容量不能被充分利用，而且电动机经常不能满载运行，使得
13、效率和功率因数不高。（4）其次，根据电源电压条件，要求所选用的电动机的额定电压与频率同供电电源电压与频率相符合。电动机的转速一定要按生产机械铭牌上的要求选择，否则可能改变生产机械的性能。此外，电动机的结构、防护、冷却和安装形式，应适应使用环境条件的要求，并且要力求安装、调试、检修方便，以保证电机能安全可靠的运行。1.2.1 选择电动机类型选择电动机种类应在满足生产机械对拖动性能的要求下,优先选用结构简单,运行可靠,维护方便,价格便宜的电动机.电动机种类选择时应考虑的主要内容有:（1）电动机的机械特性应与所拖动生产机械的机械特性相匹配;（2）电动机的调速性能(调速范围,调速的平滑性,经济性)应该
14、满足生产机械的要求.对调速性能的要求在很大程度上决定了电动机的种类,调速方法以及相应的控制方法;（3）电动机的启动性能应满足生产机械对电动机启动性能的要求,电动机的启动性能主要是启动转矩的大小,同时还应注意电网容量对电动机启动电流的限制;（4）电源种类 在满足性能的前提下应优先采用交流电动机;（5）经济性 一是电动机及其相关设备(如:启动设备,调速设备等)的经济性;二是电动机拖动系统运行的经济性,主要是要效率高,节省电能.目前,各种形式异步电动机在我国应用非常广泛,用电量约占总发电量的60%,因此提高异步电动机运行效率所产生的经济效益和社会效益是巨大的.在选用电动机时,以上几个方面都应考虑到并
15、进行综合分析以确定出最终方案.按照四级运输机的工作要求和条件，选用Y型全封闭笼型三相异步电动机。电动机的额定电压为380V。电动机有交流电动机和直流电动机之分，由于一般工厂都采用三相交流电，所以采用交流电动机。交流电动机有异步电动机和同步电动机两类，异步电动机又分为笼型和绕线型两种，其中以普通笼型异步电动机应用最多。目前使用最广的是Y系列自扇冷式笼型三相异步电动机，其结构简单、起动性能好、工作可靠、价格低廉、维护方便，由于运输机使用过程中粉尘较多，故选用Y型全封闭笼型三相异步电动机。1.2.2 电动机容量选择已知工作机参数： F=1500N V=1.5m/sD=400mm工作机所需的电动机输出
16、功率为 所以 由电动机至工作机之间的总效率(包括工作机效率)为试中效率值查：机械设计基础课程设计指导书第二版，表2.3得：-带传动效率，取0.96-齿轮传动的轴承(一对)效率，取0.99-齿轮传动效率，取0.97-联轴器传动效率，取0.97-卷筒的轴承传动效率，取0.98-卷筒的传动效率，取0.96则 所以 1.2.3 确定电动机额定功率为了使电动机在工作时不会产生过热，则： (11.3) =(11.3)3.61=(3.614.69)kW电动机的额定功率取为：4kW1.2.4 确定电动机转速卷筒的工作转速为： 按推荐的合理传动比范围，取V带传动的传动比=24，单级齿轮传动比=35，则合理总传动
17、比的范围为=620，故电动机转速的可选范围为=(620) 76.4r/min=4581528r/min符合这一范围的同步转速有750r/min、1000r/min、1500r/min，再根据计算出的容量由机械设计基础课程设计指导书第二版，附表8.1查出有三种适用的电动机型号，其技术参数及传动比的比较情况见下表。方案电动机型号额定功率电动机转速/(r/min)传动装置的传动比同步转速满载转速总传动比带齿轮1Y160M1-847507209.4233.142Y132M1-64100096012.573.1443Y112M-441500144018.853.55.385综合考虑电动机和传动装置的尺寸
18、、重量及带传动和减速器的传动比，比较三个方案可知：方案1电动机转速低，外廓尺寸及重量较大，价格较高，虽然总传动比不大，但因电动机转速较低，导致传动装置尺寸较大。方案3电动机转速较高，但总传动比大，传动装置尺寸较大。方案2适中，比较适合。因此选定电动机型号为Y132M1-6，所选 电动机的额定功率=4kW,満载转速=960r/min, 额定电流10A，总传动比适中，传动装置结构较紧凑。1.2.5 电动机的维护（1）电动机启动前，首先应检查电动机的装配是否灵活，绕组绝缘电阻是否符合要求，转动部分有无卡阻，还要检查电动机的启动和保护设备是否合乎要求，比如电动机接地装置是否完好，所选的低压断路器、接触
19、器、熔断器配置是否正确等等。电动机启动时，启动次数不能太多，否则电动机可能过热烧坏。（2）电动机运行中，要密切监视其电压、电流和温度，电动机运行电压应严格控制在变化范围内，否则可能引起电机过热，同样，电流也不能过高或过低，因为电压一定时，运行电流则反映了电动机所拖动负载的情况，机械负载过重，电动机长期过负荷运行，电流会升高，使电动机严重过热，如果电机负载过轻，形成“大马拉小车”，电动机容量就不能够充分利用。（3）在日常的维护中，还应密切监听电动机有无异常杂音或振动，检查螺丝是否脱落或松动，要定期对电动机进行检修和保养，及时清除外部灰尘，定期更换润滑油。1.2.6 电动机常见故障（1）电动机的常
20、见故障主要有转子扫膛、振动，绕组匝间或层间短路，绕组接地，定子绕组缺相运行，定子绕组首尾反接，三相电流不平衡，铁芯硅钢片绝缘损坏等。（2）电动机振动时会产生噪声和附加负荷，可能是传动装置不良造成，也可能是电动机本身引起的，比如转子动平衡不好，转轴弯曲，安装不到位，紧固件松动等等。（3）电动机缺相运行的原因主要是线路熔断器熔体熔断，开关接触器触点烧损接触不良引起的。如果运行时间过长，将会烧坏电动机。（4）电源三相电压不平衡或绕组匝间短路会引起三相电流不平衡，定子绕组首尾反接会引起电机温度升高，绕组接地或短路都会造成电流过大，铁芯硅钢片绝缘损坏会引起电动机过热等。总之，在实际运行中，要正确分析电机
21、故障原因，加强巡视和维护，尽可能地及时发现和消除电动机的故障，确保电动机的安全运行。第2章 电气控制线路的设计2 .1 电气原理图设计的基本步骤（1）根据选定的拖动方案及控制方式设计系统的原理框图，拟订出各部分的主要技术要求和主要技术参数。（2）根据各部分的要求，设计出原理框图中各个部分的具体电路。对于每一部分的设计总是按主电路、控制电路、辅助电路、联锁与保护、总体检查，反复修改与完善的步骤进行。（3） 绘制总原理图。按系统框图结构将各部分联成一个整体。（4） 正确选用原理线路中每一个电器元件，并制订元器件目录清单。（5）对于比较简单的控制线路，例如普通机床的电气配套设计，可以省略前两步，直接
22、进行原理图设计和选（6）用电器元件。但对于比较复杂的自动控制线路，例如专用的数控生产机械或者采用微机或电子控制的专用（7）检测与控制系统，要求有程序预选、刀具调整与补偿和一定的加工精度、生产效率、自动显示、各种保护、故障诊断、报警、打印记录等，就必须按上述过程一步一步进行设计。只有各个独立部分都达到技术要求，才能保证总体技术要求的实现，保证总装调试的顺利进行。2.2电气原理图的设计方法2.2.1分析设计法 所谓分析设计法是根据生产工艺的要求去选择适当的基本控制环节（单元电路）或经过考验的成熟电路，按各部分的联锁条件组合起来并加以补充和修改，综合成满足控制要求的完整线路。当找不到现成的典型环节时
23、，可根据控制要求边分析边设计，将主令信号经过适当的组合与变换，在一定条件下得到执行元件所需要的工作信号。设计过程中，要随时增减元器件和改变触点的组合方式，以满足拖动系统的工作条件和控制要求，经过反复修改得到理想的控制线路。由于这种设计方法是以熟练掌握各种电气控制线路的基本环节和具备一定的阅读分析电气控制线路的经验为基础，所以又称为经验设计法。分析设计法的特点是无固定的设计程序，设计方法简单，容易为初学者所掌握，对于具有一定工作经验的电气人员来说，也能较快地完成设计任务，因此在电气设计中被普遍采用。其缺点是设计方案不一定是最佳方案，当经验不足或考虑不周时会影响线路工作的可靠性。2.2.2逻辑设计
24、法逻辑设计法是利用逻辑代数这一数学工具来进行电路设计，即根据生产机械的拖动要求及工艺要求，将执行元件需要的工作信号以及主令电器的接通与断开状态看成逻辑变量，并根据控制要求将它们之间的关系用逻辑函数关系式来表达，然后再运用逻辑函数基本公式和运算规律进行简化，使之成为需要的与或关系式，根据最简式画出相应的电路结构图，最后再作进一步的检查和完善，即能获得需要的控制线路。采用逻辑设计法能获得理想、经济的方案，所用元件数量少，各元件能充分发挥作用，当给定条件变化时，能指出电路相应变化的内在规律，在设计复杂控制线路时，更能显示出它的优点。任何控制线路，控制对象与控制条件之间都可以用逻辑函数式来表示，所以逻
25、辑法不仅能用于线路设计，也可以用于线路简化和读图分析。逻辑代数读图法的优点是各控制元件的关系能一目了然，不会读错和遗漏。（1）组合逻辑电路 其特点是执行元件的输出状态只与同一时刻控制元件的状态有关，输入、输出呈单方向关系，即输出量对输入量无影响。它的设计方法比较简单，可以作为经验设计法的辅助和补充，用于简单控制电路的设计，或对某些局部电路进行简化，进一步节省并合理使用电器元件与触点。（2）时序逻辑电路其特点是输出状态不仅与同一时刻的输入状态有关，而且还与输出量的原有状态及其组合顺序有关，即输出量通过反馈作用，对输入状态产生影响。这种逻辑电路设计要设置中间记忆元件（如中间继电器等），记忆输入信号
26、的变化，以达到各程序两两区分的目的。2.3 原理图设计中应注意的问题电气控制设计中应重视设计、使用和维护人员在长期实践中总结出来的许多经验，使设计线路简单、正确、安全、可靠、结构合理、使用维护方便。通常应注意以下问题。2.3.1选择控制电源尽量减少控制线路中电源的种类，控制电源用量，控制电压等级应符合标准等级。在控制线路比较简单的情况下，可直接采用电网电压，即交流220V、380V供电，以省去控制变压器。当控制系统使用电器数量比较多时，应采用控制变压器降低控制电压，或用直流低电压控制，既节省安装空间，又便于采用晶体管无触点器件，具有动作平稳可靠、检修操作安全等优点。对于微机控制系统应注意弱电控
27、制与强电电源之间的离，不能共用零线，避免引起电源干扰。照明、显示及报警等电路应采用安全电压。2.3.2选择电器元件尽量减少电器元件的品种、规格与数量。在电器元件选用中，尽可能选用性能优良、价格便宜的新型器件，同一用途尽可能选用相同型号。电气控制系统的先进性总是与电器元件的不断发展、更新紧密联系在一起的，因此，设计人员必须密切关注电机、电器技术、电子技术的新发展，不断收集新产品资料，以便及时应用于控制系统设计中，使控制线路在技术指标、稳定性、可靠性等方面得到进一步的提高。2.3.3减少通电电器的数量正常工作过程中，尽可能减少通电电器的数量，以利节能，延长电器元件寿命以及减少故障。2.3.4合理使
28、用电器触点在复杂的继电接触控制线路中，各类接触器、继电器数量较多，使用的触点也多，线路设计应注意以下问题。（1）主副触点的使用量不能超过限定对数，因为各类接触器、继电器的主副触点数量是一定的。设计时应注意尽可能减少触点使用数量.以采用逻辑设计化简方法，改变触点的组合方式，以减少触点使用数量，或增加中间继电器来解决。（2）检查触点容量是否满足控制要求，避免因使用不当而出现触点烧坏、熔焊的故障，要合理安排接触器主副触点的位置，避免用小容量继电器去切断大容量负载。总之，要计算触点断流容量是否满足被控制负载的要求，还要考虑负载性质（阻性、容性、感性等），以保证触点工作寿命和可靠性。2.3.5正确连线（
29、1）正确连接电器线圈 电压线圈通常不能串联使用，即使用两个同型号电压线圈也不能采用串联施加额定电压之和的电压值，因为电器动作总有先后之差，可能由于动作过程中阻抗变化造成电压分配不均匀.对于电感较大的电器线圈，例如电磁阀、电磁铁或直流电机励磁线圈等则不宜与相同电压等级的接触器或中间继电器直接并联工作，否则在接通或断开电源时会造成后者的误动作。（2）合理安排电器元件及触点位置 对一个串联回路，各电器元件或触点位置互换，并不影响其工作原理，但从实际连线上却影响到安全、节省导线等各方面的问题。（3）注意避免出现寄生回路 在控制电路的动作过程中，如果出现不是由于误操作而产生的意外接通的电路，称为寄生回路
30、。当设备的电力拖动方案及电动机确定后，在明确控制系统设计要求的基础上，就可以进行电气控制电路设计，设计时应先设计主回路，再设计控制回路。2.4 主线路的设计三相电源通过刀开关Qs引入，供给驱动电动机M1、M2、M3、M4及控制回路。熔断器FU作为总电路(主电路、控制电路)的保护元件，FR1、FR2、FR3、FR4分别为电动机M1、M2、M3、M4的过载保护热继电器。电动机M1、M2、M3、M4的启动与停止，分别由交流接触器KM1、KM2、KM3、KM4控制。由此组成的主回路见图2-1所示。图2-1 四级运输机主回路2.5 控制线路的设计根据以下四级运输机的控制要求：（1）启动时，要求按M1M2
31、M3M4顺序启动。（2）正常停车时，要求按M4M3M2M1顺序停车。（3）事故停车时，如M2停车时M3、M4、立即停车，而M1延时停车。（4）上述动作均按时间原则控制。用经验设计法确定出控制回路，见图2-2所示。图2-2 四级运输机电气控制回路 当U、V两相电源接通时，时间继电器KT4线圈 通过KM4的常闭触头、KA2常闭触头和FR4形成回路得电，使得电机3控制线路中的KT4的触头闭合；时间继电器KT5 线圈通过KM3的常闭触头、KA2常闭触头和FR3形成回路得电，使得电机2控制线路中的KT5的触头闭合；时间继电器KT6 线圈通过KM2的常闭触头、KA2常闭触头和FR2形成回路得电，使得电机1控制线路中的KT6的触头闭合。 当四级运输机需要启动时，按下SB1按钮开关，让电机1控制线路构成回路，KA1继电器线圈得电，KA1常开触头闭合，KT1时间继电器线圈得电，KT1时间继电器开始计时，KM1线圈得电，KM1自锁、KM1主
