中大型塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的調(diào)速方式

 

    關(guān)鍵詞：起升機(jī)構(gòu)調(diào)速方式差動(dòng)雙驅(qū)并聯(lián)

 

    起升機(jī)構(gòu)是塔式起重機(jī)最重要的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它要求重載低速，輕載高速，調(diào)速范圍大。起升機(jī)構(gòu)調(diào)速方式的優(yōu)劣直接影響整機(jī)性能。4繩最大起重量小于等于6t的小中型塔機(jī)競(jìng)爭(zhēng)激烈，成本控制嚴(yán)格，國(guó)內(nèi)以多速電機(jī)變極調(diào)速為主，方案簡(jiǎn)單，尚能滿足工作需要。8t和8t以上的中大型塔機(jī)需要較好的調(diào)速性能，調(diào)速方式很多，選擇原則有三個(gè)：首先要平穩(wěn)，沖擊小；其次要經(jīng)濟(jì)和可靠，符合國(guó)情；三是要便于維修。

 

    1目前國(guó)內(nèi)8～12t起升機(jī)構(gòu)的主要調(diào)速方式

 

    1.1電磁離合器換檔的減速器加帶渦流制動(dòng)的單速繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)

 

    該調(diào)速方式德國(guó)LIEBHERR塔機(jī)應(yīng)用較多，我國(guó)已采用幾十年，但現(xiàn)在已逐漸淡出。它靠電磁離合器換檔改變減速器的速比，靠帶渦流制動(dòng)的單速繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)串電阻獲取較軟的特性和慢就位速度。它的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行比效平穩(wěn)，調(diào)速比可以設(shè)計(jì)較大。它的缺點(diǎn)較多，首先電磁離合器一般采用國(guó)產(chǎn)機(jī)床用產(chǎn)品，壽命短，可靠性差；其次是不能空中動(dòng)態(tài)變換離合器檔位，不然會(huì)下滑，這很危險(xiǎn)；三是減速器成本較高。

 

    如果我國(guó)能開發(fā)出較經(jīng)濟(jì)的高壽命電磁離合器，則仍不失為一種較好的調(diào)速方式，許多用戶已習(xí)慣使用電磁離合器。

 

    1.2普通減速器加帶渦流制動(dòng)的多速繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)

 

    將上一種方式的電磁離合器換檔改為多速電機(jī)驅(qū)動(dòng)普通單速比減速器則是本方式的思路。

 

    相對(duì)于多速鼠籠電機(jī)換檔沖擊大的缺點(diǎn)，帶渦流制動(dòng)的多速繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)可串電阻獲取較軟的M-n特性，起制動(dòng)和檔位切換較平穩(wěn)，有慢就位速度（就位檔不宜長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行），功率可以比鼠籠電機(jī)用得大，一般可到55~75kW。這種調(diào)速方式構(gòu)造簡(jiǎn)單，易維護(hù)，可靠性高。經(jīng)過反復(fù)探索，電機(jī)配套廠幾年前成功地解決了渦流制動(dòng)繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)散熱問題，大大提高了這種調(diào)速方式的可靠性。

 

    這種調(diào)速方式的電氣控制經(jīng)過多年應(yīng)用已趨成熟，采用國(guó)際著名品牌在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的接觸器，其壽命完全能滿足要求，成本在不斷下降，但是75kW以上的繞線電機(jī)需要的接觸器型號(hào)大，大接觸器需求量小，其價(jià)格呈不對(duì)稱增加，所以大噸位起升機(jī)構(gòu)要想辦法降低接觸器的規(guī)格。

 

    目前國(guó)內(nèi)8～12t起升機(jī)構(gòu)大多采用這種調(diào)速方式，RCS起升機(jī)構(gòu)實(shí)際上就是這種方式，只是構(gòu)造更復(fù)雜一些，它有兩臺(tái)繞線電機(jī)和一臺(tái)較復(fù)雜的減速器。但是這種電機(jī)起制動(dòng)和換檔仍有較大的峰值電流和沖擊，電氣控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，16t以上的大噸位起升機(jī)構(gòu)一般不宜再采用這種調(diào)速方式。

 

    1.3差動(dòng)行星減速器加雙電機(jī)

 

    行星減速器的太陽輪由一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，行星架由另一臺(tái)電機(jī)經(jīng)行星減速驅(qū)動(dòng)，外軌道的內(nèi)齒圈固定在起升卷筒上。這就是差動(dòng)行星減速器的構(gòu)造。

 

    行星系確定為某一合適參數(shù)后，卷筒轉(zhuǎn)速就取決于兩臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，同向快速，反向慢速。如果是單速電機(jī)，每臺(tái)電機(jī)則有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止三種狀態(tài)與另一臺(tái)電機(jī)相配，因此速度檔位很多。如果用多速電機(jī)，速度檔位就更多了（可舍棄大部分）。這就是差動(dòng)調(diào)速原理。

 

    電機(jī)可用鼠籠或變頻與鼠籠相結(jié)合，較小噸位用鼠籠，大噸位用變頻與鼠籠相結(jié)合。

 

    這種方式調(diào)速比大，完全能滿足重載低速、輕載高速的要求，而且可靠性高，特別適合于大噸位起升機(jī)構(gòu)。

 

    但差動(dòng)行星減速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般要非標(biāo)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，加上雙電機(jī)，成本較高，控制復(fù)雜。主機(jī)生產(chǎn)廠家采用的不多。

 

    1.4變頻調(diào)速

 

    變頻調(diào)速是當(dāng)今最先進(jìn)的交流調(diào)速方式。

 

    隨著國(guó)際變頻器價(jià)格的逐步下降，變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛。國(guó)內(nèi)塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)的應(yīng)用已多年，效果良好，但使用面不廣。

 

    它的優(yōu)點(diǎn)是慢就位速度可長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)零速制動(dòng)，運(yùn)行平穩(wěn)無沖擊，能延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)件的壽命，對(duì)鋼絲繩排繩和壽命大有裨益，同時(shí)提高了塔機(jī)的安全性。

 

    這么多好處，為什么使用面窄呢？一是進(jìn)口變頻器仍然較貴，國(guó)產(chǎn)變頻器不過關(guān)；二是變頻器一旦出了問題，一般修不了，大多只能換新。

 

    變頻調(diào)速由于成本高，一般中小噸位起升機(jī)構(gòu)應(yīng)用少，大噸位則較多。變速調(diào)速在中小噸位大面積使用，只有等待國(guó)產(chǎn)變頻器的崛起。

 

    2大噸位起升機(jī)構(gòu)幾種可選用的調(diào)速方式

 

    20t及20t以上的大噸位起升機(jī)構(gòu)的調(diào)速方式以法國(guó)POTAIN為代表。法國(guó)POTAIN采用直流調(diào)速方式性能很好，但塔機(jī)售價(jià)太高，超出國(guó)內(nèi)一般的購(gòu)買能力，不符合中國(guó)國(guó)情。

 

    那么，塔機(jī)大噸位起升機(jī)構(gòu)選擇什么調(diào)速方式符合國(guó)情呢？筆者認(rèn)為有以下幾種方式可供選擇。

 

    2.1變頻調(diào)速

 

    噸位越大，平穩(wěn)性要求越高，所以變頻調(diào)速是大噸位起升機(jī)構(gòu)最理想的交流調(diào)速方式，問題是大功率變頻器價(jià)格貴。如果能將變頻器的型號(hào)減小，豈不是降低了成本。怎樣將變頻器的規(guī)格降低呢？筆者認(rèn)為有兩種方法。

 

    2.1.1加寬恒功率段

 

    這種方法國(guó)內(nèi)塔機(jī)行業(yè)已有應(yīng)用，就是將恒力矩段從50Hz往下降，將恒功率段加寬。這樣做的結(jié)果是將電機(jī)的調(diào)速比加大，功率降低。

 

    速比加大，重載速度很低，輕載或空鉤速度很高，完全滿足設(shè)計(jì)要求；功率降低，變頻器規(guī)格變小，成本降低。調(diào)速比加大，并沒有提高減速器的輸入轉(zhuǎn)速，噪音大小和對(duì)減速器的要求沒變。

 

    2.1.2雙速電機(jī)變頻

 

    第二種方法是第一種的延續(xù)。雙速電機(jī)（如4/8極）變頻，同樣加大了調(diào)速比，降低了功率。如果再輔以加寬恒功率段的第一種方法，雙管齊下，調(diào)速比就更大了，功率降低效果更明顯。

 

    2.2帶渦流制動(dòng)的多速繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)雙驅(qū)并聯(lián)

 

    前面1.2中已提到帶渦流制動(dòng)的繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)一般只宜到55~75kW，表2中的20t起升機(jī)構(gòu)需要110kW怎么辦呢？人們自然就會(huì)想到雙驅(qū)并聯(lián)，即用兩套減速電機(jī)和兩套電控共同驅(qū)動(dòng)一個(gè)卷筒，只要考慮一定的折減系數(shù)即可。

 

    雙驅(qū)并聯(lián)卷揚(yáng)機(jī)并不鮮見。將大化小，一分為二，可以利用成熟可靠的較小噸位的減速電機(jī)和電控，便于生產(chǎn)組織和零配件服務(wù)；另外，當(dāng)一套出現(xiàn)故障時(shí)還有另一套可提供動(dòng)力，用于維修和減半的吊裝作業(yè)，提高了起升機(jī)構(gòu)的可靠性。

 

    2.3差動(dòng)行星減速器配雙電機(jī)

 

    前面1.3中已提到該方式特別適合于大噸位起升機(jī)構(gòu)。

 

    3結(jié)束語

 

    迄今為止，國(guó)內(nèi)95%以上的需求是2500kNm和2500kNm以下的中小塔機(jī)，調(diào)速方式絕大多數(shù)采用有級(jí)調(diào)速，無級(jí)調(diào)速盡管是發(fā)展方向，但仍然受到成本等方面的限制。

 

    筆者曾做過仔細(xì)測(cè)算，采用如上所述的減小變頻器型號(hào)的方法，變頻無級(jí)調(diào)速的成本與帶渦流制動(dòng)的多速繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)變極調(diào)速差不多，性能卻有很大提高，可見意義重大！(end)