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中大型塔式起重机起升机构的调速方式

供稿:工控网 2008/1/29 14:33:00

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  • 关键词: 起升机构 调速方式 差动
  • 摘要:本文总结了目前国内中型塔机起升机构几种主要调速方式,指出了各种方式的优劣和适用范围。特别针对法国POTAIN大型塔机的直流调速方式,结合国情提出了我国大吨位起升机构调速方式的几种思路。

摘 要:本文总结了目前国内中型塔机起升机构几种主要调速方式,指出了各种方式的优劣和适用范围。特别针对法国POTAIN大型塔机的直流调速方式,结合国情提出了我国大吨位起升机构调速方式的几种思路。关键词:起升机构 调速方式 差动 双驱并联  起升机构是塔式起重机最重要的传动机构,它要求重载低速,轻载高速,调速范围大。起升机构调速方式的优劣直接影响整机性能。4绳最大起重量小于等于6t的小中型塔机竞争激烈,成本控制严格,国内以多速电机变极调速为主,方案简单,尚能满足工作需要。8t和8t以上的中大型塔机需要较好的调速性能,调速方式很多,选择原则有三个:首先要平稳,冲击小;其次要经济和可靠,符合国情;三是要便于维修。1 目前国内8~12t起升机构的主要调速方式
1.1 电磁离合器换档的减速器加带涡流制动的单速绕线转子电机
  该调速方式德国LIEBHERR塔机应用较多,我国已采用几十年,但现在已逐渐淡出。它靠电磁离合器换档改变减速器的速比,靠带涡流制动的单速绕线转子电机串电阻获取较软的特性和慢就位速度。它的优点是运行比效平稳,调速比可以设计较大。它的缺点较多,首先电磁离合器一般采用国产机床用产品,寿命短,可靠性差;其次是不能空中动态变换离合器档位,不然会下滑,这很危险;三是减速器成本较高。
  如果我国能开发出较经济的高寿命电磁离合器,则仍不失为一种较好的调速方式,许多用户已习惯使用电磁离合器。1.2 普通减速器加带涡流制动的多速绕线转子电机
  将上一种方式的电磁离合器换档改为多速电机驱动普通单速比减速器则是本方式的思路。
  相对于多速鼠笼电机换档冲击大的缺点,带涡流制动的多速绕线转子电机可串电阻获取较软的M-n特性,起制动和档位切换较平稳,有慢就位速度(就位档不宜长时间运行),功率可以比鼠笼电机用得大,一般可到55~75kW。这种调速方式构造简单,易维护,可靠性高。经过反复探索,电机配套厂几年前成功地解决了涡流制动绕线转子电机散热问题,大大提高了这种调速方式的可靠性。
  这种调速方式的电气控制经过多年应用已趋成熟,采用国际著名品牌在国内生产的接触器,其寿命完全能满足要求,成本在不断下降,但是75kW以上的绕线电机需要的接触器型号大,大接触器需求量小,其价格呈不对称增加,所以大吨位起升机构要想办法降低接触器的规格。
  目前国内8~12t起升机构大多采用这种调速方式,RCS起升机构实际上就是这种方式,只是构造更复杂一些,它有两台绕线电机和一台较复杂的减速器。但是这种电机起制动和换档仍有较大的峰值电流和冲击,电气控制系统比较复杂,16t以上的大吨位起升机构一般不宜再采用这种调速方式。1.3 差动行星减速器加双电机
  行星减速器的太阳轮由一台电机驱动,行星架由另一台电机经行星减速驱动,外轨道的内齿圈固定在起升卷筒上。这就是差动行星减速器的构造。
  行星系确定为某一合适参数后,卷筒转速就取决于两台电机的转速和转向,同向快速,反向慢速。如果是单速电机,每台电机则有正转、反转和停止三种状态与另一台电机相配,因此速度档位很多。如果用多速电机,速度档位就更多了(可舍弃大部分)。这就是差动调速原理。
  电机可用鼠笼或变频与鼠笼相结合,较小吨位用鼠笼,大吨位用变频与鼠笼相结合。
  这种方式调速比大,完全能满足重载低速、轻载高速的要求,而且可靠性高,特别适合于大吨位起升机构。
  但差动行星减速器结构复杂,一般要非标设计与生产,加上双电机,成本较高,控制复杂。主机生产厂家采用的不多。1.4 变频调速
  变频调速是当今最先进的交流调速方式。
随着国际变频器价格的逐步下降,变频调速技术应用越来越广泛。国内塔机起升机构的应用已多年,效果良好,但使用面不广。
  它的优点是慢就位速度可长时间运行,实现零速制动,运行平稳无冲击,能延长结构和传动件的寿命,对钢丝绳排绳和寿命大有裨益,同时提高了塔机的安全性。
  这么多好处,为什么使用面窄呢?一是进口变频器仍然较贵,国产变频器不过关;二是变频器一旦出了问题,一般修不了,大多只能换新。
  变频调速由于成本高,一般中小吨位起升机构应用少,大吨位则较多。变速调速在中小吨位大面积使用,只有等待国产变频器的崛起。2 大吨位起升机构几种可选用的调速方式
  20t及20t以上的大吨位起升机构的调速方式以法国POTAIN为代表,见表1。
  法国POTAIN采用直流调速方式性能很好,但塔机售价太高,超出国内一般的购买能力,不符合中国国情。
  那么,塔机大吨位起升机构选择什么调速方式符合国情呢?笔者认为有以下几种方式可供选择。2.1 变频调速
  吨位越大,平稳性要求越高,所以变频调速是大吨位起升机构最理想的交流调速方式,问题是大功率变频器价格贵。如果能将变频器的型号减小,岂不是降低了成本。怎样将变频器的规格降低呢?笔者认为有两种方法。2.1.1 加宽恒功率段
  这种方法国内塔机行业已有应用,就是将恒力矩段从50Hz往下降,将恒功率段加宽。这样做的结果是将电机的调速比加大,功率降低。
  速比加大,重载速度很低,轻载或空钩速度很高,完全满足设计要求;功率降低,变频器规格变小,成本降低。调速比加大,并没有提高减速器的输入转速,噪音大小和对减速器的要求没变。
  表2举例说明4绳20t的变频起升机构新方案。从表中可以看出,新方案比传统方案降低功率近1/3,效果明显。2.1.2 双速电机变频
  第二种方法是第一种的延续。双速电机(如4/8极)变频,同样加大了调速比,降低了功率。如果再辅以加宽恒功率段的第一种方法,双管齐下,调速比就更大了,功率降低效果更明显。2.2 带涡流制动的多速绕线转子电机双驱并联
  前面1.2中已提到带涡流制动的绕线转子电机一般只宜到55~75kW,表2中的20t起升机构需要110kW怎么办呢?人们自然就会想到双驱并联,即用两套减速电机和两套电控共同驱动一个卷筒,只要考虑一定的折减系数即可。
  双驱并联卷扬机并不鲜见。将大化小,一分为二,可以利用成熟可靠的较小吨位的减速电机和电控,便于生产组织和零配件服务;另外,当一套出现故障时还有另一套可提供动力,用于维修和减半的吊装作业,提高了起升机构的可靠性。2.3 差动行星减速器配双电机
  前面1.3中已提到该方式特别适合于大吨位起升机构。3 结束语
  迄今为止,国内95%以上的需求是2500kNm和2500kNm以下的中小塔机,调速方式绝大多数采用有级调速,无级调速尽管是发展方向,但仍然受到成本等方面的限制。
  笔者曾做过仔细测算,采用如上所述的减小变频器型号的方法,变频无级调速的成本与带涡流制动的多速绕线转子电机变极调速差不多,性能却有很大提高,可见意义重大!

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