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中大型塔式起重機起升機構的調速方式
時間：2022-03-05來源：起重機廠家瀏覽次數：232
摘要：本文總結了目前國內中型塔機起升機構幾種主要調速方式，指出了各種方式的優劣和適用范圍。特別針對法國POTAIN大型塔機的直流調速方式，結合國情提出了我國大噸位起升機構調速方式的幾種思路。
關鍵詞：起升機構調速方式差動雙驅并聯
起升機構是塔式起重機最重要的傳動機構，它要求重載低速，輕載高速，調速范圍大。起升機構調速方式的優劣直接影響整機性能。4繩最大起重量小于等于6t的小中型塔機競爭激烈，成本控制嚴格，國內以多速電機變極調速為主，方案簡單，尚能滿足工作需要。8t和8t以上的中大型塔機需要較好的調速性能，調速方式很多，選擇原則有三個：首先要平穩，沖擊小；其次要經濟和可靠，符合國情；三是要便于維修。
1目前國內8～12t起升機構的主要調速方式
1.1電磁離合器換檔的減速器加帶渦流制動的單速繞線轉子電機
該調速方式德國LIEBHERR塔機應用較多，我國已采用幾十年，但現在已逐漸淡出。它靠電磁離合器換檔改變減速器的速比，靠帶渦流制動的單速繞線轉子電機串電阻獲取較軟的特性和慢就位速度。它的優點是運行比效平穩，調速比可以設計較大。它的缺點較多，首先電磁離合器一般采用國產機床用產品，壽命短，可靠性差；其次是不能空中動態變換離合器檔位，不然會下滑，這很危險；三是減速器成本較高。
如果我國能開發出較經濟的高壽命電磁離合器，則仍不失為一種較好的調速方式，許多用戶已習慣使用電磁離合器。
1.2普通減速器加帶渦流制動的多速繞線轉子電機
將上一種方式的電磁離合器換檔改為多速電機驅動普通單速比減速器則是本方式的思路。
相對于多速鼠籠電機換檔沖擊大的缺點，帶渦流制動的多速繞線轉子電機可串電阻獲取較軟的M-n特性，起制動和檔位切換較平穩，有慢就位速度（就位檔不宜長時間運行），功率可以比鼠籠電機用得大，一般可到55~75kW。這種調速方式構造簡單，易維護，可靠性高。經過反復探索，電機配套廠幾年前成功地解決了渦流制動繞線轉子電機散熱問題，大大提高了這種調速方式的可靠性。
這種調速方式的電氣控制經過多年應用已趨成熟，采用國際著名品牌在國內生產的接觸器，其壽命完全能滿足要求，成本在不斷下降，但是75kW以上的繞線電機需要的接觸器型號大，大接觸器需求量小，其價格呈不對稱增加，所以大噸位起升機構要想辦法降低接觸器的規格。
目前國內8～12t起升機構大多采用這種調速方式，RCS起升機構實際上就是這種方式，只是構造更復雜一些，它有兩臺繞線電機和一臺較復雜的減速器。但是這種電機起制動和換檔仍有較大的峰值電流和沖擊，電氣控制系統比較復雜，16t以上的大噸位起升機構一般不宜再采用這種調速方式。
1.3差動行星減速器加雙電機
行星減速器的太陽輪由一臺電機驅動，行星架由另一臺電機經行星減速驅動，外軌道的內齒圈固定在起升卷筒上。這就是差動行星減速器的構造。
行星系確定為某一合適參數后，卷筒轉速就取決于兩臺電機的轉速和轉向，同向快速，反向慢速。如果是單速電機，每臺電機則有正轉、反轉和停止三種狀態與另一臺電機相配，因此速度檔位很多。如果用多速電機，速度檔位就更多了（可舍棄大部分）。這就是差動調速原理。
電機可用鼠籠或變頻與鼠籠相結合，較小噸位用鼠籠，大噸位用變頻與鼠籠相結合。
這種方式調速比大，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構。
但差動行星減速器結構復雜，一般要非標設計與生產，加上雙電機，成本較高，控制復雜。主機生產廠家采用的不多。
1.4變頻調速
變頻調速是當今最先進的交流調速方式。
隨著國際變頻器價格的逐步下降，變頻調速技術應用越來越廣泛。國內塔機起升機構的應用已多年，效果良好，但使用面不廣。
它的優點是慢就位速度可長時間運行，實現零速制動，運行平穩無沖擊，能延長結構和傳動件的壽命，對鋼絲繩排繩和壽命大有裨益，同時提高了塔機的安全性。
這么多好處，為什么使用面窄呢？一是進口變頻器仍然較貴，國產變頻器不過關；二是變頻器一旦出了問題，一般修不了，大多只能換新。
變頻調速由于成本高，一般中小噸位起升機構應用少，大噸位則較多。變速調速在中小噸位大面積使用，只有等待國產變頻器的崛起。
2大噸位起升機構幾種可選用的調速方式
20t及20t以上的大噸位起升機構的調速方式以法國POTAIN為代表。法國POTAIN采用直流調速方式性能很好，但塔機售價太高，超出國內一般的購買能力，不符合中國國情。
那么，塔機大噸位起升機構選擇什么調速方式符合國情呢？筆者認為有以下幾種方式可供選擇。
2.1變頻調速
噸位越大，平穩性要求越高，所以變頻調速是大噸位起升機構最理想的交流調速方式，問題是大功率變頻器價格貴。如果能將變頻器的型號減小，豈不是降低了成本。怎樣將變頻器的規格降低呢？筆者認為有兩種方法。
2.1.1加寬恒功率段
這種方法國內塔機行業已有應用，就是將恒力矩段從50Hz往下降，將恒功率段加寬。這樣做的結果是將電機的調速比加大，功率降低。
速比加大，重載速度很低，輕載或空鉤速度很高，完全滿足設計要求；功率降低，變頻器規格變小，成本降低。調速比加大，并沒有提高減速器的輸入轉速，噪音大小和對減速器的要求沒變。
2.1.2雙速電機變頻
第二種方法是第一種的延續。雙速電機（如4/8極）變頻，同樣加大了調速比，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，調速比就更大了，功率降低效果更明顯。
2.2帶渦流制動的多速繞線轉子電機雙驅并聯
前面1.2中已提到帶渦流制動的繞線轉子電機一般只宜到55~75kW，表2中的20t起升機構需要110kW怎么辦呢？人們自然就會想到雙驅并聯，即用兩套減速電機和兩套電控共同驅動一個卷筒，只要考慮一定的折減系數即可。
雙驅并聯卷揚機并不鮮見。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和電控，便于生產組織和零配件服務；另外，當一套出現故障時還有另一套可提供動力，用于維修和減半的吊裝作業，提高了起升機構的可靠性。
2.3差動行星減速器配雙電機
前面1.3中已提到該方式特別適合于大噸位起重機起升機構。
3結束語
迄今為止，國內95%以上的需求是2500kNm和2500kNm以下的中小塔機，調速方式絕大多數采用有級調速，無級調速盡管是發展方向，但仍然受到成本等方面的限制。
筆者曾做過仔細測算，采用如上所述的減小變頻器型號的方法，變頻無級調速的成本與帶渦流制動的多速繞線轉子電機變極調速差不多，性能卻有很大提高，可見意義重大！(end)
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