淺談起重機械節能應用技術

摘要：在我們的日常生活和生產過程中，起重機比較常見，主要負責工業設備的安裝與維修、物料的輸送與吊裝等，在工業生產過程中起著至關重要的作用。起重機是高能耗設備，隨著人們的環保意識的不斷增強，特別是在節能減排觀念的提出后，人們對起重機性能的能耗要求越來越高。文中闡述了起重機械節能技術的應用。

關鍵詞：起重機 節能 電網

起重設備在工業生產過程中起著至關重要的作用，主要負責工業設備的安裝與維修、物料的輸送與吊裝等。近些年，隨著我國社會經濟的飛速發展，國內市場所需的起重設備的數量越來越大。起重機的驅動方式根據能源的不同可分為：內燃機驅動、電動機驅動，其中電動機驅動根據電能來源又可分為燃油發電供電及公共電網供電。電網供電方式起重機的工作區域通常為固定的，其機動性通常都不高，如碼頭旁的起重機；燃油發電供電起重機具有較高的機動性，其工作區域可以是移動的，它能夠輕松方便地移至作業區域，如汽車吊等。公共電網起重機在沿著固定移動線路行走的過程中，通過電纜卷筒或滑動接觸線不間斷地獲得電能。起重機吊起重物是將電能轉化成勢能的過程，若不對重物儲存的大量勢能進行回收，大量勢能將轉化成熱最終浪費，因此，起重機在放下重物的過程中對重物儲存的勢能進行回收可大大降低電能消耗，節省能源。

1 起重機的工作原理

1.1 主要組成。起重機的結構主要包括：驅動系統、操作控制系統、取物裝置、金屬框架結構及工作機構等。

①驅動系統：為起重機提供工作所需的動力，是起重機的關鍵組成部分。②操作控制系統：也是起重機的關鍵組成部分，主要是通過液壓系統、電氣控制系統來實現各種命令的執行，猶如人體的大腦。③取物裝置：包括吊鉤、吊環、集裝箱專用抓手等，尺寸、形狀等因素不同的吊物所使用的取物裝置也不相同，所選取物裝置必須合適，以確保吊裝安全。④金屬框架結構：金屬框架結構構成了起重機的力學框架，將各個部分連接成一個有機的整體，起重機框架設計時不但要考慮其結構性，還要對其力學性能進行嚴密計算，可見金屬框架結構是起重機性能的基礎。⑤工作機構：起重機的工作機構主要包括：行走機構、旋轉機構、起升機構及變幅機構等，通過上述機構的單一運動可聯合運動來實現起重機的正常工作。

1.2 工作原理。在雙筒鉸車上，一組卷筒引出一支鋼絲繩，用來支持，另一組則引出一支做開閉使用。抓半張開，落到要取物品上，此時收攏開閉的鋼絲繩，鋼絲繩拉動橫梁，閉合兩腭板，抓斗里盛滿了物料，用于起升支持的鋼絲繩吊起抓斗，用行車送至卸料場地，用于支持的鋼絲繩不動，然后松下開閉繩，抓斗張開，卸下抓取的物料。起重機具有起重載荷不均勻性、間歇式循環作業、機構負載不等時性、各機構運動循環不一致性、多人參與配合作業等的特點，這勢必將會增加起重機作業的復雜性、危險范圍大，所以起重機的安全格外重要。

2 起重機械節能應用技術

2.1 起重機是企業安裝和生產過程中不可或缺的機電設備，由于它具有實用性高、靈活方便、作業范圍廣、采購便于分期分批、投資成本小等優點，起重機的市場需求一直很大。起重機吊起重物是將電能轉化成勢能的過程，傳統的起重機能量消耗比較大、工作效率較低，并且其在工作過程中產生的較大噪音還對周圍環境造成了污染。隨著人們的環保意識的不斷增強，特別是在節能減排觀念的提出后，人們對起重機性能的要求越來越高。起重機節能技術可從兩方面考慮：一是提高起重機的能量轉換效率，降低能耗，從而提高能量利用率，如減少動力傳遞機構摩擦力、優化取物裝置的同時降低其重量等；二是對物料儲存的勢能進行回收再利用，從而降低起重機的能量消耗，起重機在工作過程中，利用有效的能量回饋技術將物料勢能進行整合回收，可將物料下落時產生的大量動能轉換成電能，然后通過供電裝置將電能送回供電網絡，從而達到能量回收再利用的目的。

2.2 過去的起重機驅動系統的調速方法主要有：直接啟動電動機調速、改變電動機極對數調速、改變可控硅串級直流調速、渦流制動器調速等，而上述這幾種調速方法均無法實現一定能量利用前提下的有極調速，僅可以實現額定速度下的調速，且速度的可調范圍很小，不能調速運行，同時低速運行時具有很差的就位性能，較長時間的低速運行還會造成渦流制動器、電陰器產生大量熱，啟動時電流極大，對電網產生很大沖擊，額定速度下的起重機制動會嚴重沖擊起重機械機構，會對制動抱閘產生嚴重磨損，上述這些過程均會消耗大量能量，因此，這樣的制動方式所消耗的能量極大。而變頻調速技術可有效改善上述缺點，并且對電動機的要求較低，普通的異步電動機便可滿足使用要求，有效降低了制造生產成本，更便于設備的日常維護，因此，調頻調速器無論對于新產品的設計生產還是傳統起重機的技術改造均具有重要意義。

2.3 良好性能的變頻調速器還具有速度響應快、調速范圍寬、高低速轉矩及高啟動轉矩、電網適應性高等優點。裝有過流、過熱、輸入輸出錯相斷相及接地保護，實現了可以隨意調整加減速時間，可選擇多種制動方式，對控制執行系統進行了有效的監控。特別是直接轉矩控制技術及矢量控制技術的應用，有效提高了交流電動機的使用動態性能，先進的變頻調速裝置能夠用于惡劣的工作環境，對于提高起重機的工作效率、改善調速性能、提高安全性能、降低起制動產生的沖擊均具有重要意義。適合于交流變頻的起重機械應用的節能技術，不論是通過裸滑觸線還是安全滑線或電纜卷筒供電均適用于該項節能技術。它是從交流變頻器的直流母線上將勢能轉換的電能通過一個直流-交流變流器回饋到供電網絡。這種技術通用性強，適合所有型的變頻器，并且工程施工簡單，成本較低。

2.4 我國在起重機節能設計與改造方面已取得了較大進步，如港口、鐵路等抓斗吊車、集裝箱吊車的節能改造，傳統起重機中的繞線式主抬升電動機可以利用可控硅改變電動機轉子電阻結合定子交流電壓的調節來實現運行速度調節，除此之外的其它系統可以利用繼電接觸器進行控制。傳統的接觸器常會因動作頻繁而容易出現故障，使得備件成本大大增加，通過利用帶有電能回饋裝置的變頻系統可實現對該類起重機的節能技術改造，該技術穩定性能較高，可用于各種變頻器設備的改造，國內的產品技術已非常成熟，已達到國際水平。獨立電能回饋裝置具有很多優點，電氣系統更加標準化、功耗小、體積小、電磁能耗小、靈活多變。

3 結語

起重機是高能耗設備，我國的起重機節能技術已比較成熟，并且在這方面已取得了優異成績，節能成果顯著，然而起重機的節能技術體現在多個方面，如起重機的設計、設計理念與技術、材料、生產工藝、使用、管理等，其節能空間依然很大，仍需要我們進行更深入的研究，以促進我國起重機械行業的持續快速發展。

參考文獻：

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作者簡介：

紀濤（1978-），男，河北保定人，起重室副主任，助工，機電類起重機技術。