大型塔式起重機起升調速方法的對比

陳立周

摘 ?要：主要對大型塔式起重機起升調速方法展開了探討，簡單介紹了起升機構，系統分析了調速方法，并詳細比較了不同的起重機起升調速方法，以期能為有關方面的研究提供有益的參考和借鑒。

關鍵詞：塔式起重機;調速方法;房屋建筑;起升機構

中圖分類號：TH213.3 ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.14.116

大型塔式起重機作業空間大，主要用于房屋建筑施工中物料的垂直和水平輸送、建筑構件的安裝，對起升調速有極高的要求。為了使大型塔式起重機的起升速度更為理想，對大型塔式起重機起升調速方法進行了對比。

1 ?起升機構簡介

為了適應高層、超高層建筑和各類設備的安裝需要，塔式起重機（以下簡稱“塔機”）必須具有較大的起升高度。在塔機吊裝過程中，為了提高工作效率，一般要求吊鉤在輕載和空鉤時可快速升降。因此，起升機構必須具有一定的調速范圍。

2 ?調速方法分析

起升機構的傳動簡圖和繞繩示意圖如圖1和圖2所示。

圖1 ?起升機構傳動簡圖

圖2 ?繞繩示意圖

由以下計算公式：

n=int，nt=va/（pD），va=av. ? ? ? ? （1）

可知起升速度為：

? ? ? ? ? ? ? ? （2）

式（1）（2）中：n為電動機轉速;i為減速機傳動比;nt為卷筒轉速;va為鋼絲繩出卷筒速度;D為卷筒直徑;a為滑輪組倍率。

確定一個完整的傳動系統后，卷筒直徑D是不變的，能改變的是電動機轉速n、減速機傳動比i和滑輪組倍率a. 因此，與之對應的調速方法有3種，即電氣調速、減速機調速和滑輪組變倍率調速。

2.1 ?電氣調速

電氣調速是通過改變電動機輸出轉速方式改變起升速度的方式。電氣調速的方法很多，根據電動機的工作原理，電氣調速可分為直流電動機調速和交流電動機調速。

2.1.1 ?直流電動機調速

直流電動機的穩態轉速公式為：

? ? ? ? ? ? ? ? （3）

式（3）中：n為電動機轉速;U為電樞電壓;I為電樞電流;R為電樞回路總電阻;Ke為電動勢常數;Φ為勵磁磁通。

由式（3）中的參數可知，直流電動機調速有3種方法，即弱磁調速、調壓調速和串阻調速。

2.1.2 ?交流電動機調速

交流電動機的穩態轉速公式為：

? ? ? ? ? ? ? （4）

式（4）中：n為電動機轉速;f為供電電源頻率;p為電動機極對數;s為電動機的轉差率。

由式（4）中的參數可知，交流電動機調速也有變頻調速、變極調速和變轉差率調速3種方法。

在塔機的起升調速中，直流調速最常用的為調壓調速，交流調速最常用的為變頻調速，這兩種方法的特點是調速范圍大、可實現無級調速。

在額定轉速以上變速時，電動機的輸出轉速不應過高，輸出轉速不能超過聯軸器、減速機的允許轉速。變頻調速的情況下，在同等功率、低頻、低轉速下，如果需要輸出大扭矩，則電動機的機座號會過大，成本也會提高。因此，大范圍的電氣調速只適合在中、小功率的起升機構中應用，電動機輸出轉速可變化50倍;大功率的起升機構中電動機的調速范圍只有2倍左右。

2.2 ?減速機調速

減速機調速通過改變減速機的傳動比改變起升速度，這類減速機有電磁換擋減速機、電液換擋變速箱等產品。

電磁換擋減速機依靠電磁離合器換擋改變減速機的傳動比，一般只設置2擋，不能帶載變換離合器擋位。

電液換擋變速箱設置在電動機與減速機之間，通過電控液壓，可使離合器換擋，從而改變減速機的傳動比，并可設置多個擋位，帶載變換離合器擋位。

電液換擋變速箱的優點是變速范圍較大;缺點是成本高、檢修維護煩瑣。

2.3 ?變倍率調速

變倍率調速通過改變滑輪組倍率來改變起升速度。輕載高速時用小倍率，重載低速時用大倍率。變倍率調速根據操作方式分為手動換倍率和自動換倍率兩類。

在通常塔機設備中，滑輪組倍率變化較少，一般在兩種倍率之間變換，比如在1/2倍率、2/4倍率之間變換。其經濟性高，但多數塔機需要人工換倍率，操作不便。

為了保證機構傳動的穩定性、減少振動，不宜使卷筒的轉速過高，即鋼絲繩出卷筒的線速度不宜過高。當通過電氣或減速機調速的方法使卷筒轉速接近極限時，只能采用減小滑輪組倍率的方法提高起升速度。

3 ?調速方法對比

電氣調速、減速機調速和變倍率調速各有優缺點，可根據需要應用在不同的場合。三類調速方法的對比如表1所示。

4 ?實例

某類型塔機的最大額定起重量為100 t，工作級別為M5，電動機功率為132 kW，卷筒卷繞6層，鋼絲繩直徑為40 mm;起升機構采用直流電動機調壓、變速箱和2/4倍率變換共3種組合的綜合調速方法，達到了大起重量、大起升速度和大起升高度的良好起升性能的目的。

在全磁場狀態下，調節電樞電壓可使電動機從額定轉速向

下變速，最大速度可達90 m/min。為了得到額定轉速以上的速度，當電樞全電壓后，弱磁升速，其速度可超過90 m/min。此時，對應的起重量較小，實際使用意義不大。詳細性能參數如表2所示。

表1 ?三類調速方法的比較

電氣調速 減速機調速 變倍率調速

調速范圍 可無級調速，小功率時調為范圍為1∶50 定級調速，可實現

調速范圍為1∶10 定級調速，級數有限，調速范圍為1∶2

承載能力 功率受限，大范圍調速時功率<90 kW 起重量受限，電磁

變擋減速機只用于小起重量中 不受起重量和起

升速度的限制

操作性能 簡單 簡單 復雜

維護保養 復雜 復雜 簡單

表2 ?起升性能參數表

變速箱

檔位 2倍率（起升高度400 mm） 4倍率（起升高度200 mm）

動載

系數 起升速度

/（m/min） 額定起

重量/t 動載

系數 起升速度

/（m/min） 額定起

重量/t

1 1.19 0～10（8） 50 1.17 0～5（4） 100

2 1.24 0～20（16） 24（23） 1.19 0～10（8） 50（48）

3 1.36 0～50（36） 9（7） 1.26 0～25（18） 20（18）

4 1.56 0～90（66） 3（2） 1.34 0～45（33） 10（8）

由表2可知，如果采用單一的調速手段，則無法實現大范圍的穩定調速：如果不采用電氣調速，則無法實現穩定的無級調速;如果不采用變速箱調速，則僅有一種擋位，同時，僅對應一種額定起重量（在50 t、24 t、9 t和3 t中選其一）;如果不采用變倍率調速，則無法吊載100 t（50 t和100 t中選其一），但常見的起升機構中通常僅采用任意組合以上2種調速方法的方式，即電氣調速與減速機調速或者電氣調速與變倍率調速的結合。要想保證大起重量、大起升速度和大起升高度，需同時采用3種方式的組合才能達到目的。

5 ?結束語

綜上所述，起升機構作為塔式起重機最重要的組成構件，其起升速度對工作的進行有關鍵的作用。因此，需要認真考慮起重機的起升速度，并積極應用合理的調速方法，以促進起重機在工程建設中的應用，為工程建設提供更大的幫助。

參考文獻

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[2]王冬明，殷玉楓，王丹，等.塔式起重機結構動力學分析及載荷計算方法[J].機械設計，2014（07）.

〔編輯：張思楠〕