起重機傳動部件的檢測方法探討

鄧 力

（廣東省特種設備檢測研究院湛江檢測院，廣東 湛江 524000）

起重機傳動部件的檢測方法探討

鄧 力

（廣東省特種設備檢測研究院湛江檢測院，廣東 湛江 524000）

為了提高能源利用率，增強起重機在國際上的競爭力，對于起重機傳動部件的檢測具有重大現實意義。現本文主要是以某一起重機為代表進行研究，分析升機構主要集中節能方法，并講述幾種檢測起重機部件傳動效率的方法，主要目的為相關部門和工作人員提供有效借鑒和參考。

起重機；傳動部件；檢測方法；探討

近年，科學技術飛速發展，起重機械的節能以及經濟效益受到越來越多人的高度重視。對起重機械的經濟效益、節能方法進行探索并加以優化是很多相關研究學者一個極其重要的課題。一般來說，起重機的傳動部件主要包括有減速機、聯軸器、鋼絲卷繩、滑輪、車輪、吊鉤等等。起重機的經濟效益和節能與起重機自身效率有著密切的關系。對于傳動部件來說，如果傳動的效率越高，則機械耗能越低，所反映出的性能就越高。對起重機效率進行研究是提高起重機使用經濟效益的重要前提。本文講述了傳動機構節能、并對減速機效率、聯軸器效率、吊具系統效率檢測方法。

1.關于傳動機構節能分析

一般來說，主要從變頻控制、金屬結構輕量化、新型傳動結構等幾個方面去對傳動機構節能進行研究。起升機構是組成傳動機構中一個極其重要的部分。

對于傳統的起重機來說，電動機與滾筒軸線相平行和直線排列電動機、經常會使用到卷筒和減速機這兩種形式，但這兩種形式存在質量不輕、結構不夠緊湊、傳動效率慢等不足。傳統的起重機結構在設計上還存在很多不足，針對這些不足有關學者經過分析研究后推出了一種全新的起升機構，這種全新的機構較傳統的在電機輸入轉矩較方面發生了顯著的下降，而傳動比有所上升。對于起重機起升機構來說，它經常會使用到諧波齒輪傳三相異步電機這種驅動設備，當對這種設備的速度進行調節的時候，主要通過使用轉子回路與電阻串接來完成。外接電阻的能耗增大的時候則說明轉速在發生下降。

對此，把變頻器充分應用在起重機起升機構中，從子回路串接電阻調速方式向變頻器調速進行轉變。

2.關于傳動部件能耗檢測分析

一般情況下，都會把傳動效率座位評價傳動機構的一個重要指標，它主要反映了工作效率的高低以及能耗高低。一般來說，減速機、聯軸器、鋼絲卷繩、滑輪、車輪、吊鉤、卷筒等等都屬于傳動效率測量的范圍。在測量過程中，除了經常用到開式方法外，還經常用到閉式方法對減速效率進行測量。試的原理和設備原理也會有所不同，主要測量的變量包括轉速和轉矩兩種。在起重機工作情況下，現有的扭矩傳感器無法進行測量。為此，測量減速機工作情況下的運行效率，可為相關設備的運行進行指導。

2.1 關于減速機效率檢測方法分析

傳動分散型的儀表和裝置是測試減速機效率過程當中不可缺少的工具，成本高、效率低、測量范圍受限制、數據處理速度慢等等導致這種測量方法存在很大的局限性。為此，不能滿足對于測試以及生產的要求。有人提出了一種諧波齒輪減速器效率測試系統，該系統在設計過程中主要基于功率角度之上，對轉速和轉矩進行測量進而得出減速機的輸出功率，當把電機電功率計算出來后進而可以減速機輸入功率也計算出來。此外，還有人提出專門測量功率的測量儀器，這種全新的測量方法原理為：使用傳感元件代替應變片，組成惠斯通電橋，然后粘貼在減速機的低速軸和高速軸上面，減速機在工作狀態之下，傳遞扭矩，軸此時會發生微小變形，當電橋產生電壓的時候，處理信號的同時把電路進一步放大，然后把單片機輸入。除此之外，測量方法還可通過使用光電式轉速來進行，處理信號的同時把電路進一步放大，與扭矩信號進行成組打包之后，把無線發射模塊傳輸出去，利用無線把其輸入計算機系統當中計算出最終的效率。例如，有學者提出了一種諧波齒輪減速器效率測試系統，該系統主要是從功率的角度來進行設計，通過對轉速與轉矩進行測量，把輸出功率計算出來，通過計算電機電功率把減速機輸入功率計算出來，最后再對機械效率進行計算。在測試的過程當中，通過對直流電機的利用，根據電功率計算出電機的輸入功率：P=U·I（在式中，U代表電機的輸入電壓，I代表電機的輸入電流，P代表驅動電機的輸入功率。

在驅動電機效率考慮后，抑制η1和聯軸器效率η2之后，

可對減速機的出入功率進行計算：P1為P1=U·I·η1·η2，對低速軸的轉矩與轉速進行計算后得出P2，其計算的公式為P2=T·n9550·η3（n代表減速機低速軸的轉速，η3代表減速機低速軸聯軸器的效率，T代表減速機通過聯軸器后的轉矩）。

2.2 關于吊具系統效率分析

鋼絲卷繩、吊鉤、滑輪、卷筒組成了吊具系統，如果僅僅是對單個的傳動機構效率進行研究，具備較高的難度。可以把它們串成一個系統，然后利用“黑箱理論”對其效率進行分析研究，這種方式可在很大程度上提高可靠性。按照串行的主要原理可以得知：（1）吊具的輸出功率PDO主要是體現在重物提升的過程當中。可通過公式P=FVCOSθ來進行計算（在這個式子當中，V載荷速度，θ為拉力與速度矢量方向的夾角，F為拉力），繩子拉力主要是通過鋼絲繩張力傳感器來測得。（2）可通過公式P=F×V×COSθ=mg×v（在這個式子當中，v為豎直方向，mg為載荷重力）。（3）吊具系統的輸入功來自減速機的低速軸端，即吊具系統的輸入功率PDI=ηL×PJO（在這個式子當中，PJO為減速機的輸出功率，ηL為聯軸器的效率。

2.3 聯軸器傳動效率研究

對于齒輪聯軸器來說，它的傳遞扭矩大，能夠允許適當的偏移量發生，對于安裝精度的要求較低，為此經常把其作為起重機動力的傳遞連接件。嚙合區齒面潤滑狀況比較復雜主要是受到受載的復雜性和齒輪聯軸器運動的影響，軸器的傳動效率與齒面潤滑狀況的好壞有著密切的關系。有學者對齒輪聯軸器嚙合區潤滑的多樣性及齒面摩擦系數的多變性、傳動效率的影響、偏斜角等多方面進行了研究，為進一步提高齒輪聯軸器傳動效率指導依據。此外，有相關的研究學者采用反平衡分析的方法對調速型液力聯軸器系統效率進行計算。和常規方法對比后，發現常規使用測量方法不足之處，該方法為進一步節能提供了有效的參考和指導。

2.4 卷筒組合傳動效率研究

對于單個傳動部件來說（車輪、吊鉤、卷繩、滑輪）等等，對它們的傳動效率進行研究難度比較大。在日后對其使用的時候，要充分保證其可以正常運行。通過利用黑箱理論之后，可以計算出傳動效率（卷筒、滑輪、車輪、吊鉤、鋼絲卷繩等來組成的系統的效率）。基于功率角度之上考慮，根據提供的聯軸器型號表，可把聯軸器的效率η聯快速找出來。可以通過測量得出減速機的輸出功率PO。那么整個系統的輸入功率為PI=PO減×η聯上述系統做功的過程體現在其提升重物的過程中，充分利用鋼絲繩傳以及速度這兩種傳感器之后，可以快速計算出傳輸功率來：PO=F×V×cosθ=mg×V（在這個式子當中，V代表速度傳感器所測速度值；F為鋼絲繩傳感器測量的力；θ為F與豎直方向的夾角）。

結語

綜合上述可知，本文主要是研究起升機構中傳動機構的機械傳動效率，并基于能耗的角度之上，對現場條件下如何測量減速機功率的方法。并從系統的角度進行分析，講述減速機扭矩功率測量的原理，通過對黑箱理論的利用，研究并把起升機構中吊具系統機械傳動效率的測量的方法推導出來，為解決起重機能耗問題、進一步提高機械結構效率、現場實驗數據處理提供了有利的指導依據。

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