坡度和調速方式對橋式起重機運行小車性能的影響分析

杜鑫 崔冰冰

摘 要：橋式起重機小車運行機構設計時要考慮坡度的影響，原因在于使用過程中定位精度和驅動電機功率選擇的需要，《起重機設計手冊》中常選擇在不大于5‰時使用坡度來考慮這個影響，至于影響多大缺少實際數據支持。本文通過現場爬坡試驗和試驗數據統計分析，研究0‰～5‰不同坡度和變頻調速及轉子串電阻控制方式下啟動電流、有功功率、功率因數等變化規律，從而得出坡度和驅動方式對小車運行性能的影響。

關鍵詞：橋式起重機;坡度;變頻調速;轉子串電阻調速

中圖分類號：TG115.28文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2018）29-0035-04

Abstract： The bridge crane trolley running mechanism design to consider the influence of the slope， the reason is that in the process of using positioning precision and the need of the drive motor power to choose， crane design manual， choose use the slope when not greater than 5 ‰ to consider the impact， as to how much influence the lack of practical data support. Through field climbing test and statistical analysis of test data， this paper studied the changing rules of starting current， active power and power factor under different slope（0‰～5‰） and frequency conversion speed regulation and rotor series resistance control mode， and thus obtained the influence of gradient and driving mode on the running performance of the car.

Keywords： bridge crane;slope;frequency control;speed adjustment by rotor series resistance

《起重機設計規范》（GB/T 3811—2008）中對起重機及其結構提出了相應的剛性要求，目的是保證起重機及其結構的正常使用和工作人員的健康與安全。對通用橋式起重機來說，為實現這一目的，標準規定了（1/500～1/1 000）L的剛性要求，此要求綜合考慮了定位精度的使用要求和調速方式的影響[1]。在涉及定位精度時，主要考慮運行小車會因為主梁下撓而產生爬坡和下坡現象，所以具體設計過程中，在坡度不大于5‰時不考慮坡道載荷[1]。《起重機設計手冊》中也規定了用坡度i代替sinα的最大坡度5‰作為考慮坡道阻力的影響[2]。涉及調速方式時，采取變頻調速，剛性要求相對寬松。那么，在不同的坡道和調速方式下，對運行小車的影響到底如何？本文通過對0‰～5‰不同坡度和不同調速方式下有功功率、啟動電流、功率因數等數據的測量，分析這些因素對小車性能的影響。

1 測試方案

本次試驗采用16t的座式電動葫蘆在電動葫蘆試驗臺上進行測試，小車運行為集中驅動，電機型號為YZR132M2-6，功率為4kW，轉速900r/min，變頻器采用通用型變頻器，型號為安川V1000，最大適用功率P=18.5kW，其輸出電流為69A。主梁一端采用液壓缸進行頂升，達到調節不同坡度的要求，小車運行距離為13m，重物提升距離為6m，可以滿足所需條件。為了對比出轉子串電阻調速和變頻調速兩種調速方式、0‰～5‰不同坡度下功率的消耗情況及相關數據指標，現場試驗流程為：①轉子串電阻調速方式下，坡度為0‰～5‰，試驗載荷分別為空載、半載、額載，爬坡試驗和下坡試驗各兩次;②變頻調速方式下，坡度為0‰～5‰，試驗載荷分別為空載、半載、額載，爬坡試驗和下坡試驗各兩次。所有工況的測試速度按額定速度操作。測試過程中記錄有功功率、啟動電流、功率因數等數值，并觀察不同坡度下小車運行的穩定性。

2 有功功率對比

使用電動葫蘆綜合試驗臺上安裝的某廠生產的8920型高精度功率計記錄的功率、電流、和功率因數數據對上述工況進行全程跟蹤，各工況有功功率情況見表1、2。

根據表1和表2中的數據，繪制有功功率曲線圖，如圖1、2所示。

試驗結果顯示，上坡時隨著載荷的增加，無論是轉子串電阻調速還是變頻調速，功率都是逐漸上升的。下坡時隨著載荷的增加，變頻調速所消耗的功率逐漸下降，而轉子串電阻所消耗的功率逐漸上升。但是，無論是上坡還是下坡，變頻調速所消耗的有功功率整體上都要小于轉子串電阻調速。這說明，在節能方面，無論是上坡還是下坡，變頻調速都比轉子串電阻調速有較大的優越性。

3 啟動電流對比

使用電動葫蘆綜合試驗臺上安裝的高精度功率計對小車空載、半載和額載和各坡度的爬坡、下坡等工況進行測量，各工況啟動電流測量數據見表3、4。

依據表3和表4繪制的曲線圖如圖3、4所示。

從圖3、4可以看出，無論是上坡還是下坡，變頻調速都能區分明顯的大小關系，而轉子串電阻調速則不容易區分明顯的大小關系。但是，無論是上坡還是下坡，變頻調速比轉子串電阻調速的啟動電流都要小，并且具有明顯的優勢，說明在啟動電流方面，變頻調速能夠明顯降低電機的啟動電流，優越性大大優于轉子串電阻調速。

4 功率因數對比

用電動葫蘆試驗臺上的高精度功率計對各工況的功率因數進行跟蹤，其試驗數據見表5、6。

依據表5和表6繪制曲線圖，如圖5、6所示。

從圖5、6可以看出，就變頻調速而言，隨著載荷的增加，功率因數依次降低;就轉子串電阻的調速方式而言，隨著載荷增加，功率因數依次升高。但就整體而言，變頻調速各工況的功率因數明顯大于轉子串電阻的調速方式，說明變頻調速能提高電動機的功率因數。

5 結語

通過對橋式起重機運行小車不同坡度和驅動方式下在有功功率、啟動電流和功率因數等方面的對比測試，表明使用變頻調速的起重機運行小車在使用過程中相對于轉子串電阻調速能提高電網的功率因數，并降低啟動電流和能耗;另外，還能降低主要結構件外載沖擊，提高定位精度和使用壽命，減少不必要的點動次數，這些優點對提高作業的安全性及穩定性有積極的作用。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T 3811—2008 起重機設計規范[S].北京：中國標準出版社，2008.

[2]張質文，虞和謙，王金諾，等.起重機設計手冊[M].北京：中國鐵道出版社，2001.