陳立周
摘 ?要:主要對(duì)大型塔式起重機(jī)起升調(diào)速方法展開(kāi)了探討,簡(jiǎn)單介紹了起升機(jī)構(gòu),系統(tǒng)分析了調(diào)速方法,并詳細(xì)比較了不同的起重機(jī)起升調(diào)速方法,以期能為有關(guān)方面的研究提供有益的參考和借鑒。
關(guān)鍵詞:塔式起重機(jī);調(diào)速方法;房屋建筑;起升機(jī)構(gòu)
中圖分類號(hào):TH213.3 ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A ? ? ? ? ? ? ? DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2015.14.116
大型塔式起重機(jī)作業(yè)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(gòu)件的安裝,對(duì)起升調(diào)速有極高的要求。為了使大型塔式起重機(jī)的起升速度更為理想,對(duì)大型塔式起重機(jī)起升調(diào)速方法進(jìn)行了對(duì)比。
1 ?起升機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介
為了適應(yīng)高層、超高層建筑和各類設(shè)備的安裝需要,塔式起重機(jī)(以下簡(jiǎn)稱“塔機(jī)”)必須具有較大的起升高度。在塔機(jī)吊裝過(guò)程中,為了提高工作效率,一般要求吊鉤在輕載和空鉤時(shí)可快速升降。因此,起升機(jī)構(gòu)必須具有一定的調(diào)速范圍。
2 ?調(diào)速方法分析
起升機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖和繞繩示意圖如圖1和圖2所示。
圖1 ?起升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖
圖2 ?繞繩示意圖
由以下計(jì)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速;i為減速機(jī)傳動(dòng)比;nt為卷筒轉(zhuǎn)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(gè)完整的傳動(dòng)系統(tǒng)后,卷筒直徑D是不變的,能改變的是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n、減速機(jī)傳動(dòng)比i和滑輪組倍率a. 因此,與之對(duì)應(yīng)的調(diào)速方法有3種,即電氣調(diào)速、減速機(jī)調(diào)速和滑輪組變倍率調(diào)速。
2.1 ?電氣調(diào)速
電氣調(diào)速是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速方式改變起升速度的方式。電氣調(diào)速的方法很多,根據(jù)電動(dòng)機(jī)的工作原理,電氣調(diào)速可分為直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速和交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速。
2.1.1 ?直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速
直流電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速公式為:
? ? ? ? ? ? ? ? (3)
式(3)中:n為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)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(dòng)勢(shì)常數(shù);Φ為勵(lì)磁磁通。
由式(3)中的參數(shù)可知,直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速有3種方法,即弱磁調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速和串阻調(diào)速。
2.1.2 ?交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速
交流電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速公式為:
? ? ? ? ? ? ? (4)
式(4)中:n為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速;f為供電電源頻率;p為電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù);s為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率。
由式(4)中的參數(shù)可知,交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速也有變頻調(diào)速、變極調(diào)速和變轉(zhuǎn)差率調(diào)速3種方法。
在塔機(jī)的起升調(diào)速中,直流調(diào)速最常用的為調(diào)壓調(diào)速,交流調(diào)速最常用的為變頻調(diào)速,這兩種方法的特點(diǎn)是調(diào)速范圍大、可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。
在額定轉(zhuǎn)速以上變速時(shí),電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速不應(yīng)過(guò)高,輸出轉(zhuǎn)速不能超過(guò)聯(lián)軸器、減速機(jī)的允許轉(zhuǎn)速。變頻調(diào)速的情況下,在同等功率、低頻、低轉(zhuǎn)速下,如果需要輸出大扭矩,則電動(dòng)機(jī)的機(jī)座號(hào)會(huì)過(guò)大,成本也會(huì)提高。因此,大范圍的電氣調(diào)速只適合在中、小功率的起升機(jī)構(gòu)中應(yīng)用,電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速可變化50倍;大功率的起升機(jī)構(gòu)中電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍只有2倍左右。
2.2 ?減速機(jī)調(diào)速
減速機(jī)調(diào)速通過(guò)改變減速機(jī)的傳動(dòng)比改變起升速度,這類減速機(jī)有電磁換擋減速機(jī)、電液換擋變速箱等產(chǎn)品。
電磁換擋減速機(jī)依靠電磁離合器換擋改變減速機(jī)的傳動(dòng)比,一般只設(shè)置2擋,不能帶載變換離合器擋位。
電液換擋變速箱設(shè)置在電動(dòng)機(jī)與減速機(jī)之間,通過(guò)電控液壓,可使離合器換擋,從而改變減速機(jī)的傳動(dòng)比,并可設(shè)置多個(gè)擋位,帶載變換離合器擋位。
電液換擋變速箱的優(yōu)點(diǎn)是變速范圍較大;缺點(diǎn)是成本高、檢修維護(hù)煩瑣。
2.3 ?變倍率調(diào)速
變倍率調(diào)速通過(guò)改變滑輪組倍率來(lái)改變起升速度。輕載高速時(shí)用小倍率,重載低速時(shí)用大倍率。變倍率調(diào)速根據(jù)操作方式分為手動(dòng)換倍率和自動(dòng)換倍率兩類。
在通常塔機(jī)設(shè)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(jīng)濟(jì)性高,但多數(shù)塔機(jī)需要人工換倍率,操作不便。
為了保證機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的穩(wěn)定性、減少振動(dòng),不宜使卷筒的轉(zhuǎn)速過(guò)高,即鋼絲繩出卷筒的線速度不宜過(guò)高。當(dāng)通過(guò)電氣或減速機(jī)調(diào)速的方法使卷筒轉(zhuǎn)速接近極限時(shí),只能采用減小滑輪組倍率的方法提高起升速度。
3 ?調(diào)速方法對(duì)比
電氣調(diào)速、減速機(jī)調(diào)速和變倍率調(diào)速各有優(yōu)缺點(diǎn),可根據(jù)需要應(yīng)用在不同的場(chǎng)合。三類調(diào)速方法的對(duì)比如表1所示。
4 ?實(shí)例
某類型塔機(jī)的最大額定起重量為100 t,工作級(jí)別為M5,電動(dòng)機(jī)功率為132 kW,卷筒卷繞6層,鋼絲繩直徑為40 mm;起升機(jī)構(gòu)采用直流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓、變速箱和2/4倍率變換共3種組合的綜合調(diào)速方法,達(dá)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(chǎng)狀態(tài)下,調(diào)節(jié)電樞電壓可使電動(dòng)機(jī)從額定轉(zhuǎn)速向
下變速,最大速度可達(dá)90 m/min。為了得到額定轉(zhuǎn)速以上的速度,當(dāng)電樞全電壓后,弱磁升速,其速度可超過(guò)90 m/min。此時(shí),對(duì)應(yīng)的起重量較小,實(shí)際使用意義不大。詳細(xì)性能參數(shù)如表2所示。
表1 ?三類調(diào)速方法的比較
電氣調(diào)速 減速機(jī)調(diào)速 變倍率調(diào)速
調(diào)速范圍 可無(wú)級(jí)調(diào)速,小功率時(shí)調(diào)為范圍為1∶50 定級(jí)調(diào)速,可實(shí)現(xiàn)
調(diào)速范圍為1∶10 定級(jí)調(diào)速,級(jí)數(shù)有限,調(diào)速范圍為1∶2
承載能力 功率受限,大范圍調(diào)速時(shí)功率<90 kW 起重量受限,電磁
變擋減速機(jī)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(jiǎn)單 簡(jiǎn)單 復(fù)雜
維護(hù)保養(yǎng) 復(fù)雜 復(fù)雜 簡(jiǎn)單
表2 ?起升性能參數(shù)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(dòng)載
系數(shù) 起升速度
/(m/min) 額定起
重量/t 動(dòng)載
系數(shù) 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(diào)速手段,則無(wú)法實(shí)現(xiàn)大范圍的穩(wěn)定調(diào)速:如果不采用電氣調(diào)速,則無(wú)法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的無(wú)級(jí)調(diào)速;如果不采用變速箱調(diào)速,則僅有一種擋位,同時(shí),僅對(duì)應(yīng)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(diào)速,則無(wú)法吊載100 t(50 t和100 t中選其一),但常見(jiàn)的起升機(jī)構(gòu)中通常僅采用任意組合以上2種調(diào)速方法的方式,即電氣調(diào)速與減速機(jī)調(diào)速或者電氣調(diào)速與變倍率調(diào)速的結(jié)合。要想保證大起重量、大起升速度和大起升高度,需同時(shí)采用3種方式的組合才能達(dá)到目的。
5 ?結(jié)束語(yǔ)
綜上所述,起升機(jī)構(gòu)作為塔式起重機(jī)最重要的組成構(gòu)件,其起升速度對(duì)工作的進(jìn)行有關(guān)鍵的作用。因此,需要認(rèn)真考慮起重機(jī)的起升速度,并積極應(yīng)用合理的調(diào)速方法,以促進(jìn)起重機(jī)在工程建設(shè)中的應(yīng)用,為工程建設(shè)提供更大的幫助。
參考文獻(xiàn)
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〔編輯:張思楠〕