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〕