鄧 力

（廣東省特種設(shè)備檢測研究院湛江檢測院，廣東 湛江 524000）

起重機(jī)傳動部件的檢測方法探討

鄧 力

（廣東省特種設(shè)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(qiáng)起重機(jī)在國際上的競爭力，對于起重機(jī)傳動部件的檢測具有重大現(xiàn)實意義?，F(xiàn)本文主要是以某一起重機(jī)為代表進(jìn)行研究，分析升機(jī)構(gòu)主要集中節(jié)能方法，并講述幾種檢測起重機(jī)部件傳動效率的方法，主要目的為相關(guān)部門和工作人員提供有效借鑒和參考。

起重機(jī)；傳動部件；檢測方法；探討

近年，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，起重機(jī)械的節(jié)能以及經(jīng)濟(jì)效益受到越來越多人的高度重視。對起重機(jī)械的經(jīng)濟(jì)效益、節(jié)能方法進(jìn)行探索并加以優(yōu)化是很多相關(guān)研究學(xué)者一個極其重要的課題。一般來說，起重機(jī)的傳動部件主要包括有減速機(jī)、聯(lián)軸器、鋼絲卷繩、滑輪、車輪、吊鉤等等。起重機(jī)的經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能與起重機(jī)自身效率有著密切的關(guān)系。對于傳動部件來說，如果傳動的效率越高，則機(jī)械耗能越低，所反映出的性能就越高。對起重機(jī)效率進(jìn)行研究是提高起重機(jī)使用經(jīng)濟(jì)效益的重要前提。本文講述了傳動機(jī)構(gòu)節(jié)能、并對減速機(jī)效率、聯(lián)軸器效率、吊具系統(tǒng)效率檢測方法。

1.關(guān)于傳動機(jī)構(gòu)節(jié)能分析

一般來說，主要從變頻控制、金屬結(jié)構(gòu)輕量化、新型傳動結(jié)構(gòu)等幾個方面去對傳動機(jī)構(gòu)節(jié)能進(jìn)行研究。起升機(jī)構(gòu)是組成傳動機(jī)構(gòu)中一個極其重要的部分。

對于傳統(tǒng)的起重機(jī)來說，電動機(jī)與滾筒軸線相平行和直線排列電動機(jī)、經(jīng)常會使用到卷筒和減速機(jī)這兩種形式，但這兩種形式存在質(zhì)量不輕、結(jié)構(gòu)不夠緊湊、傳動效率慢等不足。傳統(tǒng)的起重機(jī)結(jié)構(gòu)在設(shè)計上還存在很多不足，針對這些不足有關(guān)學(xué)者經(jīng)過分析研究后推出了一種全新的起升機(jī)構(gòu)，這種全新的機(jī)構(gòu)較傳統(tǒng)的在電機(jī)輸入轉(zhuǎn)矩較方面發(fā)生了顯著的下降，而傳動比有所上升。對于起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)來說，它經(jīng)常會使用到諧波齒輪傳三相異步電機(jī)這種驅(qū)動設(shè)備，當(dāng)對這種設(shè)備的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)的時候，主要通過使用轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速在發(fā)生下降。

對此，把變頻器充分應(yīng)用在起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)中，從子回路串接電阻調(diào)速方式向變頻器調(diào)速進(jìn)行轉(zhuǎn)變。

2.關(guān)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(jī)構(gòu)的一個重要指標(biāo)，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(jī)、聯(lián)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(jīng)常用到開式方法外，還經(jīng)常用到閉式方法對減速效率進(jìn)行測量。試的原理和設(shè)備原理也會有所不同，主要測量的變量包括轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩兩種。在起重機(jī)工作情況下，現(xiàn)有的扭矩傳感器無法進(jìn)行測量。為此，測量減速機(jī)工作情況下的運行效率，可為相關(guān)設(shè)備的運行進(jìn)行指導(dǎo)。

2.1 關(guān)于減速機(jī)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(jī)效率過程當(dāng)中不可缺少的工具，成本高、效率低、測量范圍受限制、數(shù)據(jù)處理速度慢等等導(dǎo)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(chǎn)的要求。有人提出了一種諧波齒輪減速器效率測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)在設(shè)計過程中主要基于功率角度之上，對轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行測量進(jìn)而得出減速機(jī)的輸出功率，當(dāng)把電機(jī)電功率計算出來后進(jìn)而可以減速機(jī)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(yīng)變片，組成惠斯通電橋，然后粘貼在減速機(jī)的低速軸和高速軸上面，減速機(jī)在工作狀態(tài)之下，傳遞扭矩，軸此時會發(fā)生微小變形，當(dāng)電橋產(chǎn)生電壓的時候，處理信號的同時把電路進(jìn)一步放大，然后把單片機(jī)輸入。除此之外，測量方法還可通過使用光電式轉(zhuǎn)速來進(jìn)行，處理信號的同時把電路進(jìn)一步放大，與扭矩信號進(jìn)行成組打包之后，把無線發(fā)射模塊傳輸出去，利用無線把其輸入計算機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中計算出最終的效率。例如，有學(xué)者提出了一種諧波齒輪減速器效率測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要是從功率的角度來進(jìn)行設(shè)計，通過對轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩進(jìn)行測量，把輸出功率計算出來，通過計算電機(jī)電功率把減速機(jī)輸入功率計算出來，最后再對機(jī)械效率進(jìn)行計算。在測試的過程當(dāng)中，通過對直流電機(jī)的利用，根據(jù)電功率計算出電機(jī)的輸入功率：P=U·I（在式中，U代表電機(jī)的輸入電壓，I代表電機(jī)的輸入電流，P代表驅(qū)動電機(jī)的輸入功率。

在驅(qū)動電機(jī)效率考慮后，抑制η1和聯(lián)軸器效率η2之后，

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

2.2 關(guān)于吊具系統(tǒng)效率分析

鋼絲卷繩、吊鉤、滑輪、卷筒組成了吊具系統(tǒng)，如果僅僅是對單個的傳動機(jī)構(gòu)效率進(jìn)行研究，具備較高的難度。可以把它們串成一個系統(tǒng)，然后利用“黑箱理論”對其效率進(jìn)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(xiàn)在重物提升的過程當(dāng)中。可通過公式P=FVCOSθ來進(jìn)行計算（在這個式子當(dāng)中，V載荷速度，θ為拉力與速度矢量方向的夾角，F(xiàn)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(dāng)中，v為豎直方向，mg為載荷重力）。（3）吊具系統(tǒng)的輸入功來自減速機(jī)的低速軸端，即吊具系統(tǒng)的輸入功率PDI=ηL×PJO（在這個式子當(dāng)中，PJO為減速機(jī)的輸出功率，ηL為聯(lián)軸器的效率。

2.3 聯(lián)軸器傳動效率研究

對于齒輪聯(lián)軸器來說，它的傳遞扭矩大，能夠允許適當(dāng)?shù)钠屏堪l(fā)生，對于安裝精度的要求較低，為此經(jīng)常把其作為起重機(jī)動力的傳遞連接件。嚙合區(qū)齒面潤滑狀況比較復(fù)雜主要是受到受載的復(fù)雜性和齒輪聯(lián)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(guān)系。有學(xué)者對齒輪聯(lián)軸器嚙合區(qū)潤滑的多樣性及齒面摩擦系數(shù)的多變性、傳動效率的影響、偏斜角等多方面進(jìn)行了研究，為進(jìn)一步提高齒輪聯(lián)軸器傳動效率指導(dǎo)依據(jù)。此外，有相關(guān)的研究學(xué)者采用反平衡分析的方法對調(diào)速型液力聯(lián)軸器系統(tǒng)效率進(jìn)行計算。和常規(guī)方法對比后，發(fā)現(xiàn)常規(guī)使用測量方法不足之處，該方法為進(jìn)一步節(jié)能提供了有效的參考和指導(dǎo)。

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(jìn)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(tǒng)的效率）?；诠β式嵌戎峡紤]，根據(jù)提供的聯(lián)軸器型號表，可把聯(lián)軸器的效率η聯(lián)快速找出來?？梢酝ㄟ^測量得出減速機(jī)的輸出功率PO。那么整個系統(tǒng)的輸入功率為PI=PO減×η聯(lián)上述系統(tǒng)做功的過程體現(xiàn)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(dāng)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(jié)語

綜合上述可知，本文主要是研究起升機(jī)構(gòu)中傳動機(jī)構(gòu)的機(jī)械傳動效率，并基于能耗的角度之上，對現(xiàn)場條件下如何測量減速機(jī)功率的方法。并從系統(tǒng)的角度進(jìn)行分析，講述減速機(jī)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(jī)構(gòu)中吊具系統(tǒng)機(jī)械傳動效率的測量的方法推導(dǎo)出來，為解決起重機(jī)能耗問題、進(jìn)一步提高機(jī)械結(jié)構(gòu)效率、現(xiàn)場實驗數(shù)據(jù)處理提供了有利的指導(dǎo)依據(jù)。

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