变频技术在起重机上的应用

    1．门座起重机    起重机是一种周期性间隙动作的机械，按其组成形式可分为轻小型起重设备、升降机、臂架类起重机、桥架类起重机等基本类型。这里以门座式起重机为例。门座起重机是港口码头使用最多、结构复杂、机构最多、最典型的电动装卸机械。    门座起重机通过起升、变幅、旋转三种运动的组合，可以在一个环形圆柱体空间内实现物品的升降、移动，并通过运行机构调整整机的工作位置，故可以在较大的作业范围内满足运输、移动物品的需要。    2．门座起重机的工作机构    门座起重机的工作机构分为起升机构、变幅机构、旋转机构、运行机构四部分。    (1)起升机构    ①起升机构任务任何起重机械都是依靠起升机构升降货物的。起升机构是起重机不可缺少的工作机构，没有它就不能称其为起重机。    ②起升机构的组成起升机构主要由下列部分组成：驱动装置、传动装置、卷绕系统、取物装置、制动装置和辅助装置。如图6-23所示。    ③起升机构工作原理电动机通过联轴节与减速器的高速轴相连。机构工作时，减速器的低速轴带动卷筒，将钢丝绳卷入或放出，经过滑轮系统，使吊钩实现上升或下降。机构停止工作时，制动器使吊钩连同货物静止在空中，吊钩的升降靠电动机改变转向来转换。
    图6-23    起升机构构造简图    1-电动机；2-联轴节；3-制动器；4-减速器；5-钢丝绳；6-吊钩组；7-卷筒    (2)变幅机构    为使臂架绕其铰轴摆动来改变起吊货物的位置，就必须有一套专门的驱动机构，一般为齿条传动的变幅机构。因为在变幅时振动和冲击都较大，所以在齿条头部装设橡胶缓冲装置或液压缓冲装置。另外，为了避免由于齿条超程而使臂架脱落，确保变幅机构安全工作，齿条在变幅有效区段内两端都设有行程开关。    (3)旋转机构    旋转机构是用来支承旋转部分重量，并驱使旋转部分相对于不旋转部分做旋转运动的工作机构。它的作用是使被起吊的货物围绕起重机的旋转中心做旋转运动，以达到在水平面内运移货物的目的。旋转驱动机构是用来实现起重机旋转部分相对于不旋转部分转动的动力和速度的传动装置。这种装置能满足起重机低速正反转、制动平稳、安全可靠的要求。    (4)运行机构    在装卸作业中，往往要求起重机能够调整工作位置，改变工作地点，以扩大作业范围，提高装卸效率。因此，在起重机中通常都装有运行机构，运行机构的任务是使起重机做水平运动。运行机构按照结构特点分为无轨运行机构和有轨运行机构两大类。有轨运行机构起重机可沿着铺设的钢轨运行。由于这种运行机构的车轮和轨道都是钢铁制成的，故其运行阻力小，承载能力大，结构紧凑。尽管与无轨运行机构相比较工作范围受到轨道的限制，但是仍是港口起重机的主要运行形式。    3．门座起重机的运行特点和调速要求    一般起重机的调速性能是较差的，当需要准确停车时，司机只能采取“点动”的操作方法，如果“点动”次数很多，不单增加了司机的劳动强度，而且由于电器接电次数和电动机启动次数增加，使电器、电动机工作年限大为缩短，事故增多，维修量增大。有的起重机对准确停车要求较高，必须实行调速才能满足停止动作时准确定位的要求。有的起重机要采用程序控制、数控、遥控等技术，往往必需满足门座起重机交流调速装置的要求。    中国的门座起重机大多采用交流传动。门座起重机机构工作的特点是起重机在较长时间低速下带负载运行，频繁地进行启、制动。所以，对调速装置有以下要求。    ①节电。在低速下带负载长期工作的交流电动机调速装置具有较高的电效率。这样，便可节电和降低交流电力拖动及调速设备的发热损耗，从而降低生产成本。节电，在世界能源普遍紧缺的今天，具有重要意义。    ②调速性能好。长期低速带负载工作的交流调速装置要有较好的调速性能，即调速时特性较硬，调速范围符合生产工艺要求，调速平滑，运行稳定，操作方便。    ③可靠性高。为了使调速装置符合生产要求，不因采用调速装置而降低交流电动机运行的高可靠性，从而要求调速装置具有同交流电动机相匹配的高可靠性。    ④成本低。要求调速装置成本低，维修费用少，以利于大量推广和对现有工业机械用交流调速装置进行改造。    4．门座起重机调速的方法    门座起重机交流调速的方法有转子电路串接电阻、定子调压、变极对数、涡流制动器、串级调速、变频调速等调速方法。根据门座起重机的工作特点及调速要求，传统的门座起重机调速方法多采用转子电路串电阻调速。其缺点是低速运行时，能量损耗大（效率低），特性软，而且只能进行有级调速，尤其当电动机功率大、调速级数多时，电阻设备笨重。20世纪80年代出现了起重机串级调速。    近年兴起了起重机变频调速，该系统具有数字化后便捷的全中文信息显示、明显改善钢结构性能、调速范围宽、调速性能好、结构简单、可靠性高、易维护、工作效率和起重能力高、节能效果好等优点，是一种比较有发展前途的门式起重机交流调速方案。采用变频调速和可编程控制技术控制门座起重机各系统，不仅可以明显提高门座起重机的安全性、可靠性，而且可以提高装卸效率，减少能源的消耗，降低维修费用和劳动强度，满足其工况及作业需要。如图6-24所示。
    图6-24    门座起重机变频调速系统框图    其优点主要表现在以下六个方面。    ①明显改善钢结构性能。变频调速使起升、变幅、旋转、行走运行平稳，制动冲击小。    ②变频调速以其体积小、通用性强、动态响应快、工作频率高、保护性能完善、可靠性好、使用方便等卓越的性能而优于以往的任何调速方式。    ③工作可靠性显著提高。主要表现如下。    a．制动电磁铁的寿命大大延长。常规拖动系统是在运动的状态下进行抱闸的（热刹车）；采用变频调速后，可以在基本停住的状态下进行抱闸（冷刹车），闸皮的磨损情况大为改善。    b．系统的故障率大为下降。常规拖动系统是由十分复杂的接触器一继电器系统进行控制的，故障率较高；采用了变频调速控制系统后，控制系统可大大简化，可靠性大为提高。    ④节能效果十分可观。绕线转子异步电动机在低速运行时，转子回路的外接电阻内消耗大量的电能；采用变频调速系统后，不仅外接电阻内消耗的大量电能可以完全节约，而且在起重机放下重物时，还可将重物释放的位能反馈给电源（可反馈电网或消耗掉）。    ⑤调速质量明显提高。调速范围宽、性能好，调速平稳，能够长时间低速运行，具有很高的定位精度和运行效率。起升、变幅、旋转、行走机构工作速度可实现无级变速，操作者可根据负载的变化情况实现平稳调速。    ⑥结构简单、可靠性高、易维护。各系统采用独立的控制柜，外观结构十分简单，便于日常保养和维修。使用变频器控制电动机的运行，可以进行电动机的软启动，让电动机具有很快的动态响应并且实现无级调速；对电源的缺相、欠压、过压、过流等都能做到很及时、很准确地检测，并自动采取应变措施保护电动机，确保控制、保护动作的准确性和可靠性。