提高起重机起升速度的可行性分析
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摘要：针对起重机的提升速度对整机工作效率及其性能的影响，介绍了几种提高起重机提升速度的方法，给出了各种提速方法的优缺点，并对各种提速方法进行了简单的分析，以便于起重机研发设计人员更好的开展工作。
关键词：起重机；起升速度；分析；可行性
中图分类号：TH21 文献标识码：C
Feasibility study on improving lifting speed of Crane
REN Shi-dao, ZHANG Xin-chun, WANG Jin-feng , LI Peng-ju
（Shandong Fenghui Equipment Technology Co.Ltd，Jinan 250200 Shandong，China）
Abstract: As regards the influence of lifting speed on working efficiency and performance of crane, several methods for improving lifting speed of crane are introduced, here as well as proscons and simple analysis of each of them, to facilitate the work of crane research and design personnels.
Key words: Crane; Hoisting speed; Feasibility; Analyze
1 引言
起升速度是起重机各参数中尤为重要的参数之一，起升速度决定着起重机的工作效率。在大型的工程施工过程中，起重机起升速度的快慢直接影响着整个工程的进度，如何提高起升速度成了各个起重机制造商互相讨论的话题，也成为起重机行业在其性能方面竞争的条件。基于如何提高起重机起升速度这一问题，结合作者在实际工作中的一些经验，本文总结了几种提高起升速度的方法，并对各方法作了可行性分析，在此写出，希望能为大家提供借鉴。
2 提高起升速度的方法及分析
对于起重机来说，一个完整的动力传动路线为：电机――减速机――卷筒――滑轮组――吊物。从整个动力传动方案看，吊物的起降速度受各个环节影响，即起升速度与电机输出转速（电机调速各种方法）、减速机速比、卷筒直径、滑轮组倍率等因素有关。
2.1提高电机输出转速
提高电动机输出转速的方法很多，有变频调速中的变频器超频运行、变极调速、转子串电阻调速、串级调速等。这里主要介绍变频器超频运行、变极调速两种提高起重机速度的方法。
2.1.1变频器超频运行
随着微电子技术的开发研制，变频器也应运而生，由于变频器具有良好的调速性能，变频调速在起重机上的运用也越来越广泛，也是最为普遍、最为简单的一种调速的方法。
针对采用变频控制系统控制的起重机，变频器具有调速范围宽、可在超过额定转速20%以下运行等特性，故可以通过调高变频器输出电压的频率来提高电机的转速这一方法来提高提升速度。
众所周知，变频调速特别适用与恒转矩负载，当超出经过超频控制，使电源频率超出工频时，变频调速就变为恒功率状态，也就意味着超频控制时，虽然起升速度达到了预想的要求，但是起重量却随之明显下降，故超频调速提高起升速度只能应用于轻载或空钩的情况。
另外，在变频器超频运行时，因变频器输出的频率超出了电机铭牌的额度值，所以对调速电机的性能要求非常高，由于国内电力系统使用的是工频50Hz，所以大部分的电机生产时都按照工频来作为额定频率，虽然近几年研发出了变频专用电机（一般允许最高工作频率为100 Hz），但国内变频电机与国外变频电机的性能有一定的差距，电机长期运行在超频状态，容易产生过励、漏磁和铁耗的增加而影响电机的使用寿命，有时候会引发机械事故。
综上，采用超频的方法来提高起升速度的方法虽然简单、方便，但此方法只适用在起重机吊钩空载或轻载的状态，且不可长时间运行。
2.1.2变极调速
下式是感应电动机的转速关系式：
从式中可以看出，在电源频率不变的条件下，改变电动机的极数，电动机的同步转速就会发生变化，电动机的极数增加一倍，同步转速就降低一半；相反，电动机的极数减少一半，同步转速就增加一倍，从而得到转速的调节。
采取的途径就是在电机生产过程中，当然可以在电动机定子铁心槽内嵌放两套不同极数的定子三相绕组，单这种方法不经济。通常是利用改变定子绕组的接法来改变极数，运行中，通过切换极数来实现调速，以达到提高起升速度的目的。
2.2减小减速机速比
减小起升机构减速机的减速比，也可以提高起升速度，通常采用的方法为：减速机采用多档位减速机，如同汽车采用变速箱，此种方法的缺点是造价较高，不常用。
2.3减小滑轮组倍率
起重机滑轮组的倍率对起升速度的影响很大，倍率与起升速度有着反比的关系。为了提高起重机的工作效率，起升系统往往设计为起重吊钩变倍率，重载时采用多倍率，轻载或空载时采用少倍率。常见的改变滑轮组倍率的方法有以下几种：
2.3.1手动变倍率
手动变倍率，需要有操作人员攀爬到滑轮组处以实现穿销轴变倍率的过程，比较费时、繁琐。从安全角度讲，因吊钩滑轮组一般没有平台、栏杆等防护措施，也不安全。
从钢丝绳张紧的角度来看也较为不合理，少倍率时实际的取物装置的重量比多倍率时多出了换倍率挂体的重量，而少倍率时需要张紧的钢丝绳比多倍率时的要少得多，操作难度大，不便于滑轮倍率的转换。
2.3.2自动变倍率
可以在滑轮组的倍率切换过程中，加入电气控制，通过司机室控制按钮来进行倍率的转换，已达到相应的起升速度。
采用电气控制自动改变滑轮组倍率的方法比较复杂，而且没有手动调整可靠，自动改变滑轮组倍率的方法在国内外起升设备上还很少见，此种方法还值得进一步研究。
另外，值得注意的是：改变滑轮组的倍率时必须根据滑轮组的倍率改变起吊相应的重物，此应与力矩或重量限制器统一使用，可以将小跑车回到驾驶室附近来观察，对于动臂式塔机来讲就没有那么方便直观。
2.4增加电机功率或增大卷筒直径
初始设计时可以考虑增大卷筒直径或者选用大功率电机来提高起升速度。
增加电动机的功率也是业内经常采用的一种提高起重机速度的方法之一。
式中：
――起升速度，单位为米每秒（m/s）；
――电动机的稳态起升功率，单位为千瓦（kW）；
――起升机构总机械效率；
――额定起升载荷，单位为牛顿（N）；
从上式可以看出，起升速度和电动机的稳态起升功率成正比，在保证额定起升载荷不变的条件下，要想提高起升速度，增加电动机额定功率就可以实现。
此种方法虽然简单可行，但是增加电动机功率随之而来的就是增加了成本，同时大功率的电动机也增加其安装空间。在空间满足的情况下可以采用此种方法。
3 结束语
本文介绍了几种提高起重机起升速度的方法，各起重机生产厂家可根据其经济性、优越性、可靠性、可行性等几个方面综合考虑，选择合适的方法进行设计生产。
参考文献：
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[4] 张质文，虞和谦等.起重机设计手册.北京：中国铁道出版社，2001.
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