陈立周

摘  要：主要对大型塔式起重机起升调速方法展开了探讨，简单介绍了起升机构，系统分析了调速方法，并详细比较了不同的起重机起升调速方法，以期能为有关方面的研究提供有益的参考和借鉴。

关键词：塔式起重机;调速方法;房屋建筑;起升机构

中图分类号：TH213.3             文献标识码：A               DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.14.116

大型塔式起重机作业空间大，主要用于房屋建筑施工中物料的垂直和水平输送、建筑构件的安装，对起升调速有极高的要求。为了使大型塔式起重机的起升速度更为理想，对大型塔式起重机起升调速方法进行了对比。

1  起升机构简介

为了适应高层、超高层建筑和各类设备的安装需要，塔式起重机（以下简称“塔机”）必须具有较大的起升高度。在塔机吊装过程中，为了提高工作效率，一般要求吊钩在轻载和空钩时可快速升降。因此，起升机构必须具有一定的调速范围。

2  调速方法分析

起升机构的传动简图和绕绳示意图如图1和图2所示。

图1  起升机构传动简图

图2  绕绳示意图

由以下计算公式：

n=int，nt=va/（pD），va=av.         （1）

可知起升速度为：

                （2）

式（1）（2）中：n为电动机转速;i为减速机传动比;nt为卷筒转速;va为钢丝绳出卷筒速度;D为卷筒直径;a为滑轮组倍率。

确定一个完整的传动系统后，卷筒直径D是不变的，能改变的是电动机转速n、减速机传动比i和滑轮组倍率a. 因此，与之对应的调速方法有3种，即电气调速、减速机调速和滑轮组变倍率调速。

2.1  电气调速

电气调速是通过改变电动机输出转速方式改变起升速度的方式。电气调速的方法很多，根据电动机的工作原理，电气调速可分为直流电动机调速和交流电动机调速。

2.1.1  直流电动机调速

直流电动机的稳态转速公式为：

                （3）

式（3）中：n为电动机转速;U为电枢电压;I为电枢电流;R为电枢回路总电阻;Ke为电动势常数;Φ为励磁磁通。

由式（3）中的参数可知，直流电动机调速有3种方法，即弱磁调速、调压调速和串阻调速。

2.1.2  交流电动机调速

交流电动机的稳态转速公式为：

              （4）

式（4）中：n为电动机转速;f为供电电源频率;p为电动机极对数;s为电动机的转差率。

由式（4）中的参数可知，交流电动机调速也有变频调速、变极调速和变转差率调速3种方法。

在塔机的起升调速中，直流调速最常用的为调压调速，交流调速最常用的为变频调速，这两种方法的特点是调速范围大、可实现无级调速。

在额定转速以上变速时，电动机的输出转速不应过高，输出转速不能超过联轴器、减速机的允许转速。变频调速的情况下，在同等功率、低频、低转速下，如果需要输出大扭矩，则电动机的机座号会过大，成本也会提高。因此，大范围的电气调速只适合在中、小功率的起升机构中应用，电动机输出转速可变化50倍;大功率的起升机构中电动机的调速范围只有2倍左右。

2.2  减速机调速

减速机调速通过改变减速机的传动比改变起升速度，这类减速机有电磁换挡减速机、电液换挡变速箱等产品。

电磁换挡减速机依靠电磁离合器换挡改变减速机的传动比，一般只设置2挡，不能带载变换离合器挡位。

电液换挡变速箱设置在电动机与减速机之间，通过电控液压，可使离合器换挡，从而改变减速机的传动比，并可设置多个挡位，带载变换离合器挡位。

电液换挡变速箱的优点是变速范围较大;缺点是成本高、检修维护烦琐。

2.3  变倍率调速

变倍率调速通过改变滑轮组倍率来改变起升速度。轻载高速时用小倍率，重载低速时用大倍率。变倍率调速根据操作方式分为手动换倍率和自动换倍率两类。

在通常塔机设备中，滑轮组倍率变化较少，一般在两种倍率之间变换，比如在1/2倍率、2/4倍率之间变换。其经济性高，但多数塔机需要人工换倍率，操作不便。

为了保证机构传动的稳定性、减少振动，不宜使卷筒的转速过高，即钢丝绳出卷筒的线速度不宜过高。当通过电气或减速机调速的方法使卷筒转速接近极限时，只能采用减小滑轮组倍率的方法提高起升速度。

3  调速方法对比

电气调速、减速机调速和变倍率调速各有优缺点，可根据需要应用在不同的场合。三类调速方法的对比如表1所示。

4  实例

某类型塔机的最大额定起重量为100 t，工作级别为M5，电动机功率为132 kW，卷筒卷绕6层，钢丝绳直径为40 mm;起升机构采用直流电动机调压、变速箱和2/4倍率变换共3种组合的综合调速方法，达到了大起重量、大起升速度和大起升高度的良好起升性能的目的。

在全磁场状态下，调节电枢电压可使电动机从额定转速向

下变速，最大速度可达90 m/min。为了得到额定转速以上的速度，当电枢全电压后，弱磁升速，其速度可超过90 m/min。此时，对应的起重量较小，实际使用意义不大。详细性能参数如表2所示。

表1  三类调速方法的比较

电气调速 减速机调速 变倍率调速

调速范围 可无级调速，小功率时调为范围为1∶50 定级调速，可实现

调速范围为1∶10 定级调速，级数有限，调速范围为1∶2

承载能力 功率受限，大范围调速时功率<90 kW 起重量受限，电磁

变挡减速机只用于小起重量中 不受起重量和起

升速度的限制

操作性能 简单 简单 复杂

维护保养 复杂 复杂 简单

表2  起升性能参数表

变速箱

档位 2倍率（起升高度400 mm） 4倍率（起升高度200 mm）

动载

系数 起升速度

/（m/min） 额定起

重量/t 动载

系数 起升速度

/（m/min） 额定起

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，如果采用单一的调速手段，则无法实现大范围的稳定调速：如果不采用电气调速，则无法实现稳定的无级调速;如果不采用变速箱调速，则仅有一种挡位，同时，仅对应一种额定起重量（在50 t、24 t、9 t和3 t中选其一）;如果不采用变倍率调速，则无法吊载100 t（50 t和100 t中选其一），但常见的起升机构中通常仅采用任意组合以上2种调速方法的方式，即电气调速与减速机调速或者电气调速与变倍率调速的结合。要想保证大起重量、大起升速度和大起升高度，需同时采用3种方式的组合才能达到目的。

5  结束语

综上所述，起升机构作为塔式起重机最重要的组成构件，其起升速度对工作的进行有关键的作用。因此，需要认真考虑起重机的起升速度，并积极应用合理的调速方法，以促进起重机在工程建设中的应用，为工程建设提供更大的帮助。

参考文献

[1]喻乐康.中大型塔式起重机起升机构的调速方式[J].建设机械技术与管理，2004（07）.

[2]王冬明，殷玉枫，王丹，等.塔式起重机结构动力学分析及载荷计算方法[J].机械设计，2014（07）.

〔编辑：张思楠〕