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解決方案

起重提升行業(yè)

變頻器在塔式起重機上的應用

  • 小編
  • 2020-05-21 09:53:50

變頻器在塔式起重機上的應用(圖1)

塔式起重機主要針對建筑施工中的模板工藝而進行研發(fā),適用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的工業(yè)與民用建筑施工中建筑材料與構(gòu)件的起重吊運。
一、目前國內(nèi)起升機構(gòu)的主要調(diào)速方式:

起升機構(gòu)是塔式起重機的傳動機構(gòu),目前傳統(tǒng)調(diào)速方式下要求重載低速,輕載高速,調(diào)速范圍大;起升機構(gòu)調(diào)速方式的優(yōu)劣直接影響整機性能。起升機構(gòu)調(diào)速方式選擇原則有三個:

首先要平穩(wěn),沖擊??;

其次要經(jīng)濟和可靠,符合國情;

三是要便于維修。
1、多速電機變極調(diào)速

起重量小于等于6T的小中型塔機競爭激烈,成本控制嚴格,國內(nèi)以多速電機變極調(diào)速為主,方案簡單,應用較廣,常采用4/8/32極多速電機實現(xiàn)。

2、電磁離合器換檔的減速器加帶渦流制動的單速繞線轉(zhuǎn)子電機

該調(diào)速方式我國已采用幾十年,但現(xiàn)在已逐漸不再使用。它靠電磁離合器換檔改變減速器的速比,靠帶渦流制動的單速繞線轉(zhuǎn)子電機串電阻獲取較軟的特性和慢就位速度。它的優(yōu)點是運行比效平穩(wěn),調(diào)速比可以設(shè)計較大。它的缺點較多,首先電磁離合器一般采用國產(chǎn)機床用產(chǎn)品,壽命短,可靠性差;其次是不能空中動態(tài)變換離合器檔位,不然會下滑,這很危險;三是減速器成本較高。

3、普通減速器加帶渦流制動的多速繞線轉(zhuǎn)子電機

將上一種方式的電磁離合器換檔改為多速電機驅(qū)動普通單速比減速器則是本方式的思路。相對于多速電機換檔沖擊大的缺點,帶渦流制動的多速繞線轉(zhuǎn)子電機可串電阻獲取較軟的M-n特性,起制動和檔位切換較平穩(wěn),有慢就位速度,功率可以比鼠籠電機用得大。這種調(diào)速方式構(gòu)造簡單,易維護,可靠性高。目前已成功地解決了渦流制動繞線轉(zhuǎn)子電機散熱問題,大大提高了這種調(diào)速方式的可靠性。

目前國內(nèi)8~12t起升機構(gòu)大多采用這種調(diào)速方式,但是這種電機起制動和換檔仍有較大的峰值電流和沖擊,電氣控制系統(tǒng)比較復雜,16t以上的大噸位起升機構(gòu)一般不宜再采用這種調(diào)速方式。
4、差動行星減速器加雙電機

行星減速器的太陽輪由一臺電機驅(qū)動,行星架由另一臺電機經(jīng)行星減速驅(qū)動,外軌道的內(nèi)齒圈固定在起升卷筒上。這就是差動行星減速器的構(gòu)造。行星系確定為某一合適參數(shù)后,卷筒轉(zhuǎn)速就取決于兩臺電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向,同向快速,反向慢速。如果是單速電機,每臺電機則有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止三種狀態(tài)與另一臺電機相配,因此速度檔位很多。如果用多速電機,速度檔位就更多了,這就是差動調(diào)速原理。電機可用鼠籠或變頻與鼠籠相結(jié)合,較小噸位用鼠籠,大噸位用變頻與鼠籠相結(jié)合。這種方式調(diào)速比大,能滿足重載低速、輕載高速的要求,而且可靠性高,特別適合于大噸位起升機構(gòu)。

但差動行星減速器結(jié)構(gòu)復雜,一般要非標設(shè)計與生產(chǎn),加上雙電機,成本較高,控制復雜。主機生產(chǎn)廠家采用的不多。

5、變頻調(diào)速

變頻調(diào)速技術(shù)應用越來越廣泛。國內(nèi)塔機起升機構(gòu)的應用已多年,效果良好,但使用面不廣。它的優(yōu)點是慢就位速度可長時間運行,實現(xiàn)零速制動,運行平穩(wěn)無沖擊,能延長結(jié)構(gòu)和傳動件的壽命,對鋼絲繩排繩和壽命大有裨益,同時提高了塔機。

但其在起升機構(gòu)使用面很窄,一是進口變頻器仍然較貴,國產(chǎn)變頻器不過關(guān);二是變頻器一旦出了問題,一般修不了,大多只能換新;變頻調(diào)速由于成本高,一般中小噸位起升機構(gòu)應用少,大噸位則較多。變速調(diào)速在中小噸位大面積使用,只有等待國產(chǎn)變頻器的崛起。

二、變頻器在塔式起重機起升機構(gòu)的方案

塔式起重機在起升機構(gòu)中應用變頻技術(shù)以日本安川變頻器為主,主要應用于中大塔機,同時4繩起重量小于等于6T的小中型塔機競爭激烈,成本控制嚴格,所以變頻器應用極少。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,國產(chǎn)變頻器技術(shù)日益成熟,價格優(yōu)勢明顯,應用于中小塔機已經(jīng)成為可能。
1、工藝介紹

中小型塔式起重機典型規(guī)格QTZ315塔式起重機,應用廣泛;2倍率主要技術(shù)指標為:起升重量3T,起升速度52/26/5.5m/min,起升機構(gòu)15/15/5.5KW的4/8/32多極電機,減速機速比I=12.5,滾筒直徑300mm。

對于中小型塔式起重機的指標是升重量3T,滾筒直徑300mm不能有太大變化,對速度的要求也比較高。選用變頻調(diào)速方式,需要對相關(guān)設(shè)備和技術(shù)指標進行適當?shù)恼{(diào)整。
2、 參數(shù)計算

起重機變頻調(diào)速系統(tǒng)由主令控制器或電位器做為輸入給定,通過變頻調(diào)頻調(diào)速電控設(shè)備、荷重測控儀、限位開關(guān)、制動器等配合使用,來控制起重機的起升機構(gòu)等交流變頻異步電動機起、制動、可逆運轉(zhuǎn)與調(diào)速。

設(shè)備選型參數(shù):動滑輪2倍率,起升機構(gòu)18.5KW的4極異步鼠籠電機,減速機速比I=31.5;滾筒直徑300mm,即I=31.5,R=D/2=150mm=0.15m,Nn=1450轉(zhuǎn)/分,Pn=18.5KW。

3、起升重量的計算

Pn=2*π*Nn*Tn/60*1000

得:Tn=Pn*1000*60/2*π* Nn=18.5*1000*60/2π*1450=121.9Nm

得理論氣盛重量:F=2*Tn*I*/R*10000=2*121.9*31.5/0.15*10000=5.1198T

考慮傳動效率為0.64,則起升重量為:Fmax=0.64*F=0.64*5.1198=3.28T

與要求的起升重量相比有1.1倍保險系數(shù),基本符合要求。

4、起升速度計算

Vmax=π*D*Nn/2*I=π*0.3*1450/2*31.5=21.7 m/min

根據(jù)上式可知,變頻模式下,電機的升速度降低了很多,主要是考慮到節(jié)約成本,在市場上有競爭力,設(shè)計時相關(guān)硬件成本估算到;通過縮短啟動和就位時間,空鉤高于50HZ運行等多種協(xié)調(diào)方法,使得實踐中并不明顯感覺速度減慢。

三、性能特點

采用先進的現(xiàn)代交流變頻調(diào)速技術(shù)對塔式起重機電力拖動系統(tǒng)進行技術(shù)改造,使起重機實現(xiàn)平穩(wěn)操作,提高運行效率,超負荷作業(yè),消除起制動沖擊,減少電氣維護,降低電能消耗,提高功缺因數(shù)等均可取得良好實效。同時還具有過電流、過電壓、欠電壓和輸入、輸出缺相保護,以及變頻器過熱、過載、制動單元過熱、接地故障保護、電動機故障保護等,變頻調(diào)速方法具有如下顯著特點:

1、調(diào)速范圍寬,可實現(xiàn)有控制定位要求的作業(yè);

2、軟啟動、軟停止的功能降低了機械傳動沖擊,可明顯鋼結(jié)構(gòu)的承載性能,延長了起重機的使用壽命;

3、高集成度組件及高可靠性低壓電器,有效解決原電氣系統(tǒng)接線復雜問題,不僅降低了系統(tǒng)故障機率,而且易維護;

4、電動機在零速時,能全力矩輸出,即使制動器松動或失靈時,也不會出現(xiàn)重物下滑,確保系統(tǒng)可靠。

5、具有快速的動態(tài)響應,不會出現(xiàn)溜鉤并真正實現(xiàn)“零速交叉”功能;

6、專用負荷重量測控儀并配以相應軟件,起升速度可隨負荷重量變化自切換,實現(xiàn)“輕載快速,重載慢速”的作業(yè)要求;2.4.7系統(tǒng)所用變頻器,具有自動節(jié)能操作模式,能較大提高系統(tǒng)的功率因數(shù)和整機工作效率,節(jié)能效果顯著,平均節(jié)電率可達20%以上。

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