變頻調速起重機起升動載特性的研究

摘 要：變頻調速技術廣泛的應用于工業企業，在起重機領域也引起了廣泛的關注和使用，該技術是起重機調速系統中運用的最新技術，相較于之前所應用的直流調速，變頻調速的安全性高，定位更加準確，更加便于維護。筆者通過變頻調速技術工作原理，變頻調速起重機的優勢和不足，分析變頻調速起重機起升動載特性。

關鍵詞：變頻調速 起重機 起升動載特性

中圖分類號：TH213.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）04（c）-0028-02

1 變頻調速技術的基本概念

伴隨著現代工業技術、計算機技術、電子技術的快速發展，電氣傳動方面將會迎來一次重大的技術變革，那就是變頻調速技術代替直流調速技術，計算機數控技術代替傳統控制技術。電機交流變頻調速已經成為現代工業中節能、完善工藝流程以及提高質量的普遍性技術。變頻調速技術利用其優異的特性，廣泛的應用于生產生活的各個方面。在日常生活中，家用電器的身上隨處顯示著變頻調速技術的身影，例如：變頻冰箱、空調等。

變頻調速技術是通過改變交流電動機的供電頻率來實現調速的目的，它有兩種控制方式分別是在基頻上下調速。該技術的基本原理可以用這樣一個公式表示：n=60f（1-s）/p，其中，n表示轉速，s代表電機轉差率，p則是電機磁極對數[1]。其實是通過改變工作電源的輸入頻率來實現改變轉速。

2 變頻調速起重機的特點

隨著變頻調速技術在工業企業的廣泛運用，在起重機方面，主要是通過起重機的起升機構，變幅，回轉等來實現變頻調速。與傳統的起重機相比較，新型的變頻調速起重機具有以下幾個特點[3]。

第一，具有較高的安全性和性價比。變頻調速起重機使用的變頻調速技術和一些其他的新型技術，使得起重機的電控系統有了很大的提高。同時，變頻調速系統使得過渡變得比較平穩，從而增加了起重機操作的安全性。第二，調速的范圍廣，性能好。變頻調速起重機具有較強的適應性，由于在變頻器內部使用了模塊化設計，集成度高，可靠性好。變頻調速起重機系統能夠實現閉環控制，具有比較強的控制能力和適應能力，司機可以依據不同的作業需求，隨時對起重機進行各檔的速度調整。第三，結構簡單，比較容易維護和修復。變頻調速起重機控制系統使用獨立的控制柜，設計合理，結構簡單，維修方便。特別是在起升系統中使用的裝置可以完成之前需要兩套裝置才能完成的操作，這樣做不僅降低了小車的自重，改善了受力結構，而且增加了小車的空間，有利用日常的維護。同時該系統也具備自我診斷功能，能夠及時的發現故障，使得維修起來更加的方便。第四，能夠有效提高工作效率，降低零件磨損。變頻調速起重機能夠根據載重量的大小區自動調整不同檔次的工作速度，減少了手動切換的時間，降低了司機的工作強度，同時也提高了起重機的工作效率。而且由于變頻器使用的是軟制動和軟啟動從而降低了零件的磨損。第五，具有良好的節能效果，變頻調速起重機具有自動節能操作模式，同時能有效的提高工作效率，因此具有較好的節能效果。第六，優化和提高了起重機的工作性能，使得起重機整體的壽命和機構的定位精確度有了一個較大的提高，改善了勞動強度和司機與起重機的關系。

3 變頻調速起重機起升動載特性

起重機按照其性能和構造的不同可分為以下幾種：分別是輕小型、橋式和臂架式。在日常生活中所見到的千斤頂就是輕小型的起重設備，梁式起重機是橋架類起重機的一種，塔式和履帶式起重機是臂架類起重機。人們又把起重機稱之為吊車，它所從事的工作是在一定范圍內把用人力無法搬運的物品進行水平搬運和垂直提升。起重機的零件主要包括起升、運行、變幅、回轉和金屬等機構，其中，起到基礎作用的是起升機構。起重機在一個工作循環中通過不同的環節，使得起升機構鎖著工作的變化而隨之發生變化，由此產生了起升動載荷系數，該系數是起重機結構中的一個重要參數，涉及到起重機的使用壽命，一般用φ2表示。

3.1 起重機起升動載荷系數

變頻調速技術在起重機上的使用，減緩了起重機載荷的離地速度，做到了0速起升，同時在離地的瞬間產生了附加加速度，這樣減少了離地瞬間對起重機的動態沖擊力和加速度引起的附加動應力載荷。用公式可將附加動應力載荷表示為：φ2=φ2最小值+β2Vh，β2是指起重機的工作等級系數，依據有關規定，可以將起重機工作等級系數劃分為四個等級，每個等級都有相對應的β2和φ2，Vh則表示起重機載荷瞬間的離地速度。

3.2 起重機起升機構

變頻調速起重機對起重機起升結構的影響，可以從疲勞強度和靜強度來分析。其中，疲勞強度可以用公式表述為TⅠmax=φ6FQR/mi[2]。公式中TⅠmax指的是起升機構中零件的疲勞計算基本載荷；FQ指額定的起升載荷，R代表著卷筒的卷繞半徑；m是指滑輪組的倍率；i指零件所在軸和卷筒軸之間的傳動比；φ6指動載系數。靜強度計算公式TⅡmax=φ2FQR/mi，其中TⅡmax指起升機構工作時的最大載荷，φ2是起升動載荷系數，其他的所表示的意思與疲勞強度計算中所指的意思相同。

從上述兩個公式中可以看出起升動載荷系數對其升機構的影響，變頻調速可以有效地降低起升動載荷系數。

3.3 起重機起升動載特性研究

通過變頻調速起重機的使用與之前的傳統起重機進行比較可以分析出：變頻調速起重機的起升速度較快，起升過程更為的穩定，加速所用的時間比較長。由于起重機所進行的工作是一種間歇性的工作，并且在整個的工作過程中是起升，轉移，卸載的重復機械運動，在這個工作過程中可以得出起升機構是一個起重機的最重要的構成部分。而在這個工作過程中，起升機構隨著工作循環中環節的變化而隨之發生變化，這樣就產生了起升動載。在前面已經提出來如何去計算起升動載荷系數，它是根據實際情況的不同而隨之發生改變的，針對不同的起重機類型也要依據類型去進行具體計算。

4 結語

變頻調速技術在實際生活中的運用愈加廣泛，由于起重機工作的特殊性，使得變頻調速技術在起重機的應用中也具有特殊意義。變頻調速起重機具有其獨特的優勢，例如高性價比、高安全性、結構簡單、維護和保養方便、節能、減少零部件磨損、操作簡單、節省工作時間、提高工作效率、改善人機關系等優點，但與此同時也具有一定的弊端，例如：影響電源設備的使用壽命，變頻調速會引起電機發熱，對電機產生不良影響，以及其他一些會對起重機的一些設備原件造成損害的弊端。從總的方面來說，變頻調速起重機是利大于弊，帶來了巨大的經濟效益。但是在技術方面，與國外的先進技術相差較遠，一些關鍵的零部件都需要進口，成本比較高昂。這是其在國內沒有得到普遍運用的重要原因。

變頻調速起重機能夠有效地提高工作效率，具有節能和節省成本等作用，而且變頻調速起重機在現在的市場中占據了越來越多的份額，可以帶來巨大的經濟效益，因此應該重視變頻調速技術在起重機方面的運用，根據已有的經驗結合國外相關先進技術，加快對變頻調速技術在起重機方面應用的研究與開發，盡可能降低其所帶來的對起重機的不利影響，充分發揮變頻調速起重機的經濟價值。

參考文獻

[1]浦漢軍，謝小鵬，梁廣熾.變頻調速起重機起升動載特性[J].西南交通大學學報，2013（2）：205-210.

[2]崔志遠.變頻調速起重機起升動載特性[J].電子技術與軟件工程，2013（17）：113-114.

[3]張玉之.變頻調速技術在起重機調速系統中的應用[J].中國設備工程，2009（10）：63-64.