塔式起重机变幅机构的变频调速技术

2.对现有变幅机构的改进

目前应用最广泛的变幅机构是采用双速电动机拖动。其原电动机为YD132S-8/4型，低速运行速度20m/min，高速运行速度40m/min，存在低速就位困难问题，需要反复打反车完成就位。空载或轻载时的最高速度也只有40 m/min，效率明显偏低，有必要进行改进。

首先用YZP132S-6型电动机代替原来的YD132S-8/4型电动机。初步设定为8段速度，恒转矩区域为5段，恒功率区域为3段。根据最大起吊质量决定其最高速度为60m/min。根据需要，最高速度的应用选择分别为38m/mim、48m/mim、60m/mim，显示值分别在速度段6、7、8。作业速度具体数值见表1。

改进后，在保留原机构的基础上，低速和高速的应用都有很大的扩展，变速比由40/20＝2扩展到60/3＝20，既满足了平稳就位的要求，又提高了工作效率，中间还有几个任意选择的速度，带来了实实在在的方便。

可编程序控制器流程示意图

3.新变幅机构的变频电控设计

由于变频调速性能高，任何塔机的变幅机构都可以应用。本文仅以起重臂架最大长度70m、最大起吊质量16 t的塔机为例进行介绍。

(1)基本速度

在塔机最大载荷时，因变幅小车在臂架上运行产生的振动较大，所以速度不宜过快，一般均采用低速或中速。电动机在恒转矩条件下应满足这一要求。可把最大阻力时（其中包含风载阻力）变幅小车的运行速度40m/min定为基本速度。

(2)最大速度

在臂端吊运允许运行载荷的概率最高，且运行距离最长，此时变幅小车应能达到最大运行速度。电动机在恒功率条件下应满足这一要求（设定为80m/min），以提高工作效率。

(3)就位速度

为了把重物平稳准确地放在预定位置，变幅机构通常要设定一个慢速。传统控制中，若采用多速电动机，该速度由其最低速度确定；若采用绕线电动机和力矩电动机，该速度根据重物的大小确定，常常造成低速偏高，就位不稳定。而采用变频器可以灵活地设定一个实用的就位速度（3m/min）。

(4)选择最高速度段

变频调速可将速度分为12段，速度分段数值见表2。可以从7～12速度段中任意选择最高速度段，6个最高速度完全可以满足不同载荷的要求。与法国波坦6DPC54型（最大起吊质量16t，三速为45 m/mim、22.5 m/mim、5.6 m/mim）小车变幅机构相比，高速可以提高到80m/min ，提高了70％；减速就位时速度可低至3m/min，运行十分平稳（见图3）。

2种变速机构的速度对比图

新的设计真正做到了重载低速、轻载高速，又有多种速度可供选择，大大提高电动机的工作效率，降低了能耗。

4.电控设计的实施

(1)电控系统的组成

电控系统分为输入和控制2部分（见图4）。输入部分主要有联动台、最高速选择开关、安全限位和工作监测等；控制部分包括可编程序控制器、变频器、电动机制动器和速度显示器等。可编程序控制器是控制的中枢，主要控制变频器、电动机制动器和速度显示器等。

变频调速电气控制示意图

(2)速度控制和安全限位

速度选择开关是一个三回路多位旋转开关，可根据需要的速度段进行设计，在恒转矩区域内可以有8个选择，在恒功率区域内可以有4个选择。安全限位的输入采用了法国波坦6DPC54型小车变幅机构的形式，变幅小车向内、向外移动都有减速限位和安全限位，同时把力矩限位加到了向外移动的回路中（见图5）。

(3)工作监测和速度显示

工作监测主要监测电动机、变频器的工作情况。它要根据电动机、变频器的具体型号、性能进行全面设计，保证出现意外情况时电控系统能有效地采取保护措施。速度显示采用一个显示灯，简单实用。以12段速度为例，显示值见表3。

在1～8段恒转矩区域内，不同负载可以任意选择；在9～12恒功率区域内，较小负载允许的最高速度可以随意选择。在显示上不同的是：10段显示的是A，11段显示的是B，12段显示的是C，停机时显示的是允许的最高速度段，工作时显示的是实时速度段。

电气限位示意图

变频调速技术与先进的数字采集、信息传输、控制技术、监控软件、电气传动技术、安全技术等多领域紧密相连。塔式起重机应用变频调速代替传统的多速电动机、力矩电动机调速，可以大大提高变幅机构的性能和可靠性，变频器可以提高电动机的负载率和系统的工作效率，从而达到节能降耗的要求。

(作者地址：北京安定门内方家胡同21号   北京建筑机械化研究院  100007)