機械工程師通常指的是從事機械行業(yè)專業(yè)人士。本文是選自省級科技期刊《機械工程師》中的初級機械工程師職稱論文范文:淺談變頻器在塔式起重機起升機構的改進與應用。
摘要: 本文闡述了塔機起升機構采用變頻調控技術取代傳統(tǒng)變速調速,選用合適變頻器,實現(xiàn)塔機無極調速,提高塔機控制精度和系統(tǒng)的可靠性。進而實現(xiàn)了塔機的半自動化控制。
關鍵詞: 起升機構,變頻技術,變頻器
一、引言
隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,塔機的應用日益普遍需求量快速增長。全國塔機已達到10萬臺以上,現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展,變頻調控技術在電力托動系統(tǒng)中得到廣泛應用,采用變頻調控技術取代老式變阻調速,實現(xiàn)塔機無機調速,提高了控制精度和系統(tǒng)的可靠性,進而實現(xiàn)了起重機的半自動化控制。現(xiàn)在變頻技術的不斷發(fā)展,不斷地被人們認識,它以絕對的優(yōu)勢超越了其他的任何調速方案,其優(yōu)點數(shù)不勝數(shù),如:零速抱閘,對制動器無磨損;任意低的就位速度,可用于精確吊裝;速度的平滑過渡,對機構和結構件無沖擊,提高了塔機的運行安全性;極低的起動電流,減輕了用戶電網(wǎng)擴容的負擔;幾乎任意寬的調速范圍,提高了塔機的工作效率;節(jié)能的調速方式,減少了系統(tǒng)運行能耗。本文結合實際,談談在實際工作中變頻器在塔式起重機起升機構的更新與應用。
二、開發(fā)雙變頻起升機構的必要性
到目前為止,變頻器在塔機起升機構上的應用已經(jīng)有了近10年的歷史,從上述分析我們知道,變頻調速技術會給塔機的運行帶來較多的好處,而且國家的有關技術推廣部門和行業(yè)協(xié)會也舉辦過多次變頻技術應用的專題研討會,但實際的采用量并不理想,業(yè)內只有少數(shù)有實力的主機廠推出過變頻起升機構,這遠不能與其他行業(yè)的應用程度相比。有理由認為,限制變頻技術在行業(yè)內推廣的主要原因是:
、抛冾l系統(tǒng)出現(xiàn)故障后的售后服務難度大,與常規(guī)系統(tǒng)相比,加大了塔機的停機維修時間,增加了用戶的停工損失;
、谱冾l控制系統(tǒng)的成本要高于常規(guī)起升機構,增加了推廣難度;
變頻起升機構成本的60%左右是變頻器,由于目前變頻器的價格還較高,所以系統(tǒng)總成本要高于常規(guī)起升機構,但隨著變頻技術的不斷普及和提高,變頻器的價格還有較大的下降空間,而常規(guī)起升機構的成本基本已無潛力可挖。我們相信,在不久的將來,常規(guī)起升機構的成本將無絕對優(yōu)勢可言。所以,行業(yè)技術工作者的當務之急是如何能設計出減輕售后服務壓力的變頻起升系統(tǒng)。
三、塔機起升機構的作業(yè)狀況分析
衡量一臺塔機的工作能力,不單是所配起升機構的最大起重量這一參數(shù),而更為重要的參數(shù)是工作力矩的大小,它是塔機安全運行的重要指標。正是由于力矩參數(shù)的限制,塔機是不可能在任何工作幅度下都能起吊最大起重量的,而且從工地現(xiàn)場的實際運行情況來看,塔機起吊最大重量的工況也是非常少的。
這就給我們提供了一個思路:如果把現(xiàn)有的由一臺電動機和一臺變頻器控制的變頻起升機構改變成功率減半的兩臺電動機和兩臺小變頻器來共同驅動的話,即使有電機或者是變頻器出現(xiàn)故障,塔機在絕大部分情況下還是可以照常工作的。這樣就大大減少了主機廠的售后服務壓力,對用戶也十分有利。
四、變頻器的選取
當系統(tǒng)的電動機確定后,就可著手進行控制系統(tǒng)的設計。首先是變頻器的選型,F(xiàn)在市場上的國內外變頻器品牌不少,控制水平和可靠性差別較大,技術上大體可分為V/F控制、矢量控制和DTC直接轉矩控制三種。用于塔機的起升機構,建議最好選用具有矢量控制功能或者是具有DTC直接轉矩控制功能的變頻器,這樣的變頻器品牌較多,設計者可根據(jù)自己的熟悉程度、技術支持力度、其他行業(yè)廠的使用情況等因素來選擇。
由于變頻器品牌的不同,相同功率下變頻器的過載能力和額定電流值也不完全一致。所以,選擇變頻器容量時,不單要看額定功率的大小,還要校核額定工作電流是否大于或者即是電動機的額定電流,一般的經(jīng)驗是選擇變頻器的功率大于電動機功率10~30%左右。
五、變頻器在塔式起重機起升機構的方案
塔式起重機在起升機構中應用變頻技術以日本安川變頻器為主,主要應用于中大塔機,同時4繩最大起重量小于等于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。隨著電力電子技術的發(fā)展,國產(chǎn)變頻器技術日益成熟,價格優(yōu)勢明顯,應用于中小塔機已經(jīng)成為可能。
首先是系統(tǒng)采用開環(huán)或閉環(huán)控制的選擇,作為一般的塔機起升機構擬采用開環(huán)控制方式,如果要構成閉環(huán)系統(tǒng),一定要有PG(編碼器)、檢測回路和連接線。這些環(huán)節(jié)加大了安裝的復雜性;增加了系統(tǒng)成本。
其次是速度給定方式的選取,絕大多數(shù)的變頻器都有多種速度輸入方式。由于起重機采用聯(lián)動控制臺控制,所以采用開關量作為速度給定,為做到系統(tǒng)的結構簡潔,我們采用PLC與變頻器通信接口傳送速度與控制指令,這樣,控制柜內的連接線最少。
第三是速度的給定:由于普通4極電機可在頻率為25~75HZ范圍長期運行,所以我們將幾個檔位分別確定為6HZ、20HZ、35HZ、50HZ、70HZ五個檔位。其中一、二檔作為低速就位檔。
實際運行證明,固定塔式起重機采用變頻控制方案,具有簡單,可靠,平穩(wěn),高效,節(jié)能,保護功能齊全(過電流、過電壓、欠壓、接地、過熱、短路),是自動化控制的理想選擇。完美的替代的原有的傳統(tǒng)控制模式,具有普遍的推廣價值。
從改造后的運行情況來看,效果非常明顯:
(1) 系統(tǒng)采用5段速變頻啟動,啟動沖擊小,可以緩啟緩停。由于采用單電機工作,沒有了兩電機時的切換動作,電機啟動時對變速齒輪箱的沖擊大大減少。提升機的啟動,加速,減速,制動等過程平穩(wěn)快速,負載的波動小,操作靈活穩(wěn)定。
(2)制動方面,沒有了兩電機相互之間的能耗制動,電量消耗減少,單電機的運行電流根據(jù)負載的大小決定,只有原系統(tǒng)的三分一電流。變頻器采用反饋制動,對提升機無任何沖擊,無需電機來釋能,電機的放熱減小,延長壽命。
(3)變頻器擁有完善的電流、電壓、力矩、轉速、方向等檢測記憶功能,這是原系統(tǒng)不具備的,技術人員可根據(jù)定期的勘查數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)問題及時處理,解除安全隱患。
因此,根據(jù)塔式起重機使用的現(xiàn)狀及未來的發(fā)展,我們需要探討的問題是生產(chǎn)出經(jīng)濟實用、安全可靠的塔式起重機。特別是安全問題,隨著人們安全意識的不斷增強,對塔式起重機安全裝置的重要性更加重視,積極開展對塔式起重機的改進及新技術的應用的理論研究勢在必行,以促進塔式起重機生產(chǎn)的進一步改進,滿足塔式起重機生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展及需求。
《機械工程師》雜志創(chuàng)刊于1969年,系國內外公開發(fā)行的大型綜合性科技期刊,它是一份深具新聞價值、工具價值、決策參考價值、投資指南價值、管理借鑒價值、潮流引導價值的中國制造業(yè)主流期刊。曾用刊名:黑龍江機械。