摘要：雙電機(jī)RCS起升機(jī)構(gòu)是大中型塔機(jī)應(yīng)用最廣泛的一種起升機(jī)構(gòu)。本文對(duì)電控組成、電機(jī)選型、調(diào)速方式、軟件編程等方面進(jìn)行技術(shù)改造，在使用過(guò)程中取得了調(diào)速范圍廣、可靠性高、故障率低的的顯著效果。
　　關(guān)鍵詞：塔式起重機(jī)；RCS起升機(jī)構(gòu)；技術(shù)改造；應(yīng)用
　　近幾年來(lái),塔式起重機(jī)作為建筑機(jī)械中一個(gè)重要機(jī)種,無(wú)論在品種、規(guī)格、型號(hào)、性能和質(zhì)量上,都有很大的發(fā)展。20世紀(jì)80年代初期，由法國(guó)波坦公司引進(jìn)塔機(jī)的生產(chǎn)技術(shù)，大大提高了我國(guó)塔機(jī)生產(chǎn)技術(shù)的水平。雙電機(jī)RCS起升機(jī)構(gòu)是目前我國(guó)大中型塔機(jī)應(yīng)用廣泛的一種起升機(jī)構(gòu)，總結(jié)20年的使用經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國(guó)工業(yè)的發(fā)展水平，在國(guó)產(chǎn)化的基礎(chǔ)上，對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)改造，必然會(huì)提高該機(jī)構(gòu)的可靠性，降低故障率，擴(kuò)大該機(jī)構(gòu)的應(yīng)用范圍。
　　一工作原理
　　RCS起升機(jī)構(gòu)是由兩臺(tái)完全相同帶制動(dòng)器的繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，一臺(tái)稱(chēng)為低速12電動(dòng)機(jī)，一臺(tái)稱(chēng)為高速32電動(dòng)機(jī)，通過(guò)速比1:2的齒輪副與減速機(jī)相連。工作時(shí)，通過(guò)一臺(tái)拖動(dòng)電機(jī)減少轉(zhuǎn)子所串電阻，增加轉(zhuǎn)子電流，增加電動(dòng)力矩，來(lái)實(shí)現(xiàn)加速的目的；另一臺(tái)被拖動(dòng)電機(jī)就成為一臺(tái)交流發(fā)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子電流經(jīng)整流后，加在其定子上，便形成一個(gè)電氣減速緩行器，改變制動(dòng)力矩就可以進(jìn)行調(diào)速。此RCS起升機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是電機(jī)在不同電路中具有多種功能：(1)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)功能；(2)發(fā)電機(jī)功能；(3)電氣減速緩行器功能；(4)機(jī)械制動(dòng)器功能。
　　兩臺(tái)完全相同的帶機(jī)械制動(dòng)器的繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，形成一個(gè)相互制約的閉環(huán)控制。位能負(fù)載下降時(shí)，完全避免了失速問(wèn)題。兩臺(tái)繞線電動(dòng)機(jī)完全相同，所以它們能共用一個(gè)電阻器。電控分為5個(gè)速度，在拖動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)中調(diào)速，不論起升（或下降）速度如何，均能以最大速度運(yùn)行，吊載可以準(zhǔn)確安全就位，工作平穩(wěn)，最大調(diào)速范圍為1:40，從而提高生產(chǎn)效率。
　　二技術(shù)改造
　　該機(jī)構(gòu)性能好，但由于操作使用不當(dāng)，故障率有時(shí)偏高。我們將從電控系統(tǒng)、電機(jī)選型、調(diào)速特性、加速方式等方面進(jìn)行技術(shù)改造，提高機(jī)構(gòu)應(yīng)用的可靠性。
　　1．電控系統(tǒng)
　　RCS起升機(jī)構(gòu)的兩個(gè)電機(jī)共用一個(gè)電阻箱，用繼電器5接觸器進(jìn)行控制，可靠性低，故障率高。原電控配電箱共有12個(gè)中間繼電器，5個(gè)延時(shí)繼電器，13個(gè)接觸器。由于選型和惡劣的工作條件，2個(gè)加速延時(shí)繼電器和2個(gè)減速延時(shí)繼電器常會(huì)使系統(tǒng)不能正常工作。
　　塔機(jī)司機(jī)的誤操作造成故障率偏高。為盡量減少誤操作，根據(jù)對(duì)RCS起升機(jī)構(gòu)工作過(guò)程的分析，我們用可編程序控制器代替繼電器，對(duì)RCS起升機(jī)構(gòu)進(jìn)行了全新的電控設(shè)計(jì)。我們選用的小型整體式可編程序控制器內(nèi)存量大、處理速度快，有豐富的各種功能元件。充分利用條件控制、指令控制、定時(shí)、狀態(tài)等功能，代替原控制中的繼電器、延時(shí)器，滿足每個(gè)動(dòng)作過(guò)渡的要求，實(shí)現(xiàn)其復(fù)雜的調(diào)速功能。克服調(diào)速過(guò)程的沖擊，提高系統(tǒng)的可靠性，降低機(jī)器的故障率。
　　2.電機(jī)
　　RCS起升機(jī)構(gòu)使用兩個(gè)相同的電機(jī)，目前國(guó)內(nèi)一般選用51.5KW電機(jī)，基本參數(shù)見(jiàn)表1。
　　表1YTSR180M2-4電機(jī)參數(shù)表

　　該電機(jī)是引進(jìn)法國(guó)技術(shù)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的，其最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)高達(dá)3.2倍以上。電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩Mm=3.2Mz=1091Nm。
　　RCS起升機(jī)構(gòu)起動(dòng)調(diào)速時(shí)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串接了3段電阻，形成3條人為機(jī)械特性曲線。以切換轉(zhuǎn)矩M2=1.2MZ為切換點(diǎn)，根據(jù)計(jì)算繪出機(jī)械特性，見(jiàn)圖1。圖中s為電機(jī)轉(zhuǎn)差率，M2為電機(jī)轉(zhuǎn)矩，M2電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，ne電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，Mm電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩。

　　圖1原設(shè)計(jì)機(jī)械特性
　　從圖中可以看出，RCS起升機(jī)構(gòu)電機(jī)轉(zhuǎn)子在切除第1段和第2段電阻時(shí)，其最大轉(zhuǎn)矩值分別為2.05和2.76倍的額定轉(zhuǎn)矩，已經(jīng)很大了。在切除第3段時(shí)，其切換轉(zhuǎn)矩值達(dá)到了電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩值，即3.2倍的額定轉(zhuǎn)矩，如此大的轉(zhuǎn)矩帶來(lái)的沖擊是電機(jī)、接觸器、起升機(jī)構(gòu)故障率偏高的重要原因之一。從多年使用情況看，電機(jī)選型偏大，造成動(dòng)態(tài)沖擊過(guò)大，故障率偏高，需要進(jìn)行技術(shù)改造。我們認(rèn)為選用41KW電機(jī)完全能夠滿足工地實(shí)際使用的需要，基本參數(shù)見(jiàn)表2。
　　表2YTSR180M1-4電機(jī)基本參數(shù)

　　電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩將減少221Nm，大大減少了對(duì)電機(jī)和機(jī)械的沖擊。在此基礎(chǔ)上，如果再?gòu)恼{(diào)速特性上進(jìn)行技術(shù)改造，沖擊轉(zhuǎn)矩就會(huì)減少更多，必然降低電氣與機(jī)械設(shè)備的故障率。
　　3．調(diào)速特性
　　（1）原電機(jī)機(jī)械特性分析
　　從圖1中可以看出驅(qū)動(dòng)電機(jī)調(diào)速的動(dòng)態(tài)過(guò)程，原電阻分為3段，且比值不合理，造成調(diào)速過(guò)程中的沖擊。
　　①轉(zhuǎn)子由串接3段電阻切換到串接2段電阻時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩M1=2.05Mz，轉(zhuǎn)矩變化范圍（M1-M2）是0.85倍的額定轉(zhuǎn)矩Mz。
　　②由串接4段電阻切換到串接1段電阻時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩M1=2.76Mz，轉(zhuǎn)矩變化（M1-M2）范圍是1.56倍的額定轉(zhuǎn)矩Mz。
　　③當(dāng)轉(zhuǎn)子切除最后1段電阻時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩M1要達(dá)到電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩值（3.2倍的額定轉(zhuǎn)矩MZ）。
　　（2）改進(jìn)設(shè)計(jì)后機(jī)械特性分析
　　按照RCS起升機(jī)構(gòu)的具體情況，電機(jī)轉(zhuǎn)子所串電阻由分3段改為分4段進(jìn)行切換，并將比值進(jìn)行調(diào)整，情況就會(huì)大不一樣。根據(jù)計(jì)算其轉(zhuǎn)差率的相對(duì)比值為1:2，我們按M2=1.2MZ情況繪出其人為機(jī)械特性曲線，見(jiàn)圖2。

　　圖2M2=1.2MZ時(shí)的機(jī)械特性
　　從圖2可以看出當(dāng)M2=1.2MZ時(shí)，轉(zhuǎn)子在分別短接4段電阻時(shí)，轉(zhuǎn)矩變化率（M1-M2）
　　只有：1.12MZ、1.20M、1.23MZ、1.03MZ，而切換電阻時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩（即M1）也只有2.43MZ。
　　通過(guò)以上分析，可以明顯地看出：轉(zhuǎn)子由串3段改為串4段進(jìn)行切換，切換轉(zhuǎn)矩M2越小則轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)變化范圍就越小，最大轉(zhuǎn)矩也會(huì)變小，起到了化整為零的作用。當(dāng)切換轉(zhuǎn)矩M2=1.2MZ時(shí)，切換的最大轉(zhuǎn)矩M1也只有2.43MZ，這是完全能夠滿足起動(dòng)和調(diào)速時(shí)平穩(wěn)過(guò)渡的工作要求的。通過(guò)電機(jī)選型和調(diào)速方式的重新設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的最大工作轉(zhuǎn)矩由1091Nm,降低到661Nm，沖擊將明顯減小。

　　4．調(diào)速方式
　　由繼電器—接觸器組成的電控系統(tǒng)，起升1、2、3擋時(shí)，PV電機(jī)起加速作用，GV電機(jī)起減速作用。到4擋時(shí)，GV電機(jī)被切除，PV電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子依次延時(shí)封掉2段電阻，然后以PV電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。到5擋時(shí)，PV電機(jī)被切除，GV電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子串2段電阻的情況下接入電路。然后GV電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子用同樣方式依次延時(shí)封掉2段電阻，以GV電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。4、5擋兩個(gè)電機(jī)間的切換造成了不必要的沖擊。
　　為克服調(diào)速中電機(jī)切換的沖擊問(wèn)題，我們采用可編程序控制器對(duì)原電控進(jìn)行技術(shù)改造，有兩種調(diào)速方式可供選擇。一種是保留原加速方式（可不用5擋、效率低）；另一種是根據(jù)載荷不同選擇電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，避免電機(jī)的切換。當(dāng)載荷系數(shù)0.5≤G≤1時(shí)，僅由低速電機(jī)驅(qū)動(dòng)；當(dāng)載荷系數(shù)G≤0.5時(shí)，僅由高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)。避免了原來(lái)的電機(jī)切換，減少了不必要的沖擊。
　　三軟件編程
　　以可編程序控制器作為邏輯控制的核心元件，能夠用軟件代替硬件，可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)。我們將起升與下放、加速與減速各擋分為不同的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)與制動(dòng)機(jī)械特性最科學(xué)合理的組合控制。因此控制系統(tǒng)性能好，故障率幾乎為零。
　　可編程序控制器的軟件是控制的核心。在軟件編程中，我們充分考慮RCS起升機(jī)構(gòu)工作的過(guò)程與使用要求、必備的安全條件及操作方法、頂升、換繩等特殊工況，先設(shè)計(jì)出工作狀態(tài)流程圖。把電機(jī)在不同狀態(tài)下各個(gè)不同的機(jī)械特性按調(diào)速要求，用可編程序控制器的狀態(tài)器進(jìn)行組合。用梯形圖方式設(shè)計(jì)程序，充分利用各種功能元件完成加速與減速的目的。梯形圖直觀，各種不同狀態(tài)下的動(dòng)作狀況一目了然，前后關(guān)系非常清楚。采用SFC語(yǔ)言調(diào)整邏輯關(guān)系、修改程序內(nèi)容、調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)尤為方便。軟件程序充分保證了與硬件修改電路的統(tǒng)一。
　　四特性對(duì)比
　　選用不同的電氣部件、電控系統(tǒng)和減速器組成新的RCS起升機(jī)構(gòu)，性能參數(shù)、工作性能、生產(chǎn)成本、應(yīng)用范圍將有所不同。見(jiàn)表3。
　　表3RCS起升機(jī)構(gòu)特性對(duì)比

　　五小結(jié)
　　一個(gè)機(jī)構(gòu)發(fā)生故障可能有設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用、維修等多方面原因。我們的技術(shù)改造在電機(jī)選型上使產(chǎn)生故障的沖擊降低了20%。調(diào)速特性轉(zhuǎn)子串電阻由3段改為4段，使調(diào)速特性更加平穩(wěn)。在調(diào)速方式上可以減少電機(jī)間的切換。尤其是在控制系統(tǒng)中用可編程序控制器代替了繼電器，完全可以防止誤操作。如此改進(jìn)，RCS起升機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)過(guò)渡會(huì)有極大的改善。最大轉(zhuǎn)矩的降低非常有效的減少了機(jī)械的沖擊，減少齒輪打齒和電機(jī)斷軸的故障率。使電機(jī)的工作沖擊電流也大大下降，從而提高電機(jī)和接觸器的使用壽命，可以廣泛地應(yīng)用于不同的塔式起重機(jī)。
　　［參考文獻(xiàn)］
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