坡度和调速方式对桥式起重机运行小车性能的影响分析

杜鑫 崔冰冰

摘 要：桥式起重机小车运行机构设计时要考虑坡度的影响，原因在于使用过程中定位精度和驱动电机功率选择的需要，《起重机设计手册》中常选择在不大于5‰时使用坡度来考虑这个影响，至于影响多大缺少实际数据支持。本文通过现场爬坡试验和试验数据统计分析，研究0‰～5‰不同坡度和变频调速及转子串电阻控制方式下启动电流、有功功率、功率因数等变化规律，从而得出坡度和驱动方式对小车运行性能的影响。

关键词：桥式起重机;坡度;变频调速;转子串电阻调速

中图分类号：TG115.28文献标识码：A文章编号：1003-5168（2018）29-0035-04

Abstract： The bridge crane trolley running mechanism design to consider the influence of the slope， the reason is that in the process of using positioning precision and the need of the drive motor power to choose， crane design manual， choose use the slope when not greater than 5 ‰ to consider the impact， as to how much influence the lack of practical data support. Through field climbing test and statistical analysis of test data， this paper studied the changing rules of starting current， active power and power factor under different slope（0‰～5‰） and frequency conversion speed regulation and rotor series resistance control mode， and thus obtained the influence of gradient and driving mode on the running performance of the car.

Keywords： bridge crane;slope;frequency control;speed adjustment by rotor series resistance

《起重机设计规范》（GB/T 3811—2008）中对起重机及其结构提出了相应的刚性要求，目的是保证起重机及其结构的正常使用和工作人员的健康与安全。对通用桥式起重机来说，为实现这一目的，标准规定了（1/500～1/1 000）L的刚性要求，此要求综合考虑了定位精度的使用要求和调速方式的影响[1]。在涉及定位精度时，主要考虑运行小车会因为主梁下挠而产生爬坡和下坡现象，所以具体设计过程中，在坡度不大于5‰时不考虑坡道载荷[1]。《起重机设计手册》中也规定了用坡度i代替sinα的最大坡度5‰作为考虑坡道阻力的影响[2]。涉及调速方式时，采取变频调速，刚性要求相对宽松。那么，在不同的坡道和调速方式下，对运行小车的影响到底如何？本文通过对0‰～5‰不同坡度和不同调速方式下有功功率、启动电流、功率因数等数据的测量，分析这些因素对小车性能的影响。

1 测试方案

本次试验采用16t的座式电动葫芦在电动葫芦试验台上进行测试，小车运行为集中驱动，电机型号为YZR132M2-6，功率为4kW，转速900r/min，变频器采用通用型变频器，型号为安川V1000，最大适用功率P=18.5kW，其输出电流为69A。主梁一端采用液压缸进行顶升，达到调节不同坡度的要求，小车运行距离为13m，重物提升距离为6m，可以满足所需条件。为了对比出转子串电阻调速和变频调速两种调速方式、0‰～5‰不同坡度下功率的消耗情况及相关数据指标，现场试验流程为：①转子串电阻调速方式下，坡度为0‰～5‰，试验载荷分别为空载、半载、额载，爬坡试验和下坡试验各两次;②变频调速方式下，坡度为0‰～5‰，試验载荷分别为空载、半载、额载，爬坡试验和下坡试验各两次。所有工况的测试速度按额定速度操作。测试过程中记录有功功率、启动电流、功率因数等数值，并观察不同坡度下小车运行的稳定性。

2 有功功率对比

使用电动葫芦综合试验台上安装的某厂生产的8920型高精度功率计记录的功率、电流、和功率因数数据对上述工况进行全程跟踪，各工况有功功率情况见表1、2。

根据表1和表2中的数据，绘制有功功率曲线图，如图1、2所示。

试验结果显示，上坡时随着载荷的增加，无论是转子串电阻调速还是变频调速，功率都是逐渐上升的。下坡时随着载荷的增加，变频调速所消耗的功率逐渐下降，而转子串电阻所消耗的功率逐渐上升。但是，无论是上坡还是下坡，变频调速所消耗的有功功率整体上都要小于转子串电阻调速。这说明，在节能方面，无论是上坡还是下坡，变频调速都比转子串电阻调速有较大的优越性。

3 启动电流对比

使用电动葫芦综合试验台上安装的高精度功率计对小车空载、半载和额载和各坡度的爬坡、下坡等工况进行测量，各工况启动电流测量数据见表3、4。

依据表3和表4绘制的曲线图如图3、4所示。

从图3、4可以看出，无论是上坡还是下坡，变频调速都能区分明显的大小关系，而转子串电阻调速则不容易区分明显的大小关系。但是，无论是上坡还是下坡，变频调速比转子串电阻调速的启动电流都要小，并且具有明显的优势，说明在启动电流方面，变频调速能够明显降低电机的启动电流，优越性大大优于转子串电阻调速。

4 功率因数对比

用电动葫芦试验台上的高精度功率计对各工况的功率因数进行跟踪，其试验数据见表5、6。

依据表5和表6绘制曲线图，如图5、6所示。

从图5、6可以看出，就变频调速而言，随着载荷的增加，功率因数依次降低;就转子串电阻的调速方式而言，随着载荷增加，功率因数依次升高。但就整体而言，变频调速各工况的功率因数明显大于转子串电阻的调速方式，说明变频调速能提高电动机的功率因数。

5 结语

通过对桥式起重机运行小车不同坡度和驱动方式下在有功功率、启动电流和功率因数等方面的对比测试，表明使用变频调速的起重机运行小车在使用过程中相对于转子串电阻调速能提高电网的功率因数，并降低启动电流和能耗;另外，还能降低主要结构件外载冲击，提高定位精度和使用寿命，减少不必要的点动次数，这些优点对提高作业的安全性及稳定性有积极的作用。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T 3811—2008 起重机设计规范[S].北京：中国标准出版社，2008.

[2]张质文，虞和谦，王金诺，等.起重机设计手册[M].北京：中国铁道出版社，2001.