起重機械節(jié)能應(yīng)用技術(shù)的探討

摘 要：隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，國內(nèi)基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)模、吊裝設(shè)備的體積和質(zhì)量也越來越大，社會工業(yè)化水平的提高，督使各種類型起重機械相繼問世，這些起重機械已經(jīng)成為火電建設(shè)關(guān)鍵生產(chǎn)力要素。同時起重機械使用能耗問題一直困擾著起重機械的發(fā)展，一般來說，對于起重機的起重量要求越大，起重速度要求越高，就勢必能耗很高。因此，使用成本也很高。而我們國家能源并不豐富，國家大力倡導(dǎo)節(jié)能減排，在這種背景下，起重機械必須跟上時代的步伐，增加資金投入，加大研發(fā)力度，積極通過技術(shù)創(chuàng)新把能耗降下來，從而更好地為國民經(jīng)濟的發(fā)展做貢獻。文章介紹了起重機械的基本概況，分析了其耗能特點，并探討了幾種節(jié)能技術(shù)和方法。

關(guān)鍵詞：起重機械；節(jié)能；技術(shù)

1 起重機械的概況

起重機械主要用于重物的頂舉和吊裝，為了實現(xiàn)這種功能，起重機械主要由動力裝置、起升裝置、運行裝置、取物裝置、操控系統(tǒng)等部分組成[1]。其中操控系統(tǒng)是起重機械的神經(jīng)中樞，主要實現(xiàn)對其它裝置的控制，控制它們的方向、力度、幅度、開合等等。動力裝置主要是為起重機提供動力，這是起重機所有裝置中能耗最大的部件。取物裝置常見的就是抓斗，可以自由開合，實現(xiàn)對重物的抓舉。起升裝置主要作用是實現(xiàn)對重物的提升和下放，一般來說，起重機的一個重要功能就是垂直搬運重物，提升裝置就是為實現(xiàn)這一作用而設(shè)計的。起重機械常見的有兩種，一種是以電力為主要能源，一種是以燃油為主要能源。前一種起重機械通常用于火電建設(shè)工程橋門式起重機和塔式起重機作業(yè)，這種工作一般來說對起重機械的機動性要求不高，很多都是在固定或做往復(fù)運動地點作業(yè)的，因此使用公共電網(wǎng)提供動力比較適合。但是有的起重工作作業(yè)地點需要不斷變換，對起重機械的機動性有較高要求，使用電能就很不方便，于是又有一種使用燃油的起重機械。

2 起重機械的能耗及其特點

2.1 能源消耗的環(huán)節(jié)

首先是對電能和燃油的消耗。起重機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，部件眾多，在重物頂舉和吊裝過程中需要各個工作裝置協(xié)調(diào)合作方能實現(xiàn)重物的安全準(zhǔn)確的搬運工作。在這一過程中，起重機械需要消耗大量電能和燃油。另外，起重機械主要結(jié)構(gòu)為金屬構(gòu)件，其自身質(zhì)量比較大，這也增加的起重機械的能耗。其次，在起重機械工作過程中還會消耗自身，由于起重工作從事都是繁忙勞動，所以對機械的損傷比較大，起重機械自身的消耗也是其能耗的一個重要組成部分。

2.2 能源消耗的特點

以往由于技術(shù)因素影響，起重機械設(shè)計和制造技術(shù)還不成熟，導(dǎo)致起重機械工作效率不高，耗能量大，且噪音刺耳，對操作人員和周圍居民造成嚴(yán)重干擾。

3 起重機械節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

3.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)

任何事物都由多種要素組成，而這些要素的組合方式就成為事物的結(jié)構(gòu)。在哲學(xué)中人們知道，事物質(zhì)變的一個重要形式就是結(jié)構(gòu)的變化，質(zhì)變的一個重要的實現(xiàn)途徑就是優(yōu)化事物各要素的排列組合。起重機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有許多的部件，當(dāng)然可以通過優(yōu)化其結(jié)構(gòu)的方式來實現(xiàn)降低能耗的目的。目前，我國多數(shù)起重機械都是橋式結(jié)構(gòu)，而且機身龐大，與國外同等產(chǎn)品相比顯得過于笨重，因此能耗也要高出許多。因此，有必要對其結(jié)構(gòu)進行改進，對此，相關(guān)學(xué)者已經(jīng)進行了卓有成效的研究，通常使用計算機技術(shù)和軟件技術(shù)，設(shè)計出針對起重機械的結(jié)構(gòu)分析軟件，對起重機械的結(jié)構(gòu)進行分析，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化程序?qū)ζ鹬貦C的主梁進行分析，從而得出優(yōu)化方案[2]。目前比較成熟的軟件有兩種，一種是有限元分析軟件ANSYS，另外一種是MATLAB軟件。

3.2 運用新興材料技術(shù)

隨著社會的發(fā)展，材料科學(xué)也取得了很大的進步，各種新興材料不斷被研發(fā)出來，這些材料往往是由多種元素組合而成的復(fù)合材料，具有各種特種功能，例如，質(zhì)量輕、強度高、耐腐蝕、韌性好等等，在各行各業(yè)得到廣泛應(yīng)用。對于起重機械來說，也應(yīng)該大量采用新型材料。以往起重機械大量使用鋼鐵作為原料，導(dǎo)致機身龐大笨重，增加了能耗。另外，由于鋼鐵等材料在強度、韌度、耐腐蝕性等方面還不能完全適應(yīng)重物頂舉工作的要求，使得起重機械零部件壽命較短，從而也增加了能耗。因此，起重機械應(yīng)該重視引進新材料，當(dāng)前已經(jīng)出現(xiàn)了許多適宜于起重機械的新興材料。例如高強度尼龍繩，質(zhì)量輕，壽命長，是鋼絲繩的理想替代品。還有高陶瓷軸承，具有摩擦系數(shù)小、耐高溫等優(yōu)點，比鋼質(zhì)軸承性能優(yōu)越許多?？傊ㄟ^選用新型材料，降低起重機械的自身質(zhì)量，提高機械部件的壽命，從而降低能耗。

3.3 變頻調(diào)速技術(shù)

起重機的工作特點是間歇性運動，即在一個工作循環(huán)中取料、運移、卸載等動作的相應(yīng)機構(gòu)是交替工作的。為了保證起重機械生產(chǎn)的可靠性，設(shè)計配用動力驅(qū)動時，都留有一定的富余量。通常情況下電機在非滿負(fù)荷下運行，除達到動力驅(qū)動要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費，而且在額定速度下對起重機進行制動則會對機身產(chǎn)生較大磨損，同時還增加了能源消耗[3]。為了改變這一狀況，可以通過改變電動機定子供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速而實現(xiàn)調(diào)速的變頻調(diào)速技術(shù)。隨著技術(shù)的進步，變頻調(diào)速裝置的性能不斷得到提升，把變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用在起重機上可以使制動性能大大提高，同時還能夠減少制動沖擊，從而提高了起重機的使用壽命，減少了能源消耗。

3.4 采用高質(zhì)量減速器

減速器在各種機械裝置中應(yīng)用廣泛，其型號眾多。我國從20世紀(jì)80年代開始研究起重機械專用的減速器，由于起步較晚，技術(shù)水平與先進國家有較大差距。主要是承載能力低、壽命短，難以滿足起重機械高負(fù)荷的工作環(huán)境的要求[4]。起重機械工作具有間歇性的特點，暫停和重啟比較頻繁，因此對減速器的制動性和承載性有較高要求。目前，能夠提供選擇的是硬齒面減速器。該減速器在性能方面較以往有了很大提升。另外，針對特殊作業(yè)要求，也可以選擇行星制動器，從而減少制動器磨損，降低電能的消耗。

4 結(jié)束語

起重機是國民經(jīng)濟建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)備，是重要的生產(chǎn)力要素，為我國經(jīng)濟的發(fā)展做出了重要貢獻，但是，起重機械一直存在能耗大的問題，使用成本較高，降低起重機械能耗是一個迫切需要解決的問題。關(guān)于這方面的研究已經(jīng)取得了一些有益的成果，文章從結(jié)構(gòu)優(yōu)化、部件創(chuàng)新、新興材料等發(fā)面論述了起重機節(jié)能的一些途徑，希望能夠有助于起重機械的節(jié)能降耗工作。

參考文獻

[1]唐靜.混合動力起重機節(jié)能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].武漢工業(yè)大學(xué)，2013：68-71.

[2]楊俊，閆錦鋒，陸周艷，等.起重機械的能效測試與節(jié)能措施[J].起重運輸機械，2012（2）：4-7.

[3]周亮亮.起重機械節(jié)能應(yīng)用技術(shù)分析[J].硅谷，2013（8）：104-105.

[4]李光平，周鐵梁.起重機械節(jié)能應(yīng)用技術(shù)的探討[J].水利電力機械，201029（10）：51-53.

作者簡介：蔣磊（1964-），男，江蘇省南京市人，工作單位：中國能源建設(shè)集團江蘇省電力建設(shè)第一工程公司，職務(wù)：工程師。