液力換擋變速器在塔機(jī)上的應(yīng)用

李明強(qiáng)1，仉健康1，王進(jìn)峰1，孟慶琳2，史海紅2

（1.山東電力建設(shè)第一工程公司，山東 濟(jì)南 2 5 0 1 0 0；2.山東豐匯設(shè)備技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南 2 5 0 2 0 0）

在超高層建筑及大型火電塔式爐鋼結(jié)構(gòu)施工過程中，為加快工程進(jìn)度，施工企業(yè)對施工塔機(jī)的速度性能要求越來越高。塔機(jī)起升速度的快慢直接影響著整個(gè)工程的進(jìn)度，如何提高起升速度成了各起重機(jī)制造商互相討論的話題，也成為塔機(jī)行業(yè)在其性能方面相互競爭的條件之一。

針對上述問題，常規(guī)的提速方式大致有：加大電機(jī)功率、采用變頻調(diào)速的加寬恒功率段超頻控制、變換滑輪組倍率、差動行星減速器配雙電機(jī)等。本文則提出了一種采用液力換擋變速器的形式，在電動機(jī)與減速機(jī)之間加裝液力換擋變速器，通過控制換擋器的液壓電磁閥與負(fù)載相互配合，在工作過程中實(shí)現(xiàn)輕載/空鉤高速、重載低速，可有效提高起重機(jī)的速度，提高工作效率。

1 液力換擋變速器

1.1 結(jié)構(gòu)及工作原理

液力換擋變速器一般是由一個(gè)液力變矩器和一個(gè)整體箱體式多擋動力換擋變速箱組成，能實(shí)現(xiàn)前、后驅(qū)動。根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式不同，有前四倒三、前三倒三、只有前進(jìn)擋等不同速度擋位的變速器可供選配。由于在變速箱中有若干個(gè)液壓控制的多片濕式離合器，能在帶負(fù)荷的狀態(tài)下接合和脫開，從而實(shí)現(xiàn)動力換擋。其特點(diǎn)是各傳動軸呈平行布置，變速器中的齒輪均為常嚙合傳動，相對于行星齒輪變速器，具有齒輪模數(shù)大，單齒面承受載荷大的特點(diǎn)。

圖1為變速器各擋位相應(yīng)離合器接合傳動原理路線圖。

圖1 變速器各擋位相應(yīng)離合器接合傳動原理路線圖

從圖1可以看出，一般液力換擋變速器有幾個(gè)或多個(gè)多片濕式摩擦離合器。換擋時(shí)，相應(yīng)擋位的離合器摩擦片被受軸向作用的油壓所推動的活塞壓緊。離合器摩擦片的松開是靠復(fù)位彈簧的作用力將活塞返回，通過上述過程的循環(huán)往復(fù)運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)增擋及減擋的換擋過程。

1.2 控制方式

采用電液一體化控制，動力換擋時(shí)，通過手動操作擋位選擇器，控制與選擇器相連的各個(gè)電磁閥，操縱變速箱上的控制閥，油液經(jīng)油路內(nèi)的吸油濾清器（粗濾）和旋轉(zhuǎn)濾清器（精濾）后，經(jīng)控制壓力閥（主調(diào)壓閥）限制其工作壓力，再通過壓力控制閥進(jìn)入操縱閥。經(jīng)操縱閥的壓力油直接進(jìn)入離合器，推動相應(yīng)活塞動作，完成動力換擋。

2 塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)配置及控制方案

為滿足超高層建筑及大型火電塔式爐鋼結(jié)構(gòu)施工需要，筆者公司研制了FHTT420～FHTT3200型系列平臂塔式起重機(jī)，額定起重量從12～160t，吊臂長度分為60m、70m、80m，起升速度為0～60m/m in。

下面就以筆者公司研制的FHTT2800型平臂塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)為例，詳細(xì)闡述液力換擋變速器的實(shí)際應(yīng)用。此FHTT2800型平臂塔式起重機(jī)最大起重量為125t，起升速度為0～60m/m in，吊臂長度為60m、70m、80m可互換，最高附著高度為200m，內(nèi)爬工況時(shí)高度可達(dá)650m。

2.1 起升機(jī)構(gòu)各部分介紹

塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)各部件布置圖如圖2所示。常規(guī)的塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)采用的是“電機(jī)-聯(lián)軸器-制動器-減速器-卷筒-行程限位器”的配置方案。圖2中的塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)采用平行軸線布置方式，配置方案中引進(jìn)了液力換擋變速器，將其安裝在電動機(jī)與減速機(jī)之間進(jìn)行換擋。在液力換擋變速器附近安裝有變速器的液壓泵站、控制電磁閥及冷卻系統(tǒng)。采用國內(nèi)某齒輪箱廠家生產(chǎn)的只有4個(gè)前進(jìn)擋的液力換擋變速器，四擋速比分別為5.18/2.63/1.21/0.66。

電動機(jī)選用6極110k W，額定轉(zhuǎn)速995r/m in的起重專用交流變頻電動機(jī)。

減速器選用的是雙輸入軸的減速器形式，減速器輸入軸的一端連接液力換擋變速器，另一端連接安全制動器，制動器采用的是液壓盤式雙制動。

在卷筒尾端安裝有安全保護(hù)裝置（DXZ型行程限位器），此限位器有雙向的減速及停止功能，可以提供四路開關(guān)量信號輸出，根據(jù)需要也可以增加模擬量傳感器。

2.2 電液控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

液力換擋變速器在油泵控制站上布置有4個(gè)電磁閥，通過布置在操作臺上的擋位選擇器連接并控制4個(gè)電磁閥的組合，在實(shí)現(xiàn)各個(gè)擋位功能時(shí)，4個(gè)電磁閥通過組合控制相應(yīng)的離合器工作，從而實(shí)現(xiàn)不同的擋位，電磁閥具體組合見表1。

表1 換擋電磁閥M 1～M 4組合表

2.2.1 操作臺面板布置圖

將擋位選擇器（換擋開關(guān)）采用內(nèi)嵌安裝方式布置在操作臺面板上，面板上還包括起升機(jī)構(gòu)控制手柄、各種按鈕指示燈等元器件，具體面板布置見圖3。

圖3 起升機(jī)構(gòu)操作臺面板布置示意圖

2.2.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

因液力換擋變速器只允許在機(jī)構(gòu)停止工作的時(shí)候才可以換擋，并且必須保證起升機(jī)構(gòu)為輕載或空載的情況下方可選擇高速擋。因此在PLC程序設(shè)計(jì)時(shí)，將擋位選擇器的擋位信號、主令開關(guān)的擋位信號以及重量傳感器采集的重量信號全部經(jīng)過編制的PLC程序進(jìn)行運(yùn)算處理，輸出控制小型中間繼電器和換擋閥M 1～M 4，從而實(shí)現(xiàn)重量和擋位的協(xié)調(diào)配合。塔式起重機(jī)安裝有力矩限制器（以下簡稱力限器），力限器采集到的重量信號包括（Q代表起重量)：空鉤信號、0＜Q≤10t輕載信號、10t＜Q≤25t輕載信號、25t＜Q≤60t重載信號、60t＜Q≤125t重載信號和超力矩信號，在司機(jī)室內(nèi)裝有重量顯示裝置。圖4為起升機(jī)構(gòu)PLC控制系統(tǒng)接線圖。

具體的控制程序設(shè)計(jì)原則如下。

1）空鉤/輕載高速 當(dāng)起升機(jī)構(gòu)空鉤或輕載（即0＜Q≤10t）時(shí)，在機(jī)構(gòu)停止運(yùn)行狀態(tài)下先將擋位選擇器選擇至1～4擋的任意擋位；選擇擋位選擇器后，啟動機(jī)構(gòu)動作，操作起升主令手柄可打至1～4擋，進(jìn)行相應(yīng)操作，實(shí)現(xiàn)空鉤/輕載高速運(yùn)行。

圖4 起升機(jī)構(gòu)PLC控制系統(tǒng)接線圖

2）重載低速 當(dāng)起升機(jī)構(gòu)重載或滿載（即60t＜Q≤125t）時(shí)，在機(jī)構(gòu)停止運(yùn)行狀態(tài)下先將擋位選擇器選擇至低速擋（1～2擋）；選擇擋位選擇器后，啟動機(jī)構(gòu)動作，操作起升主令手柄可打至1～2擋，進(jìn)行相應(yīng)操作，實(shí)現(xiàn)重載低速運(yùn)行。

3 液力換擋變速器使用注意事項(xiàng)

液力換擋變速器在實(shí)際使用過程中必須注意以下幾點(diǎn)。

1）基于安全考慮，在起升機(jī)構(gòu)吊載或運(yùn)行過程中，嚴(yán)禁撥動液力變速器的換擋開關(guān)進(jìn)行換擋操作。

2）必須嚴(yán)格遵循PLC預(yù)設(shè)的程序以及各擋位對應(yīng)的最大起重量來操作換擋開關(guān)進(jìn)行換擋，不能隨意更換某擋位，否則起升機(jī)構(gòu)不能工作。

3）應(yīng)配油壓表，換擋前（尤其是整機(jī)剛開機(jī)時(shí)），必須觀察液力換擋器的操縱油壓，必須達(dá)到換擋器的工作油壓方可換擋，否則換擋器不能正常工作。

4）使用過程中必須實(shí)時(shí)對變速器進(jìn)行冷卻，確保換擋器油的溫度不宜過高。

4 結(jié) 論

在塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)中引進(jìn)液力換擋變速器可有效的提升塔機(jī)的速度，相比于常規(guī)的提速方式具有配置經(jīng)濟(jì)、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用液力換擋變速器技術(shù)的FHTT2800型平臂塔式起重機(jī)已成功用于河南某火電公司施工項(xiàng)目，經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用，提速效果及控制性能良好。

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