起重機(jī)傳動(dòng)部件的檢測(cè)方法探討

鄧 力

（廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院湛江檢測(cè)院，廣東 湛江 524000）

起重機(jī)傳動(dòng)部件的檢測(cè)方法探討

鄧 力

（廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院湛江檢測(cè)院，廣東 湛江 524000）

為了提高能源利用率，增強(qiáng)起重機(jī)在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)于起重機(jī)傳動(dòng)部件的檢測(cè)具有重大現(xiàn)實(shí)意義?，F(xiàn)本文主要是以某一起重機(jī)為代表進(jìn)行研究，分析升機(jī)構(gòu)主要集中節(jié)能方法，并講述幾種檢測(cè)起重機(jī)部件傳動(dòng)效率的方法，主要目的為相關(guān)部門和工作人員提供有效借鑒和參考。

起重機(jī)；傳動(dòng)部件；檢測(cè)方法；探討

近年，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，起重機(jī)械的節(jié)能以及經(jīng)濟(jì)效益受到越來(lái)越多人的高度重視。對(duì)起重機(jī)械的經(jīng)濟(jì)效益、節(jié)能方法進(jìn)行探索并加以優(yōu)化是很多相關(guān)研究學(xué)者一個(gè)極其重要的課題。一般來(lái)說(shuō)，起重機(jī)的傳動(dòng)部件主要包括有減速機(jī)、聯(lián)軸器、鋼絲卷繩、滑輪、車輪、吊鉤等等。起重機(jī)的經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能與起重機(jī)自身效率有著密切的關(guān)系。對(duì)于傳動(dòng)部件來(lái)說(shuō)，如果傳動(dòng)的效率越高，則機(jī)械耗能越低，所反映出的性能就越高。對(duì)起重機(jī)效率進(jìn)行研究是提高起重機(jī)使用經(jīng)濟(jì)效益的重要前提。本文講述了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)節(jié)能、并對(duì)減速機(jī)效率、聯(lián)軸器效率、吊具系統(tǒng)效率檢測(cè)方法。

1.關(guān)于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)節(jié)能分析

一般來(lái)說(shuō)，主要從變頻控制、金屬結(jié)構(gòu)輕量化、新型傳動(dòng)結(jié)構(gòu)等幾個(gè)方面去對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)節(jié)能進(jìn)行研究。起升機(jī)構(gòu)是組成傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中一個(gè)極其重要的部分。

對(duì)于傳統(tǒng)的起重機(jī)來(lái)說(shuō)，電動(dòng)機(jī)與滾筒軸線相平行和直線排列電動(dòng)機(jī)、經(jīng)常會(huì)使用到卷筒和減速機(jī)這兩種形式，但這兩種形式存在質(zhì)量不輕、結(jié)構(gòu)不夠緊湊、傳動(dòng)效率慢等不足。傳統(tǒng)的起重機(jī)結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上還存在很多不足，針對(duì)這些不足有關(guān)學(xué)者經(jīng)過(guò)分析研究后推出了一種全新的起升機(jī)構(gòu)，這種全新的機(jī)構(gòu)較傳統(tǒng)的在電機(jī)輸入轉(zhuǎn)矩較方面發(fā)生了顯著的下降，而傳動(dòng)比有所上升。對(duì)于起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，它經(jīng)常會(huì)使用到諧波齒輪傳三相異步電機(jī)這種驅(qū)動(dòng)設(shè)備，當(dāng)對(duì)這種設(shè)備的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)的時(shí)候，主要通過(guò)使用轉(zhuǎn)子回路與電阻串接來(lái)完成。外接電阻的能耗增大的時(shí)候則說(shuō)明轉(zhuǎn)速在發(fā)生下降。

對(duì)此，把變頻器充分應(yīng)用在起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)中，從子回路串接電阻調(diào)速方式向變頻器調(diào)速進(jìn)行轉(zhuǎn)變。

2.關(guān)于傳動(dòng)部件能耗檢測(cè)分析

一般情況下，都會(huì)把傳動(dòng)效率座位評(píng)價(jià)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的一個(gè)重要指標(biāo)，它主要反映了工作效率的高低以及能耗高低。一般來(lái)說(shuō)，減速機(jī)、聯(lián)軸器、鋼絲卷繩、滑輪、車輪、吊鉤、卷筒等等都屬于傳動(dòng)效率測(cè)量的范圍。在測(cè)量過(guò)程中，除了經(jīng)常用到開式方法外，還經(jīng)常用到閉式方法對(duì)減速效率進(jìn)行測(cè)量。試的原理和設(shè)備原理也會(huì)有所不同，主要測(cè)量的變量包括轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩兩種。在起重機(jī)工作情況下，現(xiàn)有的扭矩傳感器無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。為此，測(cè)量減速機(jī)工作情況下的運(yùn)行效率，可為相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行指導(dǎo)。

2.1 關(guān)于減速機(jī)效率檢測(cè)方法分析

傳動(dòng)分散型的儀表和裝置是測(cè)試減速機(jī)效率過(guò)程當(dāng)中不可缺少的工具，成本高、效率低、測(cè)量范圍受限制、數(shù)據(jù)處理速度慢等等導(dǎo)致這種測(cè)量方法存在很大的局限性。為此，不能滿足對(duì)于測(cè)試以及生產(chǎn)的要求。有人提出了一種諧波齒輪減速器效率測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要基于功率角度之上，對(duì)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行測(cè)量進(jìn)而得出減速機(jī)的輸出功率，當(dāng)把電機(jī)電功率計(jì)算出來(lái)后進(jìn)而可以減速機(jī)輸入功率也計(jì)算出來(lái)。此外，還有人提出專門測(cè)量功率的測(cè)量?jī)x器，這種全新的測(cè)量方法原理為：使用傳感元件代替應(yīng)變片，組成惠斯通電橋，然后粘貼在減速機(jī)的低速軸和高速軸上面，減速機(jī)在工作狀態(tài)之下，傳遞扭矩，軸此時(shí)會(huì)發(fā)生微小變形，當(dāng)電橋產(chǎn)生電壓的時(shí)候，處理信號(hào)的同時(shí)把電路進(jìn)一步放大，然后把單片機(jī)輸入。除此之外，測(cè)量方法還可通過(guò)使用光電式轉(zhuǎn)速來(lái)進(jìn)行，處理信號(hào)的同時(shí)把電路進(jìn)一步放大，與扭矩信號(hào)進(jìn)行成組打包之后，把無(wú)線發(fā)射模塊傳輸出去，利用無(wú)線把其輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中計(jì)算出最終的效率。例如，有學(xué)者提出了一種諧波齒輪減速器效率測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要是從功率的角度來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩進(jìn)行測(cè)量，把輸出功率計(jì)算出來(lái)，通過(guò)計(jì)算電機(jī)電功率把減速機(jī)輸入功率計(jì)算出來(lái)，最后再對(duì)機(jī)械效率進(jìn)行計(jì)算。在測(cè)試的過(guò)程當(dāng)中，通過(guò)對(duì)直流電機(jī)的利用，根據(jù)電功率計(jì)算出電機(jī)的輸入功率：P=U·I（在式中，U代表電機(jī)的輸入電壓，I代表電機(jī)的輸入電流，P代表驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入功率。

在驅(qū)動(dòng)電機(jī)效率考慮后，抑制η1和聯(lián)軸器效率η2之后，

可對(duì)減速機(jī)的出入功率進(jìn)行計(jì)算：P1為P1=U·I·η1·η2，對(duì)低速軸的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速進(jìn)行計(jì)算后得出P2，其計(jì)算的公式為P2=T·n9550·η3（n代表減速機(jī)低速軸的轉(zhuǎn)速，η3代表減速機(jī)低速軸聯(lián)軸器的效率，T代表減速機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器后的轉(zhuǎn)矩）。

2.2 關(guān)于吊具系統(tǒng)效率分析

鋼絲卷繩、吊鉤、滑輪、卷筒組成了吊具系統(tǒng)，如果僅僅是對(duì)單個(gè)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)效率進(jìn)行研究，具備較高的難度。可以把它們串成一個(gè)系統(tǒng)，然后利用“黑箱理論”對(duì)其效率進(jìn)行分析研究，這種方式可在很大程度上提高可靠性。按照串行的主要原理可以得知：（1）吊具的輸出功率PDO主要是體現(xiàn)在重物提升的過(guò)程當(dāng)中。可通過(guò)公式P=FVCOSθ來(lái)進(jìn)行計(jì)算（在這個(gè)式子當(dāng)中，V載荷速度，θ為拉力與速度矢量方向的夾角，F(xiàn)為拉力），繩子拉力主要是通過(guò)鋼絲繩張力傳感器來(lái)測(cè)得。（2）可通過(guò)公式P=F×V×COSθ=mg×v（在這個(gè)式子當(dāng)中，v為豎直方向，mg為載荷重力）。（3）吊具系統(tǒng)的輸入功來(lái)自減速機(jī)的低速軸端，即吊具系統(tǒng)的輸入功率PDI=ηL×PJO（在這個(gè)式子當(dāng)中，PJO為減速機(jī)的輸出功率，ηL為聯(lián)軸器的效率。

2.3 聯(lián)軸器傳動(dòng)效率研究

對(duì)于齒輪聯(lián)軸器來(lái)說(shuō)，它的傳遞扭矩大，能夠允許適當(dāng)?shù)钠屏堪l(fā)生，對(duì)于安裝精度的要求較低，為此經(jīng)常把其作為起重機(jī)動(dòng)力的傳遞連接件。嚙合區(qū)齒面潤(rùn)滑狀況比較復(fù)雜主要是受到受載的復(fù)雜性和齒輪聯(lián)軸器運(yùn)動(dòng)的影響，軸器的傳動(dòng)效率與齒面潤(rùn)滑狀況的好壞有著密切的關(guān)系。有學(xué)者對(duì)齒輪聯(lián)軸器嚙合區(qū)潤(rùn)滑的多樣性及齒面摩擦系數(shù)的多變性、傳動(dòng)效率的影響、偏斜角等多方面進(jìn)行了研究，為進(jìn)一步提高齒輪聯(lián)軸器傳動(dòng)效率指導(dǎo)依據(jù)。此外，有相關(guān)的研究學(xué)者采用反平衡分析的方法對(duì)調(diào)速型液力聯(lián)軸器系統(tǒng)效率進(jìn)行計(jì)算。和常規(guī)方法對(duì)比后，發(fā)現(xiàn)常規(guī)使用測(cè)量方法不足之處，該方法為進(jìn)一步節(jié)能提供了有效的參考和指導(dǎo)。

2.4 卷筒組合傳動(dòng)效率研究

對(duì)于單個(gè)傳動(dòng)部件來(lái)說(shuō)（車輪、吊鉤、卷繩、滑輪）等等，對(duì)它們的傳動(dòng)效率進(jìn)行研究難度比較大。在日后對(duì)其使用的時(shí)候，要充分保證其可以正常運(yùn)行。通過(guò)利用黑箱理論之后，可以計(jì)算出傳動(dòng)效率（卷筒、滑輪、車輪、吊鉤、鋼絲卷繩等來(lái)組成的系統(tǒng)的效率）?；诠β式嵌戎峡紤]，根據(jù)提供的聯(lián)軸器型號(hào)表，可把聯(lián)軸器的效率η聯(lián)快速找出來(lái)?？梢酝ㄟ^(guò)測(cè)量得出減速機(jī)的輸出功率PO。那么整個(gè)系統(tǒng)的輸入功率為PI=PO減×η聯(lián)上述系統(tǒng)做功的過(guò)程體現(xiàn)在其提升重物的過(guò)程中，充分利用鋼絲繩傳以及速度這兩種傳感器之后，可以快速計(jì)算出傳輸功率來(lái)：PO=F×V×cosθ=mg×V（在這個(gè)式子當(dāng)中，V代表速度傳感器所測(cè)速度值；F為鋼絲繩傳感器測(cè)量的力；θ為F與豎直方向的夾角）。

結(jié)語(yǔ)

綜合上述可知，本文主要是研究起升機(jī)構(gòu)中傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械傳動(dòng)效率，并基于能耗的角度之上，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)條件下如何測(cè)量減速機(jī)功率的方法。并從系統(tǒng)的角度進(jìn)行分析，講述減速機(jī)扭矩功率測(cè)量的原理，通過(guò)對(duì)黑箱理論的利用，研究并把起升機(jī)構(gòu)中吊具系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)效率的測(cè)量的方法推導(dǎo)出來(lái)，為解決起重機(jī)能耗問(wèn)題、進(jìn)一步提高機(jī)械結(jié)構(gòu)效率、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理提供了有利的指導(dǎo)依據(jù)。

［1］李霖強(qiáng).對(duì)起重機(jī)械安全事故預(yù)防的幾點(diǎn)思考［J］.科技與企業(yè)，2014，23（16）：445-447.

［2］王旭標(biāo).變頻器運(yùn)用于起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的節(jié)能分析［J］.質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督研究，2015，17（2）：190-193.

［3］李水水，范元?jiǎng)?，卜廷?一種起重機(jī)新型起升機(jī)構(gòu)介紹［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2015，27（5）：221-224.

［4］葉偉.橋式起重機(jī)節(jié)能評(píng)價(jià)技術(shù)研究及系統(tǒng)開發(fā)［D］.南京理工大學(xué)，2014，10（13）：111-113.

［4］韓敏，劉坤，吳開春，徐莉娜.諧波齒輪減速器效率測(cè)試系統(tǒng)的研究［J］.機(jī)床與液壓，2015，13（12）：132-135.

TH21

A