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平头塔吊的特点及市场前景

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塔式起重机的发展及其应用在国内虽然还不到半个世纪,但在国外已有近百年的历史。半个多世纪以来,以法国波坦(Potain)和德国利勃海尔(Liebherr)公司为代表的欧洲几大塔吊制造商一直是世界塔机技术的领跑者,在塔吊的机构性能、结构形式、应用领域等各方面都取得了突飞猛进的发展。在最近几十年水平臂架小车变幅式的自升塔机无论在国内还是国外的市场上一直占据主导地位。
近几年国外塔吊市场上,一种结构新颖的平头式塔吊发展很快,大有流行之势;在国内市场虽然也有厂家推出平头塔机,但用户对其了解不多,有的用户还没有平头塔吊的概念,所以发展较慢。为此,本文就其在国内外的发展及应用做一介绍,使广大用户对平头塔机有个全面、深入的了解,希望塔吊制造厂和用户都能从中得到启发。
1平头塔吊的起源
平头塔吊起源于欧洲,叫法源于flat-toptowercrane的译名,也有叫无塔头式塔吊(toplesstowercrane)的。平头塔吊的设计思想及雏形最早可追溯到20世纪60年代,当时法国Richier公司研制的塔机外形已接近于现在的平头塔机,例如其X1290和GT系列塔机塔头较矮,通常不超过4m,只稍稍高于吊臂和平衡臂。但严格来讲,这些塔机又不同于现在的平头塔机,尽管塔头较矮,但还是能区分出塔头、平衡臂、拉杆等。
真正的平头塔机诞生于1975年,瑞典Linden公司首次提出平头塔机的概念,并率先推出了Linden8000平头塔机模数系统,不同型号平头塔机的吊臂可以互换。Linden平头塔机没有传统意义上的塔头,而且取消了拉杆,上部结构形状呈水平且均为刚性结构,没有传统塔机那种塔头、平衡臂、吊臂及拉杆之间的铰接连接方式。可以说,Linden平头塔吊的出现揭开了平头塔机发展的序幕。
2平头塔机在国外的发展
自从Linden公司推出平头塔吊以来在相当长的一段时期内没有被用户普遍接受,因为人们在内心深处已经习惯了带塔头的塔吊,认为塔吊带塔头是天经地义的事,有的甚至认为塔机上没有塔头、拉杆,结构不合理、不安全。一直领导世界塔机发展潮流的波坦和利勃海尔等大公司对平头塔机最初都不推崇,所以其发展一直较缓慢。
随着平头塔吊应用领域的不断扩大,其独特的优点被越来越多的用户所认可,于是一些制造厂家纷纷涉足平头塔吊的研制,以至于波坦和利勃海尔等大公司也以各种方式推出平头塔机,由此极大地推动了平头塔吊的发展。近5年是国外各大塔机制造商相继推出平头塔机最集中的时期,也是发展最快的时期。下面从几个主要塔机制造公司的情况就可以看出平头塔机的发展状况及态势。

目前国内8~12t起升机构的主要调速方式

1.1 电磁离合器换档的减速器加带涡流制动的单速绕线转子电机

该调速方式德国LIEBHERR塔机应用较多,我国已采用几十年,但现在已逐渐淡出。它靠电磁离合器换档改变减速器的速比,靠带涡流制动的单速绕线转子电机串电阻获取较软的特性和慢就位速度。它的优点是运行比效平稳,调速比可以设计较大。它的缺点较多,首先电磁离合器一般采用国产机床用产品,寿命短,可靠性差;其次是不能空中动态变换离合器档位,不然会下滑,这很危险;三是减速器成本较高。

如果我国能开发出较经济的高寿命电磁离合器,则仍不失为一种较好的调速方式,许多用户已习惯使用电磁离合器。

1.2 普通减速器加带涡流制动的多速绕线转子电机

将上一种方式的电磁离合器换档改为多速电机驱动普通单速比减速器则是本方式的思路。

相对于多速鼠笼电机换档冲击大的缺点,带涡流制动的多速绕线转子电机可串电阻获取较软的M-n特性,起制动和档位切换较平稳,有慢就位速度(就位档不宜长时间运行),功率可以比鼠笼电机用得大,一般可到55~75kW。这种调速方式构造简单,易维护,可靠性高。经过反复探索,电机配套厂几年前成功地解决了涡流制动绕线转子电机散热问题,大大提高了这种调速方式的可靠性。

这种调速方式的电气控制经过多年应用已趋成熟,采用国际著名品牌在国内生产的接触器,其寿命完全能满足要求,成本在不断下降,但是75kW以上的绕线电机需要的接触器型号大,大接触器需求量小,其价格呈不对称增加,所以大吨位起升机构要想办法降低接触器的规格。

目前国内8~12t起升机构大多采用这种调速方式,RCS起升机构实际上就是这种方式,只是构造更复杂一些,它有两台绕线电机和一台较复杂的减速器。但是这种电机起制动和换档仍有较大的峰值电流和冲击,电气控制系统比较复杂,16t以上的大吨位起升机构一般不宜再采用这种调速方式。

1.3 差动行星减速器加双电机

行星减速器的太阳轮由一台电机驱动,行星架由另一台电机经行星减速驱动,外轨道的内齿圈固定在起升卷筒上。这就是差动行星减速器的构造。

行星系确定为某一合适参数后,卷筒转速就取决于两台电机的转速和转向,同向快速,反向慢速。如果是单速电机,每台电机则有正转、反转和停止三种状态与另一台电机相配,因此速度档位很多。如果用多速电机,速度档位就更多了(可舍弃大部分)。这就是差动调速原理。

电机可用鼠笼或变频与鼠笼相结合,较小吨位用鼠笼,大吨位用变频与鼠笼相结合。

这种方式调速比大,完全能满足重载低速、轻载高速的要求,而且可靠性高,特别适合于大吨位起升机构。

但差动行星减速器结构复杂,一般要非标设计与生产,加上双电机,成本较高,控制复杂。主机生产厂家采用的不多。

1.4 变频调速

变频调速是当今最先进的交流调速方式。
随着国际变频器价格的逐步下降,变频调速技术应用越来越广泛。国内塔机起升机构的应用已多年,效果良好,但使用面不广。

它的优点是慢就位速度可长时间运行,实现零速制动,运行平稳无冲击,能延长结构和传动件的寿命,对钢丝绳排绳和寿命大有裨益,同时提高了塔机的安全性。

这么多好处,为什么使用面窄呢?一是进口变频器仍然较贵,国产变频器不过关;二是变频器一旦出了问题,一般修不了,大多只能换新。

变频调速由于成本高,一般中小吨位起升机构应用少,大吨位则较多。变速调速在中小吨位大面积使用,只有等待国产变频器的崛起。

2 大吨位起升机构几种可选用的调速方式

20t及20t以上的大吨位起升机构的调速方式以法国POTAIN为代表。法国POTAIN采用直流调速方式性能很好,但塔机售价太高,超出国内一般的购买能力,不符合中国国情。

那么,塔机大吨位起升机构选择什么调速方式符合国情呢?笔者认为有以下几种方式可供选择。

2.1 变频调速

吨位越大,平稳性要求越高,所以变频调速是大吨位起升机构最理想的交流调速方式,问题是大功率变频器价格贵。如果能将变频器的型号减小,岂不是降低了成本。怎样将变频器的规格降低呢?笔者认为有两种方法。

2.1.1 加宽恒功率段

这种方法国内塔机行业已有应用,就是将恒力矩段从50Hz往下降,将恒功率段加宽。这样做的结果是将电机的调速比加大,功率降低。

速比加大,重载速度很低,轻载或空钩速度很高,完全满足设计要求;功率降低,变频器规格变小,成本降低。调速比加大,并没有提高减速器的输入转速,噪音大小和对减速器的要求没变。

2.1.2 双速电机变频

第二种方法是第一种的延续。双速电机(如4/8极)变频,同样加大了调速比,降低了功率。如果再辅以加宽恒功率段的第一种方法,双管齐下,调速比就更大了,功率降低效果更明显。

2.2 带涡流制动的多速绕线转子电机双驱并联

前面1.2中已提到带涡流制动的绕线转子电机一般只宜到55~75kW,表2中的20t起升机构需要110kW怎么办呢?人们自然就会想到双驱并联,即用两套减速电机和两套电控共同驱动一个卷筒,只要考虑一定的折减系数即可。

双驱并联卷扬机并不鲜见。将大化小,一分为二,可以利用成熟可靠的较小吨位的减速电机和电控,便于生产组织和零配件服务;另外,当一套出现故障时还有另一套可提供动力,用于维修和减半的吊装作业,提高了起升机构的可靠性。

2.3 差动行星减速器配双电机

前面1.3中已提到该方式特别适合于大吨位起升机构。

 

 

 

 



 


责任编辑: 整理时间:2011-8-5 10:26:58
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