起重机械节能应用技术的探讨

摘 要：随着国民经济的高速发展，国内基础建设规模、吊装设备的体积和质量也越来越大，社会工业化水平的提高，督使各种类型起重机械相继问世，这些起重机械已经成为火电建设关键生产力要素。同时起重机械使用能耗问题一直困扰着起重机械的发展，一般来说，对于起重机的起重量要求越大，起重速度要求越高，就势必能耗很高。因此，使用成本也很高。而我们国家能源并不丰富，国家大力倡导节能减排，在这种背景下，起重机械必须跟上时代的步伐，增加资金投入，加大研发力度，积极通过技术创新把能耗降下来，从而更好地为国民经济的发展做贡献。文章介绍了起重机械的基本概况，分析了其耗能特点，并探讨了几种节能技术和方法。

关键词：起重机械；节能；技术

1 起重机械的概况

起重机械主要用于重物的顶举和吊装，为了实现这种功能，起重机械主要由动力装置、起升装置、运行装置、取物装置、操控系统等部分组成[1]。其中操控系统是起重机械的神经中枢，主要实现对其它装置的控制，控制它们的方向、力度、幅度、开合等等。动力装置主要是为起重机提供动力，这是起重机所有装置中能耗最大的部件。取物装置常见的就是抓斗，可以自由开合，实现对重物的抓举。起升装置主要作用是实现对重物的提升和下放，一般来说，起重机的一个重要功能就是垂直搬运重物，提升装置就是为实现这一作用而设计的。起重机械常见的有两种，一种是以电力为主要能源，一种是以燃油为主要能源。前一种起重机械通常用于火电建设工程桥门式起重机和塔式起重机作业，这种工作一般来说对起重机械的机动性要求不高，很多都是在固定或做往复运动地点作业的，因此使用公共电网提供动力比较适合。但是有的起重工作作业地点需要不断变换，对起重机械的机动性有较高要求，使用电能就很不方便，于是又有一种使用燃油的起重机械。

2 起重机械的能耗及其特点

2.1 能源消耗的环节

首先是对电能和燃油的消耗。起重机结构复杂，部件众多，在重物顶举和吊装过程中需要各个工作装置协调合作方能实现重物的安全准确的搬运工作。在这一过程中，起重机械需要消耗大量电能和燃油。另外，起重机械主要结构为金属构件，其自身质量比较大，这也增加的起重机械的能耗。其次，在起重机械工作过程中还会消耗自身，由于起重工作从事都是繁忙劳动，所以对机械的损伤比较大，起重机械自身的消耗也是其能耗的一个重要组成部分。

2.2 能源消耗的特点

以往由于技术因素影响，起重机械设计和制造技术还不成熟，导致起重机械工作效率不高，耗能量大，且噪音刺耳，对操作人员和周围居民造成严重干扰。

3 起重机械节能技术的应用

3.1 结构优化技术

任何事物都由多种要素组成，而这些要素的组合方式就成为事物的结构。在哲学中人们知道，事物质变的一个重要形式就是结构的变化，质变的一个重要的实现途径就是优化事物各要素的排列组合。起重机械结构复杂，具有许多的部件，当然可以通过优化其结构的方式来实现降低能耗的目的。目前，我国多数起重机械都是桥式结构，而且机身庞大，与国外同等产品相比显得过于笨重，因此能耗也要高出许多。因此，有必要对其结构进行改进，对此，相关学者已经进行了卓有成效的研究，通常使用计算机技术和软件技术，设计出针对起重机械的结构分析软件，对起重机械的结构进行分析，通过结构优化程序对起重机的主梁进行分析，从而得出优化方案[2]。目前比较成熟的软件有两种，一种是有限元分析软件ANSYS，另外一种是MATLAB软件。

3.2 运用新兴材料技术

随着社会的发展，材料科学也取得了很大的进步，各种新兴材料不断被研发出来，这些材料往往是由多种元素组合而成的复合材料，具有各种特种功能，例如，质量轻、强度高、耐腐蚀、韧性好等等，在各行各业得到广泛应用。对于起重机械来说，也应该大量采用新型材料。以往起重机械大量使用钢铁作为原料，导致机身庞大笨重，增加了能耗。另外，由于钢铁等材料在强度、韧度、耐腐蚀性等方面还不能完全适应重物顶举工作的要求，使得起重机械零部件寿命较短，从而也增加了能耗。因此，起重机械应该重视引进新材料，当前已经出现了许多适宜于起重机械的新兴材料。例如高强度尼龙绳，质量轻，寿命长，是钢丝绳的理想替代品。还有高陶瓷轴承，具有摩擦系数小、耐高温等优点，比钢质轴承性能优越许多。总之，通过选用新型材料，降低起重机械的自身质量，提高机械部件的寿命，从而降低能耗。

3.3 变频调速技术

起重机的工作特点是间歇性运动，即在一个工作循环中取料、运移、卸载等动作的相应机构是交替工作的。为了保证起重机械生产的可靠性，设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。通常情况下电机在非满负荷下运行，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费，而且在额定速度下对起重机进行制动则会对机身产生较大磨损，同时还增加了能源消耗[3]。为了改变这一状况，可以通过改变电动机定子供电频率来改变同步转速而实现调速的变频调速技术。随着技术的进步，变频调速装置的性能不断得到提升，把变频调速技术应用在起重机上可以使制动性能大大提高，同时还能够减少制动冲击，从而提高了起重机的使用寿命，减少了能源消耗。

3.4 采用高质量减速器

减速器在各种机械装置中应用广泛，其型号众多。我国从20世纪80年代开始研究起重机械专用的减速器，由于起步较晚，技术水平与先进国家有较大差距。主要是承载能力低、寿命短，难以满足起重机械高负荷的工作环境的要求[4]。起重机械工作具有间歇性的特点，暂停和重启比较频繁，因此对减速器的制动性和承载性有较高要求。目前，能够提供选择的是硬齿面减速器。该减速器在性能方面较以往有了很大提升。另外，针对特殊作业要求，也可以选择行星制动器，从而减少制动器磨损，降低电能的消耗。

4 结束语

起重机是国民经济建设的重要基础设备，是重要的生产力要素，为我国经济的发展做出了重要贡献，但是，起重机械一直存在能耗大的问题，使用成本较高，降低起重机械能耗是一个迫切需要解决的问题。关于这方面的研究已经取得了一些有益的成果，文章从结构优化、部件创新、新兴材料等发面论述了起重机节能的一些途径，希望能够有助于起重机械的节能降耗工作。

参考文献

[1]唐静.混合动力起重机节能系统关键技术研究[D].武汉工业大学，2013：68-71.

[2]杨俊，闫锦锋，陆周艳，等.起重机械的能效测试与节能措施[J].起重运输机械，2012（2）：4-7.

[3]周亮亮.起重机械节能应用技术分析[J].硅谷，2013（8）：104-105.

[4]李光平，周铁梁.起重机械节能应用技术的探讨[J].水利电力机械，201029（10）：51-53.

作者简介：蒋磊（1964-），男，江苏省南京市人，工作单位：中国能源建设集团江苏省电力建设第一工程公司，职务：工程师。