起重机传动部件的检测方法探讨

邓 力

（广东省特种设备检测研究院湛江检测院，广东 湛江 524000）

起重机传动部件的检测方法探讨

邓 力

（广东省特种设备检测研究院湛江检测院，广东 湛江 524000）

为了提高能源利用率，增强起重机在国际上的竞争力，对于起重机传动部件的检测具有重大现实意义。现本文主要是以某一起重机为代表进行研究，分析升机构主要集中节能方法，并讲述几种检测起重机部件传动效率的方法，主要目的为相关部门和工作人员提供有效借鉴和参考。

起重机；传动部件；检测方法；探讨

近年，科学技术飞速发展，起重机械的节能以及经济效益受到越来越多人的高度重视。对起重机械的经济效益、节能方法进行探索并加以优化是很多相关研究学者一个极其重要的课题。一般来说，起重机的传动部件主要包括有减速机、联轴器、钢丝卷绳、滑轮、车轮、吊钩等等。起重机的经济效益和节能与起重机自身效率有着密切的关系。对于传动部件来说，如果传动的效率越高，则机械耗能越低，所反映出的性能就越高。对起重机效率进行研究是提高起重机使用经济效益的重要前提。本文讲述了传动机构节能、并对减速机效率、联轴器效率、吊具系统效率检测方法。

1.关于传动机构节能分析

一般来说，主要从变频控制、金属结构轻量化、新型传动结构等几个方面去对传动机构节能进行研究。起升机构是组成传动机构中一个极其重要的部分。

对于传统的起重机来说，电动机与滚筒轴线相平行和直线排列电动机、经常会使用到卷筒和减速机这两种形式，但这两种形式存在质量不轻、结构不够紧凑、传动效率慢等不足。传统的起重机结构在设计上还存在很多不足，针对这些不足有关学者经过分析研究后推出了一种全新的起升机构，这种全新的机构较传统的在电机输入转矩较方面发生了显著的下降，而传动比有所上升。对于起重机起升机构来说，它经常会使用到谐波齿轮传三相异步电机这种驱动设备，当对这种设备的速度进行调节的时候，主要通过使用转子回路与电阻串接来完成。外接电阻的能耗增大的时候则说明转速在发生下降。

对此，把变频器充分应用在起重机起升机构中，从子回路串接电阻调速方式向变频器调速进行转变。

2.关于传动部件能耗检测分析

一般情况下，都会把传动效率座位评价传动机构的一个重要指标，它主要反映了工作效率的高低以及能耗高低。一般来说，减速机、联轴器、钢丝卷绳、滑轮、车轮、吊钩、卷筒等等都属于传动效率测量的范围。在测量过程中，除了经常用到开式方法外，还经常用到闭式方法对减速效率进行测量。试的原理和设备原理也会有所不同，主要测量的变量包括转速和转矩两种。在起重机工作情况下，现有的扭矩传感器无法进行测量。为此，测量减速机工作情况下的运行效率，可为相关设备的运行进行指导。

2.1 关于减速机效率检测方法分析

传动分散型的仪表和装置是测试减速机效率过程当中不可缺少的工具，成本高、效率低、测量范围受限制、数据处理速度慢等等导致这种测量方法存在很大的局限性。为此，不能满足对于测试以及生产的要求。有人提出了一种谐波齿轮减速器效率测试系统，该系统在设计过程中主要基于功率角度之上，对转速和转矩进行测量进而得出减速机的输出功率，当把电机电功率计算出来后进而可以减速机输入功率也计算出来。此外，还有人提出专门测量功率的测量仪器，这种全新的测量方法原理为：使用传感元件代替应变片，组成惠斯通电桥，然后粘贴在减速机的低速轴和高速轴上面，减速机在工作状态之下，传递扭矩，轴此时会发生微小变形，当电桥产生电压的时候，处理信号的同时把电路进一步放大，然后把单片机输入。除此之外，测量方法还可通过使用光电式转速来进行，处理信号的同时把电路进一步放大，与扭矩信号进行成组打包之后，把无线发射模块传输出去，利用无线把其输入计算机系统当中计算出最终的效率。例如，有学者提出了一种谐波齿轮减速器效率测试系统，该系统主要是从功率的角度来进行设计，通过对转速与转矩进行测量，把输出功率计算出来，通过计算电机电功率把减速机输入功率计算出来，最后再对机械效率进行计算。在测试的过程当中，通过对直流电机的利用，根据电功率计算出电机的输入功率：P=U·I（在式中，U代表电机的输入电压，I代表电机的输入电流，P代表驱动电机的输入功率。

在驱动电机效率考虑后，抑制η1和联轴器效率η2之后，

可对减速机的出入功率进行计算：P1为P1=U·I·η1·η2，对低速轴的转矩与转速进行计算后得出P2，其计算的公式为P2=T·n9550·η3（n代表减速机低速轴的转速，η3代表减速机低速轴联轴器的效率，T代表减速机通过联轴器后的转矩）。

2.2 关于吊具系统效率分析

钢丝卷绳、吊钩、滑轮、卷筒组成了吊具系统，如果仅仅是对单个的传动机构效率进行研究，具备较高的难度。可以把它们串成一个系统，然后利用“黑箱理论”对其效率进行分析研究，这种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）吊具的输出功率PDO主要是体现在重物提升的过程当中。可通过公式P=FVCOSθ来进行计算（在这个式子当中，V载荷速度，θ为拉力与速度矢量方向的夹角，F为拉力），绳子拉力主要是通过钢丝绳张力传感器来测得。（2）可通过公式P=F×V×COSθ=mg×v（在这个式子当中，v为竖直方向，mg为载荷重力）。（3）吊具系统的输入功来自减速机的低速轴端，即吊具系统的输入功率PDI=ηL×PJO（在这个式子当中，PJO为减速机的输出功率，ηL为联轴器的效率。

2.3 联轴器传动效率研究

对于齿轮联轴器来说，它的传递扭矩大，能够允许适当的偏移量发生，对于安装精度的要求较低，为此经常把其作为起重机动力的传递连接件。啮合区齿面润滑状况比较复杂主要是受到受载的复杂性和齿轮联轴器运动的影响，轴器的传动效率与齿面润滑状况的好坏有着密切的关系。有学者对齿轮联轴器啮合区润滑的多样性及齿面摩擦系数的多变性、传动效率的影响、偏斜角等多方面进行了研究，为进一步提高齿轮联轴器传动效率指导依据。此外，有相关的研究学者采用反平衡分析的方法对调速型液力联轴器系统效率进行计算。和常规方法对比后，发现常规使用测量方法不足之处，该方法为进一步节能提供了有效的参考和指导。

2.4 卷筒组合传动效率研究

对于单个传动部件来说（车轮、吊钩、卷绳、滑轮）等等，对它们的传动效率进行研究难度比较大。在日后对其使用的时候，要充分保证其可以正常运行。通过利用黑箱理论之后，可以计算出传动效率（卷筒、滑轮、车轮、吊钩、钢丝卷绳等来组成的系统的效率）。基于功率角度之上考虑，根据提供的联轴器型号表，可把联轴器的效率η联快速找出来。可以通过测量得出减速机的输出功率PO。那么整个系统的输入功率为PI=PO减×η联上述系统做功的过程体现在其提升重物的过程中，充分利用钢丝绳传以及速度这两种传感器之后，可以快速计算出传输功率来：PO=F×V×cosθ=mg×V（在这个式子当中，V代表速度传感器所测速度值；F为钢丝绳传感器测量的力；θ为F与竖直方向的夹角）。

结语

综合上述可知，本文主要是研究起升机构中传动机构的机械传动效率，并基于能耗的角度之上，对现场条件下如何测量减速机功率的方法。并从系统的角度进行分析，讲述减速机扭矩功率测量的原理，通过对黑箱理论的利用，研究并把起升机构中吊具系统机械传动效率的测量的方法推导出来，为解决起重机能耗问题、进一步提高机械结构效率、现场实验数据处理提供了有利的指导依据。

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