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文 獻(xiàn) 綜 述
引子：在日常生活和大量施工中，起重機的作用不可小視。下面就了解一下起重機幾個方面的情況
概 述
起重機械是一種對重物能同時完成垂直升降和水平移動的機械。在工業(yè)和民用建筑工程中，起重機械作為主要施工機械用于建筑構(gòu)件和材料在運輸過程的裝卸，并將構(gòu)件吊到設(shè)計位置進(jìn)行安裝等，不僅解決了人力無法勝任的作業(yè)，而且能保證工程質(zhì)量，縮短工期，降低成本，成為極其重要的建筑施工機械。
起重機械的分類：
起重機械的種類很多，按使用的動力設(shè)備可分為內(nèi)燃機作動力和電動機作動力兩種；按起重機載荷率可分為輕型、中型、重型、特重型四類；按起重結(jié)構(gòu)可分為龍門式和臂架式兩類；按回轉(zhuǎn)臺的角度可分為全回轉(zhuǎn)式和非全回轉(zhuǎn)式；按行走機構(gòu)的構(gòu)造可分為固定式和移動式兩類。建筑施工中常用的為移動式起重機，包括：塔式起重機、汽車式起重機、輪胎式起重機、履帶式起重機，以及最基本的起重機械———卷揚機等。隨著高層建筑中作為垂直運輸機械而迅速發(fā)展的施工升降機也已納入起重機械范圍。
起重機械的主要性能參數(shù)包括：起重量、工作幅度、起重力矩、起升高度以及工作速度等。
一、起重量
起重量是指起重機能吊起重物的質(zhì)量，其中應(yīng)包括吊索和鐵扁擔(dān)或容器的質(zhì)量，它是衡量起重機工作能力的一個重要參數(shù)。通常稱為額定起重量，用“Q”表示。起重量的單位過去慣用“t”表示，現(xiàn)都用“KN”表示（10KN約等于1t）。起重機隨著工作幅度的變化，其起重量也隨之變化。因此，額定起重量有最大起重量和最大幅度起重量之分。最大起重量是指基本起重臂處于最小幅度時所允許起吊的最大起重量；最大幅度起重量是指基本起重臂處于最大幅度時所允許起吊的最大起重量。一般起重機的額定起重量是指基本起重臂處于最小幅度時允許起吊的最大起重量，也就是起重機銘牌上標(biāo)定的起重量。
二、工作幅度
工作幅度是指在額定起重量下，起重機回轉(zhuǎn)中心軸線到吊鉤中心線的水平距離，通常稱為回轉(zhuǎn)半徑或工作半徑，用“R”表示，單位為“m”。工作幅度表示起重機不移位時的工作范圍，它包括最大幅度(Rmax)和最小幅度(Rmin)兩個參數(shù)。對于俯仰變幅的起重臂，當(dāng)處于接近水平的水平夾角為13°時，從起重機回轉(zhuǎn)中心軸線到吊鉤中心線的水平距離最大，為最大幅度；當(dāng)起重臂仰到最大角度（一般水平夾角為78°）時，回轉(zhuǎn)中心軸線到吊鉤中心線距離最小，為最小幅度。對于小車變幅的起重臂，當(dāng)小車行到臂架頭部端點位置時，為最大幅度；當(dāng)小車處于臂架根部端點位置時，為最小幅度。起重機的起重量，隨幅度變化而變化，同一臺起重機，幅度不同，其起重量也不同。對于有支腿裝置的輪式起重機，還應(yīng)以有效幅度A表示，即用支腿側(cè)向工作時，在額定起重量下，吊鉤中心垂線到該側(cè)支腿中心線的水平距離。有效幅度反映起重機的實際工作能力；沒有使用支腿側(cè)向工作時，則工作幅度用A1（ 單胎）或A2（雙胎）表示。
三、起重力矩
起重力矩是指起重機的起重量與相應(yīng)幅度的乘積，以M表示,M=RQ。起重力矩的單位
過去慣用tm表示，現(xiàn)都用表示，它是起重機的綜合起重能力參數(shù)，能全面和確切地反映起重機的起重能力。塔式起重機需要經(jīng)常在大幅度情況下工作，故以起重力矩作為表示型號的主參數(shù)。塔式起重機的起重力矩，通常是指最大幅度時的起重力矩。起重機的起重特性曲線是表示起重機的起重量與幅度關(guān)系的曲線，不同幅度有不同的額定起重量，將不同幅度和相應(yīng)的額定起重量以線連接起來，可以繪制成起重特性曲線。所有起重機的操縱臺旁都有這種曲線圖，使操作人員能很快地查出起重機在某一幅度時的最大起重量。
對于能配用幾種不同臂長的起重機，對應(yīng)每一種長度的起重臂都有其起重特性曲線。
四、起升高度
起升高度是指自地面到吊鉤鉤口中心的距離，用“H”表示，單位“m”，它的參數(shù)標(biāo)定值通常以額定起升高度表示。額定起升高度是指滿載時吊鉤上升到最高極限，自吊鉤中心到地面的距離。當(dāng)?shù)蹉^需要放到地面以下吊取重物時，則地面以下深度叫下放深度，總起升高度為起升高度和下放深度的和。對于動臂式起重機，當(dāng)起重臂長度一定時，起升高度隨著幅度的減少而增加，這一特性可以用起升高度曲線表示，它和起重特性曲線相對應(yīng)。
五、工作速度
起重機的工作速度包括起升、變幅、回轉(zhuǎn)和行走等速度。
1、起升速度 起升速度是指起重吊鉤上升或下降的速度，單位為“m/min”。起重機的起升速度和起升機構(gòu)的卷揚牽引速度有關(guān)，而且和吊鉤滑輪組的倍率有關(guān)。2繩比4繩快一倍；
單繩雙比雙繩快一倍。一般表示起升速度參數(shù)，應(yīng)注明繩數(shù)。
2、變幅速度 變幅速度是指吊鉤從最大幅度到最小幅度的平均線速度，單位為“m/min”。
俯仰變幅起重臂的變幅速度也就是起重臂升起和降落的速度，一般落臂速度要快于升臂速度。
3、回轉(zhuǎn)速度 回轉(zhuǎn)速度是指起重機在空載情況下，其回轉(zhuǎn)臺每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，單位為“r/min”。
4、行走速度 行走速度是指起重機在空載情況下，行走時最大的速度，單位為“m/min”。
六、自重及質(zhì)量指標(biāo)
1、自重 起重機的自重是指起重機處于工作狀態(tài)時起重機本身的總重，以“G”表示，單位為“t”或“KN”。
2、質(zhì)量指標(biāo) 質(zhì)量指標(biāo)是指起重機在單位自重下有多大的起重能力，通常用質(zhì)量利用系
數(shù)K表示，它反映了起重機設(shè)計、制造和材料的技術(shù)水平，K值越大越先進(jìn)。起重機質(zhì)量利用系數(shù)（）的表示形式是以起重力矩和與此相對應(yīng)的起升高度來表示，如下式：
〈一〉 國內(nèi)外起重機的發(fā)展?fàn)顩r
一、國際現(xiàn)狀
歐洲作為工程起重機的發(fā)源地，也是經(jīng)濟非常發(fā)達(dá)的地區(qū)，代表輪式起重機的最高水平，最負(fù)盛名的生產(chǎn)企業(yè)有利勃海爾、德馬克，同時還有森內(nèi)博根、德國格魯夫、多田野·法恩、波塔恩、奧米格、里格、PPM等著名企業(yè)，該地區(qū)主要現(xiàn)狀為：主要生產(chǎn)全地面起重機、履帶式起重機，緊湊型輪胎起重機，也生產(chǎn)少量汽車起重機。其中全路面起重機、履帶起重機以中大噸位為主；緊湊型輪胎起重機則以小噸位為主；汽車起重機一般為通用底盤組裝全地面上車，即以改裝為主。其產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)、性能高、可靠性高，產(chǎn)品遍布全球。美國工程起重機相對落后于歐洲水平。近年來，通過收購和合并的手段，先是格魯夫收購了歐洲老牌起重機企業(yè)克虜伯公司，然后特雷克斯收購了德國德馬克；隨后，馬尼托瓦克兼并了包括美國格魯夫公司在內(nèi)的國內(nèi)大部分工程起重機企業(yè)，使美國工程起重機行業(yè)得以蓬勃發(fā)展。目前該地區(qū)主要生產(chǎn)輪胎起重機、履帶式起重機、全路面起重機和汽車起重機。主要生產(chǎn)企業(yè)為馬尼托瓦克，特點是技術(shù)較先進(jìn)、性能較高、可靠性能高，其中汽車底盤技術(shù)和全路面技術(shù)領(lǐng)先于歐洲，產(chǎn)品主要銷往美州地區(qū)和亞太地區(qū)。
二、我國現(xiàn)狀
1、從市場方面看：中國工程起重機取得了長足的發(fā)展，我國2003年工程起重機的銷售量近9000臺，比北美、西歐和日本的需求總和還要大，中國已經(jīng)成為世界起重機的中心。但另一方面，雖然年產(chǎn)銷量巨大，但所生產(chǎn)的起重機是很單一的汽車起重機產(chǎn)品，履帶式起重機的產(chǎn)量全年不到100臺，而汽車起重機的產(chǎn)量也集中在12噸到25噸的噸位區(qū)間內(nèi)，35噸以上的起重機全年總量也只在500臺左右。主要生產(chǎn)廠家為徐重、浦沅、北起、長起、泰起、蚌起和錦重。近年來徐重依托區(qū)位優(yōu)勢、資源優(yōu)勢和技術(shù)優(yōu)勢，一度打破了“四大家族”的行業(yè)格局，使產(chǎn)量和市場占有率一度飚升，同時依靠技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。雖然我國曾于上世紀(jì)引進(jìn)了德國和日本的先進(jìn)技術(shù)，但由于國內(nèi)配套件水平跟不上以及國內(nèi)工藝水平跟不上等原因，即使是同樣的技術(shù)，由于工藝水平和配套水平的差異，造成產(chǎn)品實物水平與國外存在著很大的區(qū)別。同時，近期我國起重機市場以個體用戶為主，各生產(chǎn)廠家不斷完善產(chǎn)品系列，不斷提高產(chǎn)品作業(yè)性能，而相對忽視了對產(chǎn)品可靠性的改進(jìn)（受國家基礎(chǔ)工業(yè)的限制），對結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、新技術(shù)的運用推廣相對較少，嚴(yán)重減慢了我國工程起重機行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的步伐。目前我國工程起重機產(chǎn)品以滿足國內(nèi)市場為主，部分銷往非洲、中東、南美、澳州和前蘇聯(lián)市場。
2、從產(chǎn)品類型上看：我國工程起重機行業(yè)在94～99年是發(fā)展低谷，5年中行業(yè)幾個主要的生產(chǎn)廠家，苦練內(nèi)功，積極 組織產(chǎn)品變型和換代，在產(chǎn)品外觀上下功夫。
??? 從99年以來，隨經(jīng)濟建設(shè)新一輪啟動，工程起重 機市場競爭格局發(fā)生巨大變化，各企業(yè)不斷調(diào)整思路、更新觀念、轉(zhuǎn)換機制、提高核心競爭力，努力開發(fā)產(chǎn)品，開拓市場。產(chǎn)品重心也從8t、12t向16t、25t、50t中大噸位發(fā)展，25t增速最快，產(chǎn)量不斷翻新，基本占據(jù)主導(dǎo)地位。50t產(chǎn)品由于需求面較廣，技術(shù)逐漸成熟，也大批量進(jìn)入市場。目前國內(nèi)主要產(chǎn)品系列，汽車起重機為8t、12t、16t、20t、25t、35t、50t、65t、80t、l00t，全地面起重機為25t、50t、125t、160t和履帶起重機為35t、50t、l00t、150t。
??? 3、從產(chǎn)品整體技術(shù)風(fēng)格上看： 下車有全頭和半頭兩種不同風(fēng)格，多年來半頭車因總體布置的方便性及價格因素一直被廣泛采用。但近年來隨著物質(zhì)條件的改善，人們的生活條件和質(zhì)量提高，操作方便、舒適、可靠 逐漸成為用戶關(guān)注的焦點，中大噸位向全頭方向發(fā)展。上車操縱從傳統(tǒng)的機械操作向液比例和電液比例方向發(fā)展，起重吊臂也從傳統(tǒng)的三節(jié)向四節(jié)、五節(jié)方向發(fā)展，產(chǎn)品的起重性能和起重高度有了較大提高，產(chǎn)品的外觀和可靠性有了較大幅度提高。
4、從我國工程起重機行業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢上來看：國內(nèi)工程機械產(chǎn)品近十年來隨著技術(shù)的引進(jìn)、消化、吸收，有了長足的進(jìn)步，產(chǎn)品性能、 可靠性、外觀都有較大幅度的提高，但同國外 工程機械比較來看，還存在較大差距，就工程起重機而言，今后的發(fā)展主要表現(xiàn)在如下幾個方面：
①整機性能：由于先進(jìn)技術(shù)和新材料的應(yīng)用，同種型號的產(chǎn)品，整機重量要輕20%左右。隨著結(jié)構(gòu)分析應(yīng)用和先進(jìn)設(shè)備的使用，結(jié)構(gòu)形式更加合理；
②高性能、高可靠性的配套件，選擇余地大、適應(yīng)性好,性能得到充分發(fā)揮；
??? ③電液比例控制系統(tǒng)和智能控制顯示系統(tǒng)的推廣應(yīng)用；
??? ④操作更方便、舒適、安全，保護(hù)裝置更加完善；
??? ⑤向吊重量大、起升高度、幅度更大的大噸位方向發(fā)展。
〈二〉 國內(nèi)外起重機的發(fā)展趨勢
一、國內(nèi)工程機械產(chǎn)品近十年來隨著技術(shù)的引進(jìn)、消化、吸收，有了長足的進(jìn)步，產(chǎn)品性能、可靠性、外觀都有較大幅度的提高，但同國外工程機械比較來看，還存在較大差距，就工程起重機而言，今后的發(fā)展主要表現(xiàn)在如下幾個方面：
l、整機性能：由于先進(jìn)技術(shù)和新材料的應(yīng)用，同種型號的產(chǎn)品，整機重量要輕20%左右。隨著結(jié)構(gòu)分析應(yīng)用和先進(jìn)設(shè)備的使用，結(jié)構(gòu)形式更
2、高性能、高可靠性的配套件，選擇余地大、適應(yīng)性好,性能得到充分發(fā)揮；
3、電液比例控制系統(tǒng)和智能控制顯示系統(tǒng)的推廣應(yīng)用；
4、操作更方便、舒適、安全，保護(hù)裝置更加完善：
5、向吊重量大、起升高度、幅度更大的大噸位方向發(fā)展。????
?二、國外工程起重機從整體情況分析，領(lǐng)先國內(nèi)10~20年(不同類型產(chǎn)品有所不同)。隨著國外經(jīng)濟發(fā)展速度趨于平穩(wěn)，工程起重機向智能、高性能、靈活、適應(yīng)性強、多功能方向發(fā)展。25t以下基本上不生產(chǎn)，產(chǎn)品向高附加值、大噸位發(fā)展，如利勃海爾公司汽車起重機基本退出市場，目前市場主導(dǎo)產(chǎn)品為全地面起重機，最小噸位是35t，而80t和160t是主導(dǎo)產(chǎn)品；格魯夫公司：主導(dǎo)產(chǎn)品是全地面起重機和輪胎起重機，最小噸位是25t；多田野公司：汽車起重機只占20%，主導(dǎo)產(chǎn)品是全地面起重機和輪胎起重機，最小噸位16t。因此行業(yè)配套也與國內(nèi)有所不同：
????1、下車主要是300kW以上柴油大功率發(fā)動機，與之配套的液力變矩器和自動換檔變速箱、12噸級驅(qū)動轉(zhuǎn)向橋及越野輪胎。
2、上車：高強度材料、大扭矩的起升機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、回轉(zhuǎn)支承。
3、液壓系統(tǒng)：變量泵、變量馬達(dá)、電磁換向先導(dǎo)閥及主閥、平衡閥、懸掛系統(tǒng)閥、液壓鎖、液壓缸及管路標(biāo)準(zhǔn)配套件。
4、智能控制系統(tǒng)：力限器顯示控制、記憶通訊及單缸順序伸縮自動控制。
〈三〉 起重機的電氣控制
起重機除過橫梁 支腿 大小車運行機構(gòu)等機械部分外，還有重要的電器控制部分。起重機運輸電力拖動系統(tǒng)中的電器設(shè)備比較多，除了異步電機 直流電機 常用的控制電器和保護(hù)電器，還有電線 電纜和移動供電裝置等。電器控制對于起重機不可或缺，采用先進(jìn)的電器設(shè)備和電器控制方法對提高起重機的工作效率很重要。
起重機采用變頻調(diào)速的優(yōu)點：
1、可靠性提高，主要有以下幾個方面：消除了電動機的薄弱環(huán)節(jié)，用鼠籠電機取代繞線電機，消除了電刷和滑環(huán)等薄弱環(huán)節(jié)。
2、電磁抱閘的壽命大大延長，原拖動系統(tǒng)是在運動的狀態(tài)下進(jìn)行抱閘剎車的，采用變頻調(diào)速后，可以在基本停住的狀態(tài)下進(jìn)行抱閘，閘皮的磨損情況大大改善。
3、控制系統(tǒng)的故障率大為下降，原系統(tǒng)是由十分復(fù)雜的繼電系統(tǒng)和接觸器進(jìn)行控制的，故障率較高。采用變頻調(diào)速控制后，系統(tǒng)簡化，可考性提高。
4、節(jié)能效果明顯，繞線異步電機在低速下運行時，轉(zhuǎn)子回路的電流將消耗大量的電能。
5、調(diào)速質(zhì)量明顯提高，具有很高的調(diào)速精度和運行效率。頻調(diào)速后可以完全節(jié)約，并且在放下重物時，還可以將重物釋放的位能反饋給電源。
PLC控制的變頻調(diào)速在門式起重機拖動系統(tǒng)中的應(yīng)用（詳細(xì)介紹了PLC控制的門式起重機變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件構(gòu)成以及系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)）。
傳統(tǒng)門式起重機的電力拖動系統(tǒng)采用交流線繞轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串接電阻的方法進(jìn)行起動和調(diào)速，繼電——接觸器控制，這種控制系統(tǒng)的主要缺點有：
1、 門式起重機工作條件惡劣，工作任務(wù)中，電動機以及所串聯(lián)電阻燒損和斷裂故障時有發(fā)生。
2、 繼電——接觸器控制系統(tǒng)可靠性差，操作復(fù)雜，故障率高。
3、 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，機械特性軟，負(fù)載變化時轉(zhuǎn)速也變化，調(diào)速不理想。所串電阻長期發(fā)熱，電能浪費大，效率低。要從根本上解決這些問題，只有徹底改變傳統(tǒng)的控制方式。
4、 近年來，隨著計算機技術(shù)和電力電子器件的迅猛發(fā)展，電氣傳動和自動控制領(lǐng)域也日新月異。其中，具有代表性的交流變頻裝置和可編程控制器獲得了廣泛的應(yīng)用，為PLC控制的變頻調(diào)速技術(shù)在門式起重機拖動系統(tǒng)中應(yīng)用提供了有利的條件。
門式起重機大車、小車、主鉤，副鉤電動機都需要獨立運行，大車為八臺電動機同時拖動，所以整個系統(tǒng)有十四臺電動機，4臺變頻器傳動，并由4臺PLC分別加以控制。
可編程控制器：完成系統(tǒng)邏輯控制部分控制電動機的正、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等控制信號進(jìn)入PLC，PLC經(jīng)處理后，向變頻器發(fā)出起停、調(diào)速等信號，使電動機工作，是系統(tǒng)的核心。
變頻器：為電動機提供可變頻率的電源，實現(xiàn)電動機的調(diào)速。
制動電阻：起重機放下重物時，由于重力加速度的原因電動機將處于再生制動狀態(tài)，拖動系統(tǒng)的動能要反饋到變頻器直流電路中，使直流電壓不斷上升，甚至達(dá)到危險的地步。因此，必須將再生到直流電路里的能量消耗掉，使直流電壓保持在允許范圍內(nèi)。制動電阻就是用來消耗這部分能量的。
門式起重機大車、小車、副鉤、主鉤電動工作由各自的PLC控制，大車、小車、副鉤、主鉤電動機都運行在電動狀態(tài)，控制過程基本相似，變頻器與PLC之間控制關(guān)系在硬件組成以及軟件的實現(xiàn)基本相同，而主鉤電動機運行狀態(tài)處于電動、倒拉反接或再生制動狀態(tài)，變頻器與PLC之間控制關(guān)系在硬件組成以及軟件的實現(xiàn)稍有區(qū)別。
系統(tǒng)軟件設(shè)計：
要實現(xiàn)對變頻器的控制，必須對PLC進(jìn)行編程，通過程序?qū)崿F(xiàn)PLC與變頻器信息交換的控制。編程的重要依據(jù)是系統(tǒng)的工作過程。
利用PLC控制的變頻調(diào)速技術(shù)，門式起重機拖動系統(tǒng)的各檔速度、加速時間和制動減速，將轉(zhuǎn)子繞組引出線短接，去掉電刷和集電環(huán)，節(jié)省更換電動機的費用。調(diào)速性能好。若是改造原有系統(tǒng)，大小車電動機仍可采用原有的繞線轉(zhuǎn)子異步電動機，時間都可以根據(jù)現(xiàn)場情況由變頻器設(shè)置，調(diào)整方便。負(fù)載變化時，各檔速度基本不變。
電器設(shè)備是起重機上比較復(fù)雜的部分，它在沖擊、震動與擺動的工況下作業(yè)，容易發(fā)生故障，特別在高溫、多灰塵、潮濕的環(huán)境下，更容易發(fā)生故障且可能引發(fā)事故。所以，對起重機電器部分應(yīng)進(jìn)行安全檢查的主要項目如下：
1.檢查電動機的絕緣電阻是否在正常范圍內(nèi)，運行時有無異響、溫升是否正常；停機時檢查其滑環(huán)、電刷、導(dǎo)線接頭有無明顯的裂紋、磨損、松動和附著碳粉等；
2.檢查集電裝置、電源滑線有無變形磨損，張緊裝置是否正常，滑線與滑塊的接觸是否良好。由電纜來輸送電源的，還應(yīng)檢查電纜絕緣層有無老化，電纜導(dǎo)向裝置是否靈活及電纜收放是否靈活自如。
3.檢查電器元件及控制系統(tǒng)。 檢查各開關(guān)外殼有無破損，合閘時接觸部位壓力是否適當(dāng)，熔斷器的容量是否符合要求；接觸器主觸頭和輔助觸頭有無燒毛，接觸時觸頭間的壓力是否足夠，觸頭脫開是進(jìn)否徹底；接觸器動靜鐵芯吸合面有無附著物，吸合時有無異響，滅弧罩是否完好；以及配電柜上各繼電器工作是否正常，各接線柱、接線螺絲是否緊固等。駕駛室里應(yīng)檢查各主令控制器各動作方向是否接正確，注意檢查有無零位保護(hù)，特別應(yīng)檢查操縱臺上是否設(shè)有緊急斷電開關(guān)，并確認(rèn)遇緊急情況確能有效切斷電源。同樣，要注意檢查力矩限制器、超載限制器和各行程保護(hù)裝置的靈敏可靠程度。