摘要：雙電機RCS起升機構是大中型塔機應用最廣泛的一種起升機構。本文對電控組成、電機選型、調速方式、軟件編程等方面進行技術改造，在使用過程中取得了調速范圍廣、可靠性高、故障率低的的顯著效果。
　　關鍵詞：塔式起重機；RCS起升機構；技術改造；應用
　　近幾年來,塔式起重機作為建筑機械中一個重要機種,無論在品種、規格、型號、性能和質量上,都有很大的發展。20世紀80年代初期，由法國波坦公司引進塔機的生產技術，大大提高了我國塔機生產技術的水平。雙電機RCS起升機構是目前我國大中型塔機應用廣泛的一種起升機構，總結20年的使用經驗，結合我國工業的發展水平，在國產化的基礎上，對該機構進行技術改造，必然會提高該機構的可靠性，降低故障率，擴大該機構的應用范圍。
　　一工作原理
　　RCS起升機構是由兩臺完全相同帶制動器的繞線轉子電動機，一臺稱為低速12電動機，一臺稱為高速32電動機，通過速比1:2的齒輪副與減速機相連。工作時，通過一臺拖動電機減少轉子所串電阻，增加轉子電流，增加電動力矩，來實現加速的目的；另一臺被拖動電機就成為一臺交流發電機，其轉子電流經整流后，加在其定子上，便形成一個電氣減速緩行器，改變制動力矩就可以進行調速。此RCS起升機構的特點是電機在不同電路中具有多種功能：(1)電動機拖動功能；(2)發電機功能；(3)電氣減速緩行器功能；(4)機械制動器功能。
　　兩臺完全相同的帶機械制動器的繞線轉子電動機，形成一個相互制約的閉環控制。位能負載下降時，完全避免了失速問題。兩臺繞線電動機完全相同，所以它們能共用一個電阻器。電控分為5個速度，在拖動負載運動中調速，不論起升（或下降）速度如何，均能以最大速度運行，吊載可以準確安全就位，工作平穩，最大調速范圍為1:40，從而提高生產效率。
　　二技術改造
　　該機構性能好，但由于操作使用不當，故障率有時偏高。我們將從電控系統、電機選型、調速特性、加速方式等方面進行技術改造，提高機構應用的可靠性。
　　1．電控系統
　　RCS起升機構的兩個電機共用一個電阻箱，用繼電器5接觸器進行控制，可靠性低，故障率高。原電控配電箱共有12個中間繼電器，5個延時繼電器，13個接觸器。由于選型和惡劣的工作條件，2個加速延時繼電器和2個減速延時繼電器常會使系統不能正常工作。
　　塔機司機的誤操作造成故障率偏高。為盡量減少誤操作，根據對RCS起升機構工作過程的分析，我們用可編程序控制器代替繼電器，對RCS起升機構進行了全新的電控設計。我們選用的小型整體式可編程序控制器內存量大、處理速度快，有豐富的各種功能元件。充分利用條件控制、指令控制、定時、狀態等功能，代替原控制中的繼電器、延時器，滿足每個動作過渡的要求，實現其復雜的調速功能。克服調速過程的沖擊，提高系統的可靠性，降低機器的故障率。
　　2.電機
　　RCS起升機構使用兩個相同的電機，目前國內一般選用51.5KW電機，基本參數見表1。
　　表1YTSR180M2-4電機參數表

　　該電機是引進法國技術國內生產的，其最大轉矩倍數高達3.2倍以上。電機最大轉矩Mm=3.2Mz=1091Nm。
　　RCS起升機構起動調速時，驅動電動機轉子串接了3段電阻，形成3條人為機械特性曲線。以切換轉矩M2=1.2MZ為切換點，根據計算繪出機械特性，見圖1。圖中s為電機轉差率，M2為電機轉矩，M2電機額定轉矩，ne電機額定轉速，Mm電機最大轉矩。

　　圖1原設計機械特性
　　從圖中可以看出，RCS起升機構電機轉子在切除第1段和第2段電阻時，其最大轉矩值分別為2.05和2.76倍的額定轉矩，已經很大了。在切除第3段時，其切換轉矩值達到了電機的最大轉矩值，即3.2倍的額定轉矩，如此大的轉矩帶來的沖擊是電機、接觸器、起升機構故障率偏高的重要原因之一。從多年使用情況看，電機選型偏大，造成動態沖擊過大，故障率偏高，需要進行技術改造。我們認為選用41KW電機完全能夠滿足工地實際使用的需要，基本參數見表2。
　　表2YTSR180M1-4電機基本參數

　　電機的最大轉矩將減少221Nm，大大減少了對電機和機械的沖擊。在此基礎上，如果再從調速特性上進行技術改造，沖擊轉矩就會減少更多，必然降低電氣與機械設備的故障率。
　　3．調速特性
　　（1）原電機機械特性分析
　　從圖1中可以看出驅動電機調速的動態過程，原電阻分為3段，且比值不合理，造成調速過程中的沖擊。
　　①轉子由串接3段電阻切換到串接2段電阻時，最大轉矩M1=2.05Mz，轉矩變化范圍（M1-M2）是0.85倍的額定轉矩Mz。
　　②由串接4段電阻切換到串接1段電阻時，最大轉矩M1=2.76Mz，轉矩變化（M1-M2）范圍是1.56倍的額定轉矩Mz。
　　③當轉子切除最后1段電阻時，最大轉矩M1要達到電機的最大轉矩值（3.2倍的額定轉矩MZ）。
　　（2）改進設計后機械特性分析
　　按照RCS起升機構的具體情況，電機轉子所串電阻由分3段改為分4段進行切換，并將比值進行調整，情況就會大不一樣。根據計算其轉差率的相對比值為1:2，我們按M2=1.2MZ情況繪出其人為機械特性曲線，見圖2。

　　圖2M2=1.2MZ時的機械特性
　　從圖2可以看出當M2=1.2MZ時，轉子在分別短接4段電阻時，轉矩變化率（M1-M2）
　　只有：1.12MZ、1.20M、1.23MZ、1.03MZ，而切換電阻時的最大轉矩（即M1）也只有2.43MZ。
　　通過以上分析，可以明顯地看出：轉子由串3段改為串4段進行切換，切換轉矩M2越小則轉矩動態變化范圍就越小，最大轉矩也會變小，起到了化整為零的作用。當切換轉矩M2=1.2MZ時，切換的最大轉矩M1也只有2.43MZ，這是完全能夠滿足起動和調速時平穩過渡的工作要求的。通過電機選型和調速方式的重新設計，系統的最大工作轉矩由1091Nm,降低到661Nm，沖擊將明顯減小。

　　4．調速方式
　　由繼電器—接觸器組成的電控系統，起升1、2、3擋時，PV電機起加速作用，GV電機起減速作用。到4擋時，GV電機被切除，PV電動機轉子依次延時封掉2段電阻，然后以PV電動機的額定轉速運行。到5擋時，PV電機被切除，GV電動機在轉子串2段電阻的情況下接入電路。然后GV電動機轉子用同樣方式依次延時封掉2段電阻，以GV電動機的額定轉速運行。4、5擋兩個電機間的切換造成了不必要的沖擊。
　　為克服調速中電機切換的沖擊問題，我們采用可編程序控制器對原電控進行技術改造，有兩種調速方式可供選擇。一種是保留原加速方式（可不用5擋、效率低）；另一種是根據載荷不同選擇電機直接驅動，避免電機的切換。當載荷系數0.5≤G≤1時，僅由低速電機驅動；當載荷系數G≤0.5時，僅由高速電機驅動。避免了原來的電機切換，減少了不必要的沖擊。
　　三軟件編程
　　以可編程序控制器作為邏輯控制的核心元件，能夠用軟件代替硬件，可靠性高、抗干擾能力強。我們將起升與下放、加速與減速各擋分為不同的狀態，實現了電動與制動機械特性最科學合理的組合控制。因此控制系統性能好，故障率幾乎為零。
　　可編程序控制器的軟件是控制的核心。在軟件編程中，我們充分考慮RCS起升機構工作的過程與使用要求、必備的安全條件及操作方法、頂升、換繩等特殊工況，先設計出工作狀態流程圖。把電機在不同狀態下各個不同的機械特性按調速要求，用可編程序控制器的狀態器進行組合。用梯形圖方式設計程序，充分利用各種功能元件完成加速與減速的目的。梯形圖直觀，各種不同狀態下的動作狀況一目了然，前后關系非常清楚。采用SFC語言調整邏輯關系、修改程序內容、調整設計參數尤為方便。軟件程序充分保證了與硬件修改電路的統一。
　　四特性對比
　　選用不同的電氣部件、電控系統和減速器組成新的RCS起升機構，性能參數、工作性能、生產成本、應用范圍將有所不同。見表3。
　　表3RCS起升機構特性對比

　　五小結
　　一個機構發生故障可能有設計、生產、使用、維修等多方面原因。我們的技術改造在電機選型上使產生故障的沖擊降低了20%。調速特性轉子串電阻由3段改為4段，使調速特性更加平穩。在調速方式上可以減少電機間的切換。尤其是在控制系統中用可編程序控制器代替了繼電器，完全可以防止誤操作。如此改進，RCS起升機構的動態過渡會有極大的改善。最大轉矩的降低非常有效的減少了機械的沖擊，減少齒輪打齒和電機斷軸的故障率。使電機的工作沖擊電流也大大下降，從而提高電機和接觸器的使用壽命，可以廣泛地應用于不同的塔式起重機。
　　［參考文獻］
　　〔1〕徐格寧．起重運輸機械金屬結構設計［M］．北京：機械工業出版社，1997．
　　〔2〕《機械設計手冊》化學工業出版社.北京.1979