(广西北部湾港防城港码头有限公司生产保障部 广西防城港市 538001)
摘要：随着我国经济在快速发展，社会在不断进步，综合国力显著加强，介绍了门座起重机回转机构驱动装置的结构型式和受力特征，结合现场实际情况，分析了门座起重机安装使用过程中常见故障问题及原因，结合设计经验及现场反馈，分析了门座起重机回转机构功率计算及设计中需要注意的要点。
关键词：门座起重机；回转机构；故障分析；计算
引言
门座起重机的回转机构工况复杂，随意惯性很大(起升高度、变幅幅度、逆风作业、点动操作、逆转突变等)，对驱动器的性能有较大的考验。在V/F或开环矢量控制的情况下，驱动器对电机的控制精度、过载能力、出力限制等性能相比闭环矢量控制较低，在使用过程中，瞬间高电流情况明显，对变频器冲击较大，容易出现IGBT击穿等情况。本文介绍闭环矢量控制改造方案，对改造前后两种控制方式进行了检测对比，系统改造后，缓解了设备因机械磨损等造成的电机负荷偏差现象，减少了对驱动器的冲击，同时对机械硬性连接部分有保护作用。
1门座起重机回转机构作业工况与调速方法
传统的调速方法如绕线式异步电动机转子串电阻调速、晶闸管定子调压调速和串级调速等。这些调速方法的共同缺点是绕线式异步电动机有集电环和电刷，它们要求定期维护，由于集电环和电刷引起的故障较多，加上大量继电器、接触器的使用，致使现场维护量较大，调速系统的故障率较高，而且传统调速系统的综合技术指标较差，难以满足大型起重机生产作业的需求。起重机交流变频调速系统具有调速性能优良、稳定性好等特点，加速、减速平缓，操作灵活、现场适应性好，可降低整机冲击，延长机械寿命，可根据作业现场情况，灵活调整各挡速度和加减速时间。同时，变频器具有完善的保护、监测及自诊断功能，结合PLC控制，可大幅提高变频起重机电控系统的可靠性。
2回转机构常见问题及设计注意事项
2.1安装中出现的设计结构问题
1）大小齿轮轴线方向错位回转机构安装时总是出现大小齿轮宽度轴线错位的问题，主要原因是转盘结构焊接时变形较大，高度方向尺寸偏差太大，导致小齿轮与回转支承的大齿圈出现轴线方向错位。经分析，修改设计图纸，在转盘结构上平面加一厚板。待转盘结构焊接完毕，焊缝充分收缩后，一起加工该厚板的上平面和回转支承上支撑环的下平面，保证两平面的高度尺寸。安装回转机构时，将减速机上定位圈焊接到加工平面上，既可保证小齿轮和回转轴承大齿圈轴向定位准确，又可保证有效咬合宽度。2）减速机上定位圈焊缝崩开有时根据需要会减小臂架下铰点分叉尺寸。转柱的腹板间距与臂架下铰点分叉尺寸相同，会使回转机构距离上转柱腹板较近。由于空间有限，减速机上定位圈焊缝质量不好控制，回转力较大时焊缝可能崩开。选定回转支承后，回转大齿圈的齿数和模数即确定。为了使回转机构与上转柱腹板保持一定距离，又不使机房空间太过紧张，合理选择小齿轮的齿数，确定两齿轮的中心距非常重要，也是选取减速机传动比的关键数据。小齿轮的齿数应为奇数，且不能是大齿轮齿数的公因数，是为了保证回转过程中大小齿轮之间的啮合不总是出现相同齿之间的啮合，防止大齿轮固定的几个齿处在工作状态，延长轴承的使用寿命。根据上转柱的应力分布，将上转柱下部结构设计成门型，这样可以解决回转结构距离上转柱腹板距离太近的问题。
2.2回转工况研究
起动及运行：回转制动器打开，转子回路串接电阻起动。电机转子中串入外接电阻可增大电机启动转矩Tst，从而保证了电动机的大转矩启动特性。运行中，通过逐级减少转子电阻值，增大回转转速。
制动：制动时回转主令手柄归零，回转电动机断电，司机踩踏制动踏板，制动液压油带动制动器闭合进行制动。门座起重机实际操作中，基于装卸现场工况复杂多变和司机操作水平参差不齐等诸多因素，起动时，很难保证制动器释放动作超前于回转主令手柄启动动作；同理，制动时也很难保证回转主令手柄归零动作超前于制动器闭合动作。如果制动器闭合，回转电机仍处于通电状态，电机承载转矩为门机上回转常规转矩及制动器附加转矩之和，电机、联轴器、制动器等处于过载运行状态。
2.3脚踏变频变力制动器的使用
装卸用门座起重机从10t发展到现在的50t，特大件装卸到600t，多选用直径400mm的制动轮。建议规格在40t－35m以上的装卸用门座起重机选用直径500mm或以上的制动轮，以满足频繁制动和平稳减速制动的需要。回转制动器属于工作制动，由于作业频繁，普遍存在摩擦材料磨损较快，制动轮表面磨损明显等现象，在选用摩擦材料时，应选用摩擦系数相对较大，性能稳定的材质，制动轮宜采用如5CrMnMo材料，锻造后退火处理，整体淬火处理再中温回火处理40～45HRC，以保证回转制动力矩的可靠性。大型门机回转机构普遍采用变频驱动，该控制方式具有启动、停止平稳等特点。回转正常停止时，变频器驱动回转电机在减速时间内由运行速度减至零速，减速过程中变频器仍有力矩输出。正常作业过程中，一般在将要停止或停止时脚踏制动即可。非紧急情况应尽量避免全速或减速状态下急踩刹车制动，以减轻对门机金属结构的冲击和对刹车片、刹车轮的磨损。对件杂货等定位精度要求较高的货种，定位操作时一般可采用点动、小幅回转、脚踏制动以及与装卸人员相配合的方式来进行。门机司机应熟练控制脚踏控制器的踩踏幅度，根据需要踩脚踏板，避免出现因脚踏制动动作引起回转过程时断时续的情况。
2.4传统的门机切电阻回转机构
切电阻调速就是绕线式电动机转子串电阻调速，通过改变转子回路的电阻，从而改变交流电动机的运行曲线，进而达到调速的目的，属于改变转差率调速的一种方式。三相异步电动机转速公式为:n=60f/p(1－s)，改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可达到改变转速的目的。从调速的本质来看，调速方式分为改变交流电动机的同步转速和不改变同步转速2种。绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。串入的电阻越大，电动机的转速越低。此方法控制方便、成本可控，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。这种调速方式属有级调速，机械特性较软，导致回转机构启动时冲击力很大，调速范围很小。操作回转机构时，接触器频繁启动，受力不均很容易过流，如果在高速运转的过程中突然过流，回转机构报故障后造成急停，而此时司机室操作手柄的信号是无效的，没法控制回转机构，只能急踩刹车，很容易造成安全事故。
结语
预先了解门座起重机回转机构中存在的危险因素是预防故障发生的前提，从而保证起重机回转机构安全、正常的工作。本文对门座起重机回转机构的组成及载荷特性进行了详细论述，并对回转机构各零部件的常见故障进行了分析，并着重指出了各项部件在设计计算选型中要注意的问题，为其回转机构有效安全运行、可靠设计提供了有益参考。
参考文献:
[1]孙枫.港口起重机设计规范［M］.北京：人民交通出版社，2007.
[2]交通部水运司.港口起重运输机械设计手册［M］.北京：人民交通出版社，2001.
[3]GB/T3811-2008.起重机设计规范［S］.
[4]夏翔.起重电控设计参考手册[M].北京：机械工业出版社，2012.
[5]陆大明.起重运输机械产品选用手册[M].北京：机械工业出版社，2009.