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1.前言

    施工升降機(jī)又叫建筑用施工電梯，是建筑施工中很安全、高效的垂直運(yùn)輸設(shè)備，在建筑施工中被經(jīng)常作為載人載貨施工機(jī)械使用。

     施工升降機(jī)載重為1～3噸，運(yùn)行速度為1～60m/min，在工地上通常配合塔吊使用。這種電梯安裝和拆卸非常方便，可隨建筑物的升高而增高，具有性能穩(wěn)定、安全可靠、搬運(yùn)靈活、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，可以顯著提高工效、降低施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

    施工升降機(jī)的種類很多，按運(yùn)行方式分無(wú)配重和有配重兩種；按其控制方式分為手動(dòng)控制式和自動(dòng)控制式。按需要還可以添加變頻裝置和PLC控制模塊，另外還可以添加樓層呼叫裝置和平層裝置。
   
                                  
                                                   圖1 施工升降機(jī)現(xiàn)場(chǎng)

      2.施工升降機(jī)的組成

      施工升降機(jī)由鋼結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及安全控制系統(tǒng)等組成。

     2.1鋼結(jié)構(gòu)

     鋼結(jié)構(gòu)主要由吊籠、外籠、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、配重、附墻架等組成。

      2.1.1 吊籠（圖2）是升降機(jī)的核心部件，為焊接鋼結(jié)構(gòu)體，周圍有鋼絲防護(hù)網(wǎng)，前后分別安裝單、雙開(kāi)吊籠門，頂上安裝護(hù)身拉桿。吊籠的立柱上有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和限速器底板安裝孔，導(dǎo)向滑輪組也安裝在立柱上。

      根據(jù)吊籠的數(shù)量，升降機(jī)一般有單籠和雙籠之分。單籠升降機(jī)如增加一個(gè)吊籠和其它零件后即可成為雙籠升降機(jī)。（圖3、圖4）
 
                                  
                                                  圖2 吊籠
  
                               
                                                   圖3 單籠升降機(jī)
        
                                
                                                 圖4 雙籠升降機(jī)

     2.1.2 外籠主要由底盤、防護(hù)圍桿及一節(jié)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)等組成。外籠入口處有外籠門并裝有自動(dòng)開(kāi)門機(jī)構(gòu)，當(dāng)?shù)趸\上升時(shí)，外籠自動(dòng)關(guān)閉。吊籠著地時(shí)，外籠門能自動(dòng)打開(kāi)。底盤裝有緩沖彈簧，以保證吊籠著地時(shí)能柔性接觸。

     2.1.3 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)是由角鋼組焊而成，長(zhǎng)正方形空間桁架結(jié)構(gòu)，每?jī)蓚€(gè)塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的上下連接，均采用10.9級(jí)的高強(qiáng)螺栓、螺母緊固連接起來(lái)。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)內(nèi)部都設(shè)有與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)等長(zhǎng)的爬梯，以便操作與維修人員上下塔機(jī)時(shí)使用，且每10米有一休息平臺(tái)。各標(biāo)準(zhǔn)節(jié)均具有互換性，改變塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)
   
     安裝節(jié)數(shù)，起重機(jī)可達(dá)到不同的起升高度。

     2.1.4 配重用以平衡吊籠的自重，從而提高電動(dòng)機(jī)功率利用率和吊籠載重，并可改善結(jié)構(gòu)受力情況。配重由鋼絲繩通過(guò)導(dǎo)軌架頂部的天輪與吊籠上下運(yùn)轉(zhuǎn)的導(dǎo)軌。

     2.1.5 附墻架用來(lái)使導(dǎo)軌架與建筑物附著連接，以保證導(dǎo)軌架的穩(wěn)定性。

     2.2傳動(dòng)系統(tǒng)

     傳動(dòng)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、減速器和安裝在減速器輸出軸上的齒輪等組成，采用多電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使齒輪齒條受力均勻。傳動(dòng)系統(tǒng)安裝在吊籠內(nèi)，通過(guò)齒輪與導(dǎo)軌架上的齒條相嚙合，使吊籠上、下運(yùn)行。

     2.3電氣系統(tǒng)

     每個(gè)吊籠都有一套電氣設(shè)備，包括電源箱、電控箱、操縱盒等，可在吊籠內(nèi)用手柄或按鈕操縱吊籠升降運(yùn)行，在任何位置均可隨時(shí)停車。在上、下終端站，可由上、下終點(diǎn)限位開(kāi)關(guān)控制自動(dòng)停車。為達(dá)到高速、平穩(wěn)、還有采用變頻調(diào)速和采用液壓泵和液壓馬達(dá)等先進(jìn)技術(shù)式升降速度可從0～60m/min的無(wú)級(jí)變速，并可平穩(wěn)啟動(dòng)和制動(dòng)。

    2.4安全控制系統(tǒng)

     安全控制系統(tǒng)在電路中設(shè)置了過(guò)載、斷繩、短路、超速等安全開(kāi)關(guān)，當(dāng)運(yùn)行中發(fā)生任何一種故障時(shí)，升降機(jī)立即自動(dòng)停車。吊籠上各門均有限位開(kāi)關(guān)，當(dāng)任何一門未關(guān)閉或異常開(kāi)啟時(shí)，吊籠均不能啟動(dòng)或立即停止運(yùn)行。每臺(tái)吊籠均配備錐鼓限速器作為防墜安全裝置，能有效地防止吊籠墜落。

     3.施工升降機(jī)對(duì)電控系統(tǒng)的要求

     安全是建筑施工的重中之重。對(duì)于施工升降機(jī)來(lái)說(shuō)，最重要的標(biāo)準(zhǔn)就是安全，通常在施工升降機(jī)上采用防墜安全器。防墜安全器是施工升降機(jī)上重要的一個(gè)部件，要依靠它來(lái)消除吊籠墜落事故的發(fā)生，保證乘員的生命安全。工地上使用中的升降機(jī)都必須每三個(gè)月就要進(jìn)行一次墜落試驗(yàn)。目前墜落實(shí)驗(yàn)是通過(guò)提高變頻器輸出頻率，使電機(jī)驅(qū)動(dòng)吊籠運(yùn)行在模擬墜落的速度下，看防墜安全器是否動(dòng)作。

    吊籠啟動(dòng)和停止時(shí)平穩(wěn)，不能溜鉤，這就要求變頻器和電機(jī)以及剎車部分的配合要做到天衣無(wú)縫。

    根據(jù)施工升降機(jī)載重量的不同，目前常用電機(jī)常用規(guī)格為7.5～22kW。電機(jī)數(shù)量常為一臺(tái)、兩臺(tái)或者三臺(tái)。（圖5、圖6、圖7）
  
                                  
                                       圖5 一臺(tái)電機(jī)
 
                                 
                                    圖6 兩臺(tái)電機(jī)
     
                              
                                圖7 三臺(tái)電機(jī)

     根據(jù)電機(jī)數(shù)量的不同，不同廠家對(duì)于變頻器的選擇也有區(qū)別。當(dāng)設(shè)備上使用多臺(tái)電機(jī)時(shí)，變頻器的選擇有兩種常見(jiàn)配置：

    第一種是根據(jù)電機(jī)的數(shù)量來(lái)配置相當(dāng)數(shù)量的變頻器，變頻器的功率與電機(jī)功率相當(dāng)。例如當(dāng)電機(jī)為三臺(tái)，且每臺(tái)電機(jī)功率為11kW時(shí)，可以選擇三臺(tái)11kW或者15kW變頻器。此時(shí)廠家會(huì)要求三臺(tái)變頻器進(jìn)行共直流母線的動(dòng)作。

   第二種配置是選擇一臺(tái)大功率變頻器。例如，當(dāng)電機(jī)為三臺(tái)，且每臺(tái)電機(jī)功率為11kW時(shí)，可選擇一臺(tái)45kW的變頻器（變頻器的功率=3×11kW×1.2，1.2為過(guò)載系數(shù)）。

    根據(jù)剎車方式的不同，常用電機(jī)一般有兩種：帶電磁制動(dòng)器的電機(jī)（圖8）和錐形轉(zhuǎn)子電機(jī)（圖9）。帶電磁制動(dòng)器的電機(jī)通過(guò)電機(jī)尾部的電磁制動(dòng)器來(lái)提供制動(dòng)力，當(dāng)制動(dòng)器通電時(shí)，制動(dòng)器打開(kāi)，電機(jī)正常運(yùn)行；當(dāng)制動(dòng)器失電時(shí)，制動(dòng)器閉合，對(duì)電機(jī)軸端提供制動(dòng)力。
錐形轉(zhuǎn)子電機(jī)是一種定子內(nèi)腔和轉(zhuǎn)子外形都呈錐形的電動(dòng)機(jī)。它具有停電自制動(dòng)的能力：電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，錐形轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的氣隙磁場(chǎng)產(chǎn)生軸向磁拉力，壓縮制動(dòng)彈簧，使風(fēng)扇制動(dòng)輪與電機(jī)端蓋上的制動(dòng)環(huán)脫開(kāi)，電機(jī)能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。斷電時(shí)，軸向磁拉力消失，轉(zhuǎn)子在制動(dòng)彈簧的推力下產(chǎn)生軸向移動(dòng)，使風(fēng)扇制動(dòng)輪壓緊制動(dòng)環(huán)，產(chǎn)生摩擦力，迫使電機(jī)迅速停轉(zhuǎn)并綁住轉(zhuǎn)子，以防止起吊的重物下落，保障安全。
  
                              
                                圖8 帶電磁制動(dòng)器的電機(jī)
  
             
                                 圖9 錐形轉(zhuǎn)子電機(jī)

    4.臺(tái)達(dá)方案

    施工升降機(jī)的運(yùn)行情況類似于電梯，當(dāng)所傳動(dòng)的位能負(fù)載持續(xù)下降時(shí)，電機(jī)就會(huì)處于再生發(fā)電狀態(tài)，負(fù)載的機(jī)械能就轉(zhuǎn)化為電能回饋到變頻器中，導(dǎo)致變頻器內(nèi)部直流回路中的電壓持續(xù)升高。為了保證此時(shí)變頻器和電機(jī)仍然能夠正常運(yùn)行，變頻器需要選配合適的制動(dòng)電阻（無(wú)內(nèi)置制動(dòng)單元的變頻器需要選擇外置制動(dòng)單元），使內(nèi)部多余的電壓通過(guò)外部電阻放電，將回饋的直流回路的能量轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉，避免直流側(cè)電壓無(wú)限制的升高而觸發(fā)變頻器的保護(hù)電路動(dòng)作。我們?cè)谶@里選用臺(tái)達(dá)的C2000變頻器。

   考慮到剎車性能以及天氣炎熱時(shí)電阻的散熱性能，剎車電阻規(guī)格的選擇原則有兩個(gè)方面的依據(jù)：等效電阻值保持在推薦最小電阻值，功率選擇為推薦功率的2倍以上。

    臺(tái)達(dá)C2000變頻器的主要特點(diǎn)包括：

1) V/F控制、無(wú)感測(cè)向量控制、FOC＋PG、轉(zhuǎn)矩控制；
2) 同步電機(jī)和異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)一體化；
3) 全系列導(dǎo)入LCD面板，選配LED；
4) 內(nèi)建高速總線接口CANopen及MODBUS；
5) 內(nèi)建各種行業(yè)功能；
6) 長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)于重要零件壽命偵測(cè)；
7) 獨(dú)立風(fēng)道的設(shè)計(jì)，PCB防護(hù)加強(qiáng)環(huán)境的適應(yīng)性；
8) 全球安規(guī)兼容性CE UL cUL；
9) 9.30kW以下內(nèi)置剎車單元；
10) 速度控制、位置控制、轉(zhuǎn)矩控制；
11) 具備三個(gè)擴(kuò)展槽： I/O、通訊口、PG卡；
12) 多種總線控制方式；
13) 標(biāo)配RS485，接口方式 RJ45、SG端子；
14) 共直流母線；
15) 電機(jī)熱保護(hù)；
16) 模塊化設(shè)計(jì)，可拆卸的風(fēng)扇、控制端子。

     5.實(shí)測(cè)案例

     5.1實(shí)測(cè)案例一

     5.1.1 客戶甲配置：臺(tái)達(dá)VFD150C43A變頻器、15kW電機(jī)（帶電磁制動(dòng)器）一臺(tái)、制動(dòng)電阻40Ω 2000W。

     5.1.2 帶電磁制動(dòng)器的電機(jī)控制接線如圖10所示。
    
        
                         圖10帶電磁制動(dòng)器的電機(jī)控制接線圖

     5.1.3 調(diào)試步驟。

     設(shè)置VF曲線（電機(jī)規(guī)格15kW、34A、50Hz、380V、1390r/m），詳見(jiàn)表1。
  
            

    5.1.4 運(yùn)行效果。

    1） 100%負(fù)載（2.6噸）上行波形，啟動(dòng)最大電流為42.48A，穩(wěn)定時(shí)（30Hz/50Hz）電流為34～36A。見(jiàn)圖11。
  
          
                                         圖11 100%負(fù)載上行波形

    2） 100%負(fù)載（2.6噸）下行波形，啟動(dòng)最大電流為37.69A，穩(wěn)定時(shí)（30Hz/50Hz）電流為23～26A，母線電壓持續(xù)穩(wěn)定在705～707VDC。
  

                         
                                 圖12 100%負(fù)載下行波形

    5.2 實(shí)測(cè)案例二

    5.2.1 客戶乙配置：臺(tái)達(dá)VFD110C43A變頻器、7.5kW錐形轉(zhuǎn)子電機(jī)一臺(tái)、制動(dòng)電阻45Ω 1500W。

    5.2.2 錐形轉(zhuǎn)子電機(jī)控制接線如圖13所示。
   
      
                                  圖13錐形轉(zhuǎn)子電機(jī)控制接線圖    

     5.2.3 調(diào)試步驟。

     設(shè)置VF曲線（電機(jī)規(guī)格7.5kW、50Hz、380V、18A、1390r/m），主要考慮到變頻器到電機(jī)之間的距離達(dá)到100m。詳見(jiàn)表4。

            
5.2.4運(yùn)行效果：

     在不同速度（15hz/25hz/40hz）滿載情況下做上行和下行動(dòng)作，運(yùn)行電流和電壓平穩(wěn)。
                 
         
                                              圖14 運(yùn)行效果比較

    6.結(jié)束語(yǔ)

     將臺(tái)達(dá)變頻器應(yīng)用于施工升降機(jī)，能夠使電機(jī)啟、制動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)沖擊；升降速度可靈活控制；啟動(dòng)電流小，對(duì)電源要求低；機(jī)械磨損降低，由于啟動(dòng)制動(dòng)時(shí)無(wú)沖擊，大大降低了齒輪、齒條等機(jī)械磨損；能源節(jié)約效果顯著，相對(duì)傳統(tǒng)施工升降機(jī)效率提高30%，能耗降低30%。得到了廣大客戶的好評(píng)。

    作者簡(jiǎn)介：林星華，出生于1974年2月，畢業(yè)于廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)電一體化專業(yè)，具有十多年的自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)和服務(wù)經(jīng)驗(yàn)，目前就職于中達(dá)電通華南大區(qū)，負(fù)責(zé)臺(tái)達(dá)PLC、HMI、AMD、AIC、ASD等機(jī)電產(chǎn)品的技術(shù)支持。