2.3 起重機的構(gòu)成

★2.3.1 橋架型起重機的組成

1.結(jié)構(gòu)

橋架的金屬結(jié)構(gòu)由主梁和端梁組成，分為單主梁橋架和雙主梁橋架兩類。單主梁橋架由單根主梁和位于跨度兩邊的端梁組成，雙主梁橋架由兩根主梁和端梁組成。主梁與端梁剛性連接，端梁兩端裝有車輪，用以支撐橋架在高架上運行。主梁上焊有軌道，供起重小車運行。橋架主梁的結(jié)構(gòu)類型較多，比較典型的有箱形結(jié)構(gòu)、四桁架結(jié)構(gòu)和空腹桁架結(jié)構(gòu)。

2.機構(gòu)

橋架型起重機機構(gòu)由（主、副）起升機構(gòu)、大車運行機構(gòu)、小車運行機構(gòu)組成，有的還有變幅機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)。

（1）起升機構(gòu)

起升機構(gòu)是用來實現(xiàn)貨物升降的，是起重機中最重要的基本機構(gòu)。起升機構(gòu)工作的好壞直接影響到整臺起重機的工作性能。

起升機構(gòu)（見圖2-15）主要由驅(qū)動裝置（電動機）、傳動裝置（聯(lián)軸器、傳動軸、減速機）、卷繞系統(tǒng)（卷筒、滑輪組、鋼絲繩）、取物裝置和制動裝置（制動器）組成。

（2）大、小車運行機構(gòu)

運行機構(gòu)使起重機或載重小車做水平運動。

運行機構(gòu)（見圖2-16和圖2-17）主要由運行驅(qū)動裝置（電動機）、傳動裝置（聯(lián)軸器、傳動軸、減速機）、支撐裝置（車輪組）和制動裝置（制動器）組成。

3.電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)為控制和操縱各機構(gòu)，通常由控制電器、保護電器、輔助電器及相應線路構(gòu)成。

4.安全保護裝置

安全保護裝置是使起重機接近極限位置或狀態(tài)保證起重機處于安全狀態(tài)的裝置。橋架型起重機安全保護裝置主要有起升高度限制器、運行行程限制器、偏斜限制裝置、起重量限制器、緩沖器、防風裝置、防碰裝置、安全鉤、風速儀等。

★2.3.2 臂架型起重機的組成

1.結(jié)構(gòu)

（1）臂架結(jié)構(gòu)

臂架結(jié)構(gòu)是門座起重機吊卸貨物的主要構(gòu)件，通常有單臂架系統(tǒng)和組合臂架系統(tǒng)兩種。

組合臂架結(jié)構(gòu)可以分為帶柔性拉索式和四連桿式兩種典型結(jié)構(gòu)形式。帶柔性拉索式組合臂架采用鋼絲繩作為拉索，整個結(jié)構(gòu)自重較輕，但存在結(jié)構(gòu)剛性較差，與象鼻梁尾部連接的拉索容易磨損等缺點。以往在中、小起重量門座起重機中采用較多，近年來已逐漸被四連桿式組合臂架所代替，同時其受力分析與四連桿式相似。四連桿式組合臂架是由象鼻梁、剛性拉桿、臂架以及機架通過鉸軸組合構(gòu)成四連桿機構(gòu)，以實現(xiàn)變幅過程中物品的水平移動，如圖2-18所示。其各部分的幾何尺寸及鉸點位置應根據(jù)設(shè)計要求在總體設(shè)計時確定。

（2）門架結(jié)構(gòu)

門架結(jié)構(gòu)支撐著上部旋轉(zhuǎn)部分的全部自重和所有外載荷，如圖2-19所示。因此，門架結(jié)構(gòu)對整個起重機的穩(wěn)定性和減輕自重有著重要的意義。門架結(jié)構(gòu)質(zhì)量為整個起重機質(zhì)量的20%～30%。當起重量較小或門架較高時，這個百分比取大值；當起重量較大時，這個百分比取小值。為保證起重機正常平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，門架必須有足夠的強度，特別是要有較大的剛度。

（3）人字架結(jié)構(gòu)

人字架是門座起重機支撐部件，主要是為了支撐臂架，如圖2-20所示。同時，變幅機構(gòu)的推桿、組合臂架的拉桿及其對重杠桿等都與人字架相連。人字架支撐在轉(zhuǎn)臺上。人字架及轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)形式與起重機的基本參數(shù)、所采用的臂架及變幅機構(gòu)的形式有關(guān)。作用在人字架上的載荷，主要是由人字架的兩個側(cè)平面結(jié)構(gòu)所承受。由于人字架的結(jié)構(gòu)對稱，且每一側(cè)桁架的受力狀態(tài)是一樣的，因此可把人字架簡化為平面桁架結(jié)構(gòu)來計算，并假定桁架為外靜定結(jié)構(gòu)。

（4）轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)

目前廣泛應用的轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)是由兩根縱向主梁及一些橫梁和平板所組成，如圖2-21所示。根據(jù)受力大小，這些梁可做成箱形斷面或工字形斷面。臂架和人字架都支撐在平臺上，此外還有起升機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)等機電設(shè)備都安裝在平臺上。

（5）平衡結(jié)構(gòu)

門座起重機平衡結(jié)構(gòu)的作用是使變幅機構(gòu)在變幅過程中臂架系統(tǒng)的中心盡可能不出現(xiàn)升降現(xiàn)象，避免由于臂架系統(tǒng)重心升降時做功或吸收能量而引起變幅機構(gòu)驅(qū)動力增大，對起重機的整體穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。常見的結(jié)構(gòu)形式是在臂架系統(tǒng)尾部連接對重加以平衡臂架系統(tǒng)的自重，如圖2-22所示。自重平衡系統(tǒng)對于旋轉(zhuǎn)部分的整體平衡有著重要的影響，設(shè)計時應使對重盡可能遠離旋轉(zhuǎn)軸線，并且隨著臂架升起使對重逐漸靠攏旋轉(zhuǎn)軸線。

2.機構(gòu)

（1）起升機構(gòu)

起升機構(gòu)是起重機的重要工作機構(gòu)之一，在貨物裝卸過程中負責貨物的升降工作。門座起重機起升機構(gòu)主要由驅(qū)動裝置、傳動裝置、減速裝置、制動裝置和取物纏繞裝置等組成，如圖2-23所示。起升機構(gòu)的功能如下：

1）提升重物到達指定高度或把重物從指定高度放回地面，與其他機構(gòu)共同完成貨物的裝卸、轉(zhuǎn)移。

2）機構(gòu)根據(jù)需要能以不同的速度提升、下降貨物。

3）能夠在起升狀態(tài)和下降狀態(tài)下制動，使貨物停留在空中任意位置。

4）在電動機突然斷電的情況下，重物能夠懸掛在空中，電動機通電后，懸掛的重物能夠繼續(xù)起升或下降，整個機構(gòu)恢復正常工作狀態(tài)。

起升機構(gòu)驅(qū)動裝置包括內(nèi)燃機驅(qū)動、電動機驅(qū)動和液壓驅(qū)動三種驅(qū)動方式。

（2）變幅機構(gòu)

幅度是指旋轉(zhuǎn)臂架型起重機中，從取物裝置中心到起重機旋轉(zhuǎn)中心線的距離。在非旋轉(zhuǎn)類的臂架型起重機中，從取物裝置中心線到臂架下鉸軸的水平距離稱為起重機的幅度。變幅機構(gòu)是指用來改變幅度的機構(gòu)，其組成如圖2-24所示。變幅機構(gòu)和回轉(zhuǎn)機構(gòu)、行走機構(gòu)一樣都是用于擴大起重機的工作范圍。

（3）回轉(zhuǎn)機構(gòu)

回轉(zhuǎn)機構(gòu)是起重機的主要工作機構(gòu)之一，它的作用是使起重機的旋轉(zhuǎn)部分相對于非旋轉(zhuǎn)部分做回轉(zhuǎn)運動，即使起重機吊裝的貨物繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，達到在水平面內(nèi)運送貨物的目的。其組成如圖2-25所示?；剞D(zhuǎn)機構(gòu)與起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)和行走機構(gòu)配合，可將貨物運送到起重機工作空間范圍內(nèi)的任何位置，擴大了起重機的工作范圍。

（4）行走機構(gòu)

行走機構(gòu)的作用是使起重機做水平運動，以達到搬運貨物或改變起重機工作空間的目的。它可以分為有軌行走機構(gòu)、無軌行走機構(gòu)；工作性行走機構(gòu)、非工作性行走機構(gòu)。門座起重機的行走機構(gòu)是有軌式的非工作性行走機構(gòu)，它只能沿著專門鋪設(shè)的軌道運行，來改變其工作范圍。

行走機構(gòu)的組成主要可以分為行走支撐裝置、行走驅(qū)動裝置和行走安全裝置三部分，如圖2-26所示。行走支撐裝置用來支撐起重機和起吊貨物的質(zhì)量，它包括均衡梁、車輪、銷軸等；行走驅(qū)動裝置用來驅(qū)動車輪使起重機沿設(shè)定軌道行走，它包括電動機、制動器、減速裝置等；行走安全裝置用來保證起重機安全運行，它包括夾軌器、緩沖器、防風鐵鞋以及運行限位器等。

3.電氣控制系統(tǒng)

（1）電源設(shè)備

電源設(shè)備是將外電源引入門座起重機的裝置，它由電纜、滑線裝置、電纜卷筒和開關(guān)保護電器組成。由碼頭的交流380/220V三相四線制電網(wǎng)供電。電源進線需經(jīng)過裝于轉(zhuǎn)柱內(nèi)的中心受電器（集電環(huán)集電器）才能到達駕駛室總電源的低壓斷路器。駕駛?cè)丝捎么碎_關(guān)控制整個門座起重機的供電電源。

（2）電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)是起重裝備的一個關(guān)鍵組成部分，它是保障整個起重機各個機構(gòu)正常運行的中樞系統(tǒng)，在起重機各種動作的實現(xiàn)、安全連鎖保護、運行狀態(tài)監(jiān)控等方面起著舉足輕重的作用，通常被稱為起重機的“神經(jīng)系統(tǒng)”。起重機的電氣控制系統(tǒng)一般由三大部分構(gòu)成：

1）供配電與保護設(shè)備。包括電源進線保護開關(guān)、保護柜、總電源柜以及相應的操作及指示器件，如鑰匙開關(guān)、起動和停止按鈕、緊急開關(guān)、指示燈等。電氣保護裝置包括主隔離開關(guān)、總電源的短路保護、總電源的失壓保護、零位保護、電動機的過載保護、電動機的超速保護和緊急斷電保護等。

2）各主要機構(gòu)、輔助機構(gòu)的傳動與控制設(shè)備。由起重機各主要機構(gòu)（如起升、平移機構(gòu)）、輔助機構(gòu)（如液壓夾軌器等）的電力拖動與控制及相應的安全保護裝置所組成，如控制柜、電阻器、制動器的電力驅(qū)動器件、操作器件（按鈕、主令控制器或凸輪控制器）。一般情況下，起重機各電氣控制系統(tǒng)主要包括變頻器、主令控制器、斷路器、中間繼電器、接觸器、電阻器和電路保護等。

3）照明、信號、采暖、降溫的電氣設(shè)備。由起重機各部位照明、檢修照明及特殊要求的駕駛室、電氣室的通信、采暖與降溫等設(shè)施的供電與控制設(shè)備所組成，如變壓器、斷路器、插座等。

4.安全保護系統(tǒng)

門座起重機的安全保護裝置主要包括超載限制器、限位裝置和防風錨定裝置等。

起重機超載限制器由傳感器、放大器、控制器和指示器等部分組成，集顯示、控制和報警功能于一身。傳感器將測得的參數(shù)經(jīng)放大器放大運算，再經(jīng)過控制器最終將參數(shù)顯示在指示器上，當起重機運行參數(shù)超過設(shè)定的閾值，控制器將信息反饋至PLC，經(jīng)由PLC采取對應的控制措施，與此同時超載限制器發(fā)出警報。超載限制器包括起重量限制器、起重力矩限制器、起升機構(gòu)制動器、制動力矩限制器、超速保護裝置等。

限位裝置的作用是在起重機運行參數(shù)超過某一限定的值時（如大車行程、幅度轉(zhuǎn)角、回轉(zhuǎn)角等）限位裝置自動鎖定，防止起重機某參數(shù)繼續(xù)變化。常見的限位裝置包括起升高度限位器、行程限位器、幅度限位器、門限位、回轉(zhuǎn)限位器、供電電纜卷筒安全限位器等。

防風錨定裝置多用于露天工作的軌道式起重機，其作用是保護起重機在大風作用下不會移動，保證起重機的穩(wěn)定性。常見的防風錨定裝置包括風速儀裝置、防風抗滑裝置和防碰撞裝置等。

★2.3.3 纜索型起重機的組成

1.結(jié)構(gòu)

由以上分類可知，纜索型起重機具有多種類型結(jié)構(gòu)，有的結(jié)構(gòu)經(jīng)過實踐的檢驗，已在生產(chǎn)中推廣應用，有的結(jié)構(gòu)還在不斷完善之中，有的結(jié)構(gòu)雖然在理論上尚屬科學，但因受到各方面的限制，未能在生產(chǎn)中推廣。就拱橋施工用纜索起重機而言，常采用如圖2-27所示的典型結(jié)構(gòu)。由圖可見，拱橋施工用纜索起重機通常由塔架、主起重索、牽引索、運行小車、收放滑輪組、錨固裝置等組成。

1）塔架。塔架一般由萬能桿件拼裝而成，萬能桿件是由不同規(guī)格的型鋼桿件、節(jié)點板和螺栓組成，具有質(zhì)量輕，搬運、安裝、拆卸方便，經(jīng)濟性好等特點，是工程建設(shè)中常用的結(jié)構(gòu)。塔架與支座一般采用固結(jié)的方式。

2）主索。主索是承載索，根據(jù)起重量由一根至數(shù)根鋼絲繩組成。主索支座在塔架的索鞍上，經(jīng)過索鞍的導向滑輪固定在地錨上。

3）運行小車。運行小車有兩臺，通過行車輪騎跨在主索上。小車上安裝有起升滑輪組和牽引導向滑輪。載荷通過定滑輪組傳到小車構(gòu)架，再傳到行走輪，從而傳到主索上。

4）起重索。起重索是起升機構(gòu)用的鋼絲繩。起重索通常有兩根，每根起重索控制一臺運行小車的起重工作，兩側(cè)各設(shè)置一臺起重卷揚機。

5）牽引索。牽引索是牽引機構(gòu)用的鋼絲繩，用于牽引運行小車，通常牽引索也有兩根，每根各牽引一臺運行小車，兩臺運行小車之間由鋼絲繩連接，當小車向右岸運行時，右岸的卷揚機收繩，而左岸的卷揚機放繩。通過牽引卷揚機的一收一放達到小車牽引的目的。牽引索和起重索又稱工作索。

6）收放滑輪組。收放滑輪組用于調(diào)節(jié)主索的張力，其倍率根據(jù)主索張力的大小來定。

7）錨固裝置。錨固裝置又稱地錨、地壟，它承受主索、工作索、纜風索等傳來的力，再將力傳至地層。因此地錨可以是橋梁的墩、臺、巖層、大孤石等，作為人工制作的則有樁錨、坑錨、重力錨、洞錨及水中錨等類型。起重量較大時常用重力式地錨、洞錨等。

2.機構(gòu)

纜機的大車運行機構(gòu)用來支撐支架在軌道上行走，主要由垂直臺車或斜軌臺車和水平臺車及平衡架組成。主動臺車由交流電動經(jīng)減速器和開式齒輪帶動轉(zhuǎn)動，國產(chǎn)高塔架纜機的前腿均采用了雙軌臺車，以縮短大車運行機構(gòu)的長度。

3.電氣控制系統(tǒng)

（1）供電電壓及位置

1）主車供電：由用戶提供高壓電源，一般為10kV，至主車軌道中點，通過拖曳電纜及車上的高壓電纜卷筒進入高壓進線柜，經(jīng)高壓饋電柜后引入主變壓器；對于輻射式纜索起重機，則將10kV電源提供到主塔附近的機房內(nèi)的高壓開關(guān)柜后，引入主變壓器。為保證防火，安全起見，此主變壓器宜選用干式變壓器。變壓器二次側(cè)的電壓等級根據(jù)直流電動機選擇的要求來確定，經(jīng)變壓后引入低壓受電柜再送往兩個饋電柜，提供主要動力電源。低壓受電柜對變壓器二次側(cè)進行保護；饋電一柜對起升回路進行保護；饋電二柜對牽引主回路及機房內(nèi)的其他電氣設(shè)備用電進行保護。

2）副車供電：由用戶提供0.4kV電源，至主車軌道中點，通過拖曳電纜及車上的電纜卷筒進入副車進線柜。其電源系統(tǒng)分為動力電源、控制電源和照明電源三部分，動力電源的通斷受主電路控制，而照明電源獨立于動力電源。

3）搬移式駕駛室供電：由用戶提供220V電源至駕駛室內(nèi)的安裝位置。

（2）控制電源

纜索起重機電氣設(shè)備的控制電源一般采用交流220V，而用于PLC系統(tǒng)則采用直流24V，用于無線遙控系統(tǒng)則為直流13.8V。直流控制電源應由專門的直流穩(wěn)壓電源提供。

前述主變壓器二次側(cè)除提供主要動力電源外，另分出一路引入中壓柜，通過專用的控制變壓器，為主車或主塔機房提供控制電源（交流220V）。還有一路經(jīng)中壓斷路器后進入中壓變壓器，變壓后（交流380V），除直接提供大車行走機構(gòu)動力電源外，返回中壓柜，通過隔離開關(guān)提供輔助電源和照明電源。

（3）配電控制

配電控制回路中，應設(shè)有整機電源的起動、停止、電鎖、緊停開關(guān)、電源指示等環(huán)節(jié)，設(shè)有短路、過電流、過載、失電壓、欠電壓及斷相保護。各機構(gòu)均應設(shè)有零位保護，故障恢復后，如操作手柄未回到零位，該機構(gòu)將不能自動起動。

（4）控制系統(tǒng)

當前傳統(tǒng)的繼電器控制方式已被可編程序控制器（PLC）和計算機所取代。PLC具有較高的可靠性和完善的控制功能，可以同時控制和檢查纜機的各項工作情況，確保纜機正確而安全地運行，具有自診斷功能，能即時顯示故障，便于檢查處理。大型顯示屏除動態(tài)顯示小車位置、吊鉤高度、吊重量外，還可顯示起升、牽引速度、副車偏斜、各機構(gòu)故障情況、電氣控制系統(tǒng)工作情況和各限位開關(guān)、保護裝置的狀態(tài)，還能通過與相鄰纜機聯(lián)網(wǎng)，示出本機和鄰機在軌道上的相對位置。通過計算機的記憶功能，還可自動控制吊鉤繞越障礙物（預先設(shè)定）的運動路線、重復執(zhí)行前一工作過程的操作指令（用腳踏開關(guān)），以及限制小車運動的加、減速度以減少吊鉤的搖擺等，為纜機的半自動化操作創(chuàng)造條件。

相距數(shù)百米乃至1000m以上的主、副車和機外駕駛室三點之間傳遞信息和操作指令，均采用無線系統(tǒng)，例如景洪纜機，采用兩套無線系統(tǒng)互為備用的方案。

4.安全保護裝置

作為重要的起重設(shè)備，重型纜索起重機應具有可靠的安全保護裝置，主要的保護功能應取自兩處以上的信號源。保護功能如下：

1）過載。載荷限制器信號和起升電流信號。

2）超速。超速開關(guān)信號和測速發(fā)電機信號。

3）吊鉤上、下限位。限位開關(guān)信號和起升角度編碼器信號，吊鉤高度指示裝置：吊鉤接近最高和最低位置時，分級減速并報警，然后自動停止。

4）小車限位。限位開關(guān)信號和牽引角度編碼器信號，小車進入非正常工作區(qū)即限位以低速運行。

5）小車運行終點。終點限位開關(guān)和碰撞緩沖裝置信號，兩者設(shè)置于主、副車的檢修平臺上，小車接觸終點限位開關(guān)后自動停止，在正常情況下，碰撞緩沖裝置不發(fā)生接觸，只作為限位開關(guān)失效的第二道保護。

6）大車限位。限位開關(guān)信號和大車角度編碼器信號，正常情況下不應該接觸碰撞緩沖裝置。

7）主、副車偏移量。大車角度編碼器信號。

8）相鄰纜索起重機間距限位。限位開關(guān)信號和大車角度編碼器信號。

9）超風速限制。風速儀信號，風速接近規(guī)定的工作風速時報警，超過后停機。

10）雷電保護。