2.3 起重机的构成

★2.3.1 桥架型起重机的组成

1.结构

桥架的金属结构由主梁和端梁组成，分为单主梁桥架和双主梁桥架两类。单主梁桥架由单根主梁和位于跨度两边的端梁组成，双主梁桥架由两根主梁和端梁组成。主梁与端梁刚性连接，端梁两端装有车轮，用以支撑桥架在高架上运行。主梁上焊有轨道，供起重小车运行。桥架主梁的结构类型较多，比较典型的有箱形结构、四桁架结构和空腹桁架结构。

2.机构

桥架型起重机机构由（主、副）起升机构、大车运行机构、小车运行机构组成，有的还有变幅机构、旋转机构。

（1）起升机构

起升机构是用来实现货物升降的，是起重机中最重要的基本机构。起升机构工作的好坏直接影响到整台起重机的工作性能。

起升机构（见图2-15）主要由驱动装置（电动机）、传动装置（联轴器、传动轴、减速机）、卷绕系统（卷筒、滑轮组、钢丝绳）、取物装置和制动装置（制动器）组成。

（2）大、小车运行机构

运行机构使起重机或载重小车做水平运动。

运行机构（见图2-16和图2-17）主要由运行驱动装置（电动机）、传动装置（联轴器、传动轴、减速机）、支撑装置（车轮组）和制动装置（制动器）组成。

3.电气控制系统

电气控制系统为控制和操纵各机构，通常由控制电器、保护电器、辅助电器及相应线路构成。

4.安全保护装置

安全保护装置是使起重机接近极限位置或状态保证起重机处于安全状态的装置。桥架型起重机安全保护装置主要有起升高度限制器、运行行程限制器、偏斜限制装置、起重量限制器、缓冲器、防风装置、防碰装置、安全钩、风速仪等。

★2.3.2 臂架型起重机的组成

1.结构

（1）臂架结构

臂架结构是门座起重机吊卸货物的主要构件，通常有单臂架系统和组合臂架系统两种。

组合臂架结构可以分为带柔性拉索式和四连杆式两种典型结构形式。带柔性拉索式组合臂架采用钢丝绳作为拉索，整个结构自重较轻，但存在结构刚性较差，与象鼻梁尾部连接的拉索容易磨损等缺点。以往在中、小起重量门座起重机中采用较多，近年来已逐渐被四连杆式组合臂架所代替，同时其受力分析与四连杆式相似。四连杆式组合臂架是由象鼻梁、刚性拉杆、臂架以及机架通过铰轴组合构成四连杆机构，以实现变幅过程中物品的水平移动，如图2-18所示。其各部分的几何尺寸及铰点位置应根据设计要求在总体设计时确定。

（2）门架结构

门架结构支撑着上部旋转部分的全部自重和所有外载荷，如图2-19所示。因此，门架结构对整个起重机的稳定性和减轻自重有着重要的意义。门架结构质量为整个起重机质量的20%～30%。当起重量较小或门架较高时，这个百分比取大值；当起重量较大时，这个百分比取小值。为保证起重机正常平稳运转，门架必须有足够的强度，特别是要有较大的刚度。

（3）人字架结构

人字架是门座起重机支撑部件，主要是为了支撑臂架，如图2-20所示。同时，变幅机构的推杆、组合臂架的拉杆及其对重杠杆等都与人字架相连。人字架支撑在转台上。人字架及转台结构形式与起重机的基本参数、所采用的臂架及变幅机构的形式有关。作用在人字架上的载荷，主要是由人字架的两个侧平面结构所承受。由于人字架的结构对称，且每一侧桁架的受力状态是一样的，因此可把人字架简化为平面桁架结构来计算，并假定桁架为外静定结构。

（4）转台结构

目前广泛应用的转台结构是由两根纵向主梁及一些横梁和平板所组成，如图2-21所示。根据受力大小，这些梁可做成箱形断面或工字形断面。臂架和人字架都支撑在平台上，此外还有起升机构和旋转机构等机电设备都安装在平台上。

（5）平衡结构

门座起重机平衡结构的作用是使变幅机构在变幅过程中臂架系统的中心尽可能不出现升降现象，避免由于臂架系统重心升降时做功或吸收能量而引起变幅机构驱动力增大，对起重机的整体稳定性产生不利影响。常见的结构形式是在臂架系统尾部连接对重加以平衡臂架系统的自重，如图2-22所示。自重平衡系统对于旋转部分的整体平衡有着重要的影响，设计时应使对重尽可能远离旋转轴线，并且随着臂架升起使对重逐渐靠拢旋转轴线。

2.机构

（1）起升机构

起升机构是起重机的重要工作机构之一，在货物装卸过程中负责货物的升降工作。门座起重机起升机构主要由驱动装置、传动装置、减速装置、制动装置和取物缠绕装置等组成，如图2-23所示。起升机构的功能如下：

1）提升重物到达指定高度或把重物从指定高度放回地面，与其他机构共同完成货物的装卸、转移。

2）机构根据需要能以不同的速度提升、下降货物。

3）能够在起升状态和下降状态下制动，使货物停留在空中任意位置。

4）在电动机突然断电的情况下，重物能够悬挂在空中，电动机通电后，悬挂的重物能够继续起升或下降，整个机构恢复正常工作状态。

起升机构驱动装置包括内燃机驱动、电动机驱动和液压驱动三种驱动方式。

（2）变幅机构

幅度是指旋转臂架型起重机中，从取物装置中心到起重机旋转中心线的距离。在非旋转类的臂架型起重机中，从取物装置中心线到臂架下铰轴的水平距离称为起重机的幅度。变幅机构是指用来改变幅度的机构，其组成如图2-24所示。变幅机构和回转机构、行走机构一样都是用于扩大起重机的工作范围。

（3）回转机构

回转机构是起重机的主要工作机构之一，它的作用是使起重机的旋转部分相对于非旋转部分做回转运动，即使起重机吊装的货物绕旋转轴旋转，达到在水平面内运送货物的目的。其组成如图2-25所示。回转机构与起升机构、变幅机构和行走机构配合，可将货物运送到起重机工作空间范围内的任何位置，扩大了起重机的工作范围。

（4）行走机构

行走机构的作用是使起重机做水平运动，以达到搬运货物或改变起重机工作空间的目的。它可以分为有轨行走机构、无轨行走机构；工作性行走机构、非工作性行走机构。门座起重机的行走机构是有轨式的非工作性行走机构，它只能沿着专门铺设的轨道运行，来改变其工作范围。

行走机构的组成主要可以分为行走支撑装置、行走驱动装置和行走安全装置三部分，如图2-26所示。行走支撑装置用来支撑起重机和起吊货物的质量，它包括均衡梁、车轮、销轴等；行走驱动装置用来驱动车轮使起重机沿设定轨道行走，它包括电动机、制动器、减速装置等；行走安全装置用来保证起重机安全运行，它包括夹轨器、缓冲器、防风铁鞋以及运行限位器等。

3.电气控制系统

（1）电源设备

电源设备是将外电源引入门座起重机的装置，它由电缆、滑线装置、电缆卷筒和开关保护电器组成。由码头的交流380/220V三相四线制电网供电。电源进线需经过装于转柱内的中心受电器（集电环集电器）才能到达驾驶室总电源的低压断路器。驾驶人可用此开关控制整个门座起重机的供电电源。

（2）电气控制系统

电气控制系统是起重装备的一个关键组成部分，它是保障整个起重机各个机构正常运行的中枢系统，在起重机各种动作的实现、安全连锁保护、运行状态监控等方面起着举足轻重的作用，通常被称为起重机的“神经系统”。起重机的电气控制系统一般由三大部分构成：

1）供配电与保护设备。包括电源进线保护开关、保护柜、总电源柜以及相应的操作及指示器件，如钥匙开关、起动和停止按钮、紧急开关、指示灯等。电气保护装置包括主隔离开关、总电源的短路保护、总电源的失压保护、零位保护、电动机的过载保护、电动机的超速保护和紧急断电保护等。

2）各主要机构、辅助机构的传动与控制设备。由起重机各主要机构（如起升、平移机构）、辅助机构（如液压夹轨器等）的电力拖动与控制及相应的安全保护装置所组成，如控制柜、电阻器、制动器的电力驱动器件、操作器件（按钮、主令控制器或凸轮控制器）。一般情况下，起重机各电气控制系统主要包括变频器、主令控制器、断路器、中间继电器、接触器、电阻器和电路保护等。

3）照明、信号、采暖、降温的电气设备。由起重机各部位照明、检修照明及特殊要求的驾驶室、电气室的通信、采暖与降温等设施的供电与控制设备所组成，如变压器、断路器、插座等。

4.安全保护系统

门座起重机的安全保护装置主要包括超载限制器、限位装置和防风锚定装置等。

起重机超载限制器由传感器、放大器、控制器和指示器等部分组成，集显示、控制和报警功能于一身。传感器将测得的参数经放大器放大运算，再经过控制器最终将参数显示在指示器上，当起重机运行参数超过设定的阈值，控制器将信息反馈至PLC，经由PLC采取对应的控制措施，与此同时超载限制器发出警报。超载限制器包括起重量限制器、起重力矩限制器、起升机构制动器、制动力矩限制器、超速保护装置等。

限位装置的作用是在起重机运行参数超过某一限定的值时（如大车行程、幅度转角、回转角等）限位装置自动锁定，防止起重机某参数继续变化。常见的限位装置包括起升高度限位器、行程限位器、幅度限位器、门限位、回转限位器、供电电缆卷筒安全限位器等。

防风锚定装置多用于露天工作的轨道式起重机，其作用是保护起重机在大风作用下不会移动，保证起重机的稳定性。常见的防风锚定装置包括风速仪装置、防风抗滑装置和防碰撞装置等。

★2.3.3 缆索型起重机的组成

1.结构

由以上分类可知，缆索型起重机具有多种类型结构，有的结构经过实践的检验，已在生产中推广应用，有的结构还在不断完善之中，有的结构虽然在理论上尚属科学，但因受到各方面的限制，未能在生产中推广。就拱桥施工用缆索起重机而言，常采用如图2-27所示的典型结构。由图可见，拱桥施工用缆索起重机通常由塔架、主起重索、牵引索、运行小车、收放滑轮组、锚固装置等组成。

1）塔架。塔架一般由万能杆件拼装而成，万能杆件是由不同规格的型钢杆件、节点板和螺栓组成，具有质量轻，搬运、安装、拆卸方便，经济性好等特点，是工程建设中常用的结构。塔架与支座一般采用固结的方式。

2）主索。主索是承载索，根据起重量由一根至数根钢丝绳组成。主索支座在塔架的索鞍上，经过索鞍的导向滑轮固定在地锚上。

3）运行小车。运行小车有两台，通过行车轮骑跨在主索上。小车上安装有起升滑轮组和牵引导向滑轮。载荷通过定滑轮组传到小车构架，再传到行走轮，从而传到主索上。

4）起重索。起重索是起升机构用的钢丝绳。起重索通常有两根，每根起重索控制一台运行小车的起重工作，两侧各设置一台起重卷扬机。

5）牵引索。牵引索是牵引机构用的钢丝绳，用于牵引运行小车，通常牵引索也有两根，每根各牵引一台运行小车，两台运行小车之间由钢丝绳连接，当小车向右岸运行时，右岸的卷扬机收绳，而左岸的卷扬机放绳。通过牵引卷扬机的一收一放达到小车牵引的目的。牵引索和起重索又称工作索。

6）收放滑轮组。收放滑轮组用于调节主索的张力，其倍率根据主索张力的大小来定。

7）锚固装置。锚固装置又称地锚、地垄，它承受主索、工作索、缆风索等传来的力，再将力传至地层。因此地锚可以是桥梁的墩、台、岩层、大孤石等，作为人工制作的则有桩锚、坑锚、重力锚、洞锚及水中锚等类型。起重量较大时常用重力式地锚、洞锚等。

2.机构

缆机的大车运行机构用来支撑支架在轨道上行走，主要由垂直台车或斜轨台车和水平台车及平衡架组成。主动台车由交流电动经减速器和开式齿轮带动转动，国产高塔架缆机的前腿均采用了双轨台车，以缩短大车运行机构的长度。

3.电气控制系统

（1）供电电压及位置

1）主车供电：由用户提供高压电源，一般为10kV，至主车轨道中点，通过拖曳电缆及车上的高压电缆卷筒进入高压进线柜，经高压馈电柜后引入主变压器；对于辐射式缆索起重机，则将10kV电源提供到主塔附近的机房内的高压开关柜后，引入主变压器。为保证防火，安全起见，此主变压器宜选用干式变压器。变压器二次侧的电压等级根据直流电动机选择的要求来确定，经变压后引入低压受电柜再送往两个馈电柜，提供主要动力电源。低压受电柜对变压器二次侧进行保护；馈电一柜对起升回路进行保护；馈电二柜对牵引主回路及机房内的其他电气设备用电进行保护。

2）副车供电：由用户提供0.4kV电源，至主车轨道中点，通过拖曳电缆及车上的电缆卷筒进入副车进线柜。其电源系统分为动力电源、控制电源和照明电源三部分，动力电源的通断受主电路控制，而照明电源独立于动力电源。

3）搬移式驾驶室供电：由用户提供220V电源至驾驶室内的安装位置。

（2）控制电源

缆索起重机电气设备的控制电源一般采用交流220V，而用于PLC系统则采用直流24V，用于无线遥控系统则为直流13.8V。直流控制电源应由专门的直流稳压电源提供。

前述主变压器二次侧除提供主要动力电源外，另分出一路引入中压柜，通过专用的控制变压器，为主车或主塔机房提供控制电源（交流220V）。还有一路经中压断路器后进入中压变压器，变压后（交流380V），除直接提供大车行走机构动力电源外，返回中压柜，通过隔离开关提供辅助电源和照明电源。

（3）配电控制

配电控制回路中，应设有整机电源的起动、停止、电锁、紧停开关、电源指示等环节，设有短路、过电流、过载、失电压、欠电压及断相保护。各机构均应设有零位保护，故障恢复后，如操作手柄未回到零位，该机构将不能自动起动。

（4）控制系统

当前传统的继电器控制方式已被可编程序控制器（PLC）和计算机所取代。PLC具有较高的可靠性和完善的控制功能，可以同时控制和检查缆机的各项工作情况，确保缆机正确而安全地运行，具有自诊断功能，能即时显示故障，便于检查处理。大型显示屏除动态显示小车位置、吊钩高度、吊重量外，还可显示起升、牵引速度、副车偏斜、各机构故障情况、电气控制系统工作情况和各限位开关、保护装置的状态，还能通过与相邻缆机联网，示出本机和邻机在轨道上的相对位置。通过计算机的记忆功能，还可自动控制吊钩绕越障碍物（预先设定）的运动路线、重复执行前一工作过程的操作指令（用脚踏开关），以及限制小车运动的加、减速度以减少吊钩的摇摆等，为缆机的半自动化操作创造条件。

相距数百米乃至1000m以上的主、副车和机外驾驶室三点之间传递信息和操作指令，均采用无线系统，例如景洪缆机，采用两套无线系统互为备用的方案。

4.安全保护装置

作为重要的起重设备，重型缆索起重机应具有可靠的安全保护装置，主要的保护功能应取自两处以上的信号源。保护功能如下：

1）过载。载荷限制器信号和起升电流信号。

2）超速。超速开关信号和测速发电机信号。

3）吊钩上、下限位。限位开关信号和起升角度编码器信号，吊钩高度指示装置：吊钩接近最高和最低位置时，分级减速并报警，然后自动停止。

4）小车限位。限位开关信号和牵引角度编码器信号，小车进入非正常工作区即限位以低速运行。

5）小车运行终点。终点限位开关和碰撞缓冲装置信号，两者设置于主、副车的检修平台上，小车接触终点限位开关后自动停止，在正常情况下，碰撞缓冲装置不发生接触，只作为限位开关失效的第二道保护。

6）大车限位。限位开关信号和大车角度编码器信号，正常情况下不应该接触碰撞缓冲装置。

7）主、副车偏移量。大车角度编码器信号。

8）相邻缆索起重机间距限位。限位开关信号和大车角度编码器信号。

9）超风速限制。风速仪信号，风速接近规定的工作风速时报警，超过后停机。

10）雷电保护。