现代冶金铸造起重机的可靠性设计与维修.pdf

现 代 冶 金 铸 造 起 重 机 的 可 靠 性 设 计 与 维 修 苟春生 罗祯利 郑权 谢怡 1重庆钢铁集团有限责任公司 重庆4 0 0 0 8 3 2重庆起重机厂有 限公 司 重庆4 0 0 0 5 2 摘要根据多年来从事起重机现场运行、维修、改造和设计方面的经验，并结合现代冶金铸造起重机发 展趋势，对现代冶金铸造起重机在设计可靠性、维修方便性方面的某些应注意的细节进行分析研究，以期对从 事冶金铸造起重机设计制造 、选 型和维护人员有所 帮助。 关键词冶金铸造起重机；可靠性 ；综合监测 中图分类号T G 2 3 1 ． I 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 0 0 3 0 0 0 9 0 9 Ab s t r a c t Ba s e d o n s e v e r a l y e a s e x p e ri e n c e i n o n s i t e o p e r a t i o n，ma i n t e n a n c e ，mo d i fi c a t i o n ，an d d e s i g n ，c o mb i n i n g t l l e t r e n d o f d e v e l o p me n t o f mo d e r n l a d l e c r an e． t h i s p a p e r g i v e s a n a l y s i s an d r e s e a r c h o n d e t ail s t h a t s h o u l d b e p a i d a t t e n - t i o n t o i n r e l i a b i l i t y d e s i gn a nd c o n v e n i e nt ma i n t e na nc e of mo de m l a d l e c r a n e，i n o r d e r t o h e l p t he pe r s o n n e l wh o e n g a g e i n d e s i g n a n d man u f a c t u r e，mo d e l s e l e c t i o n a n d ma i n t e n a n c e ． Ke ywo r dsl a d l e c r a ne；r e l i a bi l i t y；i nt e g r a t e d mo ni t o rin g 随着现代钢铁工业 的快速发展 ，冶金铸 造起 重机的发展趋势是大型化和高速化。起重机 出现 任何故障均可能导致整个 生产 线停产或发生人身 和设备事故。这就对冶金铸造起重机 的安全 性能 提出了更 高的要求。近年来 ，国外冶金铸造起 重 机设计都遵守充 分安全原则 的概念。冶金铸造起 重机除在设计 时要保证起重机 的零部件有很 高的 安全系数 、较长的使用 寿命外 ，还要求维修方便 、 功率因数的提高 ，可减小供 电系统对 电动葫 芦所提供的能量，它节约的电能随起重量 的减轻 而增大。图4是表 3中变频控制时节约的无功功率 随起重量 的变化 ，可以看 出起重量越轻无功功率 节约的越多 ，按趋 势线回归方程式 Y一 0 ． 3 4 x 3 ． 3 4 ，当起重量取 2 t 时 ，节约的无功功率为 2 ． 6 6 k W，相对 于工 频 时 5 ． 5 k W 的无 功 功 率节 约 了 5 3 ． 2 ％ ，由此可推算出平均节 电2 ． 3 2 k W 一 0 ． 3 4 3 3 ． 3 4 ，节电率可达 3 0 ． 5 ％ 2 ． 3 2 ／ 7 ． 6 。 从上述试验可知 ，带 有变频调速 的起 升机构 其节能空间相当可观 ，对于桥式起重机类 电动机 的节电率约为 2 3 ． 5 8 ％ ，对于电动葫芦类 的节 电率 约为 4 2 ． 6 5 ％。同时由于功率 因数的提高 ，使供电 电网无功功率 消耗降低 ，从而降低 了供 电系统 的 负担和能量损耗。 从 目前发展情况来 看 ，近几年 出厂的桥 、门 式类起重机 电控系统采用变频控制技术 的已趋 于 起重运输机械 2 0 1 0 3 普及化 ，而 电动葫芦类小 型国产起 重设备采用变 频技术控制 的为数不多 ，对 于进 口或外 资企业生 产的这类 起重机采用变频技术 的 占有率很 高。因 此 ，对上述 2类起重机 中早 期 出厂 的在用桥 、门 式起重机和 目前一直在生产 的电动葫芦类起重机 ， 在适 当时加 以改造 ，采用变 频技术 ，对节 约 电能 和整机的使用 寿命 都是有利的 ，尤其是 电动葫芦 起重机变频设计和应用有着巨大的节能空间。 参 考文献 [ 1 ]李发海，朱东起 ．电机学[ M] ．第 4版 ．北京 科学 出版社 ，2 0 0 7 ． [ 2 ]电机工程牛册编委会 ．电机工程手册[ M] ．北京机 械工业 出版社 ，1 9 8 2 ． 作 者 葛翔 地 址 上海宜 山路 7 2 8号 邮 编2 0 0 2 3 3 收稿 日期2 0 0 91 21 7 9 一 工人工作舒适 ，也就是说 ，不论 冶金铸造起 重机 由于内部或外部原 因导致起重机上某个环节损坏 ， 必须能在短距离 内安全地将 吊重停住。为 达到上 述 目的，要求设计维护人员应从 以下几个方 面考 虑设计选型工作。 1 桥 架结构设计 1 ． 1 桥架结构形式及 比较 1 超静定结构 如图 1 所示主梁 2 、7与副梁 5 、6全部通过端 梁刚性联结。当冶金铸造起重机大车运行 时，如 果两侧大车轨道 不在 1个平 面上 时，桥架将 通过 变形适应两侧大车轨道。 图 1 1 2 5 t ／ 3 o t 冶金起 重机端梁与 主梁连接 1 ． 缓冲器2 、7 ．主梁3 ．主梁与端梁连接板 4 ．端梁5 、6 ．副梁 A、B ．裂纹C ．千斤顶位置 D ．缓冲器传力筋板E ． 缓冲器防坠落链 2 部分超静定结构 如图2所示主梁 3 、8与端梁 5通过铰轴 7 、9 相连接为静定结构 ，副梁 4 、6通过端梁 5刚性连 接属超静定结构 。 图 2 1 6 0 t ／ 4 0 t 起 重机 主 、端梁连接 1 ． 缓 冲器2 ．大车平衡台车 3 、8 ．主梁4 、6 ．副梁5 ． 端梁 7 、9 ．端梁与主梁连接铰轴 3 静定结构 如图 3所示端梁为铰接式端梁 ，内外 主梁之 间在端部为铰接 ，接头处采用 自润滑轴承，2个 内 主梁之间用拉杆连接在一起 ，接头处采用关节轴承。 4 比较 前 2种形式最大的缺点是 当支撑 2主梁的走 一 1 0 1 2 3 | 4 f5 6 惫藏 l O 图 3 3 5 0 t ／ 8 0 t 起重机主、端梁连接 1 ．缓冲器2 ．大车行走台车3 ．连接铰轴 4 ．球铰5 ．端梁6 ．内主梁7 ．外主梁 8 ．平衡 台车铰轴9 ． 大 车车轮l 0 ．小车轨道 轮组因2侧大车轨道不在 同一平面 内时 ，对于超 静定结构 ，梁与端梁之 间必然通过彼此 的变形适 应 2侧轨道 ，梁与端梁之间的这种变形 ，必然在 梁与端梁 间产生 附加约束力 ，这个附加约束力是 导致端梁与主梁连接处产生裂纹的主要因素之一。 大车运行 时桥架 变形容易产生噪声 ，而桥架采用 静定结构 可以有效地避免上述缺陷 ，采用静定结 构可以有效 延长桥架 和运行机构车轮 、制动器 的 使用寿命 。 1 ． 2 桥架 四梁四轨结构与四梁六轨结构比较 1 整机质量 四梁 四轨 起 重机 质量 比 四梁 六 轨 的约 高 出 2 0 ％ ～ 3 0 ％，比如说德 国 M ． A ． N 茂 恩公 司向 上海宝钢投标时设计的4 5 0 t ／ 8 0 t 一 2 3 ． 4 m四梁六 轨冶金铸造起重机 ，其 自重为 5 8 8 t ，日本三菱重 工生产的 4 3 0 t ／ 8 0 t 一2 3 ． 4 m的四梁四轨冶金铸造 起重机 ，其 自重为7 8 7 t ，两者相差近 2 0 0 t ，从设 备造价来看 ，四梁六轨结构显然更有优越性。 2 整机高度 前者 比后者要高 ，因 自重前者 比后者重 ，前 者显然也会使厂房的高度和起重机大车轨道梁的 负荷增加 ，不利于减少基建投资。 1 ． 3 大梁设计及大梁与端部连接应注意的细节 采用偏轨箱 型梁的冶金铸造起重机 ，由于其 小车轨道正对箱型梁腹板 ，在小车集中轮压的反 复作用下 ，偏轨箱 型梁上盖板与箱型梁腹板的连 接焊缝很 容易产生裂纹 。借鉴德 国茂恩公司、克 鲁勃和德 马格公 司的经验 ，建议大型冶金铸造起 重机箱型梁腹板最上方与小 车轨道接触处采用 T 型钢 ，可以有效避免角焊缝直接承受 由钢轨传递 的集中轮压。钢轨与上盖板 之问加用编织钢丝加 强的橡胶板 ，除可以缓 冲由轮压对腹板上方 的局 部应力外 ，还可 防止钢轨水平窜动 ，减少振动噪 声。小车轨道跨长应焊为整体。 起重机沿轨道运行时 ，相对 于轨道 的纵轴经 起重运输机械 2 0 1 0 3 一 ＼ ＼ 1 常有歪斜和位移 。这会在轨道和轮子 的接触处产 生侧向水平力 ，该 水平侧 向力显著降低走轮 固定 位置以及端梁与主梁连接部位 图 4 的使用 寿 命 ，并在这些部位产生疲劳裂纹。根据俄罗斯克 拉玛多尔斯克工学院对起重机金属结构所做 的可 靠性试验，同时分析工作超过 了 1 0年 的 3 0 0台不 同起重机的工作 能力 ，得 出的结论是 6 0 ％ 的疲 劳裂纹发生在走轮 固定位 置，1 5 ％ 的疲 劳裂纹发 生在端梁 与主梁连接部位 ，通 常对于使 用频繁的 起重机 ，在使用 2～8 ． 年以后 ，疲劳裂纹便开始 出 现了。要提高抗疲劳损伤 的能力 ，最有 效的办法 就是要保证构件上 的应力流线均匀过度 ，并保 证 焊接质量 。而要做 到这些 ，必须在结构设计 上注 意以下几点 图4端梁 与主梁连接部位 1 ．端梁2 ．主梁 1 在端梁的悬臂部分 由轮压产生 的集 中 载荷作用范围要焊接 1块为车轮通过用带整 圈 凹口的横 隔板。这对于提高走 轮支撑 座的抗扭 刚 性非常重要 。更 换走 轮时，由于经常在走轮 支撑 座外伸位置用千斤顶 ，很容易使走轮支撑座 发生 侧向扭转 ，因此在端梁 的端部也应焊接 1块 带整 圈凹口的横隔板。这种细部设计无论是对 于角型 轴承箱走轮组还是 4 5 。 角剖分面的走轮组都适用 。 2 在端梁悬臂走轮支撑 座的腹板或 主梁 与 端梁连接处要采用 比腹板厚 的钢板 。 目前有 的起 重机制造厂已这样设计 ，经现场使用 ，效果很好。 而 目前大多数的起重机制造厂在端梁悬臂走轮支 撑座的腹板外侧加贴 1块 钢板 ，有一定效果 ，但 效果有限。我 厂连铸 出坯跨 的多 台起重机 ，由于 使用频繁 ，端梁悬臂走轮支撑座 的腹板外侧 即使 加贴了钢板 ，也出现了裂纹。 3 为保证端梁截面 的几何形状不变 ，在 主 梁腹板的连接 处 内侧 应安装 横隔板，厚度约等 于 腹板的厚度 。为避免端梁 内侧隔板与端梁腹板脱 开 ，建议该处隔板与端梁腹板和上盖板焊透。 4 在桥架或小车架设 计时 ，由于现场经常 起重运输机械 2 0 1 0 3 更换大小车走轮 ，当其脱 离大小车轨 面时，如果 桥架端梁和小车架纵梁下盖板 没有专 门设置 的支 撑点 ，下盖板将受挤压 出现 凹陷。因此在进行细 部设计时 ，支撑点 的位 置应 特别考虑 并做 出标 识 ，这对于缩短现场 的检修 维护更换 时间，延长 结构件 的使用寿命很重要 。 目前 ，几乎 大多数的 起重机制造厂设 计的起重机 ，在考虑 现场的检修 维护方便性 方面做 得还很不够。对于现场 高负荷 高频率工作的起重机 ，缩短其 检修维护 时间，降 低工人的劳动强度 ，显得尤其必要 。 5 起重机桥架主梁钢轨 固定 目前通常采 用 压轨器 图 5 e ，压轨器的螺栓应采取特殊的防松 螺母 ，否则很容 易松动 ，造 成钢轨移 动 ，增加维 护工作量 。有的厂家压板仍然采 用钢板制作 ，但 这种压板垂直方 向板 的厚度太 薄，造成压板垂直 方向刚度不 够，主梁长期频繁振 动，容易导致压 板松动，压不死钢 轨 ，出现轨 道移位 ，处 理也很 麻烦 图 5 a 。根据现场的经验 ，建议将传统压板 垂直布置 ，提高垂 直方 向的刚度 ，用 厚度截面与 盖板接触 ，将压板 的头 部顶住钢轨 的腰 部，斜度 部分与 轨道 底部 斜度 紧密 接触 ，钢板 厚度 2 0～ 3 0 m m，见图 5 b ，焊接后 由于焊缝收缩产生 的拉 力 ，将轨道牢 牢压死。经过多年 的实际使用 ，证 明可减少 检修维护工作量 ，事 实上 ，该方法用 于 大车轨道的固定也很有效 。 图 5 钢 轨 固定 不 意 图 1 、2 ． 压板3 ．T形钢4 ．钢轨5 ．压轨器 6 在 主梁 与端梁盖板转角处 ，应增 加三角 钢板 ，并保证焊接质量 ，这对于防止 出现焊缝 裂 纹和上下 盖板 、腹板转角处 的开裂 ，减轻 啃轨产 生的水平推力对桥架 的影 响有重要意义。有 的起 重机厂将 主梁 2端 的下盖板弯板直接加 宽，取代 三角加强板 ，并与 主梁上 盖板 与端梁 的连接焊缝 错开 2 0 0 m m以上 ，效果更好 。有 的起重机厂在主 梁与端梁盖板转角处 ，未增加三角钢板 ，桥架便 在图 1 所示的 A处和 B处产生裂纹。 7 偏轨箱型主梁 2端与端梁相连结 的下盖 板 ，过渡部分 常采用 圆弧弯板 ，如 图 6所示 。由 于主梁腹板过度处 的圆弧半径与下盖板 圆弧弯板 半径不吻合 ，圆弧弯板结合处 的间隙大，焊接后 该处产生很大的焊接拉 应力，该应 力与主梁在该 处 的工作应力叠加 ，很容易产生裂纹 。有的起 重 机厂为避免该处产生裂纹采用如 图 7所示 的结构 形式 ，试 图取消 圆弧弯板 以预 防裂纹 的产 生，实 践证明，这种设计效果并不理想 ，这种结构形式 依然会产生裂纹。事实上 ，只要对该 处结构细部 设计 ，将 主梁腹板过度处的圆弧半 径与下盖板圆 弧弯板半径 吻合 ，保持较大 的圆弧半 径，减小圆 弧弯板结合处的间隙，适 当增加主梁下盖板弯板 的宽度 和主梁 下盖板 弯板处弯 板、腹 板 的厚度 ， 使主梁两端剪应力的安全系数得 以提 高，便 可有 效避免裂纹的产生 。 图 6主梁端部圆弧过渡 图 7取消弯板的 1 ．局部加厚的主梁腹板 主梁端部设计 2 ．主梁弯板3 ． T形钢 8 对需要切割后才能运输或需要现场连接 的结构件以及端梁与主梁的连接都应优先采用高 强度螺栓连接 ，尽量避免采用铰制孔螺栓或焊接、 铆接方式 。采用高强度螺栓连接有 以下优点 承 载能力高 ，受力性能好 ；对于摩擦 型高强度螺栓 ， 其连接靠钢板 间接触表面 的摩擦力传递外力 ，接 头中的应力集 中现象得到改善 ，提高 了连接件 的 抗疲劳性能 ；减轻施工的劳动强度 ；施工速度快 ， 安装简便 。 2 起升机构的设计 2 ． 1 布置方式 主起升机构布置形式有很多种 ，但其最基本 的结构特征是必须采用两组对称 的卷筒滑轮系统， 分别吊住龙门 吊钩组横梁的两端，并 使其保持严 格 的同步上升。随着冶金铸造起重机起重量吨位 的大型化 ，起升速度 的高速化 ，但其 布置形式仍 然摆脱不了 2种形式 ，卷筒连锁 、分开驱动型和 卷筒分开 、集 中驱动 型。这两种布置形式仍然可 一 1 2 一 以细分很多具体 的布置形式。下 面仅对 常见 的几 种布置形式做一些分析。 2 ． 1 ． 1 布置方式 1 图8所示的起升机构是通过 2台棘齿轮减速器 低速轴上的同步联轴器 ，来保证 2个卷筒组 刚性 同步。当 2台升降 电机转速不 同时 ，转速较慢 的 电机通过 棘齿轮减速器 上 的棘 轮棘爪机构 打滑 ， 避免出现机械阻塞应力 ，实 际上起升机构采用棘 齿轮减速器 ，暴露出来 的问题较多。 图 8 起升机构布置 图 1 1 ．卷筒联 轴器2 ．减速器3 ．同步联轴器 4 ． 平衡臂5 ．上滑轮组 1 当2台棘齿轮减速器为 中硬齿面减速器 时 ，棘轮棘爪机构通常布置在高速轴齿轮上 ，由 于转速较高 ，棘轮棘爪打滑时的冲击频率也较高 ， 挺杆和弹簧很容易损坏，这种 布置在高速轴 的方 式不合理。以前设计的棘齿 轮减速器一般为 软齿 面减速器 ，棘轮棘爪机构通常布置在低速轴齿轮 上 ，由于转速较低 ，棘轮棘爪 打滑时的冲击频率 也较低 ，挺杆 和弹簧寿命较长 ，这种布置在 低速 轴的方式较为合理 ，但软齿面减速器 由于体 积大 承载能力低 ，目前 已不推荐使用 。无论 哪种 棘齿 轮减速器 ，都需要 经常检查挺杆 和弹簧，这就增 加了检修 维护工作量。挺杆 和弹簧损坏，棘爪销 轴退 出后 ，有时将 造成严重 的机械阻塞，将齿轮 打坏变形 ，或使 2台电机堵转烧 坏 ，这种情况在 很多钢厂都曾出现。 2 在吊运钢包 的过程 中，当其 中 1台电机 损坏后 ，其载荷 由另一 台电机单独承载 ，并负责 完成 1个工作循环 ，如果此 时起升机构正处在上 升过程中 ，则 电机损坏侧 的减速器 内的棘轮棘爪 将打滑，如果此 时起升机 构正处 在下降过 程 中， 则 电机未 损坏侧 的减 速器 内的棘轮棘爪将 打滑。 如果 吊运钢 包完成 1个 工作循环后不立 即停止 ， 棘轮棘爪在弹簧力的作用下 ，产生剧烈拍击 ，将 使棘轮棘爪接触面变形 。当其 中 1 个 电机损坏后 ， 另一侧电机和减速器将承担全部钢包 吊重 ，此时， 起重运输机械 2 0 1 0 3 碣 藿 电机和减速器负荷扩大 1倍 ，减速器 的安全 系数 降低 ，这种状况在减 速器磨损后期相 当危 险，尤 其要引起重视。 2 ． 1 ． 2 布置方式 2 图 9所示的起 升机构布置方式 为起 升减 速器 采用一字型大减速器。这种方案必须解决 长减 速 器与小车架 的变形协调 ，由于减速器结合 面连接 螺栓是采用 的铰制孔螺栓 ，一旦减速器结合 面漏 油需要处 理，其揭 盖和合盖都非常 困难 ，处 理时 间也很长 ，而且效果 不理想。该方案卷筒 的同步 性是通过 2台电机之间的一对等齿数 的啮合齿轮 副完成。当其中 1 个 电机损坏后 ，另 1 个电机将承 担全部钢包 吊重 ，此 时，高速级 的齿轮轴其 负荷 扩大 1倍 ，高速级齿 轮轴 的安全 系数 降低 一半 ， 高速级齿轮轴本身属易损件 ，这种状况在减速器 磨损后期很危险 ，要引起重视。 图 9 起升机构 布置 图 2 1 ．上滑轮组2 ．主起 升卷简组 3 ．盘式联轴器4 ．主起 升大减速器 2 ． 1 ． 3 布置方式 3 图 1 0所示的布置方式 ，其起升减速器 由 3台 减速器组成 。2台起升 电机驱动 1台行星减速器 ， 行星减速器驱动 2台带卷筒组 的二级减速器完成 起升作业。正常情况下 ，2台电机 同时工作 ，起升 机构全 速升降作业 。当图 1 0右侧输 入 电机损 坏 后 ，2台盘式制动器将 中心太 阳轮 固定抱死 ，成为 固定件 ，左侧 电机仍可带动起升机构降半速工作 ； 当图 1 0左侧输入电机损坏 ，2台盘式制动器将行 星包 的齿圈 固定抱 死 ，成为 固定件 ，右侧 电机仍 可带动起升机构半速工作 。考 察 国外生产冶金起 重机 的生产厂 ，如茂恩 M ． A ． N公司 、克鲁勃 K R U P P 公司等 ，起升机构绝大多数采用行星 3 减速器。国内宝钢 、鞍钢等冶金企业 的大型冶金 铸造起重机也都采用行星 3减速器。该方案优点 1 分组性好 ，起升减速器不受车架变形 的 起重运输机械 2 0 1 0 3 图 1 0 起 升机构布置图 3 1 ．上滑轮组2 ．安全制动器3 ．二级减速器 4 ． 万向联轴器5 ． 行星减速器6 ．盘式制动器 7 ．主起升 电机8 ．主起升卷筒组 影 响。 2 单 台减速器 自重较轻 ，可 以不用在线揭 盖检查 ，整体更换后线外检修 ，因而可 以缩短线 上检修时间，确保检修质量。 3 任何 1台升降 电机损坏后 ，升 降速度仅 仅降低一半 ，而机械强度和安全性不受任何影响 ， 这一点在减速器磨损后期尤其重要 。起升机构可 以持续正 常地进行 吊运作业 ，避免 生产 中断 ，可 以有计划地安排检修更 换 ，这一点 ，对于频繁作 业的冶金铸造起重机也很重要。 4 2个卷筒组上装有安全制动器 ，在极端情 况下即使行星包损坏 ，各挡齿轮打坏 ，卷筒 以前 的所有机构 出现失 控 ，装在 2个卷筒组上 的安全 制动器也可以将 卷筒抱死并 固定住 ，而不致 出现 钢包坠落的严 重事故。安全制动器安装在卷筒 靠 减速器侧 。在 电机轴和卷筒轴端装有增量式脉 冲 编码器 ，脉冲信号送至 P L C高速计数器进行检 测 比较 ，实时监控主起升机构 的运 行状态 ，一旦 出 现异常 ，检测控制系统将 自动进入安全保护状态 ， 工作制动器与安全 制动器将依次 上闸 ，确保起 吊 工作的安全 。由于减速 机存在 固有 的齿 间间隙 ， 若卷筒制动器提前 高速轴制动器制 动，将会对高 速轴引起 巨大 的冲击 ，影响其使用 寿命 。所 以在 系统设计时 ，必须确保安全制 动器 的动作 应滞后 于工作制动器 ，确保制动过程 中接触齿 面不进行 变换 ，避免刚性冲击 ，保护减速机及其高速轴。 2 ． 1 ． 4 行星三减速器方案的设计和维护 1 重视行 星减 速器行 星包 的制造 质量 ，特 别是行星架、太 阳轮输入 轴、行星齿 圈的制 造质 量必须严加控 制，行星架最好采用锻件 而不 用焊 一 1 3 接件和铸造件，行星轮轴承安全系数要高。2 0世 纪 8 0年代初 ，某钢铁公 司炼钢厂发生一起 1 0 0 t ／ 3 2 t ／ 5 t 起重机因主起升行星减速器输入轴断裂 ， 导致机构失灵，钢水罐坠落的严重事故，该起重 机设计 时，主起 升卷 筒组上 未安装 安全制 动器 ， 在卷筒和 电机轴上未安装脉冲编码器 ，无法及时 判断升降系统是否 出现故障 ，因而无法及时采取 紧急措施。 2 重视万向联轴器 的制造和安装连接质量 ， 建议优先选用 S WF系列的万向联轴器 ，禁止滚针 轴承采用剖分式压盖。宝钢 以前采用齿轮联轴器 的浮动轴而不是万 向联轴器，浮动轴 曾经因齿轮 联轴器挡齿 圈螺栓脱 落而 窜 了出来 ，造成 事故。 万向联轴器法 兰连接螺栓必须按规定 的拧紧力矩 进行紧固，防止螺栓松动脱落引发事故。 2 ． 2 起升机构卷筒联轴器的选型 冶金铸造起重机起升机构卷筒联轴器 的选型 应引起重视 ，国内多家钢厂 曾发生 因卷筒联轴器 损坏造成钢包从高空坠落的严 重事故。下面就几 种不同结构形式的卷筒联轴器进行分析。 2 ． 2 ． 1 鼓形滚子卷筒联轴器 图 1 1 a 每个鼓形滚子嵌 于沿 圆周布置在 2个 内外半 圆槽中 ，该结构 的联轴器 曾经在 国内多家钢厂发 生损坏 ，几乎每 次都造成钢水包从高空坠落 的严 重事故。事故现场 ，均发现鼓形 滚子 已脱离 2个 半圆槽 ，落 在卷筒 内或落在 主小 车架上盖 板上。 阻挡鼓形滚子 移动 的挡 板外侧 或 内侧变形 损坏 ， 外侧卷筒联轴器挡盖部分螺栓拉断 ，鼓形滚 子联 轴器 内部镶嵌滚子 的半 圆槽严重变形。有 的甚至 在线使用不到 2年就发生事故。造成鼓形滚 子联 轴器损坏的原因 1 无论卷筒组空载还是重载 ，如果卷 筒轴 承座一侧轴承 中心垂直高度与减速器输 出轴中心 垂直高度差 较大 即垂 直倾 斜较 大时 ，见 图 1 1所 示 ，这时卷筒必 然对鼓形滚子产生 1个法 向作用 力 Ⅳ，该作用力 Ⅳ分解为 2个分力 ，1个分力是垂 直载荷 Q，另一个分力是水平载荷 P，该水平载荷 P直接作用于鼓形滚子上。当卷筒轴承座轴承中心 垂直高度 比卷筒组 靠减速器一端低 时，卷筒作用 于鼓形滚子上的水 平推力朝左 ；当卷筒轴承座轴 承中心垂直高度 比卷筒组靠减速器一端高时 ，卷 筒作用于鼓形滚子上的水平推力朝右。 一 1 4 一 2 无论卷筒组空载还是重载 ，卷筒轴承座 一 端与靠减速器一端出现水平倾斜 时，卷筒也会 对鼓形滚子产生 1 个法 向作用力 Ⅳ，该作用力 v 分 解为 2 个分力 ，1个分力是圆周力 尺，另 1个分力 是沿减速器轴线的水平载荷 P，该水平载荷 P也直 接作用于鼓形滚子上 ，以图 8 1 2 5 t 大车主起升机 构右侧所示 卷筒组为例 ，当卷筒轴承 座轴 承水平 倾斜朝 向上滑轮组时，卷筒作用 于鼓形滚子上 的 水平推力 P朝右 ；反之 ，卷筒作用于鼓形滚子上 的水平推力 P朝左。 减速器中心线 图 1 1 不 l司结构型式的联轴器不意 a 鼓形滚子卷筒联轴器 b 鼓形齿式联轴器 c 球铰形卷筒联轴器 由上述 2种原 因产生的水平推力 的合成力如 果朝 向减速器一端时，鼓形滚 子始终受水平推力 ， 这个水平推力有使鼓形滚子产生向右移动 的趋势， 特别是垂直倾斜、水平倾斜较大时随着时间的推 移 ，滚子将克服摩擦阻力 向左移动而与外侧挡板 接触 ，外侧挡板在振动载荷和大小车惯性载荷的 反复作用下 ，外侧 挡板发 生变形损 坏，当硬度不 足时，由于鼓形滚子始终作用在半 圆槽 1端 而 不是半圆槽长度方向的中间部位 ，该半 园槽便很 容易发生变形倾斜 ，长时 间的作用会使镶嵌于半 圆槽 内的滚子脱落 在主小 车架上 盖板上。反之， 由上述原因产生 的水平推力 的合成力如果朝 向轴 承座一端 ，时 间一长 ，镶嵌半 圆槽 内的滚子会脱 落在卷筒 内部 ，引发钢水包从高空 坠落 的严重事 故 。2 0 0 6年 l 2月 ，国内某钢厂发生了钢水包从高 空坠落事故后，对起升机构两边 的卷筒垂 直倾斜 和水平倾斜检测 ，结果发现倾斜较小一侧 ，卷筒 联轴器还非常完好，垂直倾斜和水平倾斜较大一 侧 ，滚子已脱落出来 。 由上述分析可知鼓形滚子卷筒联轴 器要安全 使用 ，应严格控制卷筒组 的垂直倾斜和水平倾斜 ， 起重运输机械 2 0 1 0 3 J 、， 尸门 并要确保鼓形滚子联轴器 内部镶嵌 滚子 的半 圆槽 调质硬度不能太低 ，阻挡鼓形滚子移动 的 2个半 圆型挡板进人卡槽后，应将其焊为整体。 起升机构卷筒联轴 器选型时 ，如果起 升机构 是吊运高温液态金属或熔渣时 ，选用鼓形滚 子卷 筒联轴器要慎重。 2 ． 2 ． 2 鼓形齿式联轴器 图 i I b 鼓形齿式联轴器 由带鼓 形齿的半联轴节 、带 联接法兰 和内齿 圈的外套 、带 外球 面 的承载环 、 内盖 、外盖及密封 圈等 组成。使用 时，半联轴节 套装于减速器输 出轴上 ，外套与钢丝绳卷简用高 强度螺栓联接 ，通过外球面和外套的 内承载 面形 成的接触 副构成 自动调位 的球面轴承承受径 向载 荷，它的载荷分担方式与输 出轴为齿盘 C A或 C B 型减速器 的工作方式基本一样。与其 他卷 筒用联 轴器比较 ，卷筒用鼓形齿式联轴器具有如下特点 1 工作稳定可靠 ，能承受很大径 向载荷和 5 因球铰式卷筒联轴器不能补偿轴 向位移 ， 属双 向限位 ，因此适用于装安全制动器的卷筒组。 2 ． 3起升机构 冶金铸造起 重机起升机构应采 用 4根钢丝绳 承载 ，4根钢丝绳突然断裂 1 根或对角 的 2根 ，仍 能用其余钢丝绳吊住钢水包，直至安全放至地面。 主起升平衡臂最好布置在龙 门吊钩滑 轮组上 ，以 缩短现场更换 4根钢丝绳 的时间。副起升机构从 确保安全 的角度考虑 ，钢丝绳缠绕 系统也应采用 平衡臂和 2根钢丝绳 ，当其 中 1根 钢丝绳突然断 裂 ，另 1 根钢丝绳仍 能 吊住 重物。吊钩组应 为全 封闭防跳槽 吊钩组 ，可 以有效避免跳槽 ，降低现 场检修维护工作量。每个绳头用 2个 铝合金套管 固定在吊具横梁上的平衡臂上 ，便于安装、检修 、 维护。上 滑轮组 的滑轮 轴最好 露 出小车上 盖板 ， 以方便 上滑 轮组钢 丝绳跳槽 后的快 速处理。滑轮 采用轧制结构外形美观 、强度高 、寿命长。 雠 套 ．、 调 整 施 维 修 3 车 运 行 机 构 2 调 位 性 能 好 ， 安 装 、 调 整 方 便 ， 维 修 一 ’ 一 简单 ； 3 可配用普通轴伸减速器 ，降低设备成本 ； 4 如果卷筒上要装安全制动器 ，该结构就 不适合 ，因为装卷筒用鼓形齿式联轴器这一端属 自由游动端。 2 ． 2 ． 3 球铰式卷筒联轴器 图 l 1 c 球铰式联轴器 是一种新型卷筒联轴器 ，它适 用于起重机、运输机、选煤机和建筑机械等的减 速器与被旋转件之间的连接。具有以下特点 1 能 承受很 大 的径 向载荷 和传 递 较 大 的 扭矩 ； 2 该联轴器 转动灵 活 ，最大倾 角 可达 3 。 ， 包容在球 面之 间的 2组特殊键 ，每组键都 能承担 全部额定载荷 ，其安全系数和可靠性高； 3 卷筒一端通过联轴器支撑在减速器输 出 轴上 ，另一端则 用轴承座 支撑，因卷筒联轴 器不 能补偿轴 向位移，该轴 承座必 须解 除轴 向约束 ， 建议轴承 2端各留 3 mm间隙； 4 减速器输 出轴端应设有可承受卷筒轴 向 力的挡板和紧固螺栓，螺栓应采取可靠 的防松措 施 ，根据现场的使用经验 ，挡板螺栓强度 等级最 好采 用 1 0 ． 9级 的 大 六 角 高 强 度 螺 栓 材 料 2 0 Mn T i B或 3 5 V B ，以防止螺栓出现断裂 起重运输机械 2 0 1 0 3 大小车运行机构应优先采用 4 5 。 剖分式的轧制 车轮组 ，可以方便 现场拆装 ，减 少现场的检修维 护工作量 ，还可 以提高 4 5 。 剖分式的轧制车轮组支 撑位置的抗剪切能力。车轮组轴 承外侧 端盖螺栓 采用通孔 连接方式 ，内侧轴承端盖螺栓孔必须 采 用螺纹孔 ，否则 螺栓 松动 ，现场 紧固非 常 困难 。 低速级浮动轴优先 采用可伸缩 式 F系列万向联 轴 器 ，施工时必须确保 F系列万 向联 轴器连接螺栓 的拧紧扭矩 ，避免因连接螺栓松动将减速器损坏。 为降低现场检修工人 的劳动强度 ，车轮组更换位 置附近必须考虑千斤顶顶点位置 ，以防止将梁下 盖板顶 凹。冶金 铸造起 重机 由于工作 繁忙， 自重 大 ，运行速度高 ，2车相撞非常危险。建议大车运 行端部设置 双 向激 光防撞 装置或 雷达 防撞 装 置， 防碰撞装置 分别设 置接近报警 和停车 距 障碍物 1 5 m报警 、5 m 可调 时机 构正常停车 ，司机 在特殊情况下可 以人工干预解 除该 功能。大小车 缓 冲器优先采用阻尼缓冲器或带钢套 的聚氨酯缓 冲器。所有缓 冲器建议设 置防 坠落链条 ，以 防止 缓冲器相撞脱落后从高空坠落。 4 润滑 系统 减速器应优先采用 中硬齿面或硬齿 面减速器 一 l 5 一 和立式减速器 ，其 高速轴 的润 滑应采用轴头泵强 制润滑。主、副起升机构应采用钢丝绳 自动涂油 系统。主、副起升机上滑轮组 、运行机构轴承 和 铰点采用双线 电动集中润滑 ，油路的通径 1 0 m m。 走台上润滑管路要有必要 的保护措施。车轮轴承 处润滑点与 固定分配器出油点处联接油管均加柔 性金属软管，在冶炼炉侧 加耐热防护套。车轮轮 缘采用石墨干式润滑 。 5 起重机的调速 随着技术的发展，冶金铸造起重机 主副起升 机构一般采用无触点调压调速系统 ，走行采用变 频调速 ，也 可整车采 用全变频 带整 流 回馈 调速， 其价格较高 、性能更优 。主副起升机构无论采用 无触点调压调速 系统 ，还是采用带整流 回馈变频 调速系统均具有 以下优点 1 调速范 围宽 、精 度高 ，系统能实现稳定 的低速运行 ，改善了定位的准确性。 2 可设定平滑的起 动和制动加速度 ，减小 机械冲击 ，延长传动机构寿命。 3 自动监测 的低速抱闸，减少制动器磨损 。 4 自动故障监测和保护。 6 安全保护设计 6 ． 1 冗余设计 为确保 冶金铸造起 重机可靠运行 ，设计 时应 考虑必要 的冗余设计 ，比如大车和主小 车运行机 构通常采用 2组驱动 ， 每组电动机分别由 1 套变频 器控制 ，构成相对独立 的驱动单元。通常 2套驱 动单元 同时工作。当 1套 驱动单元 发 生故 障时， 另 1套单元仍可以工作 8 h ；当副小车变频器故障 时，可以通过切换主小车 其中 1 套 来临时驱动 副小车机构工作 。主副升降系统如采用调压调速 控制 ，为防止调压调速系统故障后 升降系统不能 继续工作，电动机定子回路中应设置旁路控制接 触器 ，使其可以通过正反向接触器控制机构工作 8 h 。转子 电阻的配置满足装置事故状态下旁路系统 工作的要求。旁路控制系统 正反向换向接触器 和转子切换电阻接触器 由 P L C系统控制 ，此时 选用 2挡反接串电阻控制方式控制。 6 ． 2 电气设备 为保证电气设备 的可靠运行 ，电气室和高压 一 1 6 一 电气室应采用 防火材料密封 、保温 ；电气 室和高 压电气室应设整体式冷风机组，电气室 内温度 低 于 3 0℃，高压电气室内温度低于3 5℃。司机室采 用冷暖、整体式空调 ，温度控制在 2 7℃；所有空 调都要求具有冷凝水汽化装 置，防止冷凝水 引起 线路短路。 6 ． 3 起 升 系统 起升机构应设置以下保护开关 1 重锤式限位开关 仅针对上升有效 。重 锤限位开关动作时 ，机构故障停 车并将全 车低压 动力电源切 断。故 障排 除后 ，通 过操作联 动台上 的极限屏蔽按钮可以重新送 电，此时机构仅可 以 下降。 2 旋转限位开关。具有上 、下终点 限位 和 预限位信号。 终点限位动作时，机构按照停车方式 正常停车 ；预限位动作 时，机构 运行速度被限制 到额定速度的 1 0 ％。此时机构仍可反向全速运行。 3 超速保护。超速时 ，机构 故障停车并将 全车低压动力电源切断。 4 超