有色金属加工业自制双梁桥式起重机的优化升级

文/ 河南神火集团 李国林

某铝厂为地方国有企业，于2004年建设投产，由于当时企业规模不大，经济实力不强，筹集24万吨电解铝项目建设所需巨额资金相当困难，因而在建设期间，改变了很多设备的设计初衷。以起重机（也称“行车”）为例，为了减少投资，原计划从专业起重设备加工企业订购的20 台行车，全部转为购买图纸自行加工，再报技术检验部门验收合格后投入使用。此举虽然节约了建设资金，满足了生产使用，但毕竟不是专业厂家加工制作的设备，制作过程中存在较多的不规范、一些安全隐患和不利于生产组织的因素，给企业后续生产过程中的特种设备管理带来一定困难。本文针对使用过程中遇到的几处设备缺陷，按照冶金行业起重机械的技术要求，及时进行改造，使整体设备优化升级，达到安全使用的目的。现将改造成果归纳总结，希望为同类企业提供一些参考。

1.驾驶室空间及线路安全改造

该铝厂成品车间安装3 台16/3.2 吨双梁桥式起重机，主要用于起吊15 吨真空铝液抬包，以及配合工人完成向混合炉炉内倒铝作业。加工过程中可能由于施工期紧张或资金不到位的原因，驾驶室不符合GB/T20303.5 的要求：（1）自制驾驶室空间比较狭小；（2）保护柜、凸轮控制器及主令控制器又都安装在驾驶室内，占用大量空间；（3）保护柜内部分线径较细，未按要求选用标准电缆；（4）线头多处裸露，接线工艺不规范。施工粗糙、线路易磨损漏电伤人，空间狭小，发生火灾后工人很难逃脱。

本着最大限度地开发驾驶室空间来进行组织改造，首先将驾驶室交流保护控制柜（GQR）挪出，安装在行车梁上，驾驶室内只保留一个控制箱，将柜内电源总开关QS1、紧急开关QS2 安装在控制箱内，便于司机操作；熔断器FU1与FU2、主接触器KM、以及过电流继电器KA0—KA5仍安装在保护柜内；并最大限度地减少驾驶室内用电设施和线缆数量，严格按照电气施工工艺铺设电缆和安装元器件。最终增加了驾驶室空间，优化了驾驶室线路敷设造，解决了上述缺陷，达到GB/T20303.5 的要求。

2.主钩降速改造

16/3.2 吨双梁桥式起重机主要技术参数为：主钩起吊重量16 吨，起升速度19m/ 分钟，副钩起吊重量3.2 吨，起升速度19.7m/min，起升高度18m，跨度28.5m，大车行走速度101.4m/min，小车行走速度44.6m/min。车间生产使用过程中发现主钩提升速度19m/min 偏高，在配合工人向炉内倒铝作业时，抬包不好控制，容易对工人造成伤害；在将真空抬包落到汽车上时，容易造成车辆损坏；在主钩头上限位故障，个别工人习惯性依赖限位停车时，留给工人反映的时间较短，滚筒和钩头容易装坏。自投产以来，几乎每年都有类似事故发生，为企业安全生产埋下较大的隐患。经分析，是选用减速机ZD650-40.17-3CA 的速比40.17 较小所致，因而需进行优化改造。可选择的改造方式有：（1）更换减速机，投入资金多，改造动作大，影响小车强度；（2）考虑变频调速控制，因车间工作环境比较恶劣，腐蚀性粉尘多，容易对电阻箱及电动机碳刷等设备部件腐蚀造成过早老化，需选择鼠笼式电机代替绕线式电机，使用PLC 加变频器进行调速控制，但遇到两个问题：一是需重新购置鼠笼式电动机、PLC 元件和变频器等；二是起吊高温液态金属作业，安全稳定性要求较高，由于环境恶劣，电器元件容易损坏，很难保证运行稳定。（3）根据小车上部部件布局如图1，电机和减速机中间有较大空间，足够增加安装一台中小型减速机如图2，来进一步降低速度，即在原减速机减速的基础上，另外增加一级减速，来降低主钩速度。

增加安装的减速机2 型号是ZD25-2-1，速比值为2。如图2 所示，电机安装位置需平移250mm；减速机2 与减速机1（型号ZD650-40.17-3CA）配套使用，能将主提升速度降到8.5m/min，圆满解决了速度快的问题；高速轴Ø60mm、低速轴Ø70mm 满足轴径要求，联接端分布在减速机中线两侧，安装时直接水平固定在小车平台上即可；高速轴容许输入功率50Kw 以上，满足生产现场提升重物的使用要求；轴的尺寸仍采用Ø60mm；联轴器1 和2 尺寸不变，外径Ø100mm，内径与轴配套；联轴器3 外径尺寸增加10mm 变为Ø110mm，内径与轴配套加工；减速机2紧挨着减速机1 安装，可减少使用一段轴和一对联轴器，只需加工安装一段长705mm 的轴。同时考虑安装质量是保证正常运行的重要环节，安装时还要注意：（1）电机的定位凸台、电机轴与减速机轴的尺寸配合在误差范围内；（2）认真校正减速机2 的基础高度尺寸，使电机与减速机自然连接，保证减速机轴与电机轴的同心度一致，且二者外侧法兰平行；（3）严禁用铁锤等击打，防止轴向力或径向力过大而损坏轴承或齿轮。

图1 小车上部部件布局图

图2 增加安装中小型减速机图

3.主梁下挠修复

桥式起重机主梁大多采用箱形结构，因为箱型结构的外形紧凑，与现代建筑物很协调，是最佳工艺，但箱型结构最大的弱点是桥架易变形，出现下挠现象，造成：（1）大车啃轨；（2）小车爬坡和溜车；（3）电动机过载；（4）发生重大设备和人身安全事故。分析原因有主梁内应力影响；维修和使用的不合理；运输和安装不当；制造时下料和焊接不当。该厂多数行车存在50～70mm 的下挠值，主要是后两项原因造成。依据主梁的允许下挠值不要超过LK/2000（LK 是大车标准跨度值），跨度28.5m 的双梁桥式起重机主梁应修下挠值空载不超过19mm；依据主梁空载应须上拱度的范围F=LK/1000（1±0.1-0.3），跨度28.5m 的双梁桥式起重机主梁上拱度为25.65-37.05mm。符合JB/T7688.1-2008 中要求的不低于0.7LK/1000。

根据以上数据，对桥式起重机大梁下挠修复，通过支撑顶起、火焰矫正、拉筋张紧、焊接加固四个步骤来完成：（1）支撑顶起，在主梁底部1/4、1/2 和3/4 位置处取三个点，均用Ø200 的厚壁钢管支撑，其中1/2 位置处钢管底部安装100 吨千斤顶，用于火焰烘烤加热时顶动大梁上拱；（2）火焰矫正，通过加热，使其容易变形，达到矫正形的目的，选取主梁两端的1/5 处，对箱形主梁进行火焰矫正；（3）拉筋张紧，在主梁底部下盖板的两端距梁端部约3m 处，安装两个支承座并分别留4 个穿孔，用Ø20的圆钢充当拉筋，拉筋上的螺母旋转，与千斤顶一起作用，使主梁产生上拱，张紧示意图见图3（仰视图）；（4）焊接加固，待拱度达到要求后，在被烘烤的钢板上面覆盖一层10mm 厚的钢板，不是加强起重机桥架的强度和刚度，而是对该处钢板加固，因为钢板内部会产生内应力，具有引起主梁再次下挠的因素。

图3 张紧示意图

4.其他优化改造项目

（1）小车行走轮使用自动调心轴承，由于小车运行轨道安装尺寸有误差，平行度不够，普通轴承安装后，遇到两轨道变形时，发生啃轨通过困难，而自动调心轴承钢球、保持架、内圈对于外圈心轴可作一定程度的自由倾斜，具有自动调心性能，能从一定程度上减少啃轨现象，该厂安装了d80 调心轴承，最大允许倾斜度0.07rad，小于国家标准要求，仅起到微量校正小车的作用，不产生安全隐患，基本杜绝了啃轨现象。

（2）钩装置的改造，传统防脱钩一直采用薄铁皮与弹簧做成卡子使用，一般使用寿命不足300 次，该厂采用Ø6mm 的圆钢与配重设计制作了经久耐用的防脱钩，在不发生碰撞的情况下，可长久使用。

（3）按照《起重机设计规范》（GB3811-83）的要求，选用线接触型钢丝绳；电机按照规定使用冶金用电机，个别高温环境中使用H 级绝缘的电机。

5.结语

总之，桥式起重机作为现代工业生产和起重运输中实现生产过程机械化、自动化的重要工具和设备，可减轻操作者的劳动强度，提高生产率。该厂对照国家技术标准要求，通过上述各项措施的认真实施，技术监督部门的严格验收，全方位优化升级改造后的起重机，设备运行状况良好，驾驶室空间及配电、主梁拱度、主钩速度和小车啃轨等现象都有了根本性的改善，降低了故障率，提高了安全性能，节约了备件资金，杜绝了人身和设备事故，为企业安全经济稳定运行提供了保障，在同类企业中有普遍的借鉴意义。