单梁起重机小车防坠落装置的设计与应用

中车永济电机有限公司 董霖华 宋红昌 冯义文

引言

单梁起重机多以电动葫芦作为起升机构，有时也称作葫芦式起重机，是车间、仓库和料场进行物料吊运的常见起重设备，是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，具有结构轻巧紧凑、操作使用简易方便、用途广泛等特点，更有其独具特点是少部分采用司机室操纵、大部分采用地面操纵形式，一般没有专职操作人员，更没有专门的司索、指挥人员，往往操作人员兼司索工作，因而潜在的不安全因素将比其他类型起重机更为显著。

现状分析

目前使用的单梁起重机电动葫芦大都未安装设置防坠落安全装置，当电动葫芦处于斜拉位置作业时，若斜拉角度较大或运行轮轴松脱、断裂及运行轮与主梁腹板间隙过大时，悬挂于起重机主梁上的电动葫芦极容易坠落，存在极大安全隐患。单梁起重机日常检查、维护保养不如桥式起重机方便，且操作为地面手动操作，一般无固定操作人员，发生故障或存在隐患不容易被发现，由于电动葫芦自重1T 左右，吊起重物后若发生坠落，后果非常严重，不堪设想。

防坠落装置的设计应用

1.装置设计

根据实际测量天车电动葫芦各项尺寸，以及葫芦与导轨的位置尺寸，计算预留空间大小。依据不同设备厂家的产品尺寸，在葫芦两个筋板两端加装两块较长的钢板，再通过螺栓，将两块钢板和两块L 型钩板连接，L 型钩板短边悬空于导轨上方。根据实际受力情况，钢板下部分会向内部位移，上部分会向外部位移，如图1 所示。故在两块L 型钩板之间，用螺杆将其连接起来，保证整个装置的连接刚度。同时，为了保证葫芦在工字梁全行程上畅通无阻，在装置安装时，L型钩板和导轨之间在垂直方向留有适当的间隙，考虑到若事故发生时电机坠落，这段行程越大对装置造成的冲击越大，故要尽可能减小这段行程，经过调试试验推荐间隙尺寸设定为30mm 左右。当运行中发生轮轴松脱、断裂或者运行轮与主梁腹板间隙过大时，运行轮滑出主梁下翼缘板或电动葫芦直接坠落，此时钩板牢牢挂住主梁下翼缘板，保证电动葫芦不坠落，避免发生坠落事故。

2.受力分析

为了不影响天车运行，该装置短边与主工字梁之间留有30 ～50mm 的空行程。天车工作时，按最大起重总质量M=4000kg（包含走行机构自身质量）作为计算依据，天车小车走行机构与单梁的连接失效时，整个电动葫芦在50mm 行程上，从自由落体到缓冲阶段并停止。考虑到该材料和结构的弹性，接触时间取0.5s，根据动能定理，得平均冲击载荷F1=mvt/t ≈7.92kN,取安全系数为5，则F1值39.6kN。在天车失效下落后，该防护装置受到的总力F2=F1+mg≈78.8kN。

图2 模拟受力情况

综上所述，装置设计结构满足设计要求，能够为天车运行起到安全保护作用。

3.防坠落安全装置的应用

根据仿真分析，考虑到冲击情况，防坠落安全装置的结构设计和强度满足要求。装置设计上考虑到在不同型号的天车上使用，在宽度和高度方向留有调整机构，安装简单，占用空间小，结构简洁实用，安装效果如图3 所示。

图3 安装效果图

经过在10 余部类似结构的天车上两年的使用验证，能有效保证天车小车走行部发生意外时不坠落，有效保护地面操作人员和设备部件的安全。

注意事项

1.安装操作注意事项

（1）该防坠落安全装置的由四大部分组成：L 型钩板、长方形钢板、螺栓和配套螺母、双头螺杆。其中，L 型钩板和长方形钢板材质须为Q235，螺栓要求使用8.8 级及以上高强度螺栓，其余材质不做特殊要求。

（2）为保证焊接后性能，长方形钢板和L 型钩板在焊接前需在焊接处提前加工出45°斜坡。

（3）安装和焊接前，将各个零部件的毛刺和表面锈迹等清除干净，并点检材料类型及数目是否正确。

（4）安装顺序为：焊接长方形钢板，并保持两块钢板平行，孔口对正，然后用螺栓安装一侧L 型钩板，同时穿入双头螺杆，最后安装另一侧L 型钢板。并紧固两侧所有螺母，再电焊螺栓螺母连接处。

（5）螺栓与螺母之间使用螺纹锁固剂进行防松防脱。

（6）安装时要根据电机导轨高度和宽度，调整L 型钩板位置，保证单侧L 型挂板与导轨水平距离≥50mm，与导轨垂直距离需控制在30 ～50mm 范围。

（7）焊接时，由于是高空焊接作业，注意焊渣飞溅，做好人员和天车电机的防护工作，同时应封闭下方车辆和人员通道，焊接完成后，需将铁屑焊渣等清理干净，对焊缝进行探伤确认。

（8）安装完成后，试运行天车，确认防护工装与导轨在合理间距内，且不干扰天车正常运行方可。

（9）日常在维护和检修电动葫芦时，应同时检查防坠落装置的螺栓紧固程度、焊缝情况和安全装置与导轨之间的距离是否在正常范围内，及时维护，发现装置钢板存在变形等问题应及时更换。

2.日常使用操作注意事项

（1）在无载荷的情况下，接通电源，开动并检查运转机构、控制系统和安全装置是否准确灵敏，如不准确需要进行调整，调整至安全可靠方可使用。

（2）不得沿主梁方向斜吊物品。

（3）不得超过起重机额定起重量运行。

（4）经常检查起重机各部位是否有异常现象，尤其是主端梁连接处，如果没有焊接更要经常检查。

（5）三个月用润滑脂润滑车轮轴承一次，在开式齿轮上应经常涂抹润滑脂保护。

（6）随时检查车轮，不应有裂缝、压痕及过分的磨损，上述缺陷深度超过3mm 时，应立即报废，更换新车轮。

（7）当起重机刹车不灵时，应调整电动机制弹簧的松紧度。

结束语

电动单梁起重机增设双保险防坠落安全装置设计，安装操作简单，经济成本很少，在发生意外情况时该装置能有效防止事故发生，由于其结构设计上有可调整方式，能够适用于多数电动单梁起重机安装，如果起重机械制造单位，维保、使用单位能予以考虑，则对提高起重机械本质安全性能十分有益。