起重机起升机构卷筒的优化设计

起重机起升机构卷筒的优化设计

郁扬

天津市特种设备监督检验技术研究院天津市300192

摘要：随着社会经济的发展，我国的冶金行业有了很大进展，对起重机设备的应用也越来越广泛。本文介绍了冶金行业铸造起重机和普通桥式起重机的起升机构中卷筒的作用，对卷筒的布置及结构设计进行了详细说明，提出了更加优化合理的设计思路，避免由于设计不合理导致起升卷筒在后期使用中出现一些较难解决的问题。

关键词：铸造起重机；桥式起重机；起升机构；焊接卷筒

引言

随着转炉炼钢和电炉炼钢技术的发展，各大钢厂的生产规模逐渐扩大，对起重机的工作性能提出了更新、更高的要求。为了满足炼钢工艺对铸造起重机提出的要求，各起重机设计单位已经开始对铸造起重机进行优化设计，尽量减小起重机的故障率。

1设备安全管理的重要性

起重机械的安全使用越来越受到企业重视，国家相关部门也出台了《特种设备安全法》《特种设备安全监察条例》《特种设备事故报告和调查处理决定》《特种设备作业人员监督管理规定》《起重机械安全监察规定》《起重机械安全规程》《起重机械使用管理规则》《起重机械安装改造重大修理监督检验规则》《起重机械定期检验规则》等法律法规及条例。笔者单位也出台了特种设备安全管理办法，以指导企业加强对特种设备的安全管理。

2门架系统具体实施

叉架需要起升或下降时，控制系统向电动机发送控制指令，电动机牵引钢丝绳实现门架的起升或下降。门架起升时，控制系统向电动机发送指令，使电动机正转，电动机带动减速器、二联卷筒牵引钢丝绳使叉架和内门架起升。门架降落时，控制系统向电动机发送指令，使电动机反转，电动机牵引钢丝绳，使叉架和内门架下降，当叉架和门架降到最低位置时，控制系统向电动机发送指令，电动机停止转动。装货时，门架前倾角度为5°～6°，门架后倾角度为10°～12°。电动机带动变速器，变速器与齿轮通过联轴器连接，齿轮与直齿滑块啮合，齿轮正转，推动直齿滑块前移，从而推动门架向前倾;货叉到达能起升货物的位置时，齿轮反转推动直齿滑块后移，从而推动门架向后倾。

3卷筒轴的优化设计

卷筒最薄弱的环节是卷筒轴，卷筒在旋转过程中有加速和减速环节，由于加速度的大小的变化，卷筒受到的冲击和钢丝绳传递的力也会发生变化，所以卷筒轴传递的支反力F3为交变载荷。卷筒在交变载荷的工况下，长时间的运行工作，最容易发生故障的环节就是卷筒轴这里，根据某个钢厂的实际使用经验反馈，使用频率较高的卷筒装置，在使用10年的时间后，检测发现有的卷筒短轴处出现裂纹缺陷，继续使用将导致卷筒轴断裂。针对卷筒短轴出现裂纹的情况，进行了理论设计的计算分析，计算结果是满足设计规范的相关要求。但是由于生产车间的工况比较复杂，卷筒短轴还是出现裂纹缺陷，现在对卷筒短轴进行了优化设计。优化前卷筒轴由于轴承定位的需要，加工出了一个轴肩，轴肩处截面变化较大，卷筒轴在受载时，应力集中系数相对较大，所以裂纹出现在轴肩处。优化后的结构，截面变化相对较小，卷筒轴在受载时，应力集中系数相对较小，所以出现裂纹的可能性大大减小。卷筒的使用寿命相对延长。

4建筑塔吊维护修理中存在的安全隐患

在使用一些建筑塔吊时，因塔吊老旧、设计等原因，或设备未定期维护修理，也会使建筑塔吊在维护修理中存在安全隐患。某外租建筑塔吊在现场使用时，塔吊最大吊重10t，出厂使用已经6年左右，到现场前，出租方对全机也做了防锈油漆处理。现场塔吊安装高度约40m，吊钩4倍率，当时吊一装满扣件的箱件，起重指挥司机落钩，操作司机按指挥操作时，吊钩不受控制而自由坠落，同时司机也听到了塔机运转声音不正常，有异响，这时司机急忙操作停止、急停按钮，但不起作用。幸好吊物不重，吊钩钩绳穿的是4倍率，及司机及时转车，吊物落到无人处，才没发生人员伤亡事故。事后厂家派人检查，发现是起升机构的螺旋锥齿减速器输入轴承损坏，导致减速器与电机输出轴齿轮分离，卷筒不受电机控制。另卷筒上没有制动装置，从而导致吊钩及吊物自由落体坠落。塔吊传动机构没进行定期维护保养、及设计，存在使用安全隐患。

5避免出现设计不合理问题

卷筒设计中还应该考虑卷筒更换和维修的方便性，列举以下几个不合理的结构供设计时参考，以后设计中避免出现类似的问题。1）卷筒安装使用后，当卷筒出现故障时，无法直接拆除卷筒。设计卷筒装置时，必须考虑到更换卷筒时，如何将现有卷筒拆除的方案。方案一：B＞C卷筒可以直接水平向右拆除。方案二：若C＞B，必须同时满足E＞D和A＞（C-B）两个条件，才能将卷筒直接拆除，拆除路线是先向右移动，然后向上移动，最后向右移动。2）当卷筒直径较大时，应该将卷筒短轴侧的法兰设计较大的开孔，方便维保人员可以钻进去，进行检查的维修保养。

6加强特种设备作业人员的安全技术教育培训

加强特种设备作业人员(起重机械司机)的安全技术教育培训及保证起重机械的安全保护装置完好、起重机械老旧使用管理等是起重机械管理的重点。在对操作司机的培训中，特别是针对新设备，一定要对司机、安装拆卸人员等相关人员加强技术教育培训，至少需保证其能熟练掌握安装、拆卸关键工作，否则就容易出现安全事故。在大型履带吊塔式工况组装中，一般安装副臂后支撑架防后倾杆时，应根据主臂的长度调节支撑架防后倾杆的长度，后支撑架防后倾杆一般有3个安装销孔，运输位置销孔、主臂长度为21～33m，主臂长度36～61m两个安装销孔，对于新设备，由于厂家培训不够、安装施工方案操作性不强、交底不清、技术负责人及司机对说明书不认真看，往往对这个安装销孔位置不重视，如主臂48m时安装销子孔应为36～61m这个销孔位置，但却安装在21～33m这个销孔位置上，司机起扳起来后，就会造成后支撑架变形损坏。发现后支撑架损坏，需要立即降臂，若不采取措施也会非常危险。如果司机在起扳后不仔细检查履带吊臂杆情况就去进行吊装作业，就会造成严重设备及人员伤亡事故。起重机械安全保护装置在履带吊、塔式起重机、门式起重机中最常用的是力矩限制器、重量限制器、幅度限位器、高度限位器等。在现场使用的特种设备中，使用最多的是履带吊、塔式起重机、门式起重机，一个大型工程使用的起重机械达十几台，如果操作司机操作不当或起重机械的安全保护装置的损坏就容易发生安全事故。

结束语

综上所述，卷筒轴结构的优化设计，是为了减小应力集中系数，从结构设计上避免出现轴类零件截面突变的设计，这样就减小了应力集中系数，从而可以提高轴类零件的使用寿命。卷筒结构的改进和变截面卷筒设计的出现，解决了目前铸造起重机改造过程中加装安全制动器，但客观条件不允许增加起重机高度的问题。大直径卷筒的设计应考虑到后期维修保养的方便性，在卷筒设计时，考虑开孔能否满足检修人员通过，方便后续的维修和保养。

参考文献

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