大跨度板坯吊運(yùn)起重機(jī)啃軌分析及解決措施

李紅熙

（新疆德勤互力工業(yè)技術(shù)有限公司）

1 問題的提出

八鋼公司第二煉鋼廠120t轉(zhuǎn)爐產(chǎn)線板坯庫(kù)有5臺(tái)板坯吊運(yùn)起重機(jī)，在煉鋼工藝生產(chǎn)工序中主要負(fù)責(zé)板坯的吊運(yùn)工作，承擔(dān)著煉鋼廠4臺(tái)板坯連鑄機(jī)生產(chǎn)的板坯修磨、下線、轉(zhuǎn)運(yùn)、臨時(shí)儲(chǔ)存等任務(wù)。該板坯區(qū)域共有5部同規(guī)格型號(hào)的20+20t板坯吊運(yùn)起重機(jī)，起重機(jī)跨度37.75m，工作級(jí)別A7。煉鋼板坯區(qū)域5部20+20t起重機(jī)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行區(qū)域路線長(zhǎng)，4臺(tái)連鑄機(jī)滿負(fù)荷生產(chǎn)階段，板坯下線作業(yè)、板坯修磨調(diào)運(yùn)作業(yè)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常出現(xiàn)交叉吊運(yùn)情況。起重機(jī)利用率極高。起重機(jī)運(yùn)行啃軌現(xiàn)象較為嚴(yán)重，啃軌導(dǎo)致起重機(jī)車輪輪緣的快速磨損，在線使用壽命較短，頻繁更換車輪組造成該區(qū)域內(nèi)起重機(jī)設(shè)備故障率較高。為此，針對(duì)存在的問題進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)。

2 起重機(jī)運(yùn)行啃軌問題分析

第二煉鋼廠板坯庫(kù)建筑廠房全長(zhǎng)361m，軌道標(biāo)高11mm，起重機(jī)跨度37.75m，庫(kù)區(qū)東、西兩側(cè)及2#、3#連鑄機(jī)中間位置為板坯碼放區(qū)域，存放熱坯。新疆夏冬氣溫差異大，起重機(jī)運(yùn)行環(huán)境溫度差異大。板坯庫(kù)區(qū)域5部20+20t起重機(jī)跨度37.75m，工作級(jí)別A7,設(shè)備自重169.3t，大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)為2角驅(qū)動(dòng)，未設(shè)置導(dǎo)向糾偏裝置，因運(yùn)行機(jī)構(gòu)電氣控制產(chǎn)生的傳動(dòng)誤差造成的車架整體傾向一側(cè)跑偏，現(xiàn)場(chǎng)得不到有效的糾正?？熊墕栴}不僅造成車輪組輪緣的磨損，降低車輪組的在線使用壽命，還會(huì)造成電氣拖動(dòng)運(yùn)行阻力增大，電氣故障頻發(fā)。

2.1 工作環(huán)境對(duì)起重機(jī)運(yùn)行的影響分析

因二煉鋼生產(chǎn)板坯區(qū)域作業(yè)區(qū)域跨度大，同一個(gè)廠房?jī)?nèi)因板坯碼放地點(diǎn)的不同也存在局部環(huán)境溫差較大的現(xiàn)象，尤其是夏季生產(chǎn)階段，鋼坯存放區(qū)域因熱坯存放，熱量大量積聚導(dǎo)致夏季廠房上方平均溫度在50℃以上，廠房散通風(fēng)熱情況較差，導(dǎo)致局部高溫區(qū)域的起重機(jī)大車軌道受熱膨脹線性伸長(zhǎng)現(xiàn)象較為明顯，軌道受熱后產(chǎn)生的膨脹量得不到有效的釋放。由于壓軌器限制了軌道長(zhǎng)度方向的伸展，軌道拱起造成多處軌道壓軌器崩脫脫落，部分壓軌器缺失區(qū)域的軌道失去橫向固定定位作用產(chǎn)生橫向移位，導(dǎo)致軌距的變化超過了允許的軌道安裝公差（GB/T 10183-2005《橋式和門式起重機(jī)制造及軌道安裝公差》）。軌道向內(nèi)側(cè)或外側(cè)旁彎，造成軌距偏差，造成運(yùn)行經(jīng)過此區(qū)域的起重機(jī)車輪組發(fā)生啃軌。

通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量，板坯區(qū)域起重機(jī)軌道使用受環(huán)境溫度影響因素較大，冬季生產(chǎn)期間板坯軌道上方平均環(huán)境溫度約在-10℃，夏季高溫季節(jié)局部軌道最高環(huán)境溫度約在50℃，板坯區(qū)域作業(yè)環(huán)境溫差較大，夏季生產(chǎn)軌道受高溫環(huán)境影響受熱膨脹，冬季生產(chǎn)期間軌道受低溫環(huán)境因素影響受冷冷縮產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力造成軌道接頭斷裂，軌道接頭斷裂對(duì)運(yùn)行此區(qū)域的起重機(jī)造成較大的震動(dòng)，導(dǎo)致起重機(jī)故障率升高。鋼軌不受任何阻礙發(fā)生自由伸縮。自由伸縮量同鋼軌的長(zhǎng)度和軌溫變化度數(shù)成正比。

以基準(zhǔn)廠房室內(nèi)溫度20℃，計(jì)算夏、冬季的鋼軌自由伸縮量：△L＝αL△t（1）

式中：△L為鋼軌的自由伸縮量，mm；α為鋼軌的線膨脹系數(shù)，0.0118mm/m.℃；L為鋼軌長(zhǎng)度，m；△t為軌溫變化度數(shù)，℃。

（1）冬季平均-10℃計(jì)算軌道收縮量：

△L＝αL△t=0.0118×361×30=-127.794mm

（2）夏季平均+50℃計(jì)算軌道膨脹量：

△L＝αL△t=0.0118×361×30=127.794mm

則軌道最大伸縮量為255.588mm

理論計(jì)算軌道伸縮量為255.588mm，由于受到壓板固定的限制，將會(huì)給軌道接頭及本體產(chǎn)生較大的擠壓應(yīng)力及拉應(yīng)力，在薄弱點(diǎn)就會(huì)發(fā)生軌道斷裂及壓板崩脫現(xiàn)象。

2017年2月15日對(duì)板坯庫(kù)起重機(jī)軌道進(jìn)行了全面測(cè)量，軌距實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)（見表1），軌道正向偏差最大值+0.048m，負(fù)向偏差最大值-0.029m，均超過GB/T10183-2005《橋式和門式起重機(jī)制造及軌道安裝公差》基準(zhǔn)軌距±10mm的偏差范圍，其中個(gè)別柱列的軌道偏差嚴(yán)重超差。

表1 2017年2月15日板坯跨起重機(jī)軌道（4-22柱）測(cè)量數(shù)據(jù) m

GB/T 10183-2005《橋式和門式起重機(jī)制造及軌道安裝公差》第5條款規(guī)定了起重機(jī)軌道安裝公差。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的公差適用于新鋪設(shè)的起重機(jī)軌道，在使用過程中軌道偏差超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的20%，軌道必須矯正；在起重機(jī)運(yùn)行情況顯著惡化時(shí)，即使未超過允許偏差的20%，也需要矯正軌道。

（1）當(dāng)起重機(jī)軌道跨度小于或等于10m時(shí)，起重機(jī)軌道跨度的允許偏差為±3mm；（2）當(dāng)起重機(jī)軌道跨度大于10m時(shí)計(jì)算，起重機(jī)軌道跨度的允許偏差，但最大不應(yīng)超過±15mm。

△S=±〔3+0.25（S-10）〕

式中：△S為起重機(jī)跨度的允許偏差,mm；S為起重機(jī)軌道跨度,m。

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范軌道安裝公差的規(guī)定，通過計(jì)算，120t轉(zhuǎn)爐板坯庫(kù)軌道安裝允許偏差范圍值為：△S=±10mm。120t轉(zhuǎn)爐板坯庫(kù)軌道中心線安裝、測(cè)量精度控制在37.75m±10mm。通過計(jì)算，進(jìn)一步證明軌道在使用過程中產(chǎn)生的偏差嚴(yán)重超標(biāo)，是導(dǎo)致該區(qū)域起重機(jī)啃軌的主要原因。

2.2 設(shè)備因素影響分析

2017年4月，120t轉(zhuǎn)爐區(qū)域板坯庫(kù)20+20t 3#起重機(jī)發(fā)生頻繁啃軌故障；平均更換車輪組在線使用壽命只有15天，頻繁更換車輪組對(duì)生產(chǎn)造成極大的影響，且增加了備件成本消耗，增加了維護(hù)工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

為此，對(duì)2部起重機(jī)的具體傳動(dòng)結(jié)構(gòu)布置形式進(jìn)行了分析，起重機(jī)傳動(dòng)裝置布置形式如圖1所示。

圖1 起重機(jī)傳動(dòng)裝置布置示意圖

板坯庫(kù)區(qū)域5部20+20t起重機(jī)跨度37.75m，工作級(jí)別A7,設(shè)備自重169.3t，大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)為2角驅(qū)動(dòng)，未設(shè)置導(dǎo)向糾偏裝置。大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)兩角驅(qū)動(dòng)，兩側(cè)的車輪運(yùn)行線速度存在一定的誤差，其中包括車輪直徑磨損后造成的線速度累計(jì)誤差、電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速的傳動(dòng)誤差，減速器運(yùn)行嚙合齒輪的累計(jì)誤差、運(yùn)行阻力導(dǎo)致的誤差等。

通過多次現(xiàn)場(chǎng)仔細(xì)觀察車輪啃軌的運(yùn)行趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)20+20t 3#起重機(jī)偏斜運(yùn)行，車輪組輪緣兩側(cè)均產(chǎn)生了嚴(yán)重的磨損，這與比較常見的車輪組偏向一側(cè)運(yùn)行的車輪輪緣磨損狀況不同，再觀察車輪的運(yùn)行軌跡，并對(duì)大車傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行仔細(xì)檢查，進(jìn)一步查找20+20 3#起重機(jī)嚴(yán)重磨損的具體原因。

（1）電氣控制參數(shù)檢查：2部起重機(jī)大車傳動(dòng)控制采用西門子變頻控制系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速n=735r/min，變頻器裝置為6SE70系列，變頻器1擋輸出頻率5Hz，對(duì)應(yīng)輸出轉(zhuǎn)速為10%；2擋輸出頻率12.5Hz，對(duì)應(yīng)輸出轉(zhuǎn)速為25%；3擋輸出頻率25Hz，對(duì)應(yīng)輸出轉(zhuǎn)速為50%；4擋輸出頻率5Hz，對(duì)應(yīng)輸出轉(zhuǎn)速為100%；該變頻裝置采用一拖二控制電氣控制設(shè)計(jì)（即1臺(tái)變頻器電氣拖動(dòng)2臺(tái)電動(dòng)機(jī)），因此認(rèn)為電氣控制系統(tǒng)運(yùn)行正常。

（2）對(duì)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)檢查：20+20t 3#起重機(jī)兩側(cè)電動(dòng)機(jī)雖然是統(tǒng)一規(guī)格型號(hào)的電動(dòng)機(jī)，但是由不同制造廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品，功率、電機(jī)安裝尺寸均一致，但經(jīng)過轉(zhuǎn)速檢測(cè)發(fā)現(xiàn)電機(jī)的額定輸出轉(zhuǎn)速存在一定的偏差，兩側(cè)高速軸輸出轉(zhuǎn)速相差13r/min見表2。

表2 20+20t 3#起重機(jī)大車傳動(dòng)機(jī)構(gòu)參數(shù)對(duì)照表

查閱原車傳動(dòng)參數(shù)，20+20t起重機(jī)原設(shè)計(jì)大車運(yùn)行速度V=80m/min，計(jì)算大車系統(tǒng)兩側(cè)運(yùn)行速度。

V大車=n電機(jī)πD/i （2）

式中：V大車為大車運(yùn)行速度，m/min；n電機(jī)為電機(jī)額定輸出轉(zhuǎn)速，r/min；D為車輪直徑，m；i為減速器速比。

左側(cè)：V大車=735×3.14×0.7/20=80.77m/min

右側(cè)：V大車=722×3.14×0.7/20=79.34m/min

則：V左-V右=80.77-79.34=1.43m/min

通過計(jì)算得出,因兩側(cè)電動(dòng)機(jī)額定輸出轉(zhuǎn)速不同造成兩側(cè)傳動(dòng)裝置線速度差達(dá)到1.43m/min，即單位時(shí)間內(nèi)左側(cè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行線速度比右側(cè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)多出1.43m/min?；鶞?zhǔn)速度722m/min，起重機(jī)雙向運(yùn)行，實(shí)際運(yùn)行中以右側(cè)為基點(diǎn)，因左側(cè)速度差值造成的運(yùn)行軌跡不是直線運(yùn)動(dòng)，而是圓周運(yùn)動(dòng)軌跡，形成了一定的規(guī)律偏斜運(yùn)行，造成車輪組輪緣兩側(cè)均產(chǎn)生了嚴(yán)重的磨損，這與常見的車輪組偏向一側(cè)運(yùn)行的車輪輪緣磨損狀況不同。

另外，現(xiàn)場(chǎng)車輪的頻繁更換、車輪組安裝原始基準(zhǔn)發(fā)生偏差，導(dǎo)致車輪安裝位置偏差，同一側(cè)的4組車輪組的安裝基準(zhǔn)不在同一條直線上，也造成了車輪組的偏斜運(yùn)行啃軌，設(shè)備維修、運(yùn)行造成的起重機(jī)偏斜運(yùn)行啃軌次要原因。

3 解決措施

通過系統(tǒng)性的分析，針對(duì)環(huán)境因素及設(shè)備因素對(duì)起重機(jī)正常運(yùn)行的影響，制定了相應(yīng)的改進(jìn)措施。

3.1 改善起重機(jī)運(yùn)行環(huán)境的措施

（1）針對(duì)起重機(jī)軌道現(xiàn)狀，制定了《第二煉鋼廠板坯庫(kù)軌道起重機(jī)啃軌攻關(guān)技術(shù)方案》，該技術(shù)方案對(duì)施工工藝、過程進(jìn)行嚴(yán)格質(zhì)量控制。

（2）二煉鋼120t轉(zhuǎn)爐板坯跨跨度L=37750±10mm，軌道調(diào)整控制軌距的尺寸在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)（L=37750±10mm），每隔6m進(jìn)行打點(diǎn)測(cè)量檢測(cè)，保證軌距安裝誤差在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。

（3）軌距調(diào)整方法及措施：調(diào)整一側(cè)軌道的平直度，并焊接補(bǔ)充壓軌器固定軌道，每隔6m在軌道兩側(cè)焊接1處軌道定位塊，高度不大于20mm，定位塊尺寸B=50mm，長(zhǎng)度L=100mm，縱向?qū)ΨQ布置焊接在軌道梁上，以限制高溫區(qū)域壓板脫落后軌道橫向位移，保證軌距始終控制在規(guī)定的偏差范圍內(nèi)。

（4）軌道伸縮的控制措施：在廠房雙列柱處東、西兩側(cè)共設(shè)置4處伸縮接頭，錯(cuò)開布置，伸縮接頭預(yù)留50～80mm接頭縫隙，預(yù)留冬夏季伸縮量，以補(bǔ)償消除軌道熱脹冷縮產(chǎn)生的較大的拉壓應(yīng)力，避免軌道接頭的斷裂。

（5）焊接補(bǔ)充現(xiàn)場(chǎng)缺少的壓軌器，要求底座焊接牢固，緊固螺栓，并打好斜鐵。全部焊接工作結(jié)束后，復(fù)測(cè)軌距實(shí)際尺寸是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

（6）編制《軌道焊接技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，現(xiàn)場(chǎng)施工嚴(yán)格控制焊接工藝，實(shí)行過程監(jiān)督，保證焊接質(zhì)量，并按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收后投入使用。

3.2 保障設(shè)備正常運(yùn)行的措施

（1）電動(dòng)機(jī)上線前，嚴(yán)格檢查各項(xiàng)參數(shù)是否一致，并測(cè)試實(shí)際轉(zhuǎn)速，以保證電動(dòng)機(jī)輸出的實(shí)際轉(zhuǎn)速一致，避免兩側(cè)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差造成的啃軌。

（2）車輪組上線前對(duì)車輪組的各部位裝配尺寸進(jìn)行檢測(cè)驗(yàn)收，控制車輪組裝配精度質(zhì)量。

（3）提高現(xiàn)場(chǎng)車輪裝配定位精度，并測(cè)量車輪組的相對(duì)位置，避免車輪組定位偏離原基準(zhǔn)造成的車輪組偏斜運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

在實(shí)施改進(jìn)過程中，嚴(yán)格執(zhí)行起重機(jī)軌道施工要求及設(shè)備檢修標(biāo)準(zhǔn)，控制軌道檢修施工基礎(chǔ)質(zhì)量。該區(qū)域因起重機(jī)車輪組因嚴(yán)重啃軌事故的設(shè)備事故沒有再發(fā)生，120t轉(zhuǎn)爐板坯庫(kù)區(qū)域起重機(jī)長(zhǎng)期存在的車輪啃軌現(xiàn)狀明顯改善。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，軌道因季節(jié)交替溫度急劇變化造成的軌道斷裂故障降低90%以上，板坯區(qū)域內(nèi)5部起重機(jī)因啃軌原因造成的車輪組更換檢修降低為2次/月以下，車輪組在線使用壽命較實(shí)施改進(jìn)前大幅度提高。通過加強(qiáng)對(duì)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)培訓(xùn)，點(diǎn)檢和維護(hù)人員技術(shù)能力不斷提高，通過規(guī)范軌道檢修作業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，使設(shè)備管理和維護(hù)實(shí)現(xiàn)高效化，保證了設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。