科尼85 t冶金吊安全技術(shù)探討

劉松平，張誠(chéng)

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 貴溪冶煉廠，江西貴溪335424）

貴溪冶煉廠二系統(tǒng)熔煉車間引進(jìn)的芬蘭科尼85 t冶金吊已安全穩(wěn)定運(yùn)行多年。作為對(duì)安全穩(wěn)定性要求極高的特種設(shè)備，科尼85 t冶金吊的機(jī)械運(yùn)行方式、各種安全聯(lián)鎖保護(hù)方面依舊較國(guó)產(chǎn)設(shè)備先進(jìn)。如該設(shè)備變頻器內(nèi)置防晃軟件來(lái)控制大車的行走，其控制效果較國(guó)產(chǎn)設(shè)備更精準(zhǔn)、穩(wěn)定，既可有效防范吊運(yùn)銅包時(shí)的銅水散落風(fēng)險(xiǎn)，也能保證作業(yè)效率。為了進(jìn)一步優(yōu)化國(guó)產(chǎn)設(shè)備的研發(fā)，本文擬從安全技術(shù)、起升控制、安全維護(hù)等方面對(duì)該廠科尼85 t冶金吊的設(shè)計(jì)理念及維護(hù)模式進(jìn)行探討。

1 科尼冶金吊安全技術(shù)特點(diǎn)

科尼85 t冶金吊的安全穩(wěn)定運(yùn)行是保證煉銅生產(chǎn)不間斷的關(guān)鍵。該設(shè)備的結(jié)構(gòu)合理，維修迅速方便，為保證銅包吊運(yùn)的平穩(wěn)性，除通過(guò)采用變頻器來(lái)調(diào)整速度和加速度外，還在冶金吊運(yùn)行過(guò)程中使用了防晃設(shè)計(jì)，防止加減速時(shí)銅水外溢。在滾筒結(jié)構(gòu)上，該設(shè)備使用兩組對(duì)稱的卷筒滑輪系統(tǒng)，并使其保持同步運(yùn)行，從而保證了設(shè)備工作的穩(wěn)定性和安全性。主起升機(jī)構(gòu)采用了兩套驅(qū)動(dòng)聯(lián)鎖的配置，使兩套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)既能各自獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)，又保持了最直接的機(jī)械同步。在1套驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)生事故的情況下，另1套機(jī)構(gòu)能在短期內(nèi)驅(qū)動(dòng)，承擔(dān)起全部負(fù)荷，而不會(huì)造成突然墜落或工作停頓的情況[1]。科尼85 t冶金吊鋼絲繩使用四繩八輪設(shè)計(jì)，突發(fā)情況下斷裂1根鋼絲繩，負(fù)載也不會(huì)掉落，行車可將負(fù)載轉(zhuǎn)移至安全區(qū)域，放下負(fù)載后再進(jìn)行維修。

2 科尼冶金吊運(yùn)行分析

2.1 起升機(jī)構(gòu)組成與控制

科尼冶金吊起升機(jī)構(gòu)減速箱及安裝于低速軸上的卷筒，組成1個(gè)剛性且均衡的結(jié)構(gòu)。整個(gè)單元利用3個(gè)支承點(diǎn)（減速箱驅(qū)動(dòng)端、自由側(cè)軸承座、支撐軸承）安裝于小車上。這種固定方式可適應(yīng)具有一定彈性的小車結(jié)構(gòu)。在負(fù)載調(diào)運(yùn)過(guò)程中，卷筒會(huì)持續(xù)受到軸向力，并通過(guò)這種結(jié)構(gòu)有效地消除應(yīng)力的沖擊。卷筒安裝示意如圖1所示。

圖1 卷筒安裝示意

科尼85 t冶金吊主卷?yè)P(yáng)使用1臺(tái)雙輸入軸三級(jí)減速箱，主起升卷筒配備有2臺(tái)電機(jī)和2個(gè)變頻器。這種設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)由1臺(tái)電機(jī)控制全部負(fù)載的起重，且在緊急情況下可通過(guò)差速齒輪變頻器來(lái)確保安全起重。雙梁起重機(jī)橫動(dòng)機(jī)構(gòu)采用冗余設(shè)計(jì)，分為2個(gè)機(jī)組，一旦出現(xiàn)緊急情況，起重機(jī)可由其中一半的電機(jī)組驅(qū)動(dòng)。

2.2 安全制動(dòng)器控制方式

起升機(jī)構(gòu)中的制動(dòng)器主要用作恒速制動(dòng)，僅在緊急停車時(shí)才作為止動(dòng)閘。制動(dòng)控制方式如圖2所示，采用直流線電壓全波/半波整流器Voltage range；電壓范圍在200～690 V，輸出電壓UDC為全波整流0.90UAC，半波整流0.45UAC；最大電流為1.5 A。

圖2 控制器原理

當(dāng)制動(dòng)器打開(kāi)時(shí)，制動(dòng)接觸器K7將兩相電源電壓接在端子1、2、3上，使該裝置成為全波整流器。全波方式可用來(lái)快速打開(kāi)制動(dòng)器。此外，制動(dòng)接觸器還將端子4和5短接，從而形成直流電路。在時(shí)間延遲以后（一般為0.3 s），制動(dòng)接觸器的延遲觸點(diǎn)斷開(kāi)，使端子3上的電壓中斷，整流器變成半波型。半波運(yùn)行可防止制動(dòng)線圈發(fā)熱，并足以使制動(dòng)器保持打開(kāi)。

若需將制動(dòng)器閉合，則可由制動(dòng)接觸器來(lái)斷開(kāi)端子1和2上的電源電壓，釋放后的制動(dòng)接觸器也斷開(kāi)了制動(dòng)線圈直流電路，從而使制動(dòng)器加速閉合。這里安裝可調(diào)電阻的目的在于對(duì)各只K7觸點(diǎn)和制動(dòng)線圈進(jìn)行過(guò)電壓保護(hù)[2]。

2.3 行車控制變頻器

科尼85 t冶金吊采用的是專用變頻器（D2H型）。該變頻器分為5個(gè)模塊：1）制動(dòng)控制模塊。該模塊用于控制盤式制動(dòng)器的剎車接觸器，還包括了制動(dòng)器直流整流器。2）電阻模塊。該模塊配置有外置與內(nèi)置剎車電阻，起動(dòng)電阻器由板式電阻元件組成,控制電路的電阻是陶瓷線電阻。3）控制模塊。按鈕由電位計(jì)通過(guò)搖桿電位計(jì)控制PLC和檔位的無(wú)級(jí)遙控進(jìn)行控制。4）限位開(kāi)關(guān)模塊。該模塊控制行車行走雙向減速和停止功能。 5）速度檢測(cè)與保護(hù)模塊。該模塊包括了行車卷?yè)P(yáng)升降及行走速度檢測(cè)單元和熱保護(hù)單元。它跟變頻器是分開(kāi)的，也不依賴系統(tǒng)軟件，主要用于監(jiān)控馬達(dá)的速度，包括引起的速度差異。當(dāng)發(fā)生超速或失速等狀況后，其會(huì)反饋至變頻器上控制機(jī)構(gòu)的馬上停止功能。

2.4 行車大車行走驅(qū)動(dòng)裝置

科尼冶金吊大車行走驅(qū)動(dòng)采用四驅(qū)“三合一”方式[3]，可以有效地提高行車平臺(tái)的空間利用率、減少設(shè)備數(shù)量、降低故障率，但也會(huì)提高后期維護(hù)成本等，“三合一”減速機(jī)結(jié)構(gòu)如圖3所示。在這種四驅(qū)形式下，即使出現(xiàn)1臺(tái)驅(qū)動(dòng)故障的情況，短時(shí)間內(nèi)也不會(huì)影響行車的正常運(yùn)行。技術(shù)人員將故障電機(jī)制動(dòng)器解除后，可在生產(chǎn)允許的情況下再進(jìn)行檢修。

圖3 “三合一”減速機(jī)結(jié)構(gòu)

3 安全操作規(guī)程

制定安全操作規(guī)程，并對(duì)設(shè)備操作者進(jìn)行基本的培訓(xùn)是保障設(shè)備操作不違反任何安全操作規(guī)程及常識(shí)，確保維修計(jì)劃正常執(zhí)行的必要措施。操作者的培訓(xùn)內(nèi)容應(yīng)包括需要進(jìn)行調(diào)節(jié)和修理的潛在故障的相關(guān)知識(shí)、出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)釆取的正確措施等。與此同時(shí)，配之以周期檢查程序、預(yù)防性的維修保養(yǎng)，能保證科尼85 t冶金吊的穩(wěn)定安全運(yùn)行。

操作人員應(yīng)注意：在不必要的情況下，不要改變起重機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。起升電機(jī)通常是高轉(zhuǎn)矩、高滑失率的電機(jī)，每次起動(dòng)產(chǎn)生的沖擊電流遠(yuǎn)高于正常運(yùn)行電流。若持續(xù)超負(fù)荷，將導(dǎo)致過(guò)熱、熱故障或燒毀。若出現(xiàn)異常情況或故障時(shí)，如異常噪音、運(yùn)行不穩(wěn)定、運(yùn)行方向錯(cuò)誤或部件明顯損壞等，應(yīng)停止使用小車，進(jìn)行徹底檢查修理。建立日常維修檢查程序，特別注意吊鉤、吊繩、鏈條、剎車及限位開(kāi)關(guān)，并保留維修檢查記錄。操作之前檢查鋼絲繩或鏈條的支架是否安裝正確，是否有扭轉(zhuǎn)、打結(jié)、磨損或其他問(wèn)題。

4 日常維護(hù)事項(xiàng)

4.1 鋼絲繩的維護(hù)

每3個(gè)月檢查1次鋼絲繩，特別注意鋼絲繩的停靠點(diǎn)位置。若已經(jīng)有1根鋼絲斷裂，則必須每個(gè)月檢查1次。高負(fù)荷運(yùn)行的起重機(jī)必須每月或每周檢查1次。

由于鋼絲繩一直處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其所受應(yīng)力也處于變化之中，尤其是暴露在腐蝕性空氣中的鋼絲繩，由于表面金屬腐蝕，更容易造成鋼絲的崩斷。對(duì)鋼絲繩進(jìn)行檢查時(shí)，在其磨損最嚴(yán)重的區(qū)域中可見(jiàn)鋼絲斷裂根數(shù)達(dá)到表1所給出的相應(yīng)指標(biāo)時(shí)，則必須進(jìn)行更換。

表1 鋼絲繩斷絲參照值

正常運(yùn)行的鋼絲繩可以通過(guò)合理的潤(rùn)滑來(lái)提高壽命[4]，尤其是對(duì)連續(xù)使用的粗鋼絲繩進(jìn)行潤(rùn)滑，可以顯著地降低鋼絲繩更新成本。在通常情況下，每6個(gè)月潤(rùn)滑1次鋼絲繩即可。但如果鋼絲繩所處工作環(huán)境屬于腐蝕、高溫、銅水飛濺、充滿粉塵等惡劣環(huán)境，日常工作運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，則必須縮短潤(rùn)滑周期。如果起重機(jī)長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)工作，開(kāi)動(dòng)前也須檢查是否充分潤(rùn)滑。當(dāng)鋼絲繩位于潤(rùn)滑油滴落會(huì)有害的地方時(shí)，可以不潤(rùn)滑，但應(yīng)更頻繁地檢查鋼絲繩磨損情況。潤(rùn)滑時(shí)，把繩子從加熱過(guò)的浸油碎布中拖過(guò)效果更好，之后用干凈的抹布擦拭。

4.2 彈性柱銷聯(lián)軸器的安裝及檢測(cè)

彈性柱銷聯(lián)軸器是利用若干非金屬?gòu)椥圆牧现瞥傻闹N，置于兩半聯(lián)軸器凸緣孔中，通過(guò)柱銷實(shí)現(xiàn)兩半聯(lián)軸器連接。其中，半邊聯(lián)軸器的外表面帶有連接孔，形成制動(dòng)鼓；另半邊聯(lián)軸器連接上的裝置是可拆卸的，并且不產(chǎn)生軸向位移。力矩通過(guò)聯(lián)軸器及柱銷傳遞[5]。

在將半邊聯(lián)軸器安裝到芯軸上之前，要確認(rèn)軸端的尺寸并保證軸與鍵槽、鍵相對(duì)位置在同一平面上，特別是對(duì)于大尺寸的聯(lián)軸器，這點(diǎn)非常重要。根據(jù)配合公差，將半邊聯(lián)軸器加熱到80～120℃保證孔膨脹量達(dá)到裝配要求。小的聯(lián)軸器可以從螺線中心孔拉裝到芯軸上，檢查已裝到芯軸上的兩半聯(lián)軸器的徑向偏心。將兩半聯(lián)軸器在不平衡的同一側(cè)用柱銷鎖住。安裝完畢后，用一個(gè)專門的安裝板來(lái)保證聯(lián)軸器精確地安裝到機(jī)器上，用塞規(guī)、標(biāo)尺、量規(guī)、千分卡等來(lái)檢查安裝的精度，如圖4所示。正常情況下，安裝最大的允許偏差見(jiàn)表2。

表2 安裝允許最大偏差 mm

圖4 聯(lián)軸器測(cè)量示意

4.3 盤式制動(dòng)器安全檢查

盤式制動(dòng)器在無(wú)載荷情況下至少進(jìn)行20次剎車循環(huán)，在50%的額定負(fù)載下最少進(jìn)行100次剎車循環(huán)，在全負(fù)載情況下進(jìn)行最少20次剎車循環(huán)。制動(dòng)器必須逆著旋轉(zhuǎn)的鼓或圓盤工作，且必須為連續(xù)工作。這個(gè)程序特別用于襯套里的運(yùn)轉(zhuǎn)。襯套接觸面積必須大于70%。盤式制動(dòng)器維護(hù)檢查的要點(diǎn)為：1）檢查推進(jìn)器的保留行程；2）檢查補(bǔ)償裝置；3）檢查螺栓連接情況；4）檢查運(yùn)行噪音是否正常；5）檢查制動(dòng)器襯套與制動(dòng)鼓/盤之間的間隙；6）檢查制動(dòng)器釋放位置連桿調(diào)節(jié)螺絲。

5 科尼冶金吊安全設(shè)計(jì)理念

5.1 安全測(cè)試

將吊鉤或吊具升至適當(dāng)高度，以確保通道暢通；但不得將吊鉤升至安全上限位。這是因?yàn)槠鹬貦C(jī)在室外或溫度較低的室內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間停用后，起動(dòng)時(shí)須首先向上運(yùn)行。

將所有控制器置于零位，按下停止按鈕使主接觸器斷開(kāi)，斷開(kāi)控制電流和主電流的安全開(kāi)關(guān)。當(dāng)起重機(jī)停在空中時(shí)，制動(dòng)器應(yīng)處于制動(dòng)狀態(tài)。行車運(yùn)行如有任何故障，應(yīng)立刻通知指揮者；起重機(jī)運(yùn)行時(shí)如有任何故障，應(yīng)避免起重機(jī)急停，并通知下一位駕駛員和維修人員?？刂破鞯目焖贆n是運(yùn)行檔，慢速檔僅用于短時(shí)運(yùn)行。出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)用慢檔來(lái)實(shí)行短時(shí)和急動(dòng)要求。不要讓控制器停留在檔位之間。若出現(xiàn)任何危險(xiǎn)，操作人員應(yīng)按下停車按鈕停止起重機(jī)的所有運(yùn)行，為保證行車的安全穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)定期帶負(fù)載進(jìn)行安全檢測(cè)[6]。

5.2 多重安全保護(hù)

1）行車主起升卷筒減速箱使用雙輸入同步驅(qū)動(dòng)，通過(guò)電氣變頻器檢測(cè)2個(gè)電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)的偏差，以提升失速保護(hù)。

2）減速箱輸入軸增加機(jī)械失速保護(hù)裝置，通過(guò)主提升電機(jī)變頻器、卷筒失速開(kāi)關(guān)、負(fù)載開(kāi)關(guān)等裝置進(jìn)行多重檢測(cè)連鎖及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，通過(guò)報(bào)警、急停等方式達(dá)到安全目標(biāo)。

3）主提升卷筒自由側(cè)安裝2臺(tái)進(jìn)口安全制動(dòng)器，行車正常運(yùn)行時(shí)與主驅(qū)動(dòng)制動(dòng)器同步動(dòng)作，防止突發(fā)情況無(wú)安全制動(dòng)。

4）主提升鋼絲繩使用4根Φ23 mm進(jìn)口鋼絲繩，當(dāng)1根鋼絲繩斷裂后，負(fù)載不會(huì)墜落，可將負(fù)載放下后進(jìn)行鋼絲繩的更換，進(jìn)一步提升冶金吊安全系數(shù)。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，科尼冶金吊在設(shè)計(jì)之初就通過(guò)電氣、操作、機(jī)械等多重疊加保護(hù)措施，不斷降低使用安全風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)了冶金吊在使用全壽命期間安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文詳細(xì)分析了科尼冶金吊的設(shè)計(jì)、制造理念和安全防護(hù)措施，對(duì)拓展我國(guó)自主研發(fā)的冶金吊等特種設(shè)備的設(shè)計(jì)思路，不斷提升冶煉行業(yè)行車安全設(shè)計(jì)能力，防范因冶金吊安全設(shè)計(jì)缺陷而出現(xiàn)不可挽回的安全事故具有積極意義。