棘輪棘爪裝置在鑄造起重機(jī)上的應(yīng)用

谷晉林， 牛愛珍

（太原重工技術(shù)中心， 山西 太原 030024）

生產(chǎn)實(shí)踐·應(yīng)用技術(shù)

棘輪棘爪裝置在鑄造起重機(jī)上的應(yīng)用

谷晉林， 牛愛珍

（太原重工技術(shù)中心， 山西 太原 030024）

簡(jiǎn)要介紹了棘輪棘爪裝置的工作原理及在鑄造起重機(jī)上的應(yīng)用，從鑄造起重機(jī)使用棘輪棘爪歷史到現(xiàn)在，分析了棘輪棘爪裝置在整車電氣系統(tǒng)無調(diào)速狀況下使用及在有調(diào)速狀況下不使用的優(yōu)缺點(diǎn)和利弊。

棘輪棘爪 鑄造起重機(jī) 應(yīng)用

《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》和《冶金起重機(jī)技術(shù)條件》中，要求在吊運(yùn)液態(tài)金屬的鑄造起重機(jī)上，主起升機(jī)構(gòu)為了保證鋼包不至于因一套驅(qū)動(dòng)裝置（電動(dòng)機(jī)）損壞，而使吊運(yùn)的鋼水和鋼包因凝固而報(bào)廢，須采用兩套驅(qū)動(dòng)裝置（見圖1）。在一套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)損壞的情況下，另一套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以完成一個(gè)工作循環(huán)，把吊運(yùn)鋼水的鋼包放到指定的安全地方。

圖1 鑄造起重機(jī)主起升機(jī)構(gòu)布置圖

1 棘輪棘爪裝置構(gòu)造和工作原理簡(jiǎn)介

棘輪棘爪裝置是由棘齒輪1、棘爪2、園銷軸3、輪轂4、彈簧5、導(dǎo)向座6、銷7和特殊螺栓8等組成（見圖2）。在機(jī)構(gòu)起升時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)高速軸轉(zhuǎn)動(dòng)，高速軸帶動(dòng)棘齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，棘齒輪頂住棘爪，帶動(dòng)輪轂轉(zhuǎn)動(dòng)，而輪轂通過鍵帶動(dòng)下一級(jí)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；在機(jī)構(gòu)下降時(shí)，質(zhì)量帶動(dòng)輪轂和棘爪轉(zhuǎn)動(dòng)，而棘爪頂住棘齒輪，經(jīng)棘齒輪帶動(dòng)電機(jī)進(jìn)行下降。

圖2 棘輪棘爪裝置

2 棘輪棘爪裝置在鑄造起重機(jī)主起升減速機(jī)上的應(yīng)用（參見圖1）

棘輪棘爪裝置的兩個(gè)主要作用：在機(jī)械中防止逆轉(zhuǎn)和供間歇傳動(dòng)。

因此除了上面所說的防止重物（鋼水包）墜落的作用外，另一個(gè)作用就是減少了切換電阻（變速時(shí)）的沖擊載荷，沖擊力釋放于園銷軸和彈簧的地方。由于以前起升速度慢，所以它的沖擊力不是很大。

在20世紀(jì)80年代中期前，由于起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)的原因，在起重機(jī)上只能采用串電阻切換系統(tǒng)、直流電機(jī)傳動(dòng)、渦流制動(dòng)器系統(tǒng)的形式。由于當(dāng)時(shí)的煉鋼工藝落后，主起升機(jī)構(gòu)的速度較低（當(dāng)然大、小車運(yùn)行速度也低），為了不使鋼包墜落，在主起升減速機(jī)里采用了棘輪棘爪裝置，置于每個(gè)減速機(jī)內(nèi)的二級(jí)或三級(jí)軸上，從而保證了起重機(jī)的正常工作和鋼包的安全放置。再者由于同一批出產(chǎn)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不可能一樣，采用棘輪棘爪裝置可以使兩套主起升機(jī)構(gòu)同步。

3 應(yīng)用實(shí)例

前幾年，某大型鋼鐵公司一煉鋼廠訂制了1臺(tái)吊運(yùn)鋼水的鑄造起重機(jī)，采用串電阻的型式，起升速度要求較高，2個(gè)主減速機(jī)在輸出軸用全齒聯(lián)軸器剛性連接，主減速機(jī)沒有加棘輪棘爪裝置。在使用3個(gè)月后，一套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)器把小車架上蓋板撕裂了。太原重工技術(shù)中心（以下簡(jiǎn)稱太重）派專家到現(xiàn)場(chǎng)查看后發(fā)現(xiàn)，后起制動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在前起制動(dòng)驅(qū)動(dòng)制動(dòng)器抱閘瞬間，其減速機(jī)前端（包括制動(dòng)器）明顯往起跳動(dòng)，人站在車上感覺有很大的振動(dòng)，可見沖擊力之大。對(duì)于一些老的煉鋼廠，因生產(chǎn)的需要加大了鋼產(chǎn)量。從而，起升速度也被提高了（以前主起升速度一般是5m/min,現(xiàn)在能達(dá)到8～12m/min），由于資金、工藝、使用環(huán)境、操作習(xí)慣等原因，這些單位還是喜歡采用串電阻切換的電氣控制型式。這樣，兩套機(jī)構(gòu)中電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不一樣（差別不大），產(chǎn)生的沖擊很小。而4個(gè)制動(dòng)器制動(dòng)時(shí)間的不同步，即1套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)先起制動(dòng)，后1套在延時(shí)后再起制動(dòng)，前1套起制動(dòng)通過減速機(jī)對(duì)后1套傳遞了很大的沖擊力，速度越快，加速時(shí)間越短，對(duì)后者的沖擊力就越大。以前太重在主起升減速機(jī)里加有棘輪棘爪裝置，因此在棘輪棘爪裝置中靠棘輪棘爪的間隙和彈簧的緩沖把沖擊力降低了很多（實(shí)際上是一種軟連接），所以對(duì)后起制動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)沖擊力就非常小。

在用戶要求改造主減速機(jī)加棘輪棘爪裝置的過程中（大約半年時(shí)間），由于生產(chǎn)要求，廠家要繼續(xù)利用該起重機(jī)，還是用舊的系統(tǒng)，專家建議兩套減速機(jī)的4個(gè)制動(dòng)器盡量調(diào)的同步，把原撕裂小車架重新加固。結(jié)果在這半年的時(shí)間里，該車除在起制動(dòng)時(shí)后，人感覺有一些振動(dòng)外機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)沒有任何問題。通過上述說明，如果把制動(dòng)器調(diào)的同步，即使電氣控制采用切換串電阻的型式一樣可以使用。而加上棘輪棘爪裝置，除了前述出故障防止鋼包墜落外，另一個(gè)作用就是在2個(gè)系統(tǒng)不同步時(shí)，產(chǎn)生的沖擊力可以在減速機(jī)里釋放掉，而對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)沒有副作用。

4 采用先進(jìn)的電氣系統(tǒng)對(duì)整個(gè)起重機(jī)的影響

隨著改革開放進(jìn)程的深入，我國逐步引進(jìn)了西方發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，煉鋼、出鋼、軋制工藝不僅速度快，而且生產(chǎn)工藝也先進(jìn)了很多。因此，對(duì)起重機(jī)的起升和運(yùn)行速度要求也大幅度提高。在近20余年的發(fā)展過程中，起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)電氣控制由最初的切換電阻、直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)、渦流制動(dòng)器等控制，演變到定子調(diào)壓調(diào)速和變頻調(diào)速系統(tǒng)，且發(fā)展到今天技術(shù)已經(jīng)很成熟了。由于后兩者的調(diào)速比達(dá)到1∶10，所以，在機(jī)構(gòu)起制動(dòng)時(shí)的沖擊載荷不大，不僅對(duì)機(jī)構(gòu)而且對(duì)起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)的沖擊都很小。

在定子調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中，定子調(diào)壓調(diào)速方法是指當(dāng)改變電動(dòng)機(jī)的定子電壓時(shí)，可以得到一組不同的機(jī)械特性曲線，從而獲得不同轉(zhuǎn)速。由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，因此最大轉(zhuǎn)矩下降很多，其調(diào)速范圍較小。調(diào)壓調(diào)速的特點(diǎn)：調(diào)壓調(diào)速線路簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；調(diào)壓過程中轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱形式消耗在轉(zhuǎn)子電阻中，效率較低。調(diào)壓調(diào)速將降低電機(jī)的最低輸出力矩。這與轉(zhuǎn)速?zèng)]有關(guān)系，也就是說，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，調(diào)壓范圍也是有限的。由于以上特點(diǎn)，所以調(diào)速范圍大，如果在主起升減速機(jī)中不加棘輪棘爪裝置，兩套4個(gè)制動(dòng)器不同步制動(dòng)，人站在起重機(jī)上，也能感覺到一定的振動(dòng)。

而在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，機(jī)構(gòu)不加棘輪棘爪裝置。人站在起重機(jī)上，感覺到的振動(dòng)就小很多。

變頻調(diào)速傳遞的扭矩和轉(zhuǎn)速是線性變化的，可控的，所以在起升機(jī)構(gòu)起制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的沖擊小；而調(diào)壓調(diào)速傳遞的扭矩和轉(zhuǎn)速不是線性變化的，波動(dòng)值比變頻調(diào)速要大，因此在起升機(jī)構(gòu)起制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生產(chǎn)生的振動(dòng)就大。

5 棘輪棘爪裝置的缺點(diǎn)

由于棘輪棘爪裝置裝在減速機(jī)的2和3軸上，因它的轉(zhuǎn)速非常高，加上鑄造起重機(jī)工作級(jí)別高（即工作頻繁），棘爪和彈簧的沖擊次數(shù)就多（常見棘輪棘爪比為1∶4或1∶6）。主起升電機(jī)一般為600 r/min，除以4或6及一副齒輪比，棘輪棘爪裝置的沖擊次數(shù)也在每分鐘幾十以至上百次，加上制造的銷軸和彈簧質(zhì)量不穩(wěn)定，因此，棘輪棘爪裝置的維修頻率比較高。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，棘輪棘爪裝置在近20余年的逐漸退出了在鑄造起重機(jī)主起升機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用。但是在實(shí)際訂貨時(shí)，有一些用戶還要求加棘輪棘爪裝置。因此，在有調(diào)速系統(tǒng)的起升機(jī)構(gòu)中加與不加棘輪棘爪裝置，主要取決于用戶的使用維修習(xí)慣和資金情況。而在沒有調(diào)速系統(tǒng)的起升機(jī)構(gòu)中就一定要加棘輪棘爪裝置。

[1] 第一機(jī)械工業(yè)部起重運(yùn)輸機(jī)械研究所.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1980.

[2] 中華人民共和國質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國際標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB/T 3811—2008[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008. [3] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)聯(lián)合編寫組.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)部出版社，1987.

[4] 中華人民共和國工業(yè)和信息化部.冶金起重機(jī)技術(shù)條件第5部分：鑄造起重機(jī)：JB/T 7688.5—2012[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

App lication of Ratchet M echanism in Teem ing Cranes

Gu Jinlin,Niu Aizhen
（Technical Center of Taiyuan Heavy Industry Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi030024）

This paper briefly introduces operational principle of ratchetmechanism and pawl,and its application in teeming cranes.With the history of using ratchetmechanism on teeming cranes,this paper analyzes advantage and disadvantage of ratchet mechanism implementing on hoist mechanism under no-speed regulation conditions and non-implementunder variable speed of electrical system.

ratchetmechanism;teeming crane；application

TH13.46

A

1672-1152（2017）05-0100-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.05.38

2017-09-20

谷晉林（1962—），男，1984年7月畢業(yè)原太原重型機(jī)械學(xué)院，起重運(yùn)輸專業(yè)，高級(jí)工程師，現(xiàn)在太原重工技術(shù)中心起重所從事起重機(jī)設(shè)計(jì)和研究

（編輯：苗運(yùn)平）