鑄造起重機(jī)軋制滑輪體磨損分析及改進(jìn)

虞 強(qiáng)，彭家鋒，劉國(guó)江

（攀鋼釩提釩煉鋼廠，四川攀枝花 617023）

0 引言

提釩煉鋼廠現(xiàn)有26臺(tái)鑄造起重機(jī)，吊具使用的滑輪有鑄鋼和焊接滑輪2種。鑄鋼滑輪有6臺(tái)車在用，占總數(shù)的23%，軋制滑輪有20臺(tái)車在用，占總數(shù)77%。由于環(huán)保要求越來(lái)越高，鑄造企業(yè)限產(chǎn)嚴(yán)重，鑄鋼滑輪成本高、制造周期長(zhǎng)，軋制滑輪將逐步取代鑄鋼滑輪。2008年開始，廠內(nèi)在鑄鋼2#吊車上開始使用軋制滑輪，使用壽命一般在4 a左右。從2012年開始，有4臺(tái)起重機(jī)的動(dòng)滑輪出現(xiàn)輪緣沿著繩槽根部破裂，俗稱“刷圈”現(xiàn)象，具體使用情況見表1。

表1 滑輪損壞情況

從使用情況看，滑輪“刷圈”主要集中在快速滑輪上，脫硫吊車的滑輪壽命在1.5 a左右，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)物流造成嚴(yán)重影響，同時(shí)也危及人身安全。因此，有必要對(duì)在線使用滑輪損壞情況做詳細(xì)分析，以便延長(zhǎng)軋制滑輪的使用壽命，減少維修工作量，提高起重機(jī)的安全性。

1 原因分析

將磨損后的滑輪（圖 1）送攀鋼研究院進(jìn)行外觀斷面檢驗(yàn)，滑輪的最大壁厚10.2 mm，最小壁厚5.3 mm，最大磨損4.9 mm。

圖1 磨損后的滑輪斷面外貌

采用直讀光譜儀在低倍試樣上進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見表2，滿足GB/T 700—2006中Q235A鋼標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)成分。

表2 鋼的化學(xué)成分

將滑輪從繩槽內(nèi)底部對(duì)等切開，再將繩槽內(nèi)側(cè)面由底部至頂部平均為5等分，對(duì)繩槽內(nèi)側(cè)面進(jìn)行梯級(jí)硬度檢測(cè)（圖2）。分別檢測(cè)其布氏硬度，具體檢測(cè)結(jié)果見表3。

圖2 硬度檢測(cè)點(diǎn)

表3 硬度檢測(cè)結(jié)果

通過以上檢驗(yàn)可以看出滑輪為軋制滑輪，繩槽由Q235A鋼板軋制而成，繩槽厚度（10～12）mm，繩槽表面未進(jìn)行熱處理。分析檢驗(yàn)結(jié)果、現(xiàn)場(chǎng)使用情況以及吊車作業(yè)率等情況，認(rèn)為造成滑輪壽命低、耐磨性差的原因有6個(gè)方面。

（1）現(xiàn)有滑輪存在偏磨現(xiàn)象，軋制滑輪的繩槽由鋼板軋制而成，繩槽厚度僅為（10～12）mm，繩槽表面又未進(jìn)行熱處理，耐磨性差，壽命短。

（2）隨著產(chǎn)量的增加，吊車作業(yè)率相應(yīng)提高導(dǎo)致滑輪使用壽命縮短。1998鋼產(chǎn)量300萬(wàn)t，2003年鋼產(chǎn)量400萬(wàn)t，2009年鋼產(chǎn)量500萬(wàn)t，2011年約550萬(wàn)t。

（3）脫硫吊車的吊具由太重制造，其吊具的滑輪罩為全封閉式，點(diǎn)檢員針對(duì)滑輪繩槽的磨損量無(wú)科學(xué)的檢查方法和檢查措施導(dǎo)致對(duì)潛在的劣化趨勢(shì)未及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

（4）二方3#225 t吊車的吊具由大起制造，其吊具的滑輪罩為半封閉式，點(diǎn)檢員已發(fā)現(xiàn)滑輪磨損量嚴(yán)重的地方約達(dá)原壁厚的18%，后雖加強(qiáng)對(duì)滑輪進(jìn)行點(diǎn)檢頻次，但因無(wú)科學(xué)的檢查方法和精準(zhǔn)量具，對(duì)磨損量的值都是憑經(jīng)驗(yàn)、憑感覺判斷。

（5）大鉤臺(tái)滑輪繩槽磨損量檢查制定了點(diǎn)檢標(biāo)準(zhǔn)和點(diǎn)檢周期，但點(diǎn)檢員在執(zhí)行點(diǎn)檢時(shí)必須要在停車狀態(tài)下點(diǎn)檢，時(shí)間長(zhǎng)，點(diǎn)檢與生產(chǎn)發(fā)生矛盾時(shí)點(diǎn)檢員沒有堅(jiān)持。

（6）起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的鋼絲繩在經(jīng)過滑輪、卷筒時(shí)，必然存在一定的偏角問題，偏角必須控制在一定范圍之內(nèi)。若偏角過大，鋼絲繩不可避免地會(huì)與滑輪、卷筒的槽邊相互磨損，且偏角越大造成的磨損越嚴(yán)重，極大地影響鋼絲繩和滑輪的使用壽命。實(shí)踐證明，許多情況下的鋼絲繩和滑輪的早期破壞是由于受到摩擦或擠壓造成的。當(dāng)200 t吊具處于上極限時(shí)，卷筒上的鋼繩有7圈空槽，滑輪與卷筒出繩的夾角計(jì)算值為2.75°，根據(jù)要求，穿過滑輪的鋼絲繩卷繞是允許偏角的，并且繞入或繞出滑輪繩槽時(shí)，鋼絲繩中心線與滑輪軸垂直平面間的夾角推薦≤5°。若由于設(shè)計(jì)的實(shí)際偏角＞5°時(shí)，應(yīng)根據(jù)滑輪的幾何尺寸按如下公式計(jì)算其允許偏角，并使實(shí)際偏角小于或等于按式（1）算得的允許偏角?；喸试S的鋼絲繩偏角按公式（1）計(jì)算。

經(jīng)計(jì)算，實(shí)際偏角r0=5.4°，由r0值看出大于設(shè)計(jì)規(guī)范要求，故需要調(diào)整其值到合理范圍。參照?qǐng)D3，可知r0值與β值、Dcp值、C值及D值的影響有關(guān)。

2 整改措施

結(jié)合廠設(shè)備現(xiàn)狀，為延長(zhǎng)鑄造起重機(jī)滑輪使用壽命，實(shí)施5項(xiàng)整改措施。

圖3 滑輪偏角

（1）調(diào)整鋼絲繩中心線與滑輪中心線之間夾角，優(yōu)化鋼絲繩夾角α，調(diào)整鋼絲繩長(zhǎng)度，由195 m調(diào)整為215 m，使200 t吊具處于上極限時(shí)，卷筒上的鋼繩達(dá)到卷筒中部滿槽，使原α≈5.4°調(diào)整為 α≈4.5°。

（2）將滑輪體的張角、繩槽半徑、輪輻厚度、材料及硬度進(jìn)行改進(jìn)，改造后的滑輪體見圖4。將原有滑輪張角45°增大為50°，滑輪張角的影響對(duì)滑輪側(cè)壁的磨損影響十分顯著，當(dāng)滑輪張角為60°時(shí)，基本可以消除滑輪側(cè)壁磨損現(xiàn)象。然而，考慮張角越大，鋼絲繩發(fā)生跳槽的概率越大，為此將滑輪張角改為50°。

將繩槽半徑由20 mm改為17 mm，使滑輪繩槽半徑在（0.53～0.6）倍鋼絲繩直徑范圍，避免繩槽產(chǎn)生偏磨現(xiàn)象。將輪輻的厚度由20 mm增大為30 mm，從延長(zhǎng)滑輪的使用期限。合理選擇滑輪材料，將原滑輪Q235材料改為35#鋼，從而獲得滑輪繩槽所需的硬度。

提高繩槽硬度。將滑輪繩槽硬度由（150～170）HB調(diào)整到（28～35）HRC，從而使滑輪耐用性與鋼絲繩的抗疲勞性及使用壽命達(dá)到最佳狀態(tài)。

（3）制作滑輪繩槽磨損量測(cè)量的專用工具（圖5）。使測(cè)量工具能對(duì)滑輪槽的槽底磨損量進(jìn)行直接準(zhǔn)確地測(cè)量，同時(shí)配合塞尺對(duì)滑輪槽側(cè)壁的磨損量進(jìn)行輔助測(cè)量，以此判斷滑輪繩槽的運(yùn)行狀況。

圖4 改造后的滑輪體

（4）對(duì)滑輪罩進(jìn)行了改進(jìn)，將整體式滑輪罩改為剖分式滑輪罩，便于檢修時(shí)快速開罩檢查，使點(diǎn)檢周期得到保證。

（5）按檢查周期對(duì)滑輪磨損量進(jìn)行量化檢查并做好記錄，建立滑輪體磨損量的劣化趨勢(shì)分析，根據(jù)檢查的情況及時(shí)安排更換。

圖5 滑輪繩槽磨損量測(cè)量

3 結(jié)束語(yǔ)

自2015年8月開始在鑄鋼2#吊車、脫硫3#吊車和原料吊車上使用了改造后的滑輪體，從使用至今，在預(yù)期的壽命周期2.5 a內(nèi)未再出現(xiàn)滑輪“刷圈”現(xiàn)象。對(duì)下線滑輪體的斷面檢查，滑輪槽剩余厚度還有（8～10）mm，預(yù)計(jì)還能繼續(xù)使用1 a左右。

對(duì)滑輪改造后，大大降低了滑輪的備件費(fèi)用。全廠滑輪占用量為40件，每件滑輪1.8萬(wàn)元人民幣，使用壽命由1.5 a延長(zhǎng)為2.5 a，每年可節(jié)省備件費(fèi)用36萬(wàn)元人民幣。同時(shí)，對(duì)生產(chǎn)的影響降低，減少了滑輪“刷圈”事故后對(duì)鋼絲繩的更換，原平均每年至少2次因滑輪損壞造成鋼絲繩的事故更換，每套鋼絲繩材料費(fèi)用6萬(wàn)元人民幣，每年可節(jié)省鋼絲繩材料費(fèi)用12萬(wàn)元人民幣。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，改造前平均每年影響鋼產(chǎn)量8爐，每爐130 t，每噸200元人民幣效益，因此每年可生產(chǎn)效益20.8萬(wàn)元人民幣?；喐脑旌?，各方面產(chǎn)生的總效益達(dá)68.8萬(wàn)元人民幣。