冶金企業(yè)橋式起重機(jī)啃軌問題探究

潘鐵鈞

摘要：橋式起重機(jī)是邯寶煉鋼廠的重要輔助設(shè)備，從鐵水入爐到鋼坯吊運(yùn)、從工藝換段到設(shè)備檢修，無時(shí)不用、缺其不可?？熊壗档土松a(chǎn)效率，也對橋式起重機(jī)安全運(yùn)行造成了極大威脅。因此，橋式起重機(jī)能否正常運(yùn)行直接關(guān)系到產(chǎn)量、工期、安全和經(jīng)濟(jì)效益，保證其處于良好運(yùn)行狀態(tài)是生產(chǎn)能夠正常進(jìn)行的必要條件。本文提出了一種修正車架相對于軌道的偏差的新方法，并保證車輪沿軌道的中心線行走。在文中提出了一種理論曲線擬合計(jì)算方法。理論曲線擬合是解決車輪啃軌問題的一個(gè)突破方向。理論曲線擬合方法將傳統(tǒng)的被動校正轉(zhuǎn)化為主動校正，可以說是解決起重機(jī)啃軌問題的全新嘗試。

關(guān)鍵詞：起重機(jī);啃軌;糾偏;理論曲線擬合法

起重機(jī)在作業(yè)時(shí)，車輪產(chǎn)生偏離而與軌道側(cè)面接觸、摩擦。在運(yùn)行過程中，車輪實(shí)際運(yùn)行軌跡和軌道之間造成傾斜，從而產(chǎn)生起重機(jī)啃軌。車輪的輪緣或安裝在起重機(jī)上的水平導(dǎo)輥和起重機(jī)的運(yùn)行軌道產(chǎn)生摩擦，加速車輪的磨損，使車輪磨損變薄甚至整個(gè)車輪報(bào)廢，使車輪過早損壞。這種損壞經(jīng)常導(dǎo)致起重機(jī)的車輪或軌道被提前報(bào)廢，大大縮短了起重機(jī)的額定使用壽命。可以設(shè)想，如果車輪和道軌的使用壽命可以增加，則意味著將提高起重機(jī)輪的壽命?？熊墝ζ鹬貦C(jī)的安全運(yùn)行構(gòu)成了很大的威脅，同時(shí)也增加了運(yùn)營維護(hù)成本。因此，探討車輪啃軌現(xiàn)象的成因，防止和消除啃軌現(xiàn)象具有重要意義。

1解決橋式起重機(jī)啃軌的目的與意義

在現(xiàn)代大規(guī)模生產(chǎn)中，橋式起重機(jī)已成為冶金企業(yè)不可缺少的生產(chǎn)設(shè)備。在橋式起重機(jī)的使用中，由于其跨度大，水平剛度低，傳動機(jī)構(gòu)的制造和安裝精度難以保證，特別是對于頻繁操作的起重機(jī)，傳動機(jī)構(gòu)的累積誤差較大，大多數(shù)橋式起重機(jī)都有不同程度的汽車偏差或欄桿。這對起重機(jī)的安全運(yùn)行構(gòu)成了很大的威脅，同時(shí)也增加了運(yùn)營維護(hù)成本。因此，探討軌道現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，防止和解決這一問題具有重要意義。由于各種原因，起重機(jī)的大小輪在運(yùn)行過程中相對于軌道是傾斜的。車輪的邊緣與軌道的側(cè)面摩擦，造成磨損并形成軌道現(xiàn)象。在正常設(shè)計(jì)情況下，起重機(jī)的車輪輪緣應(yīng)與道軌保持10mm左右的間隙，依照國標(biāo)（GB3811-83）車輪踏面比軌道頂面寬30-40mm。小車車輪輪緣比軌道頂面寬20-30mm。車輪啃道通常由車輪的歪斜和車輪的橫向滑動引起[1]。輕微的車輪啃道會在車輪的邊緣和側(cè)面造成明顯的磨損痕跡，而嚴(yán)重的車輪啃道會因車輪與道軌側(cè)的強(qiáng)力咬合，導(dǎo)致鐵屑在車輪邊緣內(nèi)側(cè)與軌道側(cè)剝落。甚至邊緣的整體脫落。

1.1啃軌造成的不良后果

（1）嚴(yán)重縮短車輪的壽命：一般不啃道的A5以下工作級別的起重機(jī)車輪可以用10年左右，A8級別的起重機(jī)車輪壽命5年左右。然而，具有嚴(yán)重軌道的起重機(jī)只能使用1 - 2年，更有甚者在一個(gè)月內(nèi)更換。在制約生產(chǎn)的同時(shí)增加了維護(hù)成本。

（2）道軌磨損很快：軌道側(cè)面受到摩擦，導(dǎo)致側(cè)面有鐵屑，同時(shí)導(dǎo)致軌道有臺階，減少了車輪與軌道之間的接觸面。當(dāng)軌道被咬斷時(shí)，車輪的力可以分解成兩個(gè)方向，一個(gè)是導(dǎo)致車輪向前移動的力，另一個(gè)是導(dǎo)致車輪水平移動的力。后者導(dǎo)致軌道受到橫向剪切力，使軌道變形，螺栓脫落，使軌道無法正常使用，大量更換，浪費(fèi)人力，材料和影響生產(chǎn)節(jié)奏。

（3）增大起重機(jī)運(yùn)行阻力：啃道嚴(yán)重的起重機(jī)，一檔作業(yè)起重機(jī)無法動作。嚴(yán)重啃道的起重機(jī)其運(yùn)行阻力是正常情況的三倍。車輪的嚴(yán)重咬軌增加了電機(jī)和機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)的負(fù)荷，經(jīng)常發(fā)生電動機(jī)阻值過大或傳動軸斷裂等事故[2]。

（4）起重機(jī)端梁、大梁斷裂變形：啃軌產(chǎn)生的扭矩使起重機(jī)端梁、大梁扭曲受力，嚴(yán)重時(shí)使端梁、大梁斷裂變形。

（5）起重機(jī)掉道： 起重機(jī)在重載運(yùn)行時(shí)，如果起重機(jī)輪緣太薄，道軌有臺階，則車輪會在慣性作用下爬到軌道頂面上，這會導(dǎo)致起重機(jī)掉道的嚴(yán)重事故。

（6）廠房框架結(jié)構(gòu)破壞： 起重機(jī)軌道是是安裝在廠房框架結(jié)構(gòu)之上的。當(dāng)車輪啃道嚴(yán)重時(shí)，道軌受到的應(yīng)力傳導(dǎo)到廠房框架結(jié)構(gòu)，這直接廠房框架結(jié)構(gòu)受力變形。車輪啃道危害直接影響安全生產(chǎn)，給企業(yè)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。解決車輪啃道問題可以防止此類事故，保障生產(chǎn)長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2 啃軌現(xiàn)象的判斷

判斷橋式起重機(jī)大車在生產(chǎn)作業(yè)中車輪啃道，從以下六點(diǎn)判斷：

（1）車輪踏面、軌道頂面磨損嚴(yán)重，有明顯磨痕;

（2）起重機(jī)在啟動與制動時(shí)車體卡頓、扭擺、走偏;

（3）車輪啃道嚴(yán)重時(shí)會發(fā)出刺耳的刺啦、刺啦的聲音;

（4）車輪輪緣磨得閃光發(fā)亮;

（5）起重機(jī)行駛時(shí)，車輪輪緣與軌道間隙太小;

（6）軌道兩側(cè)有明亮的磨痕，嚴(yán)重時(shí)道軌側(cè)面有毛刺。

起重機(jī)車輪啃道可分為三級：

車輪輕度啃道：當(dāng)起重機(jī)控制手柄置于第二檔時(shí)，起重機(jī)不起動，置于一檔才能動作。停車后，不制動時(shí)，慣性運(yùn)行范圍很短，輪沿磨損，但沒有碎屑，卷曲和變形。

車輪中度啃道：當(dāng)中軌控制器手柄放在二檔時(shí)，起重機(jī)不會啟動。使用一檔，緩慢動作，非制動情況下，停車沒有慣性，或者慣性距離很短。輪沿磨損速度很快，有卷曲變形現(xiàn)象。

車輪重度啃道：當(dāng)控制器置于一檔時(shí)，電機(jī)嗡嗡響，起重機(jī)無動作。在反向行駛10米范圍內(nèi)，起重機(jī)對角線產(chǎn)生嚴(yán)重扭曲變形。在嚴(yán)重的情況下，會出現(xiàn)起重機(jī)掉道事故。

2起重機(jī)啃軌原因

起重機(jī)車輪啃道現(xiàn)象并非單一因素造成。起重機(jī)的制造質(zhì)量和導(dǎo)軌的安裝質(zhì)量，大梁、端梁、框架的變形，橋梁的剛度，車輪的高度，垂直度，軌道的誤差等都可能導(dǎo)致車輪啃道?？械赖闹饕蛴幸韵挛鍌€(gè)方面。

2.1 車輪驅(qū)動不同引起的啃軌

（1）電氣參數(shù)、性能不同

由于分別驅(qū)動的四角驅(qū)動機(jī)構(gòu)不同步，因此起重機(jī)對角線變形扭曲。特點(diǎn)是：起重機(jī)啟動和制動時(shí)，起重機(jī)對角線變形扭曲，對角車輪卡住道軌。

（2）機(jī)械運(yùn)行阻力不對稱

由于起重機(jī)四角制動器制動力矩不均勻，減速機(jī)、車輪機(jī)械卡阻的影響，具有高阻力的車輪滯后于低阻力的車輪，導(dǎo)致起重機(jī)對角線偏扭轉(zhuǎn)和水平位移，從而導(dǎo)致車輪啃道。

2.2 道軌原因引起的啃軌

（1）軌道的直線度超差

軌道的軌道跨度和水平線性差數(shù)據(jù)超標(biāo)。在起重機(jī)跨度距離不變的前提下，由于輪緣與軌道側(cè)間隙的減小，導(dǎo)致起重機(jī)運(yùn)行在固定區(qū)域時(shí)啃道。

（2）軌道水平高度超差

由于軌道和鋼梁之間存在間隙，廠房鋼結(jié)構(gòu)不均勻沉降和地基的變形，同一段的軌道高度差數(shù)據(jù)超標(biāo)，導(dǎo)致車輪啃道。當(dāng)高度差超過8mm時(shí)，導(dǎo)致高度低的軌道內(nèi)側(cè)，高度高的道軌外側(cè)磨損嚴(yán)重。

（3）軌道跨度超差

由于安裝原因，道軌壓板螺栓松動，道軌受側(cè)向力過大跑偏，導(dǎo)致兩個(gè)軌道的直線性、平行性、對稱性或反對稱的超差導(dǎo)致軌道大于或小于跨度，造成車輪啃道。

2.3 橋架水平剛性不夠引起的啃軌

起重機(jī)大梁、端梁的水平剛度對于起重機(jī)的正常直線運(yùn)行，車輪的軸向偏轉(zhuǎn)以及相應(yīng)驅(qū)動的自動調(diào)節(jié)具有很大的影響。特別是當(dāng)橋架的水平剛度不夠時(shí)，會造成車輪啃道。橋輪車輪測量孔的平行度超出公差，結(jié)構(gòu)中殘余內(nèi)應(yīng)力被釋放，從而在車輪的運(yùn)行中心線與車輪的中心線之間產(chǎn)生角度α。導(dǎo)致車輪的運(yùn)行軌跡中心線偏離軌道的中心線 。

2.4 設(shè)備安裝、調(diào)試引起的啃軌

（1）車輪同位差超差

車輪的水平中心線，與軌道頂部表面的中心線重合。通常，當(dāng)車輪中心線和軌道中心線偏移大于5mm時(shí)，輪沿和軌道的側(cè)面產(chǎn)生劇烈摩擦以造成車輪啃道。

（2）車輪水平偏斜超差

由于車輪安裝或車輪加工誤差大造成。

（3）車輪垂直偏斜超差

車輪的垂直偏轉(zhuǎn)意味著車輪徑向中心線不垂直于軌道的頂部表面。車輪踏面與軌道頂部表面的接觸不均勻，接觸面積通常較小，壓力較大。因此，車輪與道軌滾動表面的磨損不均勻。由車輪垂直偏差引起的車輪啃道主要是驅(qū)動輪的垂直偏差。通常認(rèn)為當(dāng)e≤D/ 400時(shí)車輪的垂直偏差在正常范圍內(nèi)，垂直偏差是e; D是車輪的直徑。從動車輪的垂直偏轉(zhuǎn)不會造成車輪啃道。但是，考慮到車輪踏面的均勻受力，從動車輪的垂直偏差也不允許太大[3]。

2.5 設(shè)備加工制造誤差引起的啃軌

（1）主動車輪直徑加工超差

加工出的驅(qū)動輪具有較大的直徑差異，并安裝在不同的端梁上。導(dǎo)致直徑小的車輪跑的快，直徑大的車輪跑的慢，造成起重機(jī)對角線扭曲變形，出現(xiàn)車輪啃道現(xiàn)象。

（2）不合理操作引起的啃軌

起重機(jī)運(yùn)行是否標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)直接影響車輪啃道。應(yīng)嚴(yán)格按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的步驟進(jìn)行操作啟動，制動等。三檔、四檔啟動，制動時(shí)不主檔回零，三檔、四檔直接回零制動，打反車都會造成車輪啃道。

（3）本課題的來源

橋式起重機(jī)的車輪啃道問題是對對企業(yè)生產(chǎn)造成重大威脅，也會增加運(yùn)營維護(hù)成本。因此，探討車輪啃道現(xiàn)象及產(chǎn)生的原因，防止和解決車輪啃道問題，杜絕車輪掉道事故具有重要的社會意義，也可為企業(yè)創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

3啃軌的解決方法

3.1 采用水平輪代替輪緣導(dǎo)向

車輪啃道的起因都是由起重機(jī)自身因素或軌道因素引起的，并且由車輪偏差引起的車輪啃道更為常見。在處理車輪啃道的實(shí)際過程中，通常使用糾正和消除起重機(jī)和軌道缺陷作為主要手段。除了提高框架和車輪的安裝精度，加工精度之外，傳統(tǒng)的糾偏方法也做了一些其他嘗試。

采用水平輪后，可以完全消除軌道一側(cè)輪緣產(chǎn)生的滑動摩擦，取而代之的是更換水平輪與軌道之間的滾動摩擦。這種方法將軌道和車輪的摩擦力減少了90%，但是起重機(jī)軌水平輪產(chǎn)生的水平橫向力非常大，這種力不僅包括小車制動時(shí)的水平力。但它還包括對道軌產(chǎn)生的側(cè)向力，這可能導(dǎo)致端梁的裂縫甚至廠房結(jié)構(gòu)損壞。另外，軌道側(cè)面不光滑，平整，導(dǎo)致不易達(dá)到良好的效果。安裝水平輪的優(yōu)點(diǎn)是有效預(yù)防了起重機(jī)掉道事故的發(fā)生，缺點(diǎn)是無法根除啃軌問題，只是由車輪啃道變?yōu)樗捷喛械溃螛?biāo)不治 本。

3.2 橋架水平剛性加固

通過在主梁的內(nèi)腹板和外腹板上橫向焊接大槽鋼來增強(qiáng)端梁的寬度，或者增加主梁厚度，從而增強(qiáng)主梁的水平剛度。優(yōu)點(diǎn)是解決了大梁開裂問題，缺點(diǎn)是增加了起重機(jī)重量，與現(xiàn)在起重機(jī)輕量化趨勢不符，最佳方案是選用韌性，強(qiáng)度高的鋼材。

3.3 調(diào)整車輪跨度、對角線和同位差

當(dāng)軌道跨度，起重機(jī)對角線差異不大時(shí)，調(diào)節(jié)車輪的水平偏轉(zhuǎn)和垂直偏轉(zhuǎn)相應(yīng)地改變（在軸承箱安裝調(diào)整墊）。如果車輪啃道仍然無法消除，則需要改動定位孔移動車輪原始位置。

3.4 選取合理的跨度和輪距的比值

起重機(jī)在運(yùn)行中走的是大S路線，即允許車輪中心線和軌道中心線之間有一定的水平偏移距離。該偏移距離與跨度的比率之間的關(guān)系是比率越大，允許的自由傾斜越小，并且越容易出車輪啃道[4]。因此，起重機(jī)的四角車輪呈矩形布置更有利于起重機(jī)直線運(yùn)行。

3.5 采用潤滑減少阻力

一種新型起重機(jī)道軌潤滑裝置：改裝置具有石墨潤滑塊磨損自動補(bǔ)償功能。一層石墨潤滑層可以均勻地分布在道軌的側(cè)面，使得起重機(jī)導(dǎo)軌和輪緣得到良好的潤滑[5]。

3.6 理論曲線擬合法調(diào)整車輪

“理論曲線擬合法”調(diào)整車輪水平誤差。根據(jù)測得的數(shù)值，利用最小二乘法擬合出一條理論中心線，根據(jù)擬合的中心線位置進(jìn)行調(diào)整。

4結(jié)束語

在橋式起重機(jī)的使用中，車輪啃道是難以解決的世界性難題，造成車輪啃道的原因很多，難以一一枚舉，大部分是由綜合因素造成的。本文主要是針對杜絕橋式起重機(jī)掉道問題。針對這一問題，作者的主要工作是：

（1）提出理論曲線擬合法調(diào)整車輪的思路;

（2）設(shè)計(jì)道軌新式潤滑裝置;

（3）調(diào)整起重機(jī)對角線;

（4）采用水平輪代替輪緣導(dǎo)向。

這套解決方案在河鋼邯鋼邯寶煉鋼廠的生產(chǎn)實(shí)踐中取得了非常好的效果，但還須進(jìn)一步接受在起重機(jī)實(shí)踐生產(chǎn)中的檢驗(yàn)。首先，工作環(huán)境不同，另外，作業(yè)強(qiáng)度、方式不同。其他產(chǎn)生啃軌的原因在煉鋼廠比較難模擬，故得出的結(jié)論并不一定適用所有起重機(jī)，筆者只是提出了一套新的糾偏方法。

參考文獻(xiàn)：

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[2]刁淑芳，康春曉.淺析橋式起重機(jī)車輪啃軌現(xiàn)象 [J]. 冶金設(shè)備. 2008 （S2） .

[3]何小民，齊向東，郭建國.模糊PID控制器在起重機(jī)糾偏系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J]. 起重運(yùn)輸機(jī)械.

[4]牛潔，陶元芳.橋門式起重機(jī)車輪啃軌現(xiàn)象的研究，機(jī)械工程與自動化，2012（1）：115-117.

[5]牛潔.關(guān)于起重機(jī)運(yùn)行側(cè)向力問題[J].太原科技，2012，12.

（作者單位： 河鋼邯鋼邯寶煉鋼廠）