冶金鑄造起重機(jī)滑輪部件的安全使用管理

李紅熙

(新疆德勤互力工業(yè)技術(shù)有限公司)

前言

八鋼公司煉鋼系統(tǒng)使用的冶金鑄造起重機(jī)數(shù)量較多,分布在煉鋼廠(chǎng)各個(gè)產(chǎn)線(xiàn),主要在生產(chǎn)工藝各個(gè)環(huán)節(jié)中承擔(dān)熔融金屬、熔渣吊運(yùn)作業(yè),作業(yè)頻率高、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)較大,在煉鋼產(chǎn)線(xiàn)設(shè)備管理中納入重點(diǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)管控,起重機(jī)各個(gè)零部件的安全使用直接關(guān)系到起重機(jī)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行,本文重點(diǎn)介紹冶金鑄造起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩滑輪纏繞系統(tǒng)中滑輪片的安全使用管理。

1 問(wèn)題的提出

起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)由多個(gè)零部件構(gòu)成,主要包括電動(dòng)機(jī)、減速器、制動(dòng)器、聯(lián)軸器、卷筒組、鋼絲繩、定滑輪組及動(dòng)滑輪組等。 升降作業(yè)時(shí)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)減速器帶動(dòng)卷筒組旋轉(zhuǎn),與卷筒固定連接的鋼絲繩通過(guò)滑輪組改變纏繞方向并在卷筒表面纏繞收放,實(shí)現(xiàn)吊物的升降。

圖1 為典型的冶金鑄造起重機(jī)鋼絲繩纏繞系統(tǒng)圖,包含平衡臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),因?yàn)槠鹕龣C(jī)構(gòu)的工作特點(diǎn),被吊重物升降過(guò)程中鋼絲繩不斷的從定滑輪及動(dòng)滑輪繞入及繞出。 鋼絲繩及滑輪接觸部位雖然有鋼絲繩潤(rùn)滑油保護(hù),但是隨著使用周期的不斷延長(zhǎng),鋼絲繩及滑輪槽的深度也會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的減量磨損。 如不及時(shí)檢查更換,將會(huì)出現(xiàn)滑輪片繩槽底磨穿,輪緣全部脫落導(dǎo)致的脫槽事故。 冶金鑄造起重機(jī)重載情況下鋼絲繩脫槽將會(huì)引起嚴(yán)重的設(shè)備安全事故,且后期事故處置難度較大。

圖1 鑄造起重機(jī)鋼絲繩、滑輪纏繞系統(tǒng)圖

2 現(xiàn)狀調(diào)查及分析

滑輪組在鋼絲繩纏繞系統(tǒng)中主要起到改變鋼絲繩纏繞方向,從而達(dá)到省力及減速的作用。 滑輪槽主要起到支撐平衡鋼絲繩拉力及限制鋼絲繩纏繞軌跡的作用。 鋼絲繩與滑輪槽在使用過(guò)程中存在不可避免的重載擠壓接觸摩擦,并相互作用產(chǎn)生一定的鋼絲繩及滑輪槽減量磨損。

由于同一組定滑輪或者動(dòng)滑輪在滑輪系統(tǒng)中的安裝布置位置不同,在起升機(jī)構(gòu)升降過(guò)程中,由于滑輪組的減速作用,通過(guò)各滑輪鋼絲繩的線(xiàn)速度不同,造成各滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)各不相同,多倍率滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度由卷筒卷入端向平衡臂固定連接端依次成倍數(shù)降低。 鋼絲繩與卷筒組直接連接經(jīng)過(guò)的第一片滑輪在整個(gè)滑輪系統(tǒng)中轉(zhuǎn)動(dòng)速度最快,因此高速滑輪輪緣底部磨穿的幾率相對(duì)較高。

滑輪片的磨損一般分為2 種情況,一種是鋼絲繩偏角引起的滑輪片輪緣的磨損;另一種是由于鋼絲繩與滑輪槽槽底的直接接觸造成的滑輪槽深度的擠壓、減量磨損,也是滑輪片報(bào)廢使用的主要原因。

圖2 所示,分別為滑輪使用的三種狀態(tài),第二、第三種狀態(tài)滑輪槽發(fā)生磨損后,槽型發(fā)生深度變化后會(huì)在輪緣兩側(cè)產(chǎn)生棱角,對(duì)鋼絲繩產(chǎn)生了夾持作用,導(dǎo)致鋼絲繩的快速磨損。 并且鋼絲繩在繞入繞出過(guò)程中會(huì)因鋼絲繩捻制方式原因,在繩槽中發(fā)生輕微轉(zhuǎn)動(dòng),也會(huì)因磨損后產(chǎn)生的棱角阻擋作用,導(dǎo)致鋼絲繩散股現(xiàn)象的發(fā)生。 因此滑輪槽磨損后,不僅造成滑輪輪緣磨穿脫落后導(dǎo)致的鋼絲繩脫槽事故,也會(huì)造成鋼絲繩在使用過(guò)程中的散股事故,對(duì)起重機(jī)的安全運(yùn)行造成極大的隱患。

圖2 滑輪槽磨損前后槽底直徑變化對(duì)比

3 滑輪部件安全使用管理技術(shù)措施

起重機(jī)滑輪組工作特性導(dǎo)致每組滑輪因轉(zhuǎn)速不同導(dǎo)致滑輪槽磨損程度存在一定的差異,由于滑輪組中的每一個(gè)滑輪片在線(xiàn)使用必須滿(mǎn)足一個(gè)周期的安全使用管理要求,因此根據(jù)前述滑輪槽的磨損程度與鋼絲繩的接觸頻次分析結(jié)論,需針對(duì)性的制定滑輪的安全使用技術(shù)措施。

冶金鑄造起重機(jī)通常采用軋制鋼滑輪,滑輪加工采用熱軋頂壓槽型模具軋制加工工藝,滑輪輪槽及輪緣一次加工成型,焊接輪轂后車(chē)削制輪緣外形尺寸至設(shè)計(jì)尺寸,再將多個(gè)滑輪再裝配成滑輪組安裝使用,現(xiàn)場(chǎng)中無(wú)特殊訂貨技術(shù)要求時(shí),軋制滑輪常用Q235B 鋼板軋制加工而成。

3.1 滑輪的材質(zhì)選用及改進(jìn)設(shè)計(jì)

重載情況下鋼絲繩纏繞對(duì)滑輪槽產(chǎn)生較大的擠壓應(yīng)力及接觸摩擦應(yīng)力, 提高材料的表面熱處理硬度可以直接提高零部件的耐磨程度。 Q235B 材質(zhì)的軋制滑輪,加工后滑輪槽表面硬度HB120 ～180之間,材料硬度相對(duì)較低,與鋼絲繩接觸摩擦后產(chǎn)生的減量磨損情況較為嚴(yán)重,使用壽命低。

根據(jù)此現(xiàn)狀,改進(jìn)滑輪材料設(shè)計(jì)為Q345B,Q345B 材質(zhì)滑輪熱處理后滑輪槽表面硬度達(dá)到HRC39～43,能夠承受較大的鋼絲繩擠壓應(yīng)力及接觸摩擦應(yīng)力,因此在一個(gè)使用周期內(nèi)磨損量較小,現(xiàn)場(chǎng)使用取得了一定的使用效果,但Q345B 材質(zhì)滑輪較Q235B 材質(zhì)滑輪單件滑輪成本費(fèi)用增加20%。

為了進(jìn)一步提高滑輪使用過(guò)程中的耐磨強(qiáng)度,滑輪組輪緣結(jié)構(gòu)采用35GrMo 合金結(jié)構(gòu)鋼材質(zhì), 滑輪槽經(jīng)環(huán)鍛加工方式成型,然后與滑輪輪轂輪輻焊接成型后,再進(jìn)行車(chē)削加工,滑輪槽表面經(jīng)過(guò)熱處理后表面硬度可以達(dá)到HRC54, 此種鋼制滑輪優(yōu)點(diǎn)是滑輪槽耐磨性更好,在線(xiàn)使用壽命更長(zhǎng),缺點(diǎn)是加工制造費(fèi)用較高,比采用Q345B 材質(zhì)軋制滑輪高約30%～40%,現(xiàn)場(chǎng)使用經(jīng)濟(jì)性較差。

3.2 滑輪槽底厚度加強(qiáng)改進(jìn)設(shè)計(jì)

滑輪組倍率α 表示滑輪省力及減速的倍數(shù)關(guān)系的參數(shù),動(dòng)滑輪在滑輪系中主要起到減速及省力的作用。 鋼絲繩與卷筒直接連接繞入的第一組滑輪轉(zhuǎn)速最高,繞出最后一組滑輪與平衡臂固定連接的滑輪轉(zhuǎn)速最低,因此單位時(shí)間內(nèi)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的滑輪與相對(duì)低速轉(zhuǎn)動(dòng)的滑輪與鋼絲繩接觸摩擦頻次高,磨損量就大,現(xiàn)場(chǎng)中使用壽命就低,因此經(jīng)常導(dǎo)致高速滑輪輪緣磨穿脫落導(dǎo)致鋼絲繩脫槽事故發(fā)生的情況。

因此為了平衡滑輪組中各滑輪的磨損程度接近一致,可以根據(jù)滑輪在動(dòng)滑輪組的安裝順序位置不同,采用通過(guò)從平衡臂一側(cè)低速滑輪向卷筒連接側(cè)高速滑輪改進(jìn)設(shè)計(jì)增加槽底厚度的方法解決高速滑輪使用壽命低的問(wèn)題,例如低速滑輪槽底厚度12.5mm,依次增加高速滑輪槽底厚度至17. 5mm,即可以解決因鋼絲繩與各滑輪接觸頻次差異導(dǎo)致的磨損不均衡情況。

3.3 增加滑輪輪緣支承強(qiáng)度的技術(shù)措施

對(duì)于冶金鑄造起重機(jī)為了避免滑輪過(guò)度磨損導(dǎo)致的輪緣脫落事故的發(fā)生,根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)基本原理,在輪輻兩側(cè)增加六幅支承筋板,如圖3 所示,增強(qiáng)輪緣外側(cè)支承強(qiáng)度,可以有效的防止輪緣變形脫落事故的發(fā)生。

圖3 加裝筋板滑輪簡(jiǎn)圖

3.4 起重機(jī)滑輪組設(shè)備技術(shù)管理措施

在保證冶金鑄造起重機(jī)關(guān)鍵部件滑輪組安全性使用的同時(shí),還需綜合考慮設(shè)備維護(hù)成本的經(jīng)濟(jì)性。 起重機(jī)滑輪的安全使用必須規(guī)范和加強(qiáng)使用周期管理,通過(guò)制定合理的更換使用周期及日常點(diǎn)檢檢查、數(shù)據(jù)測(cè)量、磨損趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)分析、潤(rùn)滑設(shè)備等管理手段來(lái)保障使用周期內(nèi)的安全使用。

4 實(shí)施效果

通過(guò)對(duì)滑輪材質(zhì)、表面熱處理硬度、滑輪槽底厚度、及增加輪緣支承筋板一系列的技術(shù)改進(jìn)措施及技術(shù)管理措施的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用,有效的解決滑輪在使用過(guò)程中磨損程度不均衡的問(wèn)題,避免了滑輪輪緣磨穿脫落的事故的發(fā)生,同時(shí)提高了滑輪組在線(xiàn)使用壽命,解決了冶金鑄造起重機(jī)滑輪部件的設(shè)備安全本質(zhì)化難題。