橋式起重機(jī)故障類(lèi)型及其原因分析

中煤北京煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司 張?jiān)獤|

■引言

橋式類(lèi)型起重機(jī)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程機(jī)械化、自動(dòng)化的一種特種設(shè)備。在機(jī)械行業(yè)、冶金行業(yè)、化學(xué)工業(yè)中使用非常廣泛。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，橋式起重機(jī)的種類(lèi)和數(shù)量也在增加，因此隨之產(chǎn)生的問(wèn)題也越來(lái)越多，起重機(jī)械事故也愈來(lái)愈頻繁。橋式起重機(jī)是橫架于車(chē)間倉(cāng)庫(kù)上方進(jìn)行物料的吊裝與運(yùn)輸?shù)脑O(shè)備，兩端坐落在金屬架或者墻端，形狀類(lèi)似橋，故而得名?？梢猿浞掷脴蚣芟旅娴目臻g進(jìn)行運(yùn)輸，不受下方空間的限制，因而是使用最廣泛、數(shù)量最多的一種起重機(jī)。其中天車(chē)是架在高架上方的一種橋式起重機(jī)，通常用于車(chē)間、倉(cāng)庫(kù)，起重機(jī)橋架也即是大車(chē)沿鋪在兩側(cè)高架上的軌道縱向移動(dòng)，起重小車(chē)沿鋪在橋架上的軌道橫向移動(dòng)，不受地面設(shè)備的阻礙。作為一種特種設(shè)備，橋式起重機(jī)的安全問(wèn)題是一個(gè)值得關(guān)注并研究的問(wèn)題，在使用起重機(jī)械的過(guò)程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)并提前預(yù)測(cè)起重機(jī)的故障可以減少事故的發(fā)生。

■特種設(shè)備事故現(xiàn)狀

根據(jù)國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)管總局關(guān)于2020 年全國(guó)特種設(shè)備安全狀況的通告[1]，2020 年，全國(guó)共發(fā)生特種設(shè)備事故和相關(guān)事故107 起，死亡106人，與2019 年相比，事故起數(shù)減少23 起、降幅17.7%，死亡人數(shù)減少13 人、降幅10.9%。萬(wàn)臺(tái)特種設(shè)備死亡率為0.09。全年未發(fā)生重特大事故，特種設(shè)備安全形勢(shì)總體平穩(wěn)。場(chǎng)（廠）內(nèi)專(zhuān)用機(jī)動(dòng)車(chē)輛、起重機(jī)械和電梯事故占比較大，約占事故總起數(shù)的79.4%、死亡總?cè)藬?shù)的73.6%。（圖1）

圖1 2020 年事故類(lèi)型統(tǒng)計(jì)

機(jī)電類(lèi)設(shè)備［起重機(jī)械、電梯、大型游樂(lè)設(shè)施、場(chǎng)（廠）內(nèi)專(zhuān)用機(jī)動(dòng)車(chē)輛、客運(yùn)索道］事故的主要特征是墜落、碰撞、擠壓等。

起重機(jī)械雖然定期檢驗(yàn)檢查檢修，但是運(yùn)行中的安全隱患極易導(dǎo)致故障的發(fā)生，從而引發(fā)事故。因此對(duì)故障合理的分析與總結(jié)，對(duì)預(yù)防故障發(fā)生以及對(duì)防范事故的發(fā)生有著很大的意義。

■橋式起重機(jī)結(jié)構(gòu)

橋式起重機(jī)主要有普通橋式、簡(jiǎn)易梁橋式以及冶金專(zhuān)用三種結(jié)構(gòu)類(lèi)型不同的形式。普通橋式起重機(jī)主要包括起重小車(chē)、結(jié)構(gòu)架以及運(yùn)行機(jī)構(gòu)。起重小車(chē)包括起升機(jī)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)和車(chē)架三部分。起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)主要由滑輪組、卷筒、制動(dòng)器、電動(dòng)機(jī)、減速器組成。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)使鋼絲繩繞卷筒卷上卷下運(yùn)動(dòng)，從而使重物上升或者下降，通過(guò)減速器控制速度。車(chē)架通常為焊接的鋼架用來(lái)固定起升機(jī)構(gòu)以及運(yùn)行機(jī)構(gòu)。起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)主要有集中驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式和分別驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式，用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)兩邊的主動(dòng)車(chē)輪為集中驅(qū)動(dòng)；用兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別帶動(dòng)兩邊的主動(dòng)車(chē)輪為分別驅(qū)動(dòng)。中、小起重量的普通橋式起重機(jī)通常將制動(dòng)器、減速器和電動(dòng)機(jī)進(jìn)行組合形成一個(gè)整體形成“三合一”的驅(qū)動(dòng)方式從而進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，大車(chē)起重量通常采用萬(wàn)向聯(lián)軸器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這樣便于安裝各零部件以及調(diào)整機(jī)構(gòu)。橋式起重機(jī)一般采用四個(gè)車(chē)輪作為運(yùn)行機(jī)構(gòu)，其中包括主動(dòng)車(chē)輪和從動(dòng)車(chē)輪；如果是大起重量起重機(jī)，一般會(huì)增加車(chē)輪以此降低車(chē)輪壓力。增加車(chē)輪時(shí)，車(chē)架必須配備鉸接均衡裝置，均勻分布起重機(jī)的載荷，使各車(chē)輪受均衡壓力，不至于運(yùn)行不穩(wěn)或者車(chē)輪啃軌毀壞車(chē)輪及輪緣。起重機(jī)的橋架包括主梁和端梁用于支撐小車(chē)的重量，是一種移動(dòng)的金屬結(jié)構(gòu)，按主梁個(gè)數(shù)可分為由單根主梁組成的單主梁橋架以及由兩根主梁組成的雙梁橋架兩種類(lèi)型。端梁兩端裝有車(chē)輪，是大車(chē)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)，主梁是起重小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)，支撐小車(chē)的軌道。

如圖2 所示為橋式起重機(jī)結(jié)構(gòu)圖。其中X方向?yàn)樾≤?chē)運(yùn)行方向。

圖2 橋式起重機(jī)結(jié)構(gòu)圖

■橋式起重機(jī)工作特點(diǎn)

普通橋式起重機(jī)使用最普遍的為電力驅(qū)動(dòng)，有些也可以遙控控制。電力驅(qū)動(dòng)主要在駕駛室內(nèi)完成，遠(yuǎn)距離控制的橋式起重機(jī)可通過(guò)電動(dòng)葫蘆控制，司機(jī)所在位置較靈活。

結(jié)合橋式起重機(jī)工作類(lèi)型，有以下工作特點(diǎn)：

表1 橋式起重機(jī)工作特點(diǎn)

橋式起重機(jī)械的工作特點(diǎn)，決定了它與安全生產(chǎn)的關(guān)系緊密。

■橋式起重機(jī)主要故障類(lèi)型

本文只考慮橋式起重機(jī)的主要故障類(lèi)型，結(jié)合其他的研究成果，從橋式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)出發(fā)考慮發(fā)生故障的部位，通過(guò)對(duì)橋式起重機(jī)故障進(jìn)行分析，確定了橋式起重機(jī)主要故障形式有金屬結(jié)構(gòu)故障、吊索具故障、制動(dòng)器故障、減速器故障、電氣系統(tǒng)故障五種類(lèi)型。

橋式起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)是起重機(jī)最重要的部分，金屬結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性是橋式起重機(jī)安全運(yùn)行的關(guān)鍵，金屬結(jié)構(gòu)的故障通常跟機(jī)構(gòu)的磨損疲勞等有關(guān)，一旦發(fā)生故障會(huì)造成很大的危害，起重機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行會(huì)造成主梁的彎曲下沉，也會(huì)造成吊組件的損壞，因此正確使用和保養(yǎng)起重機(jī)械至關(guān)重要。橋式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)主要故障形式是軌道故障以及主梁的故障[2]。

軌道故障，橋式起重機(jī)軌道包括小車(chē)軌道和大車(chē)軌道。小車(chē)在軌道上運(yùn)行容易出現(xiàn)的問(wèn)題是小車(chē)車(chē)輪部分懸空，出現(xiàn)“三條腿”現(xiàn)象。由于車(chē)輪制造或安裝的原因或者小車(chē)橋架不符合標(biāo)準(zhǔn)，造成小車(chē)車(chē)輪懸空。小車(chē)“三條腿”會(huì)造成車(chē)體扭晃、運(yùn)行不穩(wěn)、起重機(jī)振動(dòng)。因?yàn)樾≤?chē)軌道上有固體或者雜物，容易造成小車(chē)打滑。大車(chē)在軌道上運(yùn)行容易出現(xiàn)大車(chē)車(chē)輪啃軌，使橋架結(jié)構(gòu)由于疲勞產(chǎn)生變形，或者大車(chē)啟動(dòng)時(shí)兩電機(jī)不同步，造成大車(chē)車(chē)體傾斜，啃噬軌道。同時(shí)若軌道上有灰塵、雜物，也會(huì)造成大車(chē)運(yùn)行時(shí)啃軌。

橋式起重機(jī)的主梁是存在彈性變形，載荷作用下產(chǎn)生上下?lián)献冃?，載荷卸下后變形消失。主梁設(shè)計(jì)有一定的上拱度，用以改善小車(chē)運(yùn)行時(shí)由于載荷作用產(chǎn)生的向下變形。主梁下?lián)先菀自斐陕?lián)軸器斷裂以及小車(chē)“三條腿”現(xiàn)象。由于超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)或者腐蝕及高溫等環(huán)境的影響，加之對(duì)結(jié)構(gòu)的維修不當(dāng)，容易造成主梁的永久變形。

制動(dòng)器故障，制動(dòng)器打滑發(fā)熱和不抱閘是制動(dòng)器容易發(fā)生的故障。由于雜物和油污的影響制動(dòng)輪表面摩擦減小，易造成制動(dòng)輪打滑。制動(dòng)器在工作過(guò)程中磨損過(guò)大或者由于主彈簧變形張力變化剎不住車(chē)[3]。

減速器故障，減速器工作時(shí)，由于減速器緊固螺栓松動(dòng)，或者構(gòu)件剛度差，極易產(chǎn)生變形，造成振動(dòng)不正常。減速器通氣孔，形成不均衡的壓力差，使減速器漏油。箱體有縫隙或者排氣孔積塵多，均會(huì)導(dǎo)致減速器漏油[4]。吊索具故障，起升設(shè)備容易產(chǎn)生的故障是鋼絲繩跳槽或斷裂、溜鉤、卷筒故障、“過(guò)卷”現(xiàn)象。鋼絲繩的規(guī)格應(yīng)根據(jù)用途確定，安全系數(shù)應(yīng)根據(jù)工作級(jí)別確定。

電氣設(shè)備故障。橋式起重機(jī)的電氣系統(tǒng)主要包括串聯(lián)電阻、電機(jī)繞組、交流接觸器及聯(lián)動(dòng)線路。其中電阻組都在電阻箱內(nèi)，橋式起重機(jī)運(yùn)行時(shí)，電阻連續(xù)運(yùn)行，產(chǎn)生大量的熱，從而使電阻經(jīng)常在高溫狀態(tài)下，這樣加速了電阻線及其端子的變質(zhì)，改變阻值，燒毀電機(jī)，或者使阻值不平衡，使大車(chē)扭裂。同時(shí)由于起重機(jī)啟動(dòng)和關(guān)閉瞬間與正常運(yùn)行時(shí)電壓和功率變化較大，更易造成電機(jī)老損。

橋式起重機(jī)一般在工作時(shí)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，各種操作頻繁，有時(shí)車(chē)間或倉(cāng)庫(kù)環(huán)境不好，潮濕和粉塵等因素影響，使磨損加劇，造成短路放炮[5]。

■橋式起重機(jī)故障原因分類(lèi)

分析橋式起重機(jī)故障發(fā)生的原因，將其故障分為以下五類(lèi)：

（1）本質(zhì)故障

起重機(jī)在設(shè)計(jì)、制造、安裝過(guò)程中，由于各部件的設(shè)計(jì)上的技術(shù)或質(zhì)量缺陷，以及材質(zhì)不合理，存在固有缺陷，在使用過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)故障，如結(jié)構(gòu)件的尺寸形狀設(shè)計(jì)生產(chǎn)的不合標(biāo)準(zhǔn)，組合件在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)磨損疲勞，零件生產(chǎn)時(shí)公差選擇不合理，造成間隙不符合規(guī)定，這些本質(zhì)缺陷會(huì)引起起重機(jī)械運(yùn)行時(shí)發(fā)生故障。

（2）人為故障

橋式起重機(jī)在使用過(guò)程中，需要多人配合使用，現(xiàn)場(chǎng)操作人員不按規(guī)定操作，或者遇到突發(fā)情況處置不合理，造成設(shè)備故障。例如在使用時(shí)超過(guò)上升限位，或者撞擊緩沖膠塊對(duì)小車(chē)大車(chē)造成損傷，重載情況下，起重司機(jī)頻繁快速啟動(dòng)、制動(dòng)從而使起重機(jī)產(chǎn)熱過(guò)大，燒壞電氣設(shè)備的絕緣。

（3）機(jī)械故障

某一部位或者零件出現(xiàn)故障未及時(shí)處理，繼續(xù)運(yùn)行的情況下造成其他部位的故障。例如限重器失靈，吊運(yùn)貨物超重造成鋼絲繩斷裂，上升或者下降限位失靈，造成吊鉤連帶物品撞擊卷筒或者地面，從而造成更大的損壞。起重機(jī)在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)大車(chē)小車(chē)啃軌，產(chǎn)生水平側(cè)向力，加載于廠房結(jié)構(gòu)內(nèi)部，造成主梁的損壞或者廠房結(jié)構(gòu)的破壞[6]。

（4）環(huán)境故障

起重機(jī)械有時(shí)裝載貨物所處的環(huán)境粉塵較多，或者高溫高濕，容易加劇電動(dòng)機(jī)滑環(huán)的磨損，造成短路放炮，或者造成電器設(shè)備短路電機(jī)燒毀、機(jī)械設(shè)備磨損，加快了故障發(fā)生的速度。工作環(huán)境中存在油污等，起重機(jī)的制動(dòng)器中的抱閘接觸器線圈粘連，使抱閘不能吸合，剎車(chē)時(shí)抱閘器不能抱緊制動(dòng)輪，出現(xiàn)溜鉤，造成起吊物件行程過(guò)大或者重物下落[7-8]。

（5）耗損故障

由于機(jī)械設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行，或者由于工作環(huán)境的影響，機(jī)械設(shè)備各部件之間逐漸出現(xiàn)磨損、老化或者腐蝕，此類(lèi)故障被稱(chēng)為耗損故障。例如大車(chē)小車(chē)車(chē)輪的磨損，軌道的磨損，鋼絲繩磨損斷裂，電機(jī)的老化等。耗損故障無(wú)法避免，往往與機(jī)械設(shè)備的壽命息息相關(guān)。

根據(jù)以上所述同一種故障有可能是不同的原因造成的，因此對(duì)橋式起重機(jī)的故障進(jìn)行詳細(xì)的分析，有利于更快的識(shí)別故障發(fā)生的原因，同時(shí)有利于采取措施，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的保養(yǎng)和管理，預(yù)防故障的發(fā)生。

■結(jié)論

橋式起重機(jī)在使用過(guò)程中發(fā)生的比較頻繁的故障類(lèi)型主要有金屬結(jié)構(gòu)故障、吊索具故障、制動(dòng)器故障、減速器故障、電氣系統(tǒng)故障五種類(lèi)型。通過(guò)對(duì)橋式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)組成以及工作原理的研究，從而了解橋式起重機(jī)的運(yùn)行機(jī)理，剖析其發(fā)生故障的深層原因，將各部件分開(kāi)描述既可以將故障進(jìn)行分類(lèi)，又可以對(duì)橋式起重機(jī)的故障有一個(gè)系統(tǒng)整體的認(rèn)識(shí)。從系統(tǒng)論的觀點(diǎn)將起重機(jī)的故障分為本質(zhì)故障、人為故障、機(jī)械故障、環(huán)境故障、耗損故障。