劉松平，張誠

（江西銅業(yè)集團公司 貴溪冶煉廠，江西貴溪335424）

貴溪冶煉廠二系統(tǒng)熔煉車間引進的芬蘭科尼85 t冶金吊已安全穩(wěn)定運行多年。作為對安全穩(wěn)定性要求極高的特種設(shè)備，科尼85 t冶金吊的機械運行方式、各種安全聯(lián)鎖保護方面依舊較國產(chǎn)設(shè)備先進。如該設(shè)備變頻器內(nèi)置防晃軟件來控制大車的行走，其控制效果較國產(chǎn)設(shè)備更精準、穩(wěn)定，既可有效防范吊運銅包時的銅水散落風險，也能保證作業(yè)效率。為了進一步優(yōu)化國產(chǎn)設(shè)備的研發(fā)，本文擬從安全技術(shù)、起升控制、安全維護等方面對該廠科尼85 t冶金吊的設(shè)計理念及維護模式進行探討。

1 科尼冶金吊安全技術(shù)特點

科尼85 t冶金吊的安全穩(wěn)定運行是保證煉銅生產(chǎn)不間斷的關(guān)鍵。該設(shè)備的結(jié)構(gòu)合理，維修迅速方便，為保證銅包吊運的平穩(wěn)性，除通過采用變頻器來調(diào)整速度和加速度外，還在冶金吊運行過程中使用了防晃設(shè)計，防止加減速時銅水外溢。在滾筒結(jié)構(gòu)上，該設(shè)備使用兩組對稱的卷筒滑輪系統(tǒng)，并使其保持同步運行，從而保證了設(shè)備工作的穩(wěn)定性和安全性。主起升機構(gòu)采用了兩套驅(qū)動聯(lián)鎖的配置，使兩套傳動機構(gòu)既能各自獨立運轉(zhuǎn)，又保持了最直接的機械同步。在1套驅(qū)動裝置發(fā)生事故的情況下，另1套機構(gòu)能在短期內(nèi)驅(qū)動，承擔起全部負荷，而不會造成突然墜落或工作停頓的情況[1]。科尼85 t冶金吊鋼絲繩使用四繩八輪設(shè)計，突發(fā)情況下斷裂1根鋼絲繩，負載也不會掉落，行車可將負載轉(zhuǎn)移至安全區(qū)域，放下負載后再進行維修。

2 科尼冶金吊運行分析

2.1 起升機構(gòu)組成與控制

科尼冶金吊起升機構(gòu)減速箱及安裝于低速軸上的卷筒，組成1個剛性且均衡的結(jié)構(gòu)。整個單元利用3個支承點（減速箱驅(qū)動端、自由側(cè)軸承座、支撐軸承）安裝于小車上。這種固定方式可適應(yīng)具有一定彈性的小車結(jié)構(gòu)。在負載調(diào)運過程中，卷筒會持續(xù)受到軸向力，并通過這種結(jié)構(gòu)有效地消除應(yīng)力的沖擊。卷筒安裝示意如圖1所示。

圖1 卷筒安裝示意

科尼85 t冶金吊主卷揚使用1臺雙輸入軸三級減速箱，主起升卷筒配備有2臺電機和2個變頻器。這種設(shè)計可實現(xiàn)由1臺電機控制全部負載的起重，且在緊急情況下可通過差速齒輪變頻器來確保安全起重。雙梁起重機橫動機構(gòu)采用冗余設(shè)計，分為2個機組，一旦出現(xiàn)緊急情況，起重機可由其中一半的電機組驅(qū)動。

2.2 安全制動器控制方式

起升機構(gòu)中的制動器主要用作恒速制動，僅在緊急停車時才作為止動閘。制動控制方式如圖2所示，采用直流線電壓全波/半波整流器Voltage range；電壓范圍在200～690 V，輸出電壓UDC為全波整流0.90UAC，半波整流0.45UAC；最大電流為1.5 A。

圖2 控制器原理

當制動器打開時，制動接觸器K7將兩相電源電壓接在端子1、2、3上，使該裝置成為全波整流器。全波方式可用來快速打開制動器。此外，制動接觸器還將端子4和5短接，從而形成直流電路。在時間延遲以后（一般為0.3 s），制動接觸器的延遲觸點斷開，使端子3上的電壓中斷，整流器變成半波型。半波運行可防止制動線圈發(fā)熱，并足以使制動器保持打開。

若需將制動器閉合，則可由制動接觸器來斷開端子1和2上的電源電壓，釋放后的制動接觸器也斷開了制動線圈直流電路，從而使制動器加速閉合。這里安裝可調(diào)電阻的目的在于對各只K7觸點和制動線圈進行過電壓保護[2]。

2.3 行車控制變頻器

科尼85 t冶金吊采用的是專用變頻器（D2H型）。該變頻器分為5個模塊：1）制動控制模塊。該模塊用于控制盤式制動器的剎車接觸器，還包括了制動器直流整流器。2）電阻模塊。該模塊配置有外置與內(nèi)置剎車電阻，起動電阻器由板式電阻元件組成,控制電路的電阻是陶瓷線電阻。3）控制模塊。按鈕由電位計通過搖桿電位計控制PLC和檔位的無級遙控進行控制。4）限位開關(guān)模塊。該模塊控制行車行走雙向減速和停止功能。 5）速度檢測與保護模塊。該模塊包括了行車卷揚升降及行走速度檢測單元和熱保護單元。它跟變頻器是分開的，也不依賴系統(tǒng)軟件，主要用于監(jiān)控馬達的速度，包括引起的速度差異。當發(fā)生超速或失速等狀況后，其會反饋至變頻器上控制機構(gòu)的馬上停止功能。

2.4 行車大車行走驅(qū)動裝置

科尼冶金吊大車行走驅(qū)動采用四驅(qū)“三合一”方式[3]，可以有效地提高行車平臺的空間利用率、減少設(shè)備數(shù)量、降低故障率，但也會提高后期維護成本等，“三合一”減速機結(jié)構(gòu)如圖3所示。在這種四驅(qū)形式下，即使出現(xiàn)1臺驅(qū)動故障的情況，短時間內(nèi)也不會影響行車的正常運行。技術(shù)人員將故障電機制動器解除后，可在生產(chǎn)允許的情況下再進行檢修。

圖3 “三合一”減速機結(jié)構(gòu)

3 安全操作規(guī)程

制定安全操作規(guī)程，并對設(shè)備操作者進行基本的培訓(xùn)是保障設(shè)備操作不違反任何安全操作規(guī)程及常識，確保維修計劃正常執(zhí)行的必要措施。操作者的培訓(xùn)內(nèi)容應(yīng)包括需要進行調(diào)節(jié)和修理的潛在故障的相關(guān)知識、出現(xiàn)問題時釆取的正確措施等。與此同時，配之以周期檢查程序、預(yù)防性的維修保養(yǎng)，能保證科尼85 t冶金吊的穩(wěn)定安全運行。

操作人員應(yīng)注意：在不必要的情況下，不要改變起重機的運行狀態(tài)。起升電機通常是高轉(zhuǎn)矩、高滑失率的電機，每次起動產(chǎn)生的沖擊電流遠高于正常運行電流。若持續(xù)超負荷，將導(dǎo)致過熱、熱故障或燒毀。若出現(xiàn)異常情況或故障時，如異常噪音、運行不穩(wěn)定、運行方向錯誤或部件明顯損壞等，應(yīng)停止使用小車，進行徹底檢查修理。建立日常維修檢查程序，特別注意吊鉤、吊繩、鏈條、剎車及限位開關(guān)，并保留維修檢查記錄。操作之前檢查鋼絲繩或鏈條的支架是否安裝正確，是否有扭轉(zhuǎn)、打結(jié)、磨損或其他問題。

4 日常維護事項

4.1 鋼絲繩的維護

每3個月檢查1次鋼絲繩，特別注意鋼絲繩的停靠點位置。若已經(jīng)有1根鋼絲斷裂，則必須每個月檢查1次。高負荷運行的起重機必須每月或每周檢查1次。

由于鋼絲繩一直處于運動狀態(tài)，其所受應(yīng)力也處于變化之中，尤其是暴露在腐蝕性空氣中的鋼絲繩，由于表面金屬腐蝕，更容易造成鋼絲的崩斷。對鋼絲繩進行檢查時，在其磨損最嚴重的區(qū)域中可見鋼絲斷裂根數(shù)達到表1所給出的相應(yīng)指標時，則必須進行更換。

表1 鋼絲繩斷絲參照值

正常運行的鋼絲繩可以通過合理的潤滑來提高壽命[4]，尤其是對連續(xù)使用的粗鋼絲繩進行潤滑，可以顯著地降低鋼絲繩更新成本。在通常情況下，每6個月潤滑1次鋼絲繩即可。但如果鋼絲繩所處工作環(huán)境屬于腐蝕、高溫、銅水飛濺、充滿粉塵等惡劣環(huán)境，日常工作運行時間較長，則必須縮短潤滑周期。如果起重機長時間沒工作，開動前也須檢查是否充分潤滑。當鋼絲繩位于潤滑油滴落會有害的地方時，可以不潤滑，但應(yīng)更頻繁地檢查鋼絲繩磨損情況。潤滑時，把繩子從加熱過的浸油碎布中拖過效果更好，之后用干凈的抹布擦拭。

4.2 彈性柱銷聯(lián)軸器的安裝及檢測

彈性柱銷聯(lián)軸器是利用若干非金屬彈性材料制成的柱銷，置于兩半聯(lián)軸器凸緣孔中，通過柱銷實現(xiàn)兩半聯(lián)軸器連接。其中，半邊聯(lián)軸器的外表面帶有連接孔，形成制動鼓；另半邊聯(lián)軸器連接上的裝置是可拆卸的，并且不產(chǎn)生軸向位移。力矩通過聯(lián)軸器及柱銷傳遞[5]。

在將半邊聯(lián)軸器安裝到芯軸上之前，要確認軸端的尺寸并保證軸與鍵槽、鍵相對位置在同一平面上，特別是對于大尺寸的聯(lián)軸器，這點非常重要。根據(jù)配合公差，將半邊聯(lián)軸器加熱到80～120℃保證孔膨脹量達到裝配要求。小的聯(lián)軸器可以從螺線中心孔拉裝到芯軸上，檢查已裝到芯軸上的兩半聯(lián)軸器的徑向偏心。將兩半聯(lián)軸器在不平衡的同一側(cè)用柱銷鎖住。安裝完畢后，用一個專門的安裝板來保證聯(lián)軸器精確地安裝到機器上，用塞規(guī)、標尺、量規(guī)、千分卡等來檢查安裝的精度，如圖4所示。正常情況下，安裝最大的允許偏差見表2。

表2 安裝允許最大偏差 mm

圖4 聯(lián)軸器測量示意

4.3 盤式制動器安全檢查

盤式制動器在無載荷情況下至少進行20次剎車循環(huán)，在50%的額定負載下最少進行100次剎車循環(huán)，在全負載情況下進行最少20次剎車循環(huán)。制動器必須逆著旋轉(zhuǎn)的鼓或圓盤工作，且必須為連續(xù)工作。這個程序特別用于襯套里的運轉(zhuǎn)。襯套接觸面積必須大于70%。盤式制動器維護檢查的要點為：1）檢查推進器的保留行程；2）檢查補償裝置；3）檢查螺栓連接情況；4）檢查運行噪音是否正常；5）檢查制動器襯套與制動鼓/盤之間的間隙；6）檢查制動器釋放位置連桿調(diào)節(jié)螺絲。

5 科尼冶金吊安全設(shè)計理念

5.1 安全測試

將吊鉤或吊具升至適當高度，以確保通道暢通；但不得將吊鉤升至安全上限位。這是因為起重機在室外或溫度較低的室內(nèi)長時間停用后，起動時須首先向上運行。

將所有控制器置于零位，按下停止按鈕使主接觸器斷開，斷開控制電流和主電流的安全開關(guān)。當起重機停在空中時，制動器應(yīng)處于制動狀態(tài)。行車運行如有任何故障，應(yīng)立刻通知指揮者；起重機運行時如有任何故障，應(yīng)避免起重機急停，并通知下一位駕駛員和維修人員?？刂破鞯目焖贆n是運行檔，慢速檔僅用于短時運行。出現(xiàn)故障時，應(yīng)用慢檔來實行短時和急動要求。不要讓控制器停留在檔位之間。若出現(xiàn)任何危險，操作人員應(yīng)按下停車按鈕停止起重機的所有運行，為保證行車的安全穩(wěn)定運行，應(yīng)定期帶負載進行安全檢測[6]。

5.2 多重安全保護

1）行車主起升卷筒減速箱使用雙輸入同步驅(qū)動，通過電氣變頻器檢測2個電機運行數(shù)據(jù)的偏差，以提升失速保護。

2）減速箱輸入軸增加機械失速保護裝置，通過主提升電機變頻器、卷筒失速開關(guān)、負載開關(guān)等裝置進行多重檢測連鎖及時發(fā)現(xiàn)異常，通過報警、急停等方式達到安全目標。

3）主提升卷筒自由側(cè)安裝2臺進口安全制動器，行車正常運行時與主驅(qū)動制動器同步動作，防止突發(fā)情況無安全制動。

4）主提升鋼絲繩使用4根Φ23 mm進口鋼絲繩，當1根鋼絲繩斷裂后，負載不會墜落，可將負載放下后進行鋼絲繩的更換，進一步提升冶金吊安全系數(shù)。

6 結(jié)語

綜上所述，科尼冶金吊在設(shè)計之初就通過電氣、操作、機械等多重疊加保護措施，不斷降低使用安全風險，實現(xiàn)了冶金吊在使用全壽命期間安全穩(wěn)定運行。本文詳細分析了科尼冶金吊的設(shè)計、制造理念和安全防護措施，對拓展我國自主研發(fā)的冶金吊等特種設(shè)備的設(shè)計思路，不斷提升冶煉行業(yè)行車安全設(shè)計能力，防范因冶金吊安全設(shè)計缺陷而出現(xiàn)不可挽回的安全事故具有積極意義。