韩运才 赵永刚
江苏省特种设备安全监督检验研究院 江阴 214434
摘 要：主要分析了检验规则对吊运熔融金属起重机在主起升机构要求上的主要变化，并对相关问题展开探讨，指出了吊运熔融金属起重机安装安全监控系统的相关要求，从而利于从业人员把控好具体尺度。
关键词：起重机；检验规则；吊运熔融金属
中图分类号:TH218 文献标识码:A 文章编号:1001-0785(2018)11-0182-04
TSG Q7015—2016《起重机械定期检验规则》 、TSG Q7016—2016《起重机械安装改造重大修理监督检验规则》 （以下简称新检规）相比TSG Q0002—2008《起重机械安装改造重大修理监督检验规则》，内容已有了重大变化，尤其是在对吊运熔融金属起重机相关要求方面有了新的变化和要求。相比其他类别的起重机械，吊运熔融金属起重机的危险性和重要性都要大，这就要求吊运熔融金属起重机的从业人员必须熟知相关的法律法规，确保特种设备安全。
1 对采用电动葫芦作为起升机构的要求
新检规对此类起重机的起升电动葫芦做出了以下4个方面的要求：
1）当5 t ＜ G n ≤ 16 t(G n 为额定起重量) 时，特别要求在传动系统低速级上装设安全制动器，在工作制动器或传动部件失效的情况下，可牢固、稳定地承受住额定起重量。
2）当G n ≤ 5 t 时，电动葫芦的设计应满足以下2个条件中的任一个：①应设置工作制动器、安全制动器; ②按照1.5 倍G n 设计。
3）电动葫芦必须具有耐高温和隔离热量的功能。
4）电动葫芦的工作级别不低于M6。
1.1 新检规要求的变化
与2008 版检验规则规比较，新检规有2 个明显的变化，即一降低一提高。一降低是指降低了电动葫芦额定起重量的要求，2008 版检验规则明确，以电动葫芦吊运熔融金属起重机的最大额定起重量G n ≤ 10 t，而新检规将电动葫芦额定起重量放大到了16 t，可见要求降低了。一提高即提高了制动器设置的要求，2008 版检验规则指出，当G n ≤ 5 t 时，宜在传动系统低速级上安装安全制动器，一个是应一个是宜，一字之差反映了新检规在要求上是提高了。
1.2 电动葫芦安全制动器的设置
图1 为典型的电动葫芦安全制动器设置，其结构简单，零部件少。其工作原理是，当载荷增加时，制动力矩也变大，满载时到达峰值。当电动机的传动、减速、制动等系统任意环节出现故障或失效时，安全制动器动作并承受住额定起重量。因为零部件完好，让电动葫芦做上升运动，由于载荷发生了一定位移，安全制动器便复位（即常态下，不工作），当再次使电动葫芦做向下运动，载荷便被安稳地下放下来。在传动、减速或制动部分失效后，重物向下快速运动，迫使离心块处于打开状态，并被挡块迅速卡住，紧接着挡块便贴合在制动臂上，最后卷筒由于受到摩擦片的作用力而停止转动，进而载荷被控制住。使用这类安全制动器应注意如下事项：
1）安全制动器设置在卷筒里面，由于卷筒内部空间不够大，而使得制动力矩相比较就变大了。
2）摩擦片承受的摩擦力很大，由于安全制动器动作后，卷筒升温，使得卷筒内缠绕的油浸钢丝绳润滑效果不再明显，甚至出现断丝失效的现象。
3）电动葫芦低速级（如最后一级大齿轮）失效，重物下降迅速，安全制动器可以及时响应动作。然而，万一遇到高速轴失效，由于高速轴大的转动惯量，重物向下运动时，便出现了一个加速过程，只有卷筒转速达到相应的规定值，离心块才能甩出来，安全制动器方能起作用。所以，在这种情况下安全制动器有无法快速响应制动的风险。左侧为制动状态，右侧为闭合状态。
1. 制动臂2. 摩擦片3. 离心块4. 离心块座5. 挡块6. 滚动轴承7. 轴栓8. 臂座
图1 CD10 t 电动葫芦安全制动器示意图
2 对Gn ≥ 75 t 主起升机构（电动葫芦除外）制动器的要求
吊运熔融金属起重机的主起升机构的设置应满足以下2 个条件中的一个：
1）双驱结构且刚性连接。
2）虽然为双驱结构，但非刚性连接，或单驱结构[2]，以上两种情况下，在钢丝绳卷筒端部必须设置有安全制动器。
2.1 非电动葫芦式安全制动器的设置
此类结构的安全制动器一般都是布置在驱动系统传动链的最后一级，也就是位于卷筒端部的制动盘上。当给起升机构通电后，安全制动器便进入了常态（打开状态），在常态下，安全制动器得电但不工作。在原理设计中，机构装设了一套传统链检查测试系统，如果卷筒或电动机的转速超过了规定值，或低速轴与高速轴的速度之比出现了变动，或各卷筒的旋转速度发生了变化，该检查测试系统就会启动，控制系统立即控制安全制动器抱闸。在起升机构出现故障后，便切断速度调控系统电源，此时工作制动器首先动作抱闸，随后安全制动器动作闭合[3]。除此之外，司机室内操控台上设有安全制动器的急停开关，一旦出现危险情况时，司机便能马上启动此急停开关，安全制动器立即动作闭合，同时可以由手动操控形式，点动安全制动器使钢水包缓慢下降。
2.2 对此类主起升机构情况的分析
新检规对此类主起升机构规定了两种情况，4 个要求。图2 属于第一种情况，即双驱结构且刚性连接，可不装安全制动器。当一套驱动装置中任何一个环节出现问题或失效时，另外一套驱动装置通过同步联轴器把动力传递给故障或失效侧，确保两侧卷筒转速保持一致，使吊具的2 个吊点处于同一高度，防止钢水包倾斜侧翻。
1、8. 电动机 2. 钢丝绳平衡杠杆及定滑轮组 3. 联轴器 4、5. 工作制动器 6 减速器 7. 浮动轴 9. 左卷筒 10. 低速轴联轴器 11. 右卷筒
图2 主起升机构双电机、双减速器传动布置图
图3、图4、都属于第二种情况，即需要装安全制动器的情况。图3a 所示，主起升机构设置了2 套驱动装置，但各驱动装置在输出轴上没有做刚性连接[4]，从其布置图可以看出，机构由2 套驱动装置、4 套工作制动器、双卷筒及一套行星减速器组成，一台电机与行星减速器的太阳轮轴连接，另一台电机与行星减速器大齿圈外啮合的小齿轮轴连接。当其中一套驱动装置中任何一个环节出现故障或失效时，该侧的制动器动作，另一侧驱动单独工作，并以0.5 倍的额定速度连续工作。因为行星减速器结构的特殊性，在单独一个电动机工作时传动链上每个零件都不过载，只是承受了1 倍的载荷，所以可以较长时间的运行[5]，只是起升速度减低1 倍。相比于普通减速器，行星减速器多了一个自由度，故而在输出轴侧不能认为是刚性连接，根据新检规要求，在卷筒端部装设安全制动器是必不可少的。需要注意的是，如果把图3b 所示减速器，理解为内部构造为2 套齿轮传动装置，此时，双卷筒同时与减速器低速轴相连，这就属于双驱动且输出轴刚性连接，卷筒端部可不设安全制动器的情况。
图4 为典型的主起升机构只设置一套驱动装置的布置图，结构较为简单，在卷筒端部制动盘上必须设置有安全制动器。由于是单驱动、单减速系统、单卷筒和单套定滑轮组，该系统也只能出现在单吊点的主起升结构中。
3 对主起升机构钢丝绳缠绕系统的要求
新检规对主起升机构钢丝绳缠绕系统提出了3 方面的要求：
1）吊具下若有2 个吊点[2]，对钢丝绳数量的要求即为4；
1. 电动机2、4. 工作制动器3. 减速器5. 联轴器6. 安全制动器 7、8. 卷筒 9. 定滑轮组
图3 主起升机构双电机、单减速器传动布置图
1. 电动机 2. 钢丝绳平衡杠杆 3 联轴器 5. 减速器 4、6. 工作制动器 7. 卷筒 8. 定滑轮组 9. 安全制动器
图4 主起升机构单电机、单减速器传动布置图
2）吊具下若只有1 个吊点[2]，对钢丝绳数量的要求最低为2；
3）不允许采用平衡滑轮。对于前2 个方面的要求，当其中有1 根钢丝绳发生断裂时，对于双吊点系统，仍然有3 根完好钢丝绳承受载荷，而且两侧吊点位移未发生任何变化，而对于单吊点系统，仍然有另1 根完好钢丝绳支持住载荷，有了这种冗余设计，吊钩下钢水包便不会发生坠落危险。当然钢丝绳安全系数的选择，都要比同机构工作级别对应的安全系数要高，一般增25%，最大可达9.0；或在对钢丝绳进行选择时，采用相邻的高一级机构工作级别所对应的选择系数C 值[5]。
对于第3 个方面的要求，在双梁起重机绳索滑轮布设中，列出了具有4 根、6 根、8 根和12 根承载绳分支的滑轮组范围。在这些滑轮组中，除了工作的动滑轮和定滑轮以外，还装设有平衡滑轮。在两分支式和四分支式双联滑轮组中，平衡滑轮是不动的，而在三分支式双联滑轮组中，平衡滑轮装设在动滑轮之间。在双梁起重机起升机构运行时，平衡滑轮不跟着钢丝绳转动，只有在钢丝绳被不均匀拉长，造成滑轮组两边的绳索长度不一致时，平衡滑轮便围绕自身中心转动，这样滑轮组左右两边的钢丝绳长度便得到了平衡。平衡滑轮主要作用是用来调整滑轮组中左右两边钢丝绳的长度和拉力。主起升机构钢丝绳缠绕系统若采用平衡滑轮[6]，钢丝绳绳索间的不均匀伸长便得不到控制，甚至会加速钢丝绳的失效。此外，对于检规要求的此类钢丝绳，绳索末端均应固定在平衡杠杆上，根据起升机构布置形式的不同，此平衡杠杆可设置在小车架上或吊具横梁上。
4 对需要安装安全监控系统的起重机械具体化
新检规明确规定，对以下两种情况吊运熔融金属的桥式起重机应当安装安全监控系统：①新制造的冶金桥式起重机，②额定起重量在50 ～ 75 t（不含75 t）用于吊运熔融金属的通用桥式起重机。由此可以看出，对于在用的冶金桥式起重机和额定起重量小于50 t 用于吊运熔融金属的通用桥式起重机并没有强制安装安全监控系统的要求，对于额定起重量在50 ～ 75 t（不含75 t）用于吊运熔融金属的通用桥式起重机，其定期检验日期在2018 年1 月1 日以后的，定期检验时应执行相关安全监控系统的要求，这一点尤其值得相关人员注意。
5 结语
吊运熔融金属的起重机自辽宁铁岭事故以来，越来越受到国家、行业、企业等相关部门的重视，其技术要求和相关规范逐步得到完善。本文着重论述了该类起重机主起升机构在制动器方面及钢丝绳缠绕系统要求上的新变化，同时也指出了此类起重机安装安全监控系统的总体要求和注意事项，有利于给安全责任的主体单位提供最新法规依据并参照整改落实，确保特种设备的安全运行。
参考文献
[1] TSG Q7015—2016 起重机械定期检验规则[S].
[2] TSG Q7016—2016 起重机械安装改造重大修理监督检验规则[S].
[3] 马天平，申昌宏. 铸造起重机主起升机构的改造[J]. 起重运输机械，2011（8）：75-77.
[4] 陈晓伟，陈增江，戴汉政，等. 吊运熔融金属的起重机在设计和制造中的问题探讨[J]. 中国特种设备安全，2015（3）:22-24.
[5] 申昌宏，顾翠云. 铸造起重机标准2012 版与安全制动器设置的探讨[J]. 起重运输机械，2012(10)：1-5.
[6] 胡静波，倪大进，雒生平. 对JB/T 7688.5—2012《冶金起重机技术条件第5 部分: 铸造起重机》的探讨[J]. 机械工业标准化与质量,2012(6)：51-54.
