起重机械高速运动部件检查和防护

2021-06-01李向东

现代制造技术与装备 2021年4期

关键词：起重机械联轴器制动器

周超李向东

（江苏省特种设备安全监督检验研究院，南京 210036）

起重机械是常见的机电设备，广泛应用于工业生产和市政建设等场合。国家将桥门式和塔式等起重机械列入特种设备进行全程监管，并颁布了一系列产品规范和安全技术规范。虽然各个部门做了很多安全防范工作，但是由于起重机械数量庞大，不可避免仍有事故发生。

起重机械上高速部件主要为电动机驱动系统，工作转速为750～3 000 r·min-1。部件发生碎裂后会产生巨大声响，且碎片飞行距离达到200 m以上，会对人员和设备造成损害[1-4]。因此，工作人员应关注高速运动部件的失效防护。

1 起重机械驱动原理

起重机械虽然种类很多，但是机构驱动原理类似[5]。以最常见的桥门式起重机为例，机构分为起升机构和运行机构。起升机构的传动链如图1所示。电机输出轴通过传动轴和联轴器与减速器输入轴（高速轴）连接。减速器的输出轴（低速轴）与卷筒相连，并在联轴器处安装制动器。运行机构的原理与起升机构类似，其中减速器输出轴（低速轴）与车轮连接，如图2所示。图1和图2中虚线框内零部件的转速与电机转速同步，属于高速运动部件，包括电机、制动器、联轴器以及轴。

起重机上常用的工作制动器是块式制动器，结构如图3所示，其中制动轮与电机驱动轴同步转动，制动轮实物如图4所示。制动器工作原理：开闸时，液压推杆得电伸长，克服弹簧力，通过连杆机构使得闸瓦离开制动轮；制动时，液压推杆失电，弹簧力使得闸瓦抱紧制动轮产生制动力。制动轮一般是起重机制造厂自制或外协。其他部分则整体采购。

2 运动部件的检查与防护

从安全角度考虑，为了防止运动部件伤人，需要对运动部件进行防护。起重机的产品技术标准[6]和安全标准[7]等规定起重机上外露的、有伤人可能的旋转零部件，如开式齿轮、联轴器、传动轴等均应装设防护罩或护栏，防止人或物品被卷入运动部件造成伤害。

图1 起升机构驱动原理

图2 运行机构驱动原理

图3 制动器结构

图4 制动轮

从文献[1-4]可以看出，这一保护措施远远不够，如高速部件的碎裂也会造成伤害。高速部件包括电机、联轴器、传动轴以及制动轮。旋转角速度为电机的转速，由式（1）可以计算线速度：

式中：v为线速度，单位为m·s-1；w为角速度，单位为r·min-1；r为旋转体的半径，单位为m。以制动轮为例，假设电机输出轴为1 500 r·min-1，制动轮半径为0.25 m，那么制动轮边缘的线速度将达到40 m·s-1。当制动轮破裂后，金属碎片将以40 m·s-1的高速向周围散开，撞击到人或物品将造成严重伤害。

图5为一台门式起重机的制动轮碎片，发生在机场周围的地铁工地上。制动轮碎裂后，图5中部分碎片飞出距离近200 m，砸坏了机场一架飞机的机翼，预计维修费用近1.8亿元[2]。

图5 事故中破坏的制动轮

可见，高速运动的部件碎裂造成的后果较为严重。起重机设计人员、制造人员以及起重机维保人员均应该吸取教训，以采取措施防止事故发生或减小事故损失[2]。第一，严格把关材质。设计时，适当提高材料等级，不使用脆性材料。生产时，严格做好材料抽检，防止有缺陷材料用于产品。第二，做好运动部件检查。运动部件的碎裂不是突然发生的，一般先有裂纹，后随着裂纹的扩展导致连接强度越来越低，达到一定程度后，在工作载荷和离心力作用下产生整体碎裂。因此，日常检查要尤其注意运动部件的表面有无明显裂纹，并在发生异常时及时更换。此外，高速运动部件的连接应是关注重点。因为连接松动会增大冲击，使构件快速失效。第三，对运动部件的防护。目前的标准只要求对联轴器和轴进行运动保护，而对制动器没有防护要求。另外，标准中也没有对防护强度提出要求，大部分起重机仅仅是用金属网将联轴器和轴罩起来，防护作用较小。因此，厂家应对制动轮进行防护，并加强防护强度。