科尼85 t冶金吊安全技术探讨

刘松平，张诚

（江西铜业集团公司 贵溪冶炼厂，江西贵溪335424）

贵溪冶炼厂二系统熔炼车间引进的芬兰科尼85 t冶金吊已安全稳定运行多年。作为对安全稳定性要求极高的特种设备，科尼85 t冶金吊的机械运行方式、各种安全联锁保护方面依旧较国产设备先进。如该设备变频器内置防晃软件来控制大车的行走，其控制效果较国产设备更精准、稳定，既可有效防范吊运铜包时的铜水散落风险，也能保证作业效率。为了进一步优化国产设备的研发，本文拟从安全技术、起升控制、安全维护等方面对该厂科尼85 t冶金吊的设计理念及维护模式进行探讨。

1 科尼冶金吊安全技术特点

科尼85 t冶金吊的安全稳定运行是保证炼铜生产不间断的关键。该设备的结构合理，维修迅速方便，为保证铜包吊运的平稳性，除通过采用变频器来调整速度和加速度外，还在冶金吊运行过程中使用了防晃设计，防止加减速时铜水外溢。在滚筒结构上，该设备使用两组对称的卷筒滑轮系统，并使其保持同步运行，从而保证了设备工作的稳定性和安全性。主起升机构采用了两套驱动联锁的配置，使两套传动机构既能各自独立运转，又保持了最直接的机械同步。在1套驱动装置发生事故的情况下，另1套机构能在短期内驱动，承担起全部负荷，而不会造成突然坠落或工作停顿的情况[1]。科尼85 t冶金吊钢丝绳使用四绳八轮设计，突发情况下断裂1根钢丝绳，负载也不会掉落，行车可将负载转移至安全区域，放下负载后再进行维修。

2 科尼冶金吊运行分析

2.1 起升机构组成与控制

科尼冶金吊起升机构减速箱及安装于低速轴上的卷筒，组成1个刚性且均衡的结构。整个单元利用3个支承点（减速箱驱动端、自由侧轴承座、支撑轴承）安装于小车上。这种固定方式可适应具有一定弹性的小车结构。在负载调运过程中，卷筒会持续受到轴向力，并通过这种结构有效地消除应力的冲击。卷筒安装示意如图1所示。

图1 卷筒安装示意

科尼85 t冶金吊主卷扬使用1台双输入轴三级减速箱，主起升卷筒配备有2台电机和2个变频器。这种设计可实现由1台电机控制全部负载的起重，且在紧急情况下可通过差速齿轮变频器来确保安全起重。双梁起重机横动机构采用冗余设计，分为2个机组，一旦出现紧急情况，起重机可由其中一半的电机组驱动。

2.2 安全制动器控制方式

起升机构中的制动器主要用作恒速制动，仅在紧急停车时才作为止动闸。制动控制方式如图2所示，采用直流线电压全波/半波整流器Voltage range；电压范围在200～690 V，输出电压UDC为全波整流0.90UAC，半波整流0.45UAC；最大电流为1.5 A。

图2 控制器原理

当制动器打开时，制动接触器K7将两相电源电压接在端子1、2、3上，使该装置成为全波整流器。全波方式可用来快速打开制动器。此外，制动接触器还将端子4和5短接，从而形成直流电路。在时间延迟以后（一般为0.3 s），制动接触器的延迟触点断开，使端子3上的电压中断，整流器变成半波型。半波运行可防止制动线圈发热，并足以使制动器保持打开。

若需将制动器闭合，则可由制动接触器来断开端子1和2上的电源电压，释放后的制动接触器也断开了制动线圈直流电路，从而使制动器加速闭合。这里安装可调电阻的目的在于对各只K7触点和制动线圈进行过电压保护[2]。

2.3 行车控制变频器

科尼85 t冶金吊采用的是专用变频器（D2H型）。该变频器分为5个模块：1）制动控制模块。该模块用于控制盘式制动器的刹车接触器，还包括了制动器直流整流器。2）电阻模块。该模块配置有外置与内置刹车电阻，起动电阻器由板式电阻元件组成,控制电路的电阻是陶瓷线电阻。3）控制模块。按钮由电位计通过摇杆电位计控制PLC和档位的无级遥控进行控制。4）限位开关模块。该模块控制行车行走双向减速和停止功能。 5）速度检测与保护模块。该模块包括了行车卷扬升降及行走速度检测单元和热保护单元。它跟变频器是分开的，也不依赖系统软件，主要用于监控马达的速度，包括引起的速度差异。当发生超速或失速等状况后，其会反馈至变频器上控制机构的马上停止功能。

2.4 行车大车行走驱动装置

科尼冶金吊大车行走驱动采用四驱“三合一”方式[3]，可以有效地提高行车平台的空间利用率、减少设备数量、降低故障率，但也会提高后期维护成本等，“三合一”减速机结构如图3所示。在这种四驱形式下，即使出现1台驱动故障的情况，短时间内也不会影响行车的正常运行。技术人员将故障电机制动器解除后，可在生产允许的情况下再进行检修。

图3 “三合一”减速机结构

3 安全操作规程

制定安全操作规程，并对设备操作者进行基本的培训是保障设备操作不违反任何安全操作规程及常识，确保维修计划正常执行的必要措施。操作者的培训内容应包括需要进行调节和修理的潜在故障的相关知识、出现问题时釆取的正确措施等。与此同时，配之以周期检查程序、预防性的维修保养，能保证科尼85 t冶金吊的稳定安全运行。

操作人员应注意：在不必要的情况下，不要改变起重机的运行状态。起升电机通常是高转矩、高滑失率的电机，每次起动产生的冲击电流远高于正常运行电流。若持续超负荷，将导致过热、热故障或烧毁。若出现异常情况或故障时，如异常噪音、运行不稳定、运行方向错误或部件明显损坏等，应停止使用小车，进行彻底检查修理。建立日常维修检查程序，特别注意吊钩、吊绳、链条、刹车及限位开关，并保留维修检查记录。操作之前检查钢丝绳或链条的支架是否安装正确，是否有扭转、打结、磨损或其他问题。

4 日常维护事项

4.1 钢丝绳的维护

每3个月检查1次钢丝绳，特别注意钢丝绳的停靠点位置。若已经有1根钢丝断裂，则必须每个月检查1次。高负荷运行的起重机必须每月或每周检查1次。

由于钢丝绳一直处于运动状态，其所受应力也处于变化之中，尤其是暴露在腐蚀性空气中的钢丝绳，由于表面金属腐蚀，更容易造成钢丝的崩断。对钢丝绳进行检查时，在其磨损最严重的区域中可见钢丝断裂根数达到表1所给出的相应指标时，则必须进行更换。

表1 钢丝绳断丝参照值

正常运行的钢丝绳可以通过合理的润滑来提高寿命[4]，尤其是对连续使用的粗钢丝绳进行润滑，可以显著地降低钢丝绳更新成本。在通常情况下，每6个月润滑1次钢丝绳即可。但如果钢丝绳所处工作环境属于腐蚀、高温、铜水飞溅、充满粉尘等恶劣环境，日常工作运行时间较长，则必须缩短润滑周期。如果起重机长时间没工作，开动前也须检查是否充分润滑。当钢丝绳位于润滑油滴落会有害的地方时，可以不润滑，但应更频繁地检查钢丝绳磨损情况。润滑时，把绳子从加热过的浸油碎布中拖过效果更好，之后用干净的抹布擦拭。

4.2 弹性柱销联轴器的安装及检测

弹性柱销联轴器是利用若干非金属弹性材料制成的柱销，置于两半联轴器凸缘孔中，通过柱销实现两半联轴器连接。其中，半边联轴器的外表面带有连接孔，形成制动鼓；另半边联轴器连接上的装置是可拆卸的，并且不产生轴向位移。力矩通过联轴器及柱销传递[5]。

在将半边联轴器安装到芯轴上之前，要确认轴端的尺寸并保证轴与键槽、键相对位置在同一平面上，特别是对于大尺寸的联轴器，这点非常重要。根据配合公差，将半边联轴器加热到80～120℃保证孔膨胀量达到装配要求。小的联轴器可以从螺线中心孔拉装到芯轴上，检查已装到芯轴上的两半联轴器的径向偏心。将两半联轴器在不平衡的同一侧用柱销锁住。安装完毕后，用一个专门的安装板来保证联轴器精确地安装到机器上，用塞规、标尺、量规、千分卡等来检查安装的精度，如图4所示。正常情况下，安装最大的允许偏差见表2。

表2 安装允许最大偏差 mm

图4 联轴器测量示意

4.3 盘式制动器安全检查

盘式制动器在无载荷情况下至少进行20次刹车循环，在50%的额定负载下最少进行100次刹车循环，在全负载情况下进行最少20次刹车循环。制动器必须逆着旋转的鼓或圆盘工作，且必须为连续工作。这个程序特别用于衬套里的运转。衬套接触面积必须大于70%。盘式制动器维护检查的要点为：1）检查推进器的保留行程；2）检查补偿装置；3）检查螺栓连接情况；4）检查运行噪音是否正常；5）检查制动器衬套与制动鼓/盘之间的间隙；6）检查制动器释放位置连杆调节螺丝。

5 科尼冶金吊安全设计理念

5.1 安全测试

将吊钩或吊具升至适当高度，以确保通道畅通；但不得将吊钩升至安全上限位。这是因为起重机在室外或温度较低的室内长时间停用后，起动时须首先向上运行。

将所有控制器置于零位，按下停止按钮使主接触器断开，断开控制电流和主电流的安全开关。当起重机停在空中时，制动器应处于制动状态。行车运行如有任何故障，应立刻通知指挥者；起重机运行时如有任何故障，应避免起重机急停，并通知下一位驾驶员和维修人员。控制器的快速档是运行档，慢速档仅用于短时运行。出现故障时，应用慢档来实行短时和急动要求。不要让控制器停留在档位之间。若出现任何危险，操作人员应按下停车按钮停止起重机的所有运行，为保证行车的安全稳定运行，应定期带负载进行安全检测[6]。

5.2 多重安全保护

1）行车主起升卷筒减速箱使用双输入同步驱动，通过电气变频器检测2个电机运行数据的偏差，以提升失速保护。

2）减速箱输入轴增加机械失速保护装置，通过主提升电机变频器、卷筒失速开关、负载开关等装置进行多重检测连锁及时发现异常，通过报警、急停等方式达到安全目标。

3）主提升卷筒自由侧安装2台进口安全制动器，行车正常运行时与主驱动制动器同步动作，防止突发情况无安全制动。

4）主提升钢丝绳使用4根Φ23 mm进口钢丝绳，当1根钢丝绳断裂后，负载不会坠落，可将负载放下后进行钢丝绳的更换，进一步提升冶金吊安全系数。

6 结语

综上所述，科尼冶金吊在设计之初就通过电气、操作、机械等多重叠加保护措施，不断降低使用安全风险，实现了冶金吊在使用全寿命期间安全稳定运行。本文详细分析了科尼冶金吊的设计、制造理念和安全防护措施，对拓展我国自主研发的冶金吊等特种设备的设计思路，不断提升冶炼行业行车安全设计能力，防范因冶金吊安全设计缺陷而出现不可挽回的安全事故具有积极意义。