桥式起重机故障类型及其原因分析

中煤北京煤矿机械有限责任公司 张元东

■引言

桥式类型起重机是实现生产过程机械化、自动化的一种特种设备。在机械行业、冶金行业、化学工业中使用非常广泛。随着我国经济的发展，桥式起重机的种类和数量也在增加，因此随之产生的问题也越来越多，起重机械事故也愈来愈频繁。桥式起重机是横架于车间仓库上方进行物料的吊装与运输的设备，两端坐落在金属架或者墙端，形状类似桥，故而得名。可以充分利用桥架下面的空间进行运输，不受下方空间的限制，因而是使用最广泛、数量最多的一种起重机。其中天车是架在高架上方的一种桥式起重机，通常用于车间、仓库，起重机桥架也即是大车沿铺在两侧高架上的轨道纵向移动，起重小车沿铺在桥架上的轨道横向移动，不受地面设备的阻碍。作为一种特种设备，桥式起重机的安全问题是一个值得关注并研究的问题，在使用起重机械的过程中及时发现并提前预测起重机的故障可以减少事故的发生。

■特种设备事故现状

根据国家市场监管总局关于2020 年全国特种设备安全状况的通告[1]，2020 年，全国共发生特种设备事故和相关事故107 起，死亡106人，与2019 年相比，事故起数减少23 起、降幅17.7%，死亡人数减少13 人、降幅10.9%。万台特种设备死亡率为0.09。全年未发生重特大事故，特种设备安全形势总体平稳。场（厂）内专用机动车辆、起重机械和电梯事故占比较大，约占事故总起数的79.4%、死亡总人数的73.6%。（图1）

图1 2020 年事故类型统计

机电类设备［起重机械、电梯、大型游乐设施、场（厂）内专用机动车辆、客运索道］事故的主要特征是坠落、碰撞、挤压等。

起重机械虽然定期检验检查检修，但是运行中的安全隐患极易导致故障的发生，从而引发事故。因此对故障合理的分析与总结，对预防故障发生以及对防范事故的发生有着很大的意义。

■桥式起重机结构

桥式起重机主要有普通桥式、简易梁桥式以及冶金专用三种结构类型不同的形式。普通桥式起重机主要包括起重小车、结构架以及运行机构。起重小车包括起升机构、运行机构和车架三部分。起重机的起升机构主要由滑轮组、卷筒、制动器、电动机、减速器组成。电动机带动卷筒转动使钢丝绳绕卷筒卷上卷下运动，从而使重物上升或者下降，通过减速器控制速度。车架通常为焊接的钢架用来固定起升机构以及运行机构。起重机运行机构主要有集中驱动的驱动方式和分别驱动的驱动方式，用一台电动机驱动两边的主动车轮为集中驱动；用两台电动机分别带动两边的主动车轮为分别驱动。中、小起重量的普通桥式起重机通常将制动器、减速器和电动机进行组合形成一个整体形成“三合一”的驱动方式从而进行驱动，大车起重量通常采用万向联轴器进行驱动，这样便于安装各零部件以及调整机构。桥式起重机一般采用四个车轮作为运行机构，其中包括主动车轮和从动车轮；如果是大起重量起重机，一般会增加车轮以此降低车轮压力。增加车轮时，车架必须配备铰接均衡装置，均匀分布起重机的载荷，使各车轮受均衡压力，不至于运行不稳或者车轮啃轨毁坏车轮及轮缘。起重机的桥架包括主梁和端梁用于支撑小车的重量，是一种移动的金属结构，按主梁个数可分为由单根主梁组成的单主梁桥架以及由两根主梁组成的双梁桥架两种类型。端梁两端装有车轮，是大车的运行机构，主梁是起重小车运行机构，支撑小车的轨道。

如图2 所示为桥式起重机结构图。其中X方向为小车运行方向。

图2 桥式起重机结构图

■桥式起重机工作特点

普通桥式起重机使用最普遍的为电力驱动，有些也可以遥控控制。电力驱动主要在驾驶室内完成，远距离控制的桥式起重机可通过电动葫芦控制，司机所在位置较灵活。

结合桥式起重机工作类型，有以下工作特点：

表1 桥式起重机工作特点

桥式起重机械的工作特点，决定了它与安全生产的关系紧密。

■桥式起重机主要故障类型

本文只考虑桥式起重机的主要故障类型，结合其他的研究成果，从桥式起重机的结构出发考虑发生故障的部位，通过对桥式起重机故障进行分析，确定了桥式起重机主要故障形式有金属结构故障、吊索具故障、制动器故障、减速器故障、电气系统故障五种类型。

桥式起重机的金属结构是起重机最重要的部分，金属结构的稳定性与安全性是桥式起重机安全运行的关键，金属结构的故障通常跟机构的磨损疲劳等有关，一旦发生故障会造成很大的危害，起重机超负荷运行会造成主梁的弯曲下沉，也会造成吊组件的损坏，因此正确使用和保养起重机械至关重要。桥式起重机金属结构主要故障形式是轨道故障以及主梁的故障[2]。

轨道故障，桥式起重机轨道包括小车轨道和大车轨道。小车在轨道上运行容易出现的问题是小车车轮部分悬空，出现“三条腿”现象。由于车轮制造或安装的原因或者小车桥架不符合标准，造成小车车轮悬空。小车“三条腿”会造成车体扭晃、运行不稳、起重机振动。因为小车轨道上有固体或者杂物，容易造成小车打滑。大车在轨道上运行容易出现大车车轮啃轨，使桥架结构由于疲劳产生变形，或者大车启动时两电机不同步，造成大车车体倾斜，啃噬轨道。同时若轨道上有灰尘、杂物，也会造成大车运行时啃轨。

桥式起重机的主梁是存在弹性变形，载荷作用下产生上下挠变形，载荷卸下后变形消失。主梁设计有一定的上拱度，用以改善小车运行时由于载荷作用产生的向下变形。主梁下挠容易造成联轴器断裂以及小车“三条腿”现象。由于超负荷运转或者腐蚀及高温等环境的影响，加之对结构的维修不当，容易造成主梁的永久变形。

制动器故障，制动器打滑发热和不抱闸是制动器容易发生的故障。由于杂物和油污的影响制动轮表面摩擦减小，易造成制动轮打滑。制动器在工作过程中磨损过大或者由于主弹簧变形张力变化刹不住车[3]。

减速器故障，减速器工作时，由于减速器紧固螺栓松动，或者构件刚度差，极易产生变形，造成振动不正常。减速器通气孔，形成不均衡的压力差，使减速器漏油。箱体有缝隙或者排气孔积尘多，均会导致减速器漏油[4]。吊索具故障，起升设备容易产生的故障是钢丝绳跳槽或断裂、溜钩、卷筒故障、“过卷”现象。钢丝绳的规格应根据用途确定，安全系数应根据工作级别确定。

电气设备故障。桥式起重机的电气系统主要包括串联电阻、电机绕组、交流接触器及联动线路。其中电阻组都在电阻箱内，桥式起重机运行时，电阻连续运行，产生大量的热，从而使电阻经常在高温状态下，这样加速了电阻线及其端子的变质，改变阻值，烧毁电机，或者使阻值不平衡，使大车扭裂。同时由于起重机启动和关闭瞬间与正常运行时电压和功率变化较大，更易造成电机老损。

桥式起重机一般在工作时长时间运转，各种操作频繁，有时车间或仓库环境不好，潮湿和粉尘等因素影响，使磨损加剧，造成短路放炮[5]。

■桥式起重机故障原因分类

分析桥式起重机故障发生的原因，将其故障分为以下五类：

（1）本质故障

起重机在设计、制造、安装过程中，由于各部件的设计上的技术或质量缺陷，以及材质不合理，存在固有缺陷，在使用过程中难免会出现故障，如结构件的尺寸形状设计生产的不合标准，组合件在运行时出现磨损疲劳，零件生产时公差选择不合理，造成间隙不符合规定，这些本质缺陷会引起起重机械运行时发生故障。

（2）人为故障

桥式起重机在使用过程中，需要多人配合使用，现场操作人员不按规定操作，或者遇到突发情况处置不合理，造成设备故障。例如在使用时超过上升限位，或者撞击缓冲胶块对小车大车造成损伤，重载情况下，起重司机频繁快速启动、制动从而使起重机产热过大，烧坏电气设备的绝缘。

（3）机械故障

某一部位或者零件出现故障未及时处理，继续运行的情况下造成其他部位的故障。例如限重器失灵，吊运货物超重造成钢丝绳断裂，上升或者下降限位失灵，造成吊钩连带物品撞击卷筒或者地面，从而造成更大的损坏。起重机在运行时出现大车小车啃轨，产生水平侧向力，加载于厂房结构内部，造成主梁的损坏或者厂房结构的破坏[6]。

（4）环境故障

起重机械有时装载货物所处的环境粉尘较多，或者高温高湿，容易加剧电动机滑环的磨损，造成短路放炮，或者造成电器设备短路电机烧毁、机械设备磨损，加快了故障发生的速度。工作环境中存在油污等，起重机的制动器中的抱闸接触器线圈粘连，使抱闸不能吸合，刹车时抱闸器不能抱紧制动轮，出现溜钩，造成起吊物件行程过大或者重物下落[7-8]。

（5）耗损故障

由于机械设备长期运行，或者由于工作环境的影响，机械设备各部件之间逐渐出现磨损、老化或者腐蚀，此类故障被称为耗损故障。例如大车小车车轮的磨损，轨道的磨损，钢丝绳磨损断裂，电机的老化等。耗损故障无法避免，往往与机械设备的寿命息息相关。

根据以上所述同一种故障有可能是不同的原因造成的，因此对桥式起重机的故障进行详细的分析，有利于更快的识别故障发生的原因，同时有利于采取措施，加强对设备的保养和管理，预防故障的发生。

■结论

桥式起重机在使用过程中发生的比较频繁的故障类型主要有金属结构故障、吊索具故障、制动器故障、减速器故障、电气系统故障五种类型。通过对桥式起重机的结构组成以及工作原理的研究，从而了解桥式起重机的运行机理，剖析其发生故障的深层原因，将各部件分开描述既可以将故障进行分类，又可以对桥式起重机的故障有一个系统整体的认识。从系统论的观点将起重机的故障分为本质故障、人为故障、机械故障、环境故障、耗损故障。