钢铁行业天车夹钳改造以及应用

柴飞 郗川豪 李岩 黄泽琳

摘 要：钢铁企业天车夹钳启闭器通常为齿形旋转式、支撑杆式、摆销复位式等，此类夹钳启闭器存在行程短、易损坏及动作失效的缺点。改造后的天车夹钳摆钩下落时做铅直运动，行程距离准确，启闭器对工作部件磨损减少，运动构件磨损后换向动作不失效，有效提高了天车夹钳工作的可靠性及寿命。

关键词：夹钳；启闭器；改造；实施效果

0 引言

天车夹钳是一种常见的搬运设备，主要用于吊运钢材、钢锭等物品。天车夹钳具有结构简单、使用方便、承载能力大等特点，是钢铁行业中必不可少的设备之一。天车夹钳主要由两部分组成：钳体和驱动装置。钳体是夹钳的主体部分，由上下两片钳口组成，通过驱动装置进行开合。驱动装置一般由电动机、减速器、制动器等组成，负责控制钳口的开合动作。

天车夹钳吊运物一般都是高温铸坯（锭），自动控制系统在高温辐射下易产生热变形失效。因此，需要采用可靠性强的机械式吊具（夹钳）完成在线夹持吊运、码垛、装载。老式天车夹钳启闭器通常为齿形旋转式、支撑杆式、摆销复位式等，此类夹钳启闭器存在行程短、易损坏及动作失效缺点。本文通过对机械式夹钳吊具改造，设计一种结构简单，可靠性高，工作寿命长的启闭器。改造后天车夹钳摆钩下落时做铅直运动及行程距离准确，启闭器对工作部件磨损减少，运动构件磨损后换向动作不失效，提高了天车夹钳工作的可靠性及寿命。

1 夹钳启闭器改造

启闭器是一种机械装置，用于控制夹钳的开启和关闭，通常由手柄、傳动装置和执行机构组成，在手柄的操作下，传动装置将转动力传递给执行机构，从而实现夹钳的张开和闭合。

夹钳启闭器在夹钳中的特点主要表现在以下5个方面：①操作便利。通过夹钳启闭器，用户可以方便地控制夹钳的开启和关闭，提高了工作效率。②安全性高。夹钳启闭器可以防止误操作导致的意外伤害，确保操作者的安全。③控制精准。夹钳启闭器可以精确控制夹钳的开合度，满足不同工况下的使用需求。④可减轻劳动强度。使用夹钳启闭器，操作者可以避免直接用手去操作夹钳，从而降低了劳动强度。⑤可靠性高。夹钳启闭器具有较高的可靠性，可以在各种工况下稳定工作，提高了整个设备的使用寿命。

1.1 夹钳采用的常用启闭器

齿形旋转式启闭器[1]是在圆筒内部设计有一个T形轴，通过圆筒内上、下齿的作用，使T形轴转动，实现在开合座内的启闭。缺点是启闭行程小，结构复杂。

支撑杆式启闭器通常用一个较长的横向长杆绞链搭接在夹钳（吊具）的拉板内侧，通过吊具两拉板的开角变化实现启闭。缺点是支撑杆易变形，摆动块易磨损，双支撑杆启闭器同步性差。

摆销复位式启闭器通常通过摆销在曲线滑槽内运动，实现摆动启闭。缺点是曲线槽制造困难，磨损无法修复，双启闭器同步困难。

1.2 材料热变形及处置措施

钢铁企业在吊运高温铸坯（锭）作业过程中，高温辐射会引起材料的热膨胀和塑性变形，导致材料的热变形。热膨胀是指材料在温度变化时体积的变化，而塑性变形是指材料在受到外力作用下发生的永久性形变。高温辐射下，材料的热膨胀系数通常会增大，而材料的弹性模量则会降低，这使得材料更容易发生塑性变形。高温辐射热变形的特点是变形速度快、变形量大、难以预测和控制。这是因为高温辐射的环境条件会引起材料的热传导、热膨胀和塑性变形等多种物理过程，这些过程互相影响，使得材料的变形行为变得复杂。

在高温辐射环境下，为了防止材料的热变形，可以采用一些措施，选用热稳定性好的材料、采用隔热材料、控制温度辐射的强度等。对于已经发生热变形的材料，可以通过退火、整形等方法进行修复。

1.3 零部件磨损类型及处置措施

零部件在使用过程中，由于与其他零部件的摩擦、磨损、疲劳等原因，导致其尺寸、形状、性能发生变化。零部件磨损不仅会降低设备的性能和可靠性，还会影响设备的使用寿命和安全性[2]。

磨损的类型主要有以下5种：①粘附磨损。由于摩擦表面间的粘附作用，使磨损表面产生撕裂、脱落等现象。②磨粒磨损。磨损表面受到硬质颗粒的冲击和切削作用，导致表面磨损。③疲劳磨损。在循环载荷作用下，零部件表面产生疲劳裂纹，并逐渐扩展，导致磨损。④腐蚀磨损。由于介质中的腐蚀物质作用，使零部件表面产生腐蚀磨损。⑤电蚀磨损。在电解液中，零部件表面因电化学反应产生电蚀磨损。

为了减轻零部件磨损，可以采取以下5项措施：①选择合适的材料。根据零部件的工作条件，选择具有高耐磨性、高疲劳强度、高抗磨损性能的材料。②采用先进的制造工艺。使用如表面处理、热处理、抛光等先进的制造工艺，提高零部件的耐磨性能。③设计合理的结构。通过优化零部件的结构设计，减小磨损部位的受力、减小摩擦系数，降低磨损速度。④定期检查和维护。定期对设备进行检查和维护，及时发现磨损部位，采取相应的修复措施，如润滑、更换零部件等。⑤合理使用和操作。正确使用和操作设备，避免超载、超速等不正常工况，降低磨损程度。

1.4 启闭器改造

基于上述考虑，改造的启闭器——挂钩式启闭器如图1所示，其主要由摆动挂钩1、固定钩2、摆动舌3、销轴4、垫圈5、隔圈6、螺栓7组成。

摆动挂钩如图2所示，包含挂钩主板1-1、铰链孔增厚圈1-2、挂钩钩口加强板1-3、铰链孔1-4、挂钩钩口1-5、铅直限位工作面1-6、挂钩行程定位面1-7、挂钩工作面1-8、挂钩滑移工作面1-9。挂钩主板的上端设有铰链孔，挂钩主板的下端设有挂钩钩口。挂钩主板上端的铰链孔设有与挂钩主板成一体的铰链孔增厚圈，挂钩主板下端的挂钩钩口设有与挂钩主板成一体的挂钩钩口加强板。

固定钩如图3所示，包含主板2-1、固定钩钩口加强板2-2、加强筋板2-3、底座2-4、固定钩钩口2-5、固定钩行程定位面2-6、固定钩滑移工作面2-7、固定钩工作面2-8、封口舌销轴孔2-9。固定钩主板的下端固定在底座上，固定钩主板的上端设有与挂钩钩口相配合的固定钩钩口，固定钩主板与底座之间设有加强筋板。

摆动舌如图4所示，包括滑移工作面3-1、摆动舌回程工作面3-2。摆动舌通过销轴转动连接在固定钩主板上，摆动舌与挂钩钩口和固定钩钩口相配合。摆动舌一端为与挂钩钩口和固定钩钩口相配合的等腰三角形。

该挂钩式启闭器包括与吊具（夹钳）吊耳轴铰接在一起的摆动挂鉤，与吊具下横梁焊接成一体的固定钩，在固定钩的中部勾口的下边铰接着三角形状摆动舌。摆动挂钩主要由挂钩主板、铰链孔增厚圈、挂钩钩口加强板焊接而成。挂钩主板上端设计有铅直限位工作面，与吊耳挡块配合实现下落时时铅直运动。在铰链孔下面设有高度方向行程定位平面，控制换向时的极限位置。在挂钩主板下端设有勾挂工作面和挂钩滑移工作面。

固定钩主要由固定钩主板、固定钩钩口加强板、加强筋板和底座焊接而成。摆动舌前端为三角形状，上面为滑移工作面，下面为回程起翻工作面。在摆动舌另一端钻有销轴孔，用于与固定钩腰部之间的装配。这种启闭器结构简单、制造及运行成本较低、可靠性高、方便与起重机吊钩配挂，提高了吊具吊运效率。

2 具体实施方式以及工作原理

如图5，吊具挂钩式启闭器10、吊耳11、定位板12、限位块13、拉板14、嵌体15、侧板16。板坯夹钳主要由上部吊耳（吊环）铰接有内、外拉板及启闭器的摆动钩。与内、外拉板构件铰链铰接有内、外钳体，在夹钳体之间设置有联动机构，可实现夹钳夹持时的运动同步。内、外夹钳体的两侧面设计有侧板，以确定两中心轴位置。

2.1 启闭基本工作原理

2.1.1 夹钳、吊具闭合状态

当起重机配挂好夹钳、吊具后，标准吊钩下落（启闭器摆动钩随之下落），摆钩重心在摆动钩左侧，在摆动钩重心力矩的作用下进入固定钩工作结合面，完成启闭器的闭合。在起重机的带动下（夹钳开口最大）进入吊件预备吊运状态。

2.1.2 夹钳、吊具夹持状态

当起重机配挂好夹钳吊具后，标准吊钩下落（启闭器摆动钩随之下落），在摆动钩重心力矩的作用下，向里滑移固定钩之后继续下降并超越封口舌。当摆动钩到达下终点位置，起重机标准吊钩上提并勾起封口舌向上翻起，摆动钩继续上提并越过固定钩的勾口，完成启闭器的启开（这时夹钳进入吊件吊运状态）。

2.2 夹钳基本工作原理

机械式夹钳是一种起重机的专用起吊机具，通过启闭器来实现自动闭合。夹持前两个夹钳口处于最大开口状态（启闭器锁紧），到达吊件预想位置后，完成启闭器的换向（启闭器打开），在此位置实现夹持并吊运。当到达所要求的地点时再次重复启闭器闭合动作，使两个夹钳口处于最大开口状态，离开吊件，完成一次吊运。

3 实施效果

以炼钢天车夹钳为例，改造前夹钳启闭器平均每3个月更换一次，全年更换启闭器12个，启闭器单价为0.8万元。更换一次启闭器需要4 h，影响6炉钢，每炉钢250 t，吨钢效益200元，即每炉钢效益为5万元，则总的效益S为129.6万元/年。

4 结束语

在钢铁行业中，天车夹钳在钢铁行业中发挥着重要作用，是钢铁生产企业的重要设备之一，主要用于钢材的吊运、钢锭的搬运和废料的处理。随着钢铁行业的发展，天车夹钳的性能和功能也将得到进一步提升，以满足不断变化的市场需求。

参考文献

[1] 胡鹏宇，艾英君.起重机吊具用自动挂、脱钩装置[J].起重运输机械，2013（7）：31-32.

收稿日期：2023-10-05

作者简介：柴飞（1987—），男，河北邯郸人，研究生，副高级工程师，研究方向：冶金设备。