現(xiàn)代冶金起重機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
冶金起重機(jī)一般人們主要指服務(wù)于冶金企業(yè)的鑄造起重機(jī)、料箱加料起重機(jī)、板坯搬運(yùn)起重機(jī)、鋼卷夾鉗起重機(jī)、磁盤(pán)起重機(jī)和服務(wù)于冶金廠工作級(jí)別較高的其它橋式起重機(jī)。由于冶金企業(yè)煉鋼、鑄坯(鑄錠)、軋鋼工藝的改變,脫錠起重機(jī)、均熱爐夾鉗起重機(jī)、剛性料耙起重機(jī)、平爐橋式加料起重機(jī)、均熱爐揭蓋起重機(jī)等傳統(tǒng)冶金起重機(jī)已逐步趨于淘汰,這里不做進(jìn)一步的分析。僅就前面幾種現(xiàn)在冶金企業(yè)大量使用的起重機(jī)其發(fā)展趨向做一些初步的分析探討。
1 發(fā)展總趨勢(shì)
1.1起重量大型化,工作速度高速化
現(xiàn)代冶金起重機(jī)發(fā)展的主要趨勢(shì)之一,是起重量大型化,工作速度高速化,隨著社會(huì)的發(fā)展對(duì)冶金企業(yè)的要求也在逐步提高,這不僅表現(xiàn)在對(duì)冶金產(chǎn)品的數(shù)量要求上,更重要的是表現(xiàn)在對(duì)冶金產(chǎn)品的質(zhì)量和品種方面,由于社會(huì)需求的增加推動(dòng)和促進(jìn)了冶金企業(yè)的技術(shù)改造和技術(shù)進(jìn)步,大型轉(zhuǎn)爐、連鑄、連軋技術(shù)的應(yīng)用,對(duì)冶金起重機(jī)的大型化和高速度提出了更高的要求,現(xiàn)就國(guó)內(nèi)主要冶金起重機(jī)生產(chǎn)企業(yè)鑄造起重機(jī)的發(fā)展情況做一簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì):
從上表可以看出,五十年來(lái)主鉤起升速度和起重量均有較大幅度的提高。
1.2 起升、運(yùn)行機(jī)構(gòu)均采用調(diào)速系統(tǒng)
早在70~80年代,隨著交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和成熟,國(guó)外各著名起重機(jī)制造廠紛紛推出各機(jī)構(gòu)調(diào)速的承諾。
調(diào)速范圍因采用的調(diào)速方式不同而不同。
現(xiàn)設(shè)計(jì)大量使用的是定子調(diào)壓和變頻調(diào)速系統(tǒng),起升機(jī)構(gòu)以定子調(diào)壓為多,運(yùn)行機(jī)構(gòu)以變頻為多。機(jī)構(gòu)采用調(diào)速以后具有以下明顯優(yōu)點(diǎn):
a) 機(jī)構(gòu)起、制動(dòng)平穩(wěn) 當(dāng)機(jī)構(gòu)起、制動(dòng)時(shí)僅以正常速度的1/10或1/20微速起動(dòng)或制動(dòng)時(shí),被吊物體平穩(wěn)運(yùn)行,對(duì)起吊鋼水包的鑄造起重機(jī)特別有利;
b) 可有效減少制動(dòng)器閘塊的磨損;
c) 被吊物體能準(zhǔn)確定位;
d) 減少對(duì)金屬結(jié)構(gòu)(橋架或小車架)和傳動(dòng)系統(tǒng)的沖擊,延長(zhǎng)使用壽命;
e) 可有效改善操作工人的工作環(huán)境;
f) 減少起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。
使用調(diào)速系統(tǒng)后也帶來(lái)如下問(wèn)題:
a) 起重機(jī)的造價(jià)提高;
b) 對(duì)維修電工的技術(shù)水平要求較高。
雖然采用調(diào)速系統(tǒng)后會(huì)增加設(shè)備成本,加大維修難度,但隨著技術(shù)的進(jìn)步,調(diào)速系統(tǒng)的造價(jià)也在逐步降低,而其優(yōu)越性卻越加明顯。系統(tǒng)調(diào)速以后,其工作情況的改變?yōu)槠浒l(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
1.3監(jiān)測(cè)傳感控制技術(shù)廣泛應(yīng)用,使用性能和可靠度大大提高
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,各種監(jiān)測(cè)、傳感控制技術(shù)在冶金起重機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用,從而使起重機(jī)的使用性能得到很大的提高,使冶金起重機(jī)從以前簡(jiǎn)單意義上物料搬運(yùn)工具變成目前的物流、信息流綜合傳送設(shè)備。
1.3.1秤量裝置:
在鑄造起重機(jī)上設(shè)置數(shù)字式秤量裝置,小顯示屏放在司機(jī)室內(nèi),大顯示屏設(shè)在主端梁下,朝向地面,使盛鋼桶內(nèi)的鋼水重量隨時(shí)顯示,該數(shù)據(jù)聯(lián)到計(jì)算機(jī)房?jī)?nèi),一方面可累計(jì)每日的產(chǎn)量,另一方面可根據(jù)連續(xù)板坯的大小、塊數(shù)來(lái)決定盛鋼桶應(yīng)盛放的鋼水量,減少浪費(fèi)。隨著各種大型高精度電子秤的應(yīng)用,冶金起重機(jī)在搬運(yùn)物品的同時(shí),還可完成產(chǎn)量的統(tǒng)計(jì)、超載斷電和報(bào)警等功能。
1.3.2故障顯示、記錄、打印裝置
在連續(xù)生產(chǎn)的鋼鐵企業(yè)里,時(shí)間就是金錢(qián)。在起重機(jī)出了故障后,希望維修時(shí)間減至最短。
故障顯示裝置可將正發(fā)生故障的部、零件名稱在司機(jī)室內(nèi)的顯示屏上顯示出來(lái),維修人員立即知道故障發(fā)生的部位,可大大縮短維修時(shí)間。
易出故障的電氣和機(jī)械的零部件,由業(yè)主列出清單,起重機(jī)制造廠按業(yè)主要求設(shè)置故障顯示點(diǎn),一旦被監(jiān)測(cè)零部件出現(xiàn)故障,就會(huì)在屏幕上顯示出來(lái),避免更大故障的發(fā)生。該裝置除具有顯示功能外,還具備記錄、打印功能,備查找故障原因,落實(shí)核對(duì)責(zé)任的需要。
1.3.3 二、三維定位裝置
吊具在空間的位置可通過(guò)本裝置在司機(jī)室內(nèi)的顯示屏上顯示,定位精度可控制在±10mm以下,可滿足各類自動(dòng)作業(yè)線的工藝要求。
司機(jī)可通過(guò)顯示屏上顯示的數(shù)字直觀地確定吊具或物體是否已到達(dá)該物體應(yīng)到達(dá)的位置,大大縮短起吊時(shí)間,也避免物體的晃動(dòng),可有效提高生產(chǎn)效率。
1.3.4 防碰撞裝置
過(guò)去為防止二臺(tái)起重機(jī)碰撞,僅安裝限位開(kāi)關(guān)和緩沖器,現(xiàn)有激光式或雷達(dá)式防碰撞裝置。在一臺(tái)起重機(jī)設(shè)發(fā)射裝置,在另一臺(tái)起重機(jī)設(shè)接受或反射裝置,達(dá)到預(yù)先設(shè)定的間距時(shí),就發(fā)出報(bào)警,避免發(fā)生相撞。
1.3.5 安全制動(dòng)器
在吊運(yùn)重要物體,如:核原料、液態(tài)金屬、大水電站的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子等,起重機(jī)的主起升機(jī)構(gòu)的卷筒上設(shè)置安全制動(dòng)器。在該卷筒一側(cè)法蘭的輪緣上根據(jù)制動(dòng)力矩的需要可設(shè)置一對(duì)、二對(duì)甚至三對(duì)瓦塊,由專設(shè)的液壓站進(jìn)行控制。起動(dòng)時(shí),安全制動(dòng)器先打開(kāi),設(shè)在高速軸上的工作制動(dòng)器后打開(kāi)。制動(dòng)時(shí),工作制動(dòng)器先制動(dòng),安全制動(dòng)器滯后幾秒再制動(dòng)。安全制動(dòng)器的作用是保證工作制動(dòng)器與安全制動(dòng)器之間所有傳動(dòng)鏈環(huán)節(jié)中任一傳動(dòng)件損壞或斷裂時(shí),被吊物件均可安全。
把各種監(jiān)測(cè)、傳感技術(shù)適當(dāng)?shù)貞?yīng)用在起重機(jī)上,實(shí)現(xiàn)對(duì)冶金起重機(jī)的有線或無(wú)線控制,既是現(xiàn)代冶金起重機(jī)發(fā)展的方向,同時(shí)也應(yīng)成為個(gè)設(shè)計(jì)工作者應(yīng)該努力的目標(biāo)。
1.4 控制技術(shù)程序化,遙控技術(shù)在特殊環(huán)境中使用
隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展和日臻完善,實(shí)現(xiàn)程序化控制的起重機(jī)也已成為可能,且其控制范圍變得日益廣泛,控制功能變得日益完善,各種冶金起重機(jī)按照人們事先約定的模式執(zhí)行一定的工作任務(wù)已成為現(xiàn)實(shí)。為了更準(zhǔn)確、即時(shí)的完成各種工作任務(wù),各種冶金起重機(jī)通過(guò)有線或無(wú)線與主控設(shè)備聯(lián)動(dòng)。在主控室控制已成為可能,遙控冶金起重機(jī)和程控冶金起重機(jī)已在部分冶金企業(yè)中使用。遙控冶金起重機(jī)一般用在一些高粉塵、高污染的危險(xiǎn)作業(yè)區(qū),如武鋼一煉鋼出渣跨、珠江鋼廠、八一鋼廠等都有遙控起重機(jī)在用。而程控冶金起重機(jī)一般用在一些作業(yè)效率較高的場(chǎng)合。為提高起重機(jī)的使用壽命,減小沖擊、提高操作的準(zhǔn)確性、運(yùn)行效率和改善司機(jī)的操作環(huán)境,寶鋼三期工程中的1580、干熄焦提升機(jī)等都有一定范圍的使用,程控起重機(jī)和遙控起重機(jī)將得到一定的發(fā)展,并逐步被冶金企業(yè)所采用。
1.5 結(jié)構(gòu)型式標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)模式國(guó)際化
我們之所以把“結(jié)構(gòu)型式標(biāo)準(zhǔn)化,生產(chǎn)模式國(guó)際化”作為現(xiàn)代冶金起重機(jī)的主要發(fā)展趨勢(shì)提出,主要出于以下兩方面的考慮:
a) 市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)對(duì)冶金起重機(jī)的客觀要求 由于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行體制已由計(jì)劃轉(zhuǎn)向了市場(chǎng),這樣為設(shè)備采購(gòu)單位在短時(shí)間內(nèi)利用招投標(biāo)形式選擇質(zhì)優(yōu)、價(jià)低產(chǎn)品提供了有力和有利的條件,設(shè)備生產(chǎn)廠沒(méi)有結(jié)構(gòu)型式的標(biāo)準(zhǔn)化和生產(chǎn)模式的國(guó)際化就很難達(dá)到用戶的要求;
b) 信息、通信技術(shù)的發(fā)展為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)型式標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)模式國(guó)際化提供了充分的物質(zhì)和技術(shù)支持。實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)型式的標(biāo)準(zhǔn)化還可以把經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)成熟可靠的結(jié)構(gòu)型式應(yīng)用于新的產(chǎn)品中,避免結(jié)構(gòu)型式的不合理產(chǎn)生的技術(shù)質(zhì)量問(wèn)題,從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量。
1.6 吊車型式普通化、吊具型式專用化
把“吊車型式普通化、吊具型式專用化”作為現(xiàn)代冶金起重機(jī)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)提出,主要是出于冶金企業(yè)鑄坯軋制技術(shù)的更新,即由傳統(tǒng)的鑄錠→脫錠→鋼錠加熱→初軋→熱軋,到現(xiàn)在的連鑄→連軋。配合傳統(tǒng)工藝時(shí),冶金企業(yè)需要有:橋式加料起重機(jī)、料箱加料起重機(jī)、鑄造起重機(jī)、脫錠起重機(jī)、均熱爐鉗式起重機(jī)、均熱爐揭蓋起重機(jī)、板坯夾鉗起重機(jī)、剛性料耙起重機(jī)、(含磁盤(pán))鋼卷夾鉗起重機(jī)等多種起重機(jī)來(lái)完成其工藝過(guò)程,而采用連鑄→連軋工藝時(shí),冶金廠只要有料箱加料、鑄造、板坯夾鉗、鋼卷夾鉗等幾種起重機(jī)即可完成全部工藝過(guò)程中的物料搬運(yùn),使吊車型式得到極大的簡(jiǎn)化。由于冶金產(chǎn)品品種需求的多樣性,各種專用吊具也應(yīng)用而生,如配合精整跨的臥卷吊具、立卷吊具、自對(duì)中立卷吊具、揭蓋吊具、L型鉤鋼板吊具、C型鉤,與可人控旋轉(zhuǎn)的吊鉤配合使用,可實(shí)現(xiàn)多種操作功能。
1.7人機(jī)工程合理化、操作環(huán)境舒適化
隨著社會(huì)的進(jìn)步,環(huán)保意識(shí)和勞動(dòng)保護(hù)意識(shí)的提高,冶金起重機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中把人機(jī)工程及操作環(huán)境舒適要求提到了較高的要求,如:司機(jī)室加裝冷、暖空調(diào)、隔熱保護(hù)、地面無(wú)線遙控、車上有線和無(wú)線通訊、航空座椅、司機(jī)休息室,上、下吊車全部采用斜梯、電氣室加裝隔熱防護(hù)和冷風(fēng)機(jī),較窄的人行通道采取防滑措施,經(jīng)常檢修部分加裝吊籠等都為操作維護(hù)人員提供了較好的工作環(huán)境和條件。特別是雙層壁、雙層玻璃的司機(jī)室與可躺式航空座椅、冷暖空調(diào)、有線、無(wú)線通訊配合使用。為改善司機(jī)的工作條件、提高工作效率、減少工作失誤起到了很好的作用。人機(jī)工程合理化正逐步成為現(xiàn)代冶金起重機(jī)發(fā)展的主要趨勢(shì)之一,越來(lái)越引起人們的重視。
2.典型結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)型式的分析和認(rèn)識(shí)
2.1鑄造起重機(jī)主起升機(jī)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)
鑄造起重機(jī)主傳動(dòng)采用星形減速機(jī)應(yīng)成為現(xiàn)代鑄造起重機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)?,F(xiàn)在在用的鑄造起重機(jī)大部分是采用棘輪棘爪傳動(dòng),之所以采用棘輪棘爪的傳動(dòng)有兩個(gè)原因,一是棘輪棘爪對(duì)保證鑄造起重機(jī)的安全運(yùn)行確有其優(yōu)點(diǎn)。二是星形減速機(jī)最初在鑄造起重機(jī)上使用時(shí)連續(xù)出過(guò)幾次問(wèn)題,冶金部專門(mén)下文對(duì)星形傳動(dòng)予以停用。經(jīng)過(guò)幾十年的反思,以及星形減速機(jī)在進(jìn)口鑄造起重機(jī)上使用驗(yàn)證的良好業(yè)績(jī)和控制監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展。
我們認(rèn)為星形傳動(dòng)在鑄造起重機(jī)上的應(yīng)用將逐步擴(kuò)大,原因有二,其一星形傳動(dòng)基本具備原棘輪棘爪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn),還可實(shí)現(xiàn)單電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)安全運(yùn)行;其二對(duì)以前星形傳動(dòng)造成事故的原因的認(rèn)識(shí)逐步趨于一致,即結(jié)構(gòu)性問(wèn)題而非原理性問(wèn)題,只要通過(guò)改進(jìn)和完善設(shè)計(jì)就可以避免,加之電氣控制監(jiān)測(cè)技術(shù)的進(jìn)步,星形傳動(dòng)的安全運(yùn)行已經(jīng)可以得到有效的保證。
2.2 板坯夾鉗起重機(jī)的夾鉗裝置
重力夾鉗、電動(dòng)開(kāi)閉的重力夾鉗、動(dòng)力夾鉗三種夾鉗裝置中,動(dòng)力夾鉗因其成本較高,擴(kuò)大推廣受到一定的影響,但由于其優(yōu)越的工作性能,特別是鉗口可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的三維跟蹤、可靠夾起梯形坯、較高的工作效率和不損失起升高度,為實(shí)現(xiàn)冶金企業(yè)的自動(dòng)化具有無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。因而我們認(rèn)為動(dòng)力式板坯夾鉗起重機(jī)在現(xiàn)代冶金起重機(jī)發(fā)展上將占越來(lái)越重要的作用。
2.3橋架、小車架整體加工:
橋架、小車架包括一些大型結(jié)構(gòu)件整體加工是保證冶金起重機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)重要措施和有效途徑。由于冶金起重機(jī)工作的特殊性,對(duì)質(zhì)量提出了較高的要求,小車架整體加工指焊在小車架上的電動(dòng)機(jī)底座,制動(dòng)器底座,減速器支承座,卷筒支承座,和小車車輪支承座等機(jī)座一次性地劃線加工而成,相互間的形位、尺寸公差由機(jī)床保證,因此裝配工作變得特別簡(jiǎn)單。只要把電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、減速器、卷筒、車輪就位即可,不像舊的辦法,它們間的形位、尺寸誤差靠塞墊片來(lái)調(diào)節(jié)。
簡(jiǎn)而言之,這些部件間的形位公差由機(jī)床精度保證與裝配工人的技術(shù)等級(jí)無(wú)關(guān),排除了人為因素,因而大大提高了裝配精度和使用性能,同時(shí)也大大縮短了用戶的維修時(shí)間。
2.4 基礎(chǔ)傳動(dòng)與控制
隨著冶金工業(yè)的連續(xù)化生產(chǎn),要求冶金起重機(jī)具有可靠性高,調(diào)試及定位性能好,具有故障自診斷,操作平穩(wěn)舒適等功能,其控制結(jié)構(gòu)為:工業(yè)PC機(jī)+PLC+基礎(chǔ)傳動(dòng)?;A(chǔ)傳動(dòng)采用變頻調(diào)速。運(yùn)行過(guò)程由傳統(tǒng)的人為速度控制將逐步過(guò)度到準(zhǔn)確的PLC位置控制,工作信息將自動(dòng)傳給上位機(jī)(工業(yè)PC),最終與整個(gè)工廠的管理和控制系統(tǒng)相聯(lián)是冶金起重機(jī)基礎(chǔ)傳動(dòng)與控制發(fā)展的主要趨勢(shì)。
2.4.1基礎(chǔ)傳動(dòng)
基礎(chǔ)傳動(dòng)將以全數(shù)字式可控硅定子調(diào)壓調(diào)速,變頻調(diào)速為主導(dǎo)。起升機(jī)構(gòu)將采用調(diào)壓調(diào)速或無(wú)逆變失敗的可逆變式變頻調(diào)速(例如西門(mén)子AFE),運(yùn)行將以變頻調(diào)速為主。
2.4.2自動(dòng)控制:
PLC將完成所有自動(dòng)控制的功能,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(如PROFIBUS)實(shí)現(xiàn)對(duì)各機(jī)構(gòu)調(diào)速裝置的速度及定位控制,該方式通訊信息量大,連線簡(jiǎn)單,可靠性高。對(duì)于板坯連鑄使用的板坯夾鉗連續(xù)自動(dòng)堆垛,連軋后的鋼卷連續(xù)自動(dòng)堆垛,PLC將根據(jù)設(shè)定,自動(dòng)完成定時(shí)、定位自動(dòng)夾坯,自動(dòng)定位堆垛,整個(gè)過(guò)程將自動(dòng)完成,重復(fù)循環(huán),系統(tǒng)將具有自診斷功能,以確保運(yùn)行可靠性。故障時(shí),可切換到司機(jī)人工操作,并隨時(shí)從任一工藝流程點(diǎn)切入自動(dòng)過(guò)程,這將使效率更高,設(shè)備運(yùn)行更合理。
2.4.3 故障監(jiān)測(cè)與控制;
裝在司機(jī)室的 PC機(jī)或觸摸屏人機(jī)界面,將能夠顯示各機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)故障信息,并可在PC機(jī)上設(shè)置工藝要求指令,下載至PLC。啟動(dòng)自動(dòng)控制功能,實(shí)現(xiàn)工藝要求的自動(dòng)控制過(guò)程。工業(yè)PC機(jī)還可通過(guò)通訊實(shí)現(xiàn)與工廠管理網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng),從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理自動(dòng)化。
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