冶金起重机的技术指导与发展趋势分析

冶金起重机的技术指导与发展趋势分析冶金起重机作为冶金行业安全、正常生产必不可少的关键和重要设备，其工作的可靠性、安全性、先进性一直受到人们的高度重视，但受传统冶金工艺的制约，改革开放前的三十年国内冶金起重机基本是在原苏联的模式下做一些小型的改进和发展。随着改革开放的不断深入，大量国外先进技术的引入，现代冶金起重机也发生了较大的变化。本文结合国内冶金企业冶金工艺的改进及最终用户的使用要求，对冶金起重机的发展趋势谈一些看法。冶金起重机一般人们主要指服务于冶金企业的铸造起重机、料箱加料起重机、板坯搬运起重机、钢卷夹钳起重机、磁盘起重机和服务于冶金厂工作级别较高的其它桥式起重机。由于冶金企业炼钢、铸坯(铸锭)、轧钢工艺的改变，脱锭起重机、均热炉夹钳起重机、刚性料耙起重机、平炉桥式加料起重机、均热炉揭盖起重机等传统冶金起重机已逐步趋于淘汰，这里不做进一步的分析。仅就前面几种现在冶金企业大量使用的起重机其发展趋向做一些初步的分析探讨。1发展总趋势1.1起重量大型化，工作高速化现代冶金起重机发展的主要趋势之一，是起重量大型化，工作高速化，随着社会的发展对冶金企业的要求也在逐步提高，这不仅表现在对冶金产品的数量要求上，更重要的是表现在对冶金产品的质量和品种方面，由于社会需求的增加推动和促进了冶金企业的技术改造和技术进步，大型转炉、连铸、连轧技术的应用，对冶金起重机的大型化和高速度提出了更高的要求，现就国内主要冶金起重机生产企业铸造起重机的发展情况做一简单的统计：从上表可以看出，五十年来主钩起升速度和起重量均有较大幅度的提高。1.2起升、运行机构均采用调速系统早在70～80年代，随着交流调速技术的发展和成熟，国外各著名起重机制造厂纷纷推出各机构调速的承诺。调速范围因采用的调速方式不同而不同。现设计大量使用的是定子调压和变频调速系统，起升机构以定子调压为多，运行机构以变频为多。机构采用调速以后具有以下明显优点：a)机构起、制动平稳当机构起、制动时仅以正常速度的1／10或1／20微速起动或制动时，被吊物体平稳运行，对起吊钢水包的铸造起重机特别有利；b)可有效减少制动器闸块的磨损；c)被吊物体能准确定位；d)减少对金属结构(桥架或小车架)和传动系统的冲击，延长使用寿命；e)可有效改善操作工人的工作环境；f)减少起动对电网的冲击。使用调速系统后也带来如下问题：a)起重机的造价提高；b)对维修电工的技术水平要求较高。虽然采用调速系统后会增加设备成本，加大维修难度，但随着技术的进步，调速系统的造价也在逐步降低，而其优越性却越加明显。系统调速以后，其工作情况的改变为其发展奠定了坚实的基础。1.3监测传感控制技术广泛应用，使用性能和可靠度大大提高随着科学技术的进步，各种监测、传感控制技术在冶金起重机上得到了广泛的应用，从而使起重机的使用性能得到很大的提高，使冶金起重机从以前简单意义上物料搬运工具变成目前的物流、信息流综合传送设备。1.3.1秤量装置：在铸造起重机上设置数字式秤量装置，小显示屏放在司机室内，大显示屏设在主端梁下，朝向地面，使盛钢桶内的钢水重量随时显示，该数据联到计算机房内，一方面可累计每日的产量，另一方面可根据连续板坯的大小、块数来决定盛钢桶应盛放的钢水量，减少浪费。随着各种大型高精度电子秤的应用，冶金起重机在搬运物品的同时，还可完成产量的统计、超载断电和报警等功能。1.3.2故障显示、记录、打印装置在连续生产的钢铁企业里，时间就是金钱。在起重机出了故障后，希望维修时间减至最短。故障显示装置可将正发生故障的部、零件名称在司机室内的显示屏上显示出来，维修人员立即知道故障发生的部位，可大大缩短维修时间。易出故障的电气和机械的零部件，由业主列出清单，起重机制造厂按业主要求设置故障显示点，一旦被监测零部件出现故障，就会在屏幕上显示出来，避免更大故障的发生。该装置除具有显示功能外，还具备记录、打印功能，备查找故障原因，落实核对责任的需要。1.3.3二、三维定位装置吊具在空间的位置可通过本装置在司机室内的显示屏上显示，定位精度可控制在±10mm以下，可满足各类自动作业线的工艺要求。司机可通过显示屏上显示的数字直观地确定吊具或物体是否已到达该物体应到达的位置，大大缩短起吊时间，也避免物体的晃动，可有效提高生产效率。1.3.4防碰撞装置过去为防止二台起重机碰撞，仅安装限位开关和缓冲器，现有激光式或雷达式防碰撞装置。在一台起重机设发射装置，在另一台起重机设接受或反射装置，达到预先设定的间距时，就发出报警，避免发生相撞。1.3.5安全制动器在吊运重要物体，如：核原料、液态金属、大水电站的发电机转子等，起重机的主起升机构的卷筒上设置安全制动器。在该卷筒一侧法兰的轮缘上根据制动力矩的需要可设置一对、二对甚至三对瓦块，由专设的液压站进行控制。起动时，安全制动器先打开，设在高速轴上的工作制动器后打开。制动时，工作制动器先制动，安全制动器滞后几秒再制动。安全制动器的作用是保证工作制动器与安全制动器之间所有传动链环节中任一传动件损坏或断裂时，被吊物件均可安全。把各种监测、传感技术适当地应用在起重机上，实现对冶金起重机的有线或无线控制，既是现代冶金起重机发展的方向，同时也应成为个设计工作者应该努力的目标。1.4控制技术程序化，遥控技术在特殊环境中使用随着计算机软、硬件技术的发展和日臻完善，实现程序化控制的起重机也已成为可能，且其控制范围变得日益广泛，控制功能变得日益完善，各种冶金起重机按照人们事先约定的模式执行一定的工作任务已成为现实。为了更准确、即时的完成各种工作任务，各种冶金起重机通过有线或无线与主控设备联动。在主控室控制已成为可能，遥控冶金起重机和程控冶金起重机已在部分冶金企业中使用。遥控冶金起重机一般用在一些高粉尘、高污染的危险作业区，如武钢一炼钢出渣跨、珠江钢厂、八一钢厂等都有遥控起重机在用。而程控冶金起重机一般用在一些作业效率较高的场合。为提高起重机的使用寿命，减小冲击、提高操作的准确性、运行效率和改善司机的操作环境，宝钢三期工程中的1580、干熄焦提升机等都有一定范围的使用，程控起重机和遥控起重机将得到一定的发展，并逐步被冶金企业所采用。1.5结构型式标准化、生产模式国际化我们之所以把“结构型式标准化，生产模式国际化”作为现代冶金起重机的主要发展趋势提出，主要出于以下两方面的考虑：a)市场经济对冶金起重机的客观要求由于经济运行体制已由计划转向了市场，这样为设备采购单位在短时间内利用招投标形式选择质优、价低产品提供了有力和有利的条件，设备生产厂没有结构型式的标准化和生产模式的国际化就很难达到用户的要求；b)信息、通信技术的发展为实现产品结构型式标准化、生产模式国际化提供了充分的物质和技术支持。实现结构型式的标准化还可以把经过实践检验成熟可靠的结构型式应用于新的产品中，避免结构型式的不合理产生的技术质量问题，从而提高产品的质量。1.6吊车型式普通化、吊具型式专用化把“吊车型式普通化、吊具型式专用化”作为现代冶金起重机的一个发展趋势提出，主要是出于冶金企业铸坯轧制技术的更新，即由传统的铸锭→脱锭→钢锭加热→初轧→热轧，到现在的连铸→连轧。配合传统工艺时，冶金企业需要有：桥式加料起重机、料箱加料起重机、铸造起重机、脱锭起重机、均热炉钳式起重机、均热炉揭盖起重机、板坯夹钳起重机、刚性料耙起重机、(含磁盘)钢卷夹钳起重机等多种起重机来完成其工艺过程，而采用连铸→连轧工艺时，冶金厂只要有料箱加料、铸造、板坯夹钳、钢卷夹钳等几种起重机即可完成全部工艺过程中的物料搬运，使吊车型式得到极大的简化。由于冶金产品品种需求的多样性，各种专用吊具也应用而生，如配合精整跨的卧卷吊具、立卷吊具、自对中立卷吊具、揭盖吊具、L型钩钢板吊具、C型钩，与可人控旋转的吊钩配合使用，可实现多种操作功能。1.7人机工程合理化、操作环境舒适化随着社会的进步，环保意识和劳动保护意识的提高，冶金起重机设计过程中把人机工程及操作环境舒适要求提到了较高的要求，如：司机室加装冷、暖空调、隔热保护、地面无线遥控、车上有线和无线通讯、航空座椅、司机休息室，上、下吊车全部采用斜梯、电气室加装隔热防护和冷风机，较窄的人行通道采取防滑措施，经常检修部分加装吊笼等都为操作维护人员提供了较好的工作环境和条件。特别是双层壁、双层玻璃的司机室与可躺式航空座椅、冷暖空调、有线、无线通讯配合使用。为改善司机的工作条件、提高工作效率、减少工作失误起到了很好的作用。人机工程合理化正逐步成为现代冶金起重机发展的主要趋势之一，越来越引起人们的重视。2.典型结构和传动型式的分析和认识2.1铸造起重机主起升机构的发展趋势铸造起重机主传动采用星形减速机应成为现代铸造起重机发展的趋势。现在在用的铸造起重机大部分是采用棘轮棘爪传动，之所以采用棘轮棘爪的传动有两个原因，一是棘轮棘爪对保证铸造起重机的安全运行确有其优点。二是星形减速机最初在铸造起重机上使用时连续出过几次问题，冶金部专门下文对星形传动予以停用。经过几十年的反思，以及星形减速机在进口铸造起重机上使用验证的良好业绩和控制监测技术的发展。我们认为星形传动在铸造起重机上的应用将逐步扩大，原因有二，其一星形传动基本具备原棘轮棘爪传动的优点，还可实现单电机长时间连续安全运行；其二对以前星形传动造成事故的原因的认识逐步趋于一致，即结构性问题而非原理性问题，只要通过改进和完善设计就可以避免，加之电气控制监测技术的进步，星形传动的安全运行已经可以得到有效的保证。2.2板坯夹钳起重机的夹钳装置重力夹钳、电动开闭的重力夹钳、动力夹钳三种夹钳装置中，动力夹钳因其成本较高，扩大推广受到一定的影响，但由于其优越的工作性能，特别是钳口可实现准确的三维跟踪、可靠夹起梯形坯、较高的工作效率和不损失起升高度，为实现冶金企业的自动化具有无可比拟的优点。因而我们认为动力式板坯夹钳起重机在现代冶金起重机发展上将占越来越重要的作用。2.3桥架、小车架整体加工：桥架、小车架包括一些大型结构件整体加工是保证冶金起重机产品质量的一项重要措施和有效途径。由于冶金起重机工作的特殊性，对质量提出了较高的要求，小车架整体加工指焊在小车架上的电动机底座，制动器底座，减速器支承座，卷筒支承座，和小车车轮支承座等机座一次性地划线加工而成，相互间的形位、尺寸公差由机床保证，因此装配工作变得特别简单。只要把电动机、制动器、减速器、卷筒、车轮就位即可，不像旧的办法，它们间的形位、尺寸误差靠塞垫片来调节。简而言之，这些部件间的形位公差由机床精度保证与装配工人的技术等级无关，排除了人为因素，因而大大提高了装配精度和使用性能，同时也大大缩短了用户的维修时间。2.4基础传动与控制随着冶金工业的连续化生产，要求冶金起重机具有可靠性高，调试及定位性能好，具有故障自诊断，操作平稳舒适等功能，其控制结构为：工业PC机+PLC+基础传动。基础传动采用变频调速。运行过程由传统的人为速度控制将逐步过度到准确的PLC位置控制，工作信息将自动传给上位机(工业PC)，最终与整个工厂的管理和控制系统相联是冶金起重机基础传动与控制发展的主要趋势。2.4.1基础传动基础传动将以全数字式可控硅定子调压调速，变频调速为主导。起升机构将采用调压调速或无逆变失败的可逆变式变频调速(例如西门子AFE)，运行将以变频调速为主。2.4.2自动控制：PLC将完成所有自动控制的功能，通过现场总线(如PROFIBUS)实现对各机构调速装置的速度及定位控制，该方式通讯信息量大，连线简单，可靠性高。对于板坯连铸使用的板坯夹钳连续自动堆垛，连轧后的钢卷连续自动堆垛，PLC将根据设定，自动完成定时、定位自动夹坯，自动定位堆垛，整个过程将自动完成，重复循环，系统将具有自诊断功能，以确保运行可靠性。故障时，可切换到司机人工操作，并随时从任一工艺流程点切入自动过程，这将使效率更高，设备运行更合理。2.4.3故障监测与控制；装在司机室的PC机或触摸屏人机界面，将能够显示各机构运行状态故障信息，并可在PC机上设置工艺要求指令，下载至PLC。启动自动控制功能，实现工艺要求的自动控制过程。工业PC机还可通过通讯实现与工厂管理网