桥式起重机大车啃轨解读

评审论文桥式起重机大车啃轨现象分析及措施王洪（新钢钒股份有限公司维检中心）摘要： 大车在运行中出现啃轨，这是常见的也是很严重的问题，啃轨的原因有许多，本文从桥式起重机啃轨的判定条件、啃轨的原因分析、啃轨造成的不良后果等进行了综合论述。针对新钢钒炼钢厂原料跨起重机啃轨的原因，结合生产实际情况， 进行了全面调查，对车轮及轨道等因素进行了取证分析，在综合分析的基础上，对起重机啃轨的主要问题提出了整改措施，并应用于生产实践中，取得了较好的效果，具有较好的推广价值。关键词： 桥式起重机大车轨道车轮啃轨1 问题的提出新钢钒炼钢厂目前有76 台桥式起重机在线使用， 其中 200 吨及以上吨位的桥式起重机拥有23 台。使用一段时间后，都会不同程度出现大车行走啃轨现象，尤其是炼钢原料跨的5 台 200 吨起重机运行轨道啃轨严重 ,造成设备故障经常发生，仅2001 年至 2006 年就因啃轨造成起重机运行车轮提前损坏372 套，按每套车轮1.3 万元计算，车轮寿命缩短近 1/4-1/2,如按 1/4 估算 , 造成经济损失 120.9 万元，如果考虑增减更换频次所需要的人工、机具等，损失会更大。这一问题的出现，不担增加了设备备件消耗和维修工作量，而且对炼钢的正常生产也是非常频繁和严重的。为弄清原因，降低消耗，提高设备开动率，本人就起重机啃轨这一现象进行了系统分析，并提出改进措施。12 啃轨现象的表现形式桥式起重机车轮在专用的轨道上运行，起重机轨道用来支撑起重机的全部重量，保证设备正常、定向运行的。通常车轮轮缘和轨道侧面之间有一定间隙，在正常情况下，不会接触。但有时车轮在轨道中心部位运行，从而发生车轮轮缘和轨道侧面接触（摩擦）的啃轨现象。图1展示了轮轨接触状态，啃轨时车轮与钢轨有两个接触点， A 点在踏面上称为承载点， B 点在轮缘上或过度圆弧处称为导向点。图 1啃轨现象的主要表现形式：2.1 轨道侧面与车轮内侧有斑痕，严重的有毛刺或掉铁屑。2.2 在行驶时，短距离内轮缘与轨道间隙有明显改变。2.3 运行中，车体歪斜，车轮走偏。2.4 大车运行时会发出“嘶嘶”的啃轨声，严重时会发出“吭吭”的撞击声。3 啃轨造成的不良后果3.1 缩短车轮寿命。一般情况下，重量（6- 8）冶金桥式起重机车2轮可使用 4 年以上。如果啃轨严重，车轮在1-2 年内就更换的情况也比较常见。3.2 轨道磨损加剧。3.3 厂房受载恶化。啃轨对基础、房梁、桥架等的影响。起重机的运行啃轨，必然产生水平侧向力。这种侧向力将导致轨道横向位移，引起设备振动，致使固定轨道的螺栓松动，另外，还会引起整台行车的振动，这些都不同程度的影响了房梁、桥架结构的稳固，这些年来多次发现原料跨厂房梁有裂纹，正是这个原因。3.4 易产生安全隐患， 对生产、人身造成的威胁。 严重的啃轨会使起重机轨道严重磨损，导致行车运行时和车轮接触不好而不能使用，桥式起重机属高空作业，在运行中，特别是当轨道接头间隙过大时，极易造成重大人身伤亡和设备事故，同时也给生产造成很大的影响。3.5 运行阻力加大。增加了电机的功率消耗和机构的传动负荷。4 啃轨的原因分析在正常运行情况下，起重机车轮轮缘和轨道之间有一定的间隙，一般设计最大间隙为30-40mm，但由于某些原因， 如吊装、运行中的一些因素造成车轮歪斜，使运行中的车轮与轨道的接触面不在踏面中间，造成车体偏斜。当车体偏斜时，起重机的一侧轮缘和轨道侧面相挤压，轮缘和轨道就产生了侧面摩擦，从而造成轮缘和轨道的侧面摩损，这是起重机偏斜啃轨的主要原因，也就是说尽管轮距和轨道跨度是正确的，但是车轮踏面的中心线与轨道的中心线不重合，当车体偏斜时，3整个起重机靠着轨道一侧接触而行走，因此造成了车轮轮缘与轨道间的一侧强行接触，并使车轮和轨道严重磨损，因此就产生了啃轨。轻微的啃轨会造成轮缘及轨道的侧面有明显的磨损痕迹，严重啃轨会造成轮缘和轨道的侧面金属剥落或轮缘向外变形。啃轨的原因还有许多，如行车的桥架及基础变形，必将引起车轮的歪斜和跨度大小的变化，从而导致大车运行啃轨。因桥架变形 , 促成端梁产生水平弯曲，造成车轮水平偏斜超差，这也是啃轨的主要原因。当大车运行制动时，则产生纵向或横向力。如大、小车同时制动，便产生一个合成制动力，使轨道承受一个斜向推力。这时如果轨道安装成一侧高于另一侧时，起重机重心就会整个移向低的一侧，从而增加了轨道所承受的横向力，使轨道的一侧车轮紧夹在轨道外侧，造成啃轨， 主要原因如下：41 车轮本身原因造成的啃轨首先检查车轮外观有无裂纹、踏面剥落、压陷等。早期的磨损使车轮出现踏面压溃或磨成平面. 轮缘的厚度磨损5%，踏面磨损1.5%，踏面无麻点，则车轮合乎使用标准。当两边主、被动轮的直径不相等 ( 因制造和磨损不均匀所致) 大车运行时，在相同的转速下，两边的行程不相等，造成啃轨。车轮的安装位置不正确，也容易造成啃轨。主要有以下几种：四个车轮的安装位置不在矩形的四角。同侧中心不在一条直线上，车轮偏斜，这时不管是主、被动轮都会造成啃轨。4如图 2 所示，车轮位置呈平行四边形，对角线A1A2，啃轨车轮在对角线位置。如图 3 所示，车轮位置呈梯形，啃轨位置在同一轴线上， L1L2、A1=A2，若轮距过大，同时啃轨道内侧，若过小，则啃轨道外侧。A1A2图 2 啃轨现象之一L1A1A2L2图 3 啃轨现象之二车轮在水平面内的位置偏差造成二种啃轨现象。如图 4 所示，一个车轮有偏斜时， 当向一个方向运行时， 车轮5啃轨道的一侧，当反向运行时，又啃轨道另一侧，此现象较轻。如图 5 所示，当向一个方向运行时， 车轮啃轨道的一侧， 而反向运行时，同一车轮又啃轨道另一侧，此现象较为严重。图 4啃轨现象之三图 5 啃轨现象之四造成水平倾斜的原因是：（ 1）由于两组车轮装配的松紧程度不一致而产生不同的阻力，从而驱动电机不同步，造成车体倾斜。（ 2）两边电机转速差过大，车体就会走斜。6（ 3）制动器调整的松紧程度不一致，制动时会使车体走斜。（ 4）传动机构的齿轮间隙不同， 机构的键松动，使机构产生速度差。（ 5）不合理的操作影响。小车经常在一侧工作，使大车轮压、阻力变大。启动或停车过猛，会使车轮空转打滑。（ 6）轨道水平弯曲太大，使车轮左右活动量变小，轨道标高超差会使车体偏向一侧。（ 7）车轮装错方向。42轨道安装不正确造成的啃轨由于轨道安装不正确、不符合安装技术要求，而造成轨道跨度公差及两根轨道相同跨度标高误差超标等，都能造成大车运行啃轨。如大车轨道安装质量不好，轨道的水平弯曲过大，当超出跨度公差时，必然引起车轮轮缘与轨道侧面摩擦，即引起运行啃轨。轨道安装水平弯曲（图6）。大车轨道安装水平弯曲过大，超过跨度极限偏差时，就会引起车轮轮缘与轨道侧面摩擦，起重机械制造监督检验规程 （以下简称检规 ）中规定跨度极限偏差为s=【2+0.1 （S-10）】，这种啃轨经常发生在固定的线段上。图 6 轨道直线度误差由于地基不平造成的两根轨道相对标高误差过大。检规中规7定相对标高误差不超过10mm。这种情况可使起重机在运行中产生横向移动，若车轮为外侧轮缘的则造成较高一侧轨道外侧被啃，若车轮为双轮缘的则较低一侧轨道的内侧被啃（图7）。图 7轨道安装“八”字形。轨道安装不规范， 造成轨道一端大一端小，呈“八”字形，在这样的轨道上运行轮缘与轨道间隙愈走愈小，直至产生摩擦， 2 个、4 个或 6 个均磨内缘，向相反方向运行时才会慢慢好转，继续运行时又开始磨外缘（图8）。图 8轨距发生变化。 起重机桥架结构变形， 主梁下沉，引起大车轨距8变化小，这个变化超出一定限度，就会造成大车轮啃轨或者脱轨（轮缘啃掉后）。检规中规定主粮跨中下挠达到 S/700 时，如不能修复时，应予以报废。如果大车轨距变小，则小车往返运行时，轨道内侧紧靠在车轮的内轮缘上，这种现象称为“夹轨” 。4.3 其它原因造成的啃轨除车轮和轨道原因造成啃轨的原因以外， 还有其它一些原因也能引起啃轨，如：分别驱动的大车运行机构中两台或四台电机不同步，引起车轮的线速度不等；各制动器的制动力矩不等，引起车轮运行不同步；各联轴器的间隙差过大，引起车轮不能同时驱动；主小车吊运物件时长期靠一端运行，容易造成大车走行两端的车轮受力不均衡，继而引起车轮所受载荷误差过大，造成车轮踏面磨损速度不一，寿命差异较大。这些都会引起车轮啃轨。5. 新钢钒炼钢厂原料跨起重机轨道实际状况5.1 原料跨起重机轨道及起重机参数轨道参数轨道标高： 21 米，轨道跨距 25 米，轨道型号 QU120，厂房建设年代 1970 年（1994 年、2005 年先后进行过维修加固） ，厂房长度 285 米。起重机参数（ 200 吨）动力电源为三相AC380V50Hz；卷扬起升速度 1.4-14m/min ；大车运行速度 8-80m/min；工作级别 M7；大车车轮设置个数16 个；最大设计轮压 71.6 吨；车轮为铸造双轮缘，其热处理硬度：塌面和轮缘内侧9（HB）300-380，在淬硬度层 20mm处硬度（HB）260；主梁采用“T”型偏轨箱形梁；端梁采用铰接式；生产厂家（2#-5# 起重机）为太原起重机厂， 1#为大连起重机厂；用途为吊运钢水罐等；1#200 吨起重机2001 年投入使用， 2#-5# 为 2002-2003 年间投入使用（设计使用年限为35 年）。工作环境工作繁重，环境温度800C，粉尘浓度大，该跨供5 台 200 吨起重机及 2 台 32 吨起重机使用；该跨生产能力540 万吨钢 / 年。5.2 对影响啃轨因素进行检测对车轮的检测2007 年 3 月对新钢钒炼钢厂原料跨5 台 200 吨桥式起重机的车轮分别进行了检测，发现影响车轮啃轨的因素如下：两边主、被动轮的直径存在不同程度误差。由于现场作业环境恶烈，起重机作业频率很高（90%），生产节奏较快，加之设备“点检定修制”执行的得不理想，大车车轮寿命较低，而且往往是事后维修。因此，往往是哪个车轮坏了，便更换哪个！长此以往，各个车轮的直径误差严重超标， 新上的车轮直径为 600+0.50 ，而在线使用的旧车轮直径在 580-0.40 595+0.50 之间，这已经严重超过检规6mm的标准。四个角的车轮位置基本上呈正四边形，即对角线D1（29.682米） D2（29.150 米）。10车轮的踏面宽度误差较大。现场测得的数据L=135+0.35 170+0.60之间，这主要由于备件型号不统一。这容易造成各别车轮轮缘受力过于集中，容易致使个别车轮轮缘提前报废。对轨道的检测2007 年 5 月对新钢钒炼钢厂原料跨起重机的运行轨道进行了检测，发现影响车轮啃轨的因素如下：轨道安装水平弯曲误差较大。极限值s=【 2+0.1 （S-10）】=【 2+0.1（25-10 ）】=3.5mm，而测得的最大 s 值=+6.5mm（见图9）。除了安装技术水平欠缺外，这主要由于285 米的厂房长度给安装带来一定难度，加之运行的起重机达7 台，这些因素使轨道的水平累计误差超标。25006.524996图 9 轨道安装水平弯曲误差两根轨道基础面相对标高误差过大。现场测得的数据 h=15mm（见图 10），这大于检规中规定的相对标高误差不超过10mm。1525000图 10 两根轨道基础面相对标高误差11轨道的断裂面之间间隙较大。间隙普遍在1245mm之间，这严重超过 N（1/120 ）D（车轮直径），即 N（1/120 ）6005mm。这主要由于环境恶烈、载荷过大，受冲击力大及轨道基础面未垫实等原因所致。轨道接头或断裂面的相邻轨道面标高误差较大。检规中规定的相对标高误差不超过2mm，但实际测得的多处数据p=0.8 4.5mm之间不等（见图11）。这主要由于轨道断裂或没得到及时维修或更换，是继续恶化或者所更换的新轨道与在线使用的旧轨道误差过大而造成的！图 11 轨道接头或断裂面的相邻轨道面标高及间隙误差轨道接头或断裂面的相邻轨道水平面的直线误差较大。检规中规定的相对标高误差不超过2.0mm，但实际测得的多处数据m=2.08.3mm之间不等。这容易造成车轮轮缘啃轨。5.3 轨道断裂后的处理措施不当，造成轨道寿命低下。目前新钢钒炼钢厂由于生产节奏紧张，轨道的使用往往是超负核运行，当轨道出现断裂或者错位等情况下，为了生产能够得以延续，往12往是勉强运行，结果造成“失修” 。在不得以的情况下或生产不紧张时才进行更换，而且一般采取应急维护或局部更换。在更换时采用对轨道接头部位进行焊接并在轨道基础面打卡子的模式。这中模式往往不到 24 小时轨道的焊接部位便开焊、错位并加剧轨道的损坏，从而“啃轨”得以继续。6 改进措施针对新钢钒炼钢厂原料跨起重机啃轨的原因，结合生产实际情况，在综合分析的基础上，对起重机啃轨的主要问题提出了整改措施，于2007 年 610 月期间进行了实施，具体如下：6.1 减少车轮尺寸差异。针对两边主、被动轮的直径存在不同程度误差的现象，在生产条件允许的情况下，杜绝更换个别车轮的现象，利用定修时间进行整体一起更换，防止人为原因造成车轮直径误差过大的状况。一般情况下是一对主动车轮直径超过其直径的0.2 ，被动车轮超过0.5 时，应检查基本尺寸，其主动轮与被动轮直径差应控制在3内。针对车轮的踏面宽度尺寸不一、误差较大的情况，规范标准，禁止使用尺寸不一，型号不同的车轮。就炼钢厂原料跨起重机而言， 要求统一使用车轮轮缘尺寸为 150mm的规格，杜绝因备件原因造成车轮踏面宽度不一，造成轮缘受力不均，引起车轮啃轨的情况发生。6.2 调整轨道。针对两根轨道基础面相对标高误差过大的状况，采用加垫板法13来调整，选用普通钢板，其厚度按轨道实测高低误差选定，垫板要求表面平整、无凹凸，外形尺寸宽度不得超过轨道压板20mm，轨道下面要填实，不得有悬空现象，用带螺栓的压板固定在下面梁上。针对轨道断裂后的处理措施不当， 造成轨道寿命低下的问题，进行了技术上的改进，这种方法主要是对轨道采取横行、纵向固定，不需要对轨道接头进行焊接，既安全、可靠，又简单易行效果好，更换一次一般只需要1 .5 小时。自改进以来，轨道寿命从先前的24 小时提高到了 10 个月（图 12、图 13）：采用轨道镶入措施，新更换的轨道长度一般取400mm（因为轨道两卡板之间的间距为300mm），接头缝隙要求 2.0mm。为尽可能保证两端轨道的水平高度一致，采用旧轨道（以前换下的轨道，取其完整的一段） ，并切割成长度为400mm的标准备件，当更换时可直接将原来断裂处割去400mm，然后，将新轨镶入。在新更换的轨道下表面割2 个对称的燕尾槽，将定位块（100 6030）镶入燕尾槽内，并将定位块焊接在轨道基础梁上，以防止轨道产生位移。清除残渣，保证轨道基础面干净， 对新轨基础面必须垫平垫实。从而防止断裂处轨道的下部未垫实或端部上翘。当更换局部轨道时，用四块夹板对轨道两端的接头进行夹持，从而防止轨道在水平方向上产生错位。14图 12：轨道断裂后的处理模式（主视图）图 13：轨道断裂后的处理模式（左视图）6 结束语通过对新钢钒炼钢厂原料跨起重机大车运行轨道进行了修复，同时也对轨道断裂后的处理措施不当，造成轨道寿命低下的问题进行了改进。经过复检，同截面两根轨道高低误差合乎使用标准，轨道断裂后所采取的处理措施也符合现场实际情况，有很强的实用性，啃轨现象得到根本解决，设备运行状况良好，减少了维修次数，降低了备件消耗，自 2007 年 10 月至 2008 年 10 月该区域的 5 台 200 吨起重机仅有 2 套车轮因啃轨原因造成报废，相比之前每年可少更换76 套，为企业节约 98.8 万元 / 年，也为生产顺行提供了强有力的设备支撑。15通过对桥式起重机车轮啃轨的表现形式、原因分析及不良后果等综合论述，并对新钢钒炼钢厂原料跨起重机啃轨的原因，结合生产实际情况，进行了全面调查，在对车轮及轨道等因素进行取证分析的基础上，对起重机啃轨的主要问题提出了整改措施，并应用于生产实践中，取得了较好的效果，具有较好的推广价值。16参考文献1张质文等主编 . 起重机设计手册 . 中国铁道部出版社，1998 年2陈立德等主编 . 机械设计基础 .高等教育出版社， 2004 年3余维张主编 . 起重机械检修手册 . 中国电力出版社，1999 年4徐灏等主编 . 机械设计手册下册第 9 卷 . 机械工业出版社， 1995 年5起重机械制造监督检验规程桥架型起重机机械制造监督检验内容要求与方法 . 国家质量监督检验检疫总局 . 2006 年17工作实例1、 1998 年负责编写提钒炼钢厂检修作业程序（检修作业标准的前身）2、 1997 年至今提出合理化建议 348 条，技术革新项目 188 现，成果 19 项，群众创新成果 56 项。其中降低 120 吨顶吹转炉氮封装置故障率 获攀钢（集团）公司 2000 年度自主管理科技成果特别创新奖（排名第一）3、转炉副枪导向装置的设计与应用独立发表在冶金设备管理与维修 2007 年第六期4、提钒转炉烟尘综合治理探讨发表在攀钢技术2001 年第五期，排名第二5、1997 年至今多次在提钒炼钢厂进行“桥式起重机的故障判断及维护检修”技术讲座6、 2007 年 4 月在提钒炼钢厂“登高架设起重工”技术比武中担任评委7、 1997 年至今，多次参与提钒炼钢厂不同吨位桥式起重机改造方案的审查8、 1997 年至今多次编写各类型检修项目的方案编制及组织实施9、 2007 年 11 月编写维检中心检修科各岗位的岗位标准10、2008 年上半年精细化管理在检修保产过程中的应用获公司现代化管理成果三等奖11、2008 年下半年优化检修组织，提升检修质量和效率获公司现代化管理成果三等奖12、2009 年被公司聘为“机械专业工程师”13、2009 年 3 月 5 月参与编写维检中心设备维护技术规范18读书的好处1、行万里路，读万卷书。2、书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。3、读书破万卷，下笔如有神。4、我所学到的任何有价值的知识都是由自学中得来的。 达尔文5、少壮不努力，老大徒悲伤。6、黑发不知勤学早，白首方悔读书迟。 颜真卿7、宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。8、读书要三到：心到、眼到、口到9、玉不琢、不成器，人不学、不知义。10、一日无书，百事荒废。 陈寿11、书是人类进步的阶梯。12、一日不读口生，一日不写手生。13、我扑在书上，就像饥饿的人扑在面包上。 高尔基14、书到用时方恨少、事非经过不知难。 陆游15、读一本好书，就如同和一个高尚的人在交谈 歌德16、读一切好书，就是和许多高尚的人谈话。 笛卡儿17、学习永远不晚。 高尔基18、少而好学，如日出之阳；壮而好学，如日中之光；志而好学，如炳烛之光。 刘向19、学而不思则惘，思而不学则殆。 孔子20、读书给人以快乐、给人以光彩、给人以才干。 培根1