一種提升機稱重傳感器防止剪斷的改造方法

趙增強

（寶鋼集團新疆八一鋼鐵有限公司煉鐵分公司，新疆 烏魯木齊 830022）

一種提升機稱重傳感器防止剪斷的改造方法

趙增強

（寶鋼集團新疆八一鋼鐵有限公司煉鐵分公司，新疆 烏魯木齊 830022）

目的：查找提升機傳感器斷裂原因，制定防范措施；方法：運用排除法分析斷裂原因；結果：查找到斷裂根本原因；結論：制定防范措施，利用原設施對傳感器的固定方式進行改造，防止傳感器剪斷。

稱重傳感器；關節(jié)軸承；抗拉強度、抗剪強度、剪切應力

1 技術背景

傳感器是將被測某一物理量信號，按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為另一種物理量信號并輸出的裝置，是實現(xiàn)自動檢測、控制的首要環(huán)節(jié)，其中稱重傳感器在在冶金、礦山、起重行業(yè)中用途廣泛。

干熄焦提升機稱重傳感器安裝在提升機吊具裝置上，其稱重軸即有計量重量作用，同時也起到承重作用。正常工況下該傳感器只承受軸向拉應力載荷，由于吊具裝置有輕微擺動，為克服該擺動，在該傳感器上下方均采用關節(jié)軸承聯(lián)接。

該傳感器類型是電阻應變式密封拉力傳感器，在傳感器內(nèi)部屬于板環(huán)剪切相結合結構，具有良好的自然線性、穩(wěn)定性。

稱重傳感器的工況：平均每天承受280～300次的往復載荷，每次承載在15～22噸之間波動。

存在問題：傳感器和吊具裝置在提升機提升動作時，仍有輕微擺動，關節(jié)軸承只能補償部分擺動，當擺動幅度不斷擴大，而使傳感器發(fā)生旋轉(zhuǎn)、扭轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)角度超過關節(jié)軸承和相應連桿就無法補償，從而對傳感器產(chǎn)生極大的剪切力。說明書中未明確傳感器旋轉(zhuǎn)允許角度，經(jīng)現(xiàn)場實地檢測，在旋轉(zhuǎn)角度在±15°之內(nèi)，原有關節(jié)軸承和連桿機構調(diào)整范圍是可以防止傳感器發(fā)生直接剪切，當旋轉(zhuǎn)角度超過15°，就會直接對傳感器的橫截面產(chǎn)生剪切力，當該剪切力超過傳感器抗剪強度時，會將傳感器剪切斷裂。

2 原因分析

某鋼廠干熄焦140 t/h干熄焦提升機從2009～ 2010年已發(fā)生了2起傳感器剪切事故，均使用20～ 22個月，且兩次斷裂部位完全相同。

該傳感器突然斷裂后，不僅報廢整套傳感器，而且對產(chǎn)生影響較大，同時由于在斷裂瞬間，所吊重物會突然向下滑落約0.5m，對系統(tǒng)安全和吊具部件均會帶來損害。

原傳感器斷裂原因分析（稱重軸材質(zhì)為40CrNi-Mo，剪切斷面為36mm×50mm的矩形截面）：

應用排除法排除斷裂原因：

2.1 斷面有制造缺陷導致斷裂。

排除依據(jù)：兩次斷面均在36mm×50mm的矩形截面,該截面表面組織結構細密，無明顯鍛造及熱處理缺陷，無氣孔、夾渣等缺陷，同時送金屬檢驗中心檢驗，符合40CrNiMo材質(zhì)的各項成份、理化性能指標。

2.2 傳感器材質(zhì)選型和截面設計抗拉強度偏低，被交變的拉應力拉斷[1]

排除依據(jù)：根據(jù)金屬材料手冊，40CrNiMo合金鋼性能參數(shù)如下：

抗拉強度σb=980 N/mm2；屈服點σs= 835N/mm2；伸長率δs=12%；斷面收縮率Ψ=55%；沖擊功Aku=78 j；硬度HB》269；疲勞極限σ-1= 430N/mm2；許用彎曲應力σ-1=70N/mm2；抗剪強度τ=35-55 N/mm2。

40CrNiMo材質(zhì)合金鋼的抗拉強度為σb= 980 N/mm2，按其36mm×50mm的矩形截面，可承受176噸拉力，而工況載荷為22噸，設計拉力為工況載荷的8倍。材質(zhì)選型和截面尺寸足以滿抗拉強度的需求。

為此可以分析，傳感器斷裂的主要原因：

（1）傳感器該橫斷面設計缺陷。

該橫斷面是對圓柱軸上加工兩次平面，將圓柱軸加工成為一個橫截面為矩形的方形軸，并有4個工藝孔，從而產(chǎn)生一個應力集中的危險截面，該截面雖可承受176噸拉力，但其抗剪強度按其截面積核算，只需6.3噸剪切力即可將其剪斷，實際斷口有明顯扭轉(zhuǎn)、剪切斷裂形態(tài)。

（2）傳感器設計未考慮補償旋轉(zhuǎn)。

傳感器及上、下部的關節(jié)軸承、連桿只能在±15°的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)、擺動，但傳感器旋轉(zhuǎn)角度超過此范圍時，對該矩形截面在交變的拉應力作用下，加上一定范圍的扭轉(zhuǎn)剪切力，產(chǎn)生剪切斷裂。

3 現(xiàn)有對策的缺點

現(xiàn)有技術方法及缺點：

（1）探傷檢驗。缺點：此類傳感器均出廠前封裝，稱重軸、電阻應變部件、板環(huán)剪切部件均在傳感器內(nèi)部，使用表面磁粉、超聲波、紅外探傷均無法有效檢驗其內(nèi)部缺陷。

（2）對傳感器定周期整體換新，提高可靠性。缺點：由于該傳感器旋轉(zhuǎn)、剪切斷裂沒有準確周期，難以制定合理更換周期，而且整體換新費用較高。

（3）加強日常點檢，提前預知。缺點：該傳感器整體封裝，每天承受往復載荷，無可靠檢測方法。

（4）更換承受抗剪切能力更高的傳感器，缺點：更換費用增加，需對現(xiàn)場多臺稱重傳感器進行更換，同時還要對相應連桿進行尺寸變動，改造工作量大；

（5）將傳感器完全固定，禁止其旋轉(zhuǎn)，缺點：吊具設計中需傳感器、連桿等部件要有小范圍的擺動和旋轉(zhuǎn)，同時不能剛性固定傳感器，以影響傳感器的測量精度。

4 改造方法

4.1 技術問題

吊具設計中傳感器、連桿等部件要有小范圍擺動，保持一定自由度，確保傳感器測量精度，又要防止傳感器在往復動作中的旋轉(zhuǎn)范圍超過±15°，另外不能剛性固定傳感器，以影響傳感器的測量精度。

4.2 技術方案[2]

該方法利用吊具裝置上原有的傳感器、門形框架，制作一套哈呋式防旋轉(zhuǎn)夾具，安裝到傳感器外殼上，同時在門形框架上焊接兩個定位套，使防旋轉(zhuǎn)夾具的兩個定位軸在定位套內(nèi)自由擺動15°之內(nèi)，來解決上述問題。

它主要由防旋轉(zhuǎn)夾具、膠墊、螺栓、定位軸、定位套構成。根據(jù)現(xiàn)有吊具裝置的安裝尺寸和相對空間尺寸，按相關尺寸測繪、制作防旋轉(zhuǎn)夾具等部件。

5 附圖說明

圖1是改造前傳感器、吊架簡圖。

圖1 改造前傳感器、吊架簡圖

（1）稱重傳感器兩端是M60外螺紋，與上、下拉桿的內(nèi)螺紋聯(lián)接，其稱重軸封裝在其外殼內(nèi)。

（2）上拉桿通過關節(jié)軸承與門形框架相聯(lián)，吊物重量承受至門形框架上；

（3）下拉桿通過關節(jié)軸承與下部吊架相聯(lián)；

（4）下部吊架通過銷軸、楔鐵與兩根鋼絲繩相聯(lián)；

（5）兩根鋼絲繩下方即是提升機所吊重物。

圖2為改造后簡圖。

圖2 為改造后簡圖

6 該方法的特征

（1）不拆除任何部件，利用現(xiàn)有傳感器外殼和立柱；

（2）使用材料為普通鋼板、鋼管、膠墊、螺栓，哈呋式夾具制作簡單；

（3）在傳感器外殼上通過膠墊減振，同時防止螺栓過緊使傳感器外殼變形，影響測量精度；

（4）安裝、拆除方便，改造的資材準備完備后，只需30分鐘時間即可完成安裝；

（5）定位套為上方開口，使定位桿便捷地進入定位套；

（6）在使用中如需調(diào)整哈呋式夾具的位置，無須割除定位套，只需將哈呋式夾具的螺栓卸松，輕松轉(zhuǎn)動、調(diào)整即可；

（7）改造最終可解決傳感器即可有一定的旋轉(zhuǎn)自由度，又防止傳感器旋轉(zhuǎn)超過標準范圍，產(chǎn)生較大剪切力。

[1]成大先.機械設計手冊1（第五版），2008.

[2]樊兆馥.機械設備安裝工程手冊，2004.

A Transformation Method to Prevent Being Shear About Elevator Weighing Sensor

ZHAO Zeng-qiang
(BaosteelGroup Xinjiang Bayi Iron and SteelCo.，Ltd.，Xinjiang Urumqi Ironmaking Branch，Xinjiang 830022，China)

To seek the reason of elevator weighing sensor fracture,and tomake the prevention measures;Methods:to analyse the reason by using the exclusive method;Results:finding the fundamental cause of fracture;Conclusion: making use of existing sensor shell and sling steel plate,to increasing a clamp device to prevent weighing sensor rotating.

weighing sensor；jointbearing；tensile strength；shear strength and shear stress

P228

A

1672-545X（2013）04-0268-02

2013-01-08

趙增強（1976—），男，本科，冶金機械工程師，研究方向為冶金設備管理與維修。