冶金企業橋式起重機啃軌問題探究

潘鐵鈞

摘要：橋式起重機是邯寶煉鋼廠的重要輔助設備，從鐵水入爐到鋼坯吊運、從工藝換段到設備檢修，無時不用、缺其不可。啃軌降低了生產效率，也對橋式起重機安全運行造成了極大威脅。因此，橋式起重機能否正常運行直接關系到產量、工期、安全和經濟效益，保證其處于良好運行狀態是生產能夠正常進行的必要條件。本文提出了一種修正車架相對于軌道的偏差的新方法，并保證車輪沿軌道的中心線行走。在文中提出了一種理論曲線擬合計算方法。理論曲線擬合是解決車輪啃軌問題的一個突破方向。理論曲線擬合方法將傳統的被動校正轉化為主動校正，可以說是解決起重機啃軌問題的全新嘗試。

關鍵詞：起重機;啃軌;糾偏;理論曲線擬合法

起重機在作業時，車輪產生偏離而與軌道側面接觸、摩擦。在運行過程中，車輪實際運行軌跡和軌道之間造成傾斜，從而產生起重機啃軌。車輪的輪緣或安裝在起重機上的水平導輥和起重機的運行軌道產生摩擦，加速車輪的磨損，使車輪磨損變薄甚至整個車輪報廢，使車輪過早損壞。這種損壞經常導致起重機的車輪或軌道被提前報廢，大大縮短了起重機的額定使用壽命。可以設想，如果車輪和道軌的使用壽命可以增加，則意味著將提高起重機輪的壽命?？熊墝ζ鹬貦C的安全運行構成了很大的威脅，同時也增加了運營維護成本。因此，探討車輪啃軌現象的成因，防止和消除啃軌現象具有重要意義。

1解決橋式起重機啃軌的目的與意義

在現代大規模生產中，橋式起重機已成為冶金企業不可缺少的生產設備。在橋式起重機的使用中，由于其跨度大，水平剛度低，傳動機構的制造和安裝精度難以保證，特別是對于頻繁操作的起重機，傳動機構的累積誤差較大，大多數橋式起重機都有不同程度的汽車偏差或欄桿。這對起重機的安全運行構成了很大的威脅，同時也增加了運營維護成本。因此，探討軌道現象產生的原因，防止和解決這一問題具有重要意義。由于各種原因，起重機的大小輪在運行過程中相對于軌道是傾斜的。車輪的邊緣與軌道的側面摩擦，造成磨損并形成軌道現象。在正常設計情況下，起重機的車輪輪緣應與道軌保持10mm左右的間隙，依照國標（GB3811-83）車輪踏面比軌道頂面寬30-40mm。小車車輪輪緣比軌道頂面寬20-30mm。車輪啃道通常由車輪的歪斜和車輪的橫向滑動引起[1]。輕微的車輪啃道會在車輪的邊緣和側面造成明顯的磨損痕跡，而嚴重的車輪啃道會因車輪與道軌側的強力咬合，導致鐵屑在車輪邊緣內側與軌道側剝落。甚至邊緣的整體脫落。

1.1啃軌造成的不良后果

（1）嚴重縮短車輪的壽命：一般不啃道的A5以下工作級別的起重機車輪可以用10年左右，A8級別的起重機車輪壽命5年左右。然而，具有嚴重軌道的起重機只能使用1 - 2年，更有甚者在一個月內更換。在制約生產的同時增加了維護成本。

（2）道軌磨損很快：軌道側面受到摩擦，導致側面有鐵屑，同時導致軌道有臺階，減少了車輪與軌道之間的接觸面。當軌道被咬斷時，車輪的力可以分解成兩個方向，一個是導致車輪向前移動的力，另一個是導致車輪水平移動的力。后者導致軌道受到橫向剪切力，使軌道變形，螺栓脫落，使軌道無法正常使用，大量更換，浪費人力，材料和影響生產節奏。

（3）增大起重機運行阻力：啃道嚴重的起重機，一檔作業起重機無法動作。嚴重啃道的起重機其運行阻力是正常情況的三倍。車輪的嚴重咬軌增加了電機和機械傳動機構的負荷，經常發生電動機阻值過大或傳動軸斷裂等事故[2]。

（4）起重機端梁、大梁斷裂變形：啃軌產生的扭矩使起重機端梁、大梁扭曲受力，嚴重時使端梁、大梁斷裂變形。

（5）起重機掉道： 起重機在重載運行時，如果起重機輪緣太薄，道軌有臺階，則車輪會在慣性作用下爬到軌道頂面上，這會導致起重機掉道的嚴重事故。

（6）廠房框架結構破壞： 起重機軌道是是安裝在廠房框架結構之上的。當車輪啃道嚴重時，道軌受到的應力傳導到廠房框架結構，這直接廠房框架結構受力變形。車輪啃道危害直接影響安全生產，給企業帶來嚴重的經濟損失。解決車輪啃道問題可以防止此類事故，保障生產長周期穩定運行。

1.2 啃軌現象的判斷

判斷橋式起重機大車在生產作業中車輪啃道，從以下六點判斷：

（1）車輪踏面、軌道頂面磨損嚴重，有明顯磨痕;

（2）起重機在啟動與制動時車體卡頓、扭擺、走偏;

（3）車輪啃道嚴重時會發出刺耳的刺啦、刺啦的聲音;

（4）車輪輪緣磨得閃光發亮;

（5）起重機行駛時，車輪輪緣與軌道間隙太小;

（6）軌道兩側有明亮的磨痕，嚴重時道軌側面有毛刺。

起重機車輪啃道可分為三級：

車輪輕度啃道：當起重機控制手柄置于第二檔時，起重機不起動，置于一檔才能動作。停車后，不制動時，慣性運行范圍很短，輪沿磨損，但沒有碎屑，卷曲和變形。

車輪中度啃道：當中軌控制器手柄放在二檔時，起重機不會啟動。使用一檔，緩慢動作，非制動情況下，停車沒有慣性，或者慣性距離很短。輪沿磨損速度很快，有卷曲變形現象。

車輪重度啃道：當控制器置于一檔時，電機嗡嗡響，起重機無動作。在反向行駛10米范圍內，起重機對角線產生嚴重扭曲變形。在嚴重的情況下，會出現起重機掉道事故。

2起重機啃軌原因

起重機車輪啃道現象并非單一因素造成。起重機的制造質量和導軌的安裝質量，大梁、端梁、框架的變形，橋梁的剛度，車輪的高度，垂直度，軌道的誤差等都可能導致車輪啃道?？械赖闹饕蛴幸韵挛鍌€方面。

2.1 車輪驅動不同引起的啃軌

（1）電氣參數、性能不同

由于分別驅動的四角驅動機構不同步，因此起重機對角線變形扭曲。特點是：起重機啟動和制動時，起重機對角線變形扭曲，對角車輪卡住道軌。

（2）機械運行阻力不對稱

由于起重機四角制動器制動力矩不均勻，減速機、車輪機械卡阻的影響，具有高阻力的車輪滯后于低阻力的車輪，導致起重機對角線偏扭轉和水平位移，從而導致車輪啃道。

2.2 道軌原因引起的啃軌

（1）軌道的直線度超差

軌道的軌道跨度和水平線性差數據超標。在起重機跨度距離不變的前提下，由于輪緣與軌道側間隙的減小，導致起重機運行在固定區域時啃道。

（2）軌道水平高度超差

由于軌道和鋼梁之間存在間隙，廠房鋼結構不均勻沉降和地基的變形，同一段的軌道高度差數據超標，導致車輪啃道。當高度差超過8mm時，導致高度低的軌道內側，高度高的道軌外側磨損嚴重。

（3）軌道跨度超差

由于安裝原因，道軌壓板螺栓松動，道軌受側向力過大跑偏，導致兩個軌道的直線性、平行性、對稱性或反對稱的超差導致軌道大于或小于跨度，造成車輪啃道。

2.3 橋架水平剛性不夠引起的啃軌

起重機大梁、端梁的水平剛度對于起重機的正常直線運行，車輪的軸向偏轉以及相應驅動的自動調節具有很大的影響。特別是當橋架的水平剛度不夠時，會造成車輪啃道。橋輪車輪測量孔的平行度超出公差，結構中殘余內應力被釋放，從而在車輪的運行中心線與車輪的中心線之間產生角度α。導致車輪的運行軌跡中心線偏離軌道的中心線 。

2.4 設備安裝、調試引起的啃軌

（1）車輪同位差超差

車輪的水平中心線，與軌道頂部表面的中心線重合。通常，當車輪中心線和軌道中心線偏移大于5mm時，輪沿和軌道的側面產生劇烈摩擦以造成車輪啃道。

（2）車輪水平偏斜超差

由于車輪安裝或車輪加工誤差大造成。

（3）車輪垂直偏斜超差

車輪的垂直偏轉意味著車輪徑向中心線不垂直于軌道的頂部表面。車輪踏面與軌道頂部表面的接觸不均勻，接觸面積通常較小，壓力較大。因此，車輪與道軌滾動表面的磨損不均勻。由車輪垂直偏差引起的車輪啃道主要是驅動輪的垂直偏差。通常認為當e≤D/ 400時車輪的垂直偏差在正常范圍內，垂直偏差是e; D是車輪的直徑。從動車輪的垂直偏轉不會造成車輪啃道。但是，考慮到車輪踏面的均勻受力，從動車輪的垂直偏差也不允許太大[3]。

2.5 設備加工制造誤差引起的啃軌

（1）主動車輪直徑加工超差

加工出的驅動輪具有較大的直徑差異，并安裝在不同的端梁上。導致直徑小的車輪跑的快，直徑大的車輪跑的慢，造成起重機對角線扭曲變形，出現車輪啃道現象。

（2）不合理操作引起的啃軌

起重機運行是否標準化作業直接影響車輪啃道。應嚴格按照行業標準中規定的步驟進行操作啟動，制動等。三檔、四檔啟動，制動時不主檔回零，三檔、四檔直接回零制動，打反車都會造成車輪啃道。

（3）本課題的來源

橋式起重機的車輪啃道問題是對對企業生產造成重大威脅，也會增加運營維護成本。因此，探討車輪啃道現象及產生的原因，防止和解決車輪啃道問題，杜絕車輪掉道事故具有重要的社會意義，也可為企業創造巨大的經濟價值。

3啃軌的解決方法

3.1 采用水平輪代替輪緣導向

車輪啃道的起因都是由起重機自身因素或軌道因素引起的，并且由車輪偏差引起的車輪啃道更為常見。在處理車輪啃道的實際過程中，通常使用糾正和消除起重機和軌道缺陷作為主要手段。除了提高框架和車輪的安裝精度，加工精度之外，傳統的糾偏方法也做了一些其他嘗試。

采用水平輪后，可以完全消除軌道一側輪緣產生的滑動摩擦，取而代之的是更換水平輪與軌道之間的滾動摩擦。這種方法將軌道和車輪的摩擦力減少了90%，但是起重機軌水平輪產生的水平橫向力非常大，這種力不僅包括小車制動時的水平力。但它還包括對道軌產生的側向力，這可能導致端梁的裂縫甚至廠房結構損壞。另外，軌道側面不光滑，平整，導致不易達到良好的效果。安裝水平輪的優點是有效預防了起重機掉道事故的發生，缺點是無法根除啃軌問題，只是由車輪啃道變為水平輪啃道，治標不治 本。

3.2 橋架水平剛性加固

通過在主梁的內腹板和外腹板上橫向焊接大槽鋼來增強端梁的寬度，或者增加主梁厚度，從而增強主梁的水平剛度。優點是解決了大梁開裂問題，缺點是增加了起重機重量，與現在起重機輕量化趨勢不符，最佳方案是選用韌性，強度高的鋼材。

3.3 調整車輪跨度、對角線和同位差

當軌道跨度，起重機對角線差異不大時，調節車輪的水平偏轉和垂直偏轉相應地改變（在軸承箱安裝調整墊）。如果車輪啃道仍然無法消除，則需要改動定位孔移動車輪原始位置。

3.4 選取合理的跨度和輪距的比值

起重機在運行中走的是大S路線，即允許車輪中心線和軌道中心線之間有一定的水平偏移距離。該偏移距離與跨度的比率之間的關系是比率越大，允許的自由傾斜越小，并且越容易出車輪啃道[4]。因此，起重機的四角車輪呈矩形布置更有利于起重機直線運行。

3.5 采用潤滑減少阻力

一種新型起重機道軌潤滑裝置：改裝置具有石墨潤滑塊磨損自動補償功能。一層石墨潤滑層可以均勻地分布在道軌的側面，使得起重機導軌和輪緣得到良好的潤滑[5]。

3.6 理論曲線擬合法調整車輪

“理論曲線擬合法”調整車輪水平誤差。根據測得的數值，利用最小二乘法擬合出一條理論中心線，根據擬合的中心線位置進行調整。

4結束語

在橋式起重機的使用中，車輪啃道是難以解決的世界性難題，造成車輪啃道的原因很多，難以一一枚舉，大部分是由綜合因素造成的。本文主要是針對杜絕橋式起重機掉道問題。針對這一問題，作者的主要工作是：

（1）提出理論曲線擬合法調整車輪的思路;

（2）設計道軌新式潤滑裝置;

（3）調整起重機對角線;

（4）采用水平輪代替輪緣導向。

這套解決方案在河鋼邯鋼邯寶煉鋼廠的生產實踐中取得了非常好的效果，但還須進一步接受在起重機實踐生產中的檢驗。首先，工作環境不同，另外，作業強度、方式不同。其他產生啃軌的原因在煉鋼廠比較難模擬，故得出的結論并不一定適用所有起重機，筆者只是提出了一套新的糾偏方法。

參考文獻：

[1]王文欽.橋門式起重機啃軌現象原因及修理方法的探討 [J]. 化學工程與裝備. 2010 （03）.

[2]刁淑芳，康春曉.淺析橋式起重機車輪啃軌現象 [J]. 冶金設備. 2008 （S2） .

[3]何小民，齊向東，郭建國.模糊PID控制器在起重機糾偏系統中的應用 [J]. 起重運輸機械.

[4]牛潔，陶元芳.橋門式起重機車輪啃軌現象的研究，機械工程與自動化，2012（1）：115-117.

[5]牛潔.關于起重機運行側向力問題[J].太原科技，2012，12.

（作者單位： 河鋼邯鋼邯寶煉鋼廠）