出鋁專用起重機(jī)設(shè)計關(guān)鍵點

謝軍強(qiáng)，侯永強(qiáng)，于海洋

（河南衛(wèi)華重型機(jī)械股份有限公司，河南新鄉(xiāng) 453400）

0 引言

出鋁專用起重機(jī)是工作在電解鋁車間，專業(yè)用于吊運(yùn)鋁水包的起重機(jī)。當(dāng)電解槽中鋁液較多時，就需要將鋁水抽出來。出鋁專用起重機(jī)首先從運(yùn)包車上將鋁包吊運(yùn)下來，然后吊著鋁包，將鋁包的吸嘴插入電解槽鋁液中，打開地面氣源，將鋁包抽真空，即采用真空負(fù)壓法將鋁液抽至鋁包中，然后行走大車完成其余槽子的出鋁作業(yè)，出鋁完成后將鋁包再吊運(yùn)至運(yùn)包車上。

出鋁專用起重機(jī)是在電解鋁多功能上分化來的一個產(chǎn)品，與電解鋁多功能起重機(jī)在同一跨車間上運(yùn)行，分擔(dān)了電解鋁多功能起重機(jī)的出鋁工作。使得多功能起重機(jī)專業(yè)用于槽面操作，基本不再承擔(dān)出鋁工作。由于其工作環(huán)境及工作任務(wù)的特殊性，在其設(shè)計上需要關(guān)注一些關(guān)鍵設(shè)計點。

1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

鋁包為類似茶壺的結(jié)構(gòu)，鋁液為熔融金屬，吊運(yùn)熔融金屬的起重機(jī)需要符合最新標(biāo)準(zhǔn)JB/T 7688.5—2012《冶金起重機(jī)技術(shù)條件 第5 部分：鑄造起重機(jī)》的要求。例如，單吊點必須采用兩根鋼絲繩，主起升設(shè)置一套驅(qū)動裝置時應(yīng)在卷筒上設(shè)置安全制動器，應(yīng)采用鋼芯鋼絲繩等。

出鋁專用起重機(jī)是大型預(yù)焙陽極電解的輔助設(shè)備，它處于高溫熔鹽、大電流、強(qiáng)磁場、多粉塵及HF 煙氣的環(huán)境中。環(huán)境空氣中含有氧化鋁粉塵、炭粒粉塵、氟化氫氣體，瀝青煙等有害物質(zhì)。由于電解采用大直流電，出鋁時鋁包直接接觸鋁液，鋁液為導(dǎo)電體，為防止電流導(dǎo)至起重機(jī)上，造成交直流混電，損壞設(shè)備及人員觸電。出鋁起重機(jī)需符合最新標(biāo)準(zhǔn)JB/T 8907—2013《絕緣橋式起重機(jī)》的要求，例如，設(shè)置三道絕緣、設(shè)置絕緣失效報警（絕緣監(jiān)測）等。

2 設(shè)計要點

2.1 絕緣設(shè)計

2.1.1 設(shè)計要點

由于出鋁起重機(jī)直接接觸大電流，因此，絕緣設(shè)計尤為關(guān)鍵，它直接關(guān)系到起重機(jī)上電氣設(shè)備及操作維修人員的安全。起重機(jī)應(yīng)設(shè)置以下三道絕緣。

（1）吊鉤與鋼絲繩動滑輪組之間的絕緣。在吊鉤橫梁與軛板之間設(shè)置絕緣套管及絕緣板，防止鉤頭接觸帶電體，將電流傳至定滑輪再傳至鋼絲繩。

（2）起升機(jī)構(gòu)與小車架之間的絕緣。在起升機(jī)構(gòu)，如卷筒組、減速機(jī)、電機(jī)等底座下設(shè)置絕緣板、絕緣套。在鋼絲繩下繩處開口周圍包有絕緣材料，以防止第一道絕緣失效后，電流通過起升機(jī)構(gòu)傳至小車架。

（3）小車架與橋架之間的絕緣。是指在小車車輪安裝處設(shè)置絕緣板、絕緣套，以防至前兩道絕緣失效后，電流通過小車架傳給小車軌道，再傳給橋架。最終目的是防止鉤頭接觸帶電體后將電流傳至橋架上，保護(hù)設(shè)備及人員安全。

JB/T 8907—2013《絕緣橋式起重機(jī)》標(biāo)準(zhǔn)要求：采用1000 V兆歐表進(jìn)行檢測，每級絕緣電阻不應(yīng)小于1 MΩ。但對于出鋁起重機(jī)來說，其工作環(huán)境中含大量粉塵，粉塵為碳顆粒、氧化鋁粉等的混合物，成分復(fù)雜，具備一定導(dǎo)電能力，聚集在絕緣板上會降低絕緣阻值。因此，對其絕緣阻值的要求要高于標(biāo)準(zhǔn)，每級絕緣阻值不應(yīng)小于5 MΩ。

為確保起重機(jī)投入使用后，絕緣阻值能穩(wěn)定地大于5 MΩ。根據(jù)經(jīng)驗，絕緣設(shè)計時需注意以下3 個要點。

（1）絕緣板盡可能大，保證超出其連接的上下鋼板外緣至少10 mm，絕緣板厚不低于10 mm，絕緣套管必須深入絕緣板孔內(nèi)，與絕緣板上平面距離不超過2 mm，以增加爬電距離，如圖1所示。

圖1 絕緣裝配圖

（2）增加絕緣層數(shù)，如設(shè)置為2～3 層，以增加爬電距離。

（3）在起重機(jī)制作完成后，檢測其每級絕緣阻值應(yīng)不小于200 MΩ，保證使用后每級絕緣阻值可穩(wěn)定地達(dá)到5 MΩ 及以上。

2.1.2 絕緣點設(shè)置原則

（1）盡量減少絕緣點的數(shù)量，實踐證明，每增加一個絕緣點數(shù)，這一級的絕緣阻值就會降低。

（2）絕緣點位置的選擇要清晰，要考慮便于裝配及便于拆卸，以減少裝配過程中絕緣材料表面絕緣漆的破壞。例如，小車架與橋架之間的這一級絕緣，通常是在小車輪直角式軸承箱與小車架連接處設(shè)置絕緣（4 個車輪，每個車輪2 個直角形軸承箱，共計8 個絕緣點），主動小車輪與小車低速傳動軸之間設(shè)置絕緣（采用絕緣聯(lián)軸器，為1 個絕緣點），這一級絕緣共9 個絕緣點。按上述原則改進(jìn)設(shè)計后的結(jié)構(gòu)為：小車采用雙層式，將起升機(jī)構(gòu)與運(yùn)行機(jī)構(gòu)分離，分別位于上下兩層，上下層之間設(shè)置絕緣，絕緣點數(shù)減少為4 個，同時絕緣設(shè)置更合理，絕緣板及絕緣套方便裝配拆卸，裝配質(zhì)量容易保證；小車運(yùn)行驅(qū)動采用三合一減速電機(jī)驅(qū)動，由于雙層小車之間設(shè)置了絕緣，此處不需要再設(shè)置絕緣。因此，這一級絕緣共計4 個點，絕緣效果提升明顯。

2.2 吊鉤組設(shè)計

出鋁起重機(jī)出鋁時需從運(yùn)包車上將鋁包吊下，出鋁結(jié)束后再將鋁包吊運(yùn)至運(yùn)包車上。因此，出鋁吊鉤的上極限必須盡量小，確保可以從運(yùn)包車上吊下鋁包且具有一定安全距離，防止吊鉤沖頂。常規(guī)的絕緣吊鉤組是在吊鉤橫梁與軛板之間設(shè)置一級吊桿及一套絕緣裝置，使得吊鉤組長度比普通吊鉤組增加約900 mm，如圖2 所示。新設(shè)計的吊鉤組相對于普通吊鉤的區(qū)別是滑輪片采用絕緣尼龍材料，此尼龍為特種鑄造尼龍，機(jī)械性能及絕緣性能均優(yōu)越，吊鉤總長不增加，有效提升了吊鉤組的上極限，鉤頭采用防磁不銹鋼1Cr18Ni9Ti，防止鉤頭碰觸電解槽時吸附在槽子上，如圖3 所示。

2.3 電子秤選型設(shè)計

通常，出鋁起重機(jī)電子秤的設(shè)置有4 種方式：①吊鉤式電子秤，掛在鉤頭上使用；②定滑輪托軸式電子秤，即傳感器設(shè)置在定滑輪軸下，兩個傳感器托著定滑輪軸；③架小車式電子秤，小車為雙層結(jié)構(gòu)，上下小車之間設(shè)置4 只高精度傳感器，使上層車架形成一個稱重平臺；④軛板反壓式電子秤，傳感器設(shè)置在吊鉤橫梁軸下，兩個傳感器托著橫梁軸，傳感器支架焊接在吊鉤軛板上。

吊鉤式電子秤為活動式，搬運(yùn)不方便，行業(yè)內(nèi)已逐漸不用。定滑輪托軸式電子秤受鋼絲繩偏角影響，稱量精度不穩(wěn)定，精度難達(dá)到3‰。架小車式電子秤不受鋼絲繩偏角影響，精度高，可達(dá)3‰，缺點是小車需設(shè)置為雙層結(jié)構(gòu)且絕緣無法在此處設(shè)置，增加起重機(jī)成本，安裝也較復(fù)雜。軛板反壓式電子秤是近幾年新出現(xiàn)的一種結(jié)構(gòu)，不受鋼絲繩偏角影響，精度高，可達(dá)3‰，安全可靠，性能穩(wěn)定，而且傳感器安裝于吊鉤軛板上，方便檢修維護(hù)。

最近幾年，用戶對稱量系統(tǒng)的要求集中在兩點：①稱量精度高，一般要求在強(qiáng)磁環(huán)境下也不能低于3‰，尤其對于鋁液外賣的企業(yè)來說，稱量精度更為關(guān)鍵；②出鋁量的統(tǒng)計管控，由人工記錄出鋁量升級為計算機(jī)總體管控計量，后臺程序存儲。根據(jù)用戶需求，有些電子秤生產(chǎn)廠家已研發(fā)出一種精準(zhǔn)出鋁系統(tǒng)，其功能先進(jìn)，實現(xiàn)單包、單槽、累加、包號槽號識別、單槽自動定量吸鋁、吸鋁重量上限保護(hù)、出鋁數(shù)據(jù)存儲管理等功能，已在一些電解鋁企業(yè)得到運(yùn)用，是一種發(fā)展趨勢，前景廣闊。

圖2 常規(guī)絕緣吊鉤組

圖3 新式絕緣吊鉤組

2.4 電氣設(shè)計

（1）強(qiáng)磁場環(huán)境下要做好信號傳輸?shù)钠帘危苊馔ㄐ滦盘柋淮艌龈蓴_。

（2）重要電器元件一定要選用抗磁場干擾能力強(qiáng)，在電解鋁車間得到檢驗、得到用戶認(rèn)可的品牌。

（3）要絕緣監(jiān)測設(shè)備，實時顯示絕緣阻值，絕緣失效時自動聲光報警。

（4）要設(shè)置靜電的接地釋放，如電機(jī)外殼感應(yīng)電流的接地釋放。

3 結(jié)束語

出鋁專用起重機(jī)是近年新出現(xiàn)的一種工藝起重機(jī)，使用環(huán)境、工作特點具有特殊性，它分擔(dān)了電解鋁多功能起重機(jī)的出鋁工作，其部分要求也類似于多功能起重機(jī)。本文根據(jù)實踐經(jīng)驗提出出鋁起重機(jī)設(shè)計中需注意的一些關(guān)鍵點，可作為此種起重機(jī)的設(shè)計參考。