橋式起重機故障類型及其原因分析

中煤北京煤礦機械有限責任公司 張元東

■引言

橋式類型起重機是實現生產過程機械化、自動化的一種特種設備。在機械行業、冶金行業、化學工業中使用非常廣泛。隨著我國經濟的發展，橋式起重機的種類和數量也在增加，因此隨之產生的問題也越來越多，起重機械事故也愈來愈頻繁。橋式起重機是橫架于車間倉庫上方進行物料的吊裝與運輸的設備，兩端坐落在金屬架或者墻端，形狀類似橋，故而得名。可以充分利用橋架下面的空間進行運輸，不受下方空間的限制，因而是使用最廣泛、數量最多的一種起重機。其中天車是架在高架上方的一種橋式起重機，通常用于車間、倉庫，起重機橋架也即是大車沿鋪在兩側高架上的軌道縱向移動，起重小車沿鋪在橋架上的軌道橫向移動，不受地面設備的阻礙。作為一種特種設備，橋式起重機的安全問題是一個值得關注并研究的問題，在使用起重機械的過程中及時發現并提前預測起重機的故障可以減少事故的發生。

■特種設備事故現狀

根據國家市場監管總局關于2020 年全國特種設備安全狀況的通告[1]，2020 年，全國共發生特種設備事故和相關事故107 起，死亡106人，與2019 年相比，事故起數減少23 起、降幅17.7%，死亡人數減少13 人、降幅10.9%。萬臺特種設備死亡率為0.09。全年未發生重特大事故，特種設備安全形勢總體平穩。場（廠）內專用機動車輛、起重機械和電梯事故占比較大，約占事故總起數的79.4%、死亡總人數的73.6%。（圖1）

圖1 2020 年事故類型統計

機電類設備［起重機械、電梯、大型游樂設施、場（廠）內專用機動車輛、客運索道］事故的主要特征是墜落、碰撞、擠壓等。

起重機械雖然定期檢驗檢查檢修，但是運行中的安全隱患極易導致故障的發生，從而引發事故。因此對故障合理的分析與總結，對預防故障發生以及對防范事故的發生有著很大的意義。

■橋式起重機結構

橋式起重機主要有普通橋式、簡易梁橋式以及冶金專用三種結構類型不同的形式。普通橋式起重機主要包括起重小車、結構架以及運行機構。起重小車包括起升機構、運行機構和車架三部分。起重機的起升機構主要由滑輪組、卷筒、制動器、電動機、減速器組成。電動機帶動卷筒轉動使鋼絲繩繞卷筒卷上卷下運動，從而使重物上升或者下降，通過減速器控制速度。車架通常為焊接的鋼架用來固定起升機構以及運行機構。起重機運行機構主要有集中驅動的驅動方式和分別驅動的驅動方式，用一臺電動機驅動兩邊的主動車輪為集中驅動；用兩臺電動機分別帶動兩邊的主動車輪為分別驅動。中、小起重量的普通橋式起重機通常將制動器、減速器和電動機進行組合形成一個整體形成“三合一”的驅動方式從而進行驅動，大車起重量通常采用萬向聯軸器進行驅動，這樣便于安裝各零部件以及調整機構。橋式起重機一般采用四個車輪作為運行機構，其中包括主動車輪和從動車輪；如果是大起重量起重機，一般會增加車輪以此降低車輪壓力。增加車輪時，車架必須配備鉸接均衡裝置，均勻分布起重機的載荷，使各車輪受均衡壓力，不至于運行不穩或者車輪啃軌毀壞車輪及輪緣。起重機的橋架包括主梁和端梁用于支撐小車的重量，是一種移動的金屬結構，按主梁個數可分為由單根主梁組成的單主梁橋架以及由兩根主梁組成的雙梁橋架兩種類型。端梁兩端裝有車輪，是大車的運行機構，主梁是起重小車運行機構，支撐小車的軌道。

如圖2 所示為橋式起重機結構圖。其中X方向為小車運行方向。

圖2 橋式起重機結構圖

■橋式起重機工作特點

普通橋式起重機使用最普遍的為電力驅動，有些也可以遙控控制。電力驅動主要在駕駛室內完成，遠距離控制的橋式起重機可通過電動葫蘆控制，司機所在位置較靈活。

結合橋式起重機工作類型，有以下工作特點：

表1 橋式起重機工作特點

橋式起重機械的工作特點，決定了它與安全生產的關系緊密。

■橋式起重機主要故障類型

本文只考慮橋式起重機的主要故障類型，結合其他的研究成果，從橋式起重機的結構出發考慮發生故障的部位，通過對橋式起重機故障進行分析，確定了橋式起重機主要故障形式有金屬結構故障、吊索具故障、制動器故障、減速器故障、電氣系統故障五種類型。

橋式起重機的金屬結構是起重機最重要的部分，金屬結構的穩定性與安全性是橋式起重機安全運行的關鍵，金屬結構的故障通常跟機構的磨損疲勞等有關，一旦發生故障會造成很大的危害，起重機超負荷運行會造成主梁的彎曲下沉，也會造成吊組件的損壞，因此正確使用和保養起重機械至關重要。橋式起重機金屬結構主要故障形式是軌道故障以及主梁的故障[2]。

軌道故障，橋式起重機軌道包括小車軌道和大車軌道。小車在軌道上運行容易出現的問題是小車車輪部分懸空，出現“三條腿”現象。由于車輪制造或安裝的原因或者小車橋架不符合標準，造成小車車輪懸空。小車“三條腿”會造成車體扭晃、運行不穩、起重機振動。因為小車軌道上有固體或者雜物，容易造成小車打滑。大車在軌道上運行容易出現大車車輪啃軌，使橋架結構由于疲勞產生變形，或者大車啟動時兩電機不同步，造成大車車體傾斜，啃噬軌道。同時若軌道上有灰塵、雜物，也會造成大車運行時啃軌。

橋式起重機的主梁是存在彈性變形，載荷作用下產生上下撓變形，載荷卸下后變形消失。主梁設計有一定的上拱度，用以改善小車運行時由于載荷作用產生的向下變形。主梁下撓容易造成聯軸器斷裂以及小車“三條腿”現象。由于超負荷運轉或者腐蝕及高溫等環境的影響，加之對結構的維修不當，容易造成主梁的永久變形。

制動器故障，制動器打滑發熱和不抱閘是制動器容易發生的故障。由于雜物和油污的影響制動輪表面摩擦減小，易造成制動輪打滑。制動器在工作過程中磨損過大或者由于主彈簧變形張力變化剎不住車[3]。

減速器故障，減速器工作時，由于減速器緊固螺栓松動，或者構件剛度差，極易產生變形，造成振動不正常。減速器通氣孔，形成不均衡的壓力差，使減速器漏油。箱體有縫隙或者排氣孔積塵多，均會導致減速器漏油[4]。吊索具故障，起升設備容易產生的故障是鋼絲繩跳槽或斷裂、溜鉤、卷筒故障、“過卷”現象。鋼絲繩的規格應根據用途確定，安全系數應根據工作級別確定。

電氣設備故障。橋式起重機的電氣系統主要包括串聯電阻、電機繞組、交流接觸器及聯動線路。其中電阻組都在電阻箱內，橋式起重機運行時，電阻連續運行，產生大量的熱，從而使電阻經常在高溫狀態下，這樣加速了電阻線及其端子的變質，改變阻值，燒毀電機，或者使阻值不平衡，使大車扭裂。同時由于起重機啟動和關閉瞬間與正常運行時電壓和功率變化較大，更易造成電機老損。

橋式起重機一般在工作時長時間運轉，各種操作頻繁，有時車間或倉庫環境不好，潮濕和粉塵等因素影響，使磨損加劇，造成短路放炮[5]。

■橋式起重機故障原因分類

分析橋式起重機故障發生的原因，將其故障分為以下五類：

（1）本質故障

起重機在設計、制造、安裝過程中，由于各部件的設計上的技術或質量缺陷，以及材質不合理，存在固有缺陷，在使用過程中難免會出現故障，如結構件的尺寸形狀設計生產的不合標準，組合件在運行時出現磨損疲勞，零件生產時公差選擇不合理，造成間隙不符合規定，這些本質缺陷會引起起重機械運行時發生故障。

（2）人為故障

橋式起重機在使用過程中，需要多人配合使用，現場操作人員不按規定操作，或者遇到突發情況處置不合理，造成設備故障。例如在使用時超過上升限位，或者撞擊緩沖膠塊對小車大車造成損傷，重載情況下，起重司機頻繁快速啟動、制動從而使起重機產熱過大，燒壞電氣設備的絕緣。

（3）機械故障

某一部位或者零件出現故障未及時處理，繼續運行的情況下造成其他部位的故障。例如限重器失靈，吊運貨物超重造成鋼絲繩斷裂，上升或者下降限位失靈，造成吊鉤連帶物品撞擊卷筒或者地面，從而造成更大的損壞。起重機在運行時出現大車小車啃軌，產生水平側向力，加載于廠房結構內部，造成主梁的損壞或者廠房結構的破壞[6]。

（4）環境故障

起重機械有時裝載貨物所處的環境粉塵較多，或者高溫高濕，容易加劇電動機滑環的磨損，造成短路放炮，或者造成電器設備短路電機燒毀、機械設備磨損，加快了故障發生的速度。工作環境中存在油污等，起重機的制動器中的抱閘接觸器線圈粘連，使抱閘不能吸合，剎車時抱閘器不能抱緊制動輪，出現溜鉤，造成起吊物件行程過大或者重物下落[7-8]。

（5）耗損故障

由于機械設備長期運行，或者由于工作環境的影響，機械設備各部件之間逐漸出現磨損、老化或者腐蝕，此類故障被稱為耗損故障。例如大車小車車輪的磨損，軌道的磨損，鋼絲繩磨損斷裂，電機的老化等。耗損故障無法避免，往往與機械設備的壽命息息相關。

根據以上所述同一種故障有可能是不同的原因造成的，因此對橋式起重機的故障進行詳細的分析，有利于更快的識別故障發生的原因，同時有利于采取措施，加強對設備的保養和管理，預防故障的發生。

■結論

橋式起重機在使用過程中發生的比較頻繁的故障類型主要有金屬結構故障、吊索具故障、制動器故障、減速器故障、電氣系統故障五種類型。通過對橋式起重機的結構組成以及工作原理的研究，從而了解橋式起重機的運行機理，剖析其發生故障的深層原因，將各部件分開描述既可以將故障進行分類，又可以對橋式起重機的故障有一個系統整體的認識。從系統論的觀點將起重機的故障分為本質故障、人為故障、機械故障、環境故障、耗損故障。