鋼鐵行業(yè)天車夾鉗改造以及應(yīng)用

柴飛 郗川豪 李巖 黃澤琳

摘 要：鋼鐵企業(yè)天車夾鉗啟閉器通常為齒形旋轉(zhuǎn)式、支撐桿式、擺銷復(fù)位式等，此類夾鉗啟閉器存在行程短、易損壞及動(dòng)作失效的缺點(diǎn)。改造后的天車夾鉗擺鉤下落時(shí)做鉛直運(yùn)動(dòng)，行程距離準(zhǔn)確，啟閉器對(duì)工作部件磨損減少，運(yùn)動(dòng)構(gòu)件磨損后換向動(dòng)作不失效，有效提高了天車夾鉗工作的可靠性及壽命。

關(guān)鍵詞：夾鉗；啟閉器；改造；實(shí)施效果

0 引言

天車夾鉗是一種常見的搬運(yùn)設(shè)備，主要用于吊運(yùn)鋼材、鋼錠等物品。天車夾鉗具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、承載能力大等特點(diǎn)，是鋼鐵行業(yè)中必不可少的設(shè)備之一。天車夾鉗主要由兩部分組成：鉗體和驅(qū)動(dòng)裝置。鉗體是夾鉗的主體部分，由上下兩片鉗口組成，通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行開合。驅(qū)動(dòng)裝置一般由電動(dòng)機(jī)、減速器、制動(dòng)器等組成，負(fù)責(zé)控制鉗口的開合動(dòng)作。

天車夾鉗吊運(yùn)物一般都是高溫鑄坯（錠），自動(dòng)控制系統(tǒng)在高溫輻射下易產(chǎn)生熱變形失效。因此，需要采用可靠性強(qiáng)的機(jī)械式吊具（夾鉗）完成在線夾持吊運(yùn)、碼垛、裝載。老式天車夾鉗啟閉器通常為齒形旋轉(zhuǎn)式、支撐桿式、擺銷復(fù)位式等，此類夾鉗啟閉器存在行程短、易損壞及動(dòng)作失效缺點(diǎn)。本文通過(guò)對(duì)機(jī)械式夾鉗吊具改造，設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，工作壽命長(zhǎng)的啟閉器。改造后天車夾鉗擺鉤下落時(shí)做鉛直運(yùn)動(dòng)及行程距離準(zhǔn)確，啟閉器對(duì)工作部件磨損減少，運(yùn)動(dòng)構(gòu)件磨損后換向動(dòng)作不失效，提高了天車夾鉗工作的可靠性及壽命。

1 夾鉗啟閉器改造

啟閉器是一種機(jī)械裝置，用于控制夾鉗的開啟和關(guān)閉，通常由手柄、傳動(dòng)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，在手柄的操作下，傳動(dòng)裝置將轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)夾鉗的張開和閉合。

夾鉗啟閉器在夾鉗中的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下5個(gè)方面：①操作便利。通過(guò)夾鉗啟閉器，用戶可以方便地控制夾鉗的開啟和關(guān)閉，提高了工作效率。②安全性高。夾鉗啟閉器可以防止誤操作導(dǎo)致的意外傷害，確保操作者的安全。③控制精準(zhǔn)。夾鉗啟閉器可以精確控制夾鉗的開合度，滿足不同工況下的使用需求。④可減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。使用夾鉗啟閉器，操作者可以避免直接用手去操作夾鉗，從而降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。⑤可靠性高。夾鉗啟閉器具有較高的可靠性，可以在各種工況下穩(wěn)定工作，提高了整個(gè)設(shè)備的使用壽命。

1.1 夾鉗采用的常用啟閉器

齒形旋轉(zhuǎn)式啟閉器[1]是在圓筒內(nèi)部設(shè)計(jì)有一個(gè)T形軸，通過(guò)圓筒內(nèi)上、下齒的作用，使T形軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在開合座內(nèi)的啟閉。缺點(diǎn)是啟閉行程小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

支撐桿式啟閉器通常用一個(gè)較長(zhǎng)的橫向長(zhǎng)桿絞鏈搭接在夾鉗（吊具）的拉板內(nèi)側(cè)，通過(guò)吊具兩拉板的開角變化實(shí)現(xiàn)啟閉。缺點(diǎn)是支撐桿易變形，擺動(dòng)塊易磨損，雙支撐桿啟閉器同步性差。

擺銷復(fù)位式啟閉器通常通過(guò)擺銷在曲線滑槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)啟閉。缺點(diǎn)是曲線槽制造困難，磨損無(wú)法修復(fù)，雙啟閉器同步困難。

1.2 材料熱變形及處置措施

鋼鐵企業(yè)在吊運(yùn)高溫鑄坯（錠）作業(yè)過(guò)程中，高溫輻射會(huì)引起材料的熱膨脹和塑性變形，導(dǎo)致材料的熱變形。熱膨脹是指材料在溫度變化時(shí)體積的變化，而塑性變形是指材料在受到外力作用下發(fā)生的永久性形變。高溫輻射下，材料的熱膨脹系數(shù)通常會(huì)增大，而材料的彈性模量則會(huì)降低，這使得材料更容易發(fā)生塑性變形。高溫輻射熱變形的特點(diǎn)是變形速度快、變形量大、難以預(yù)測(cè)和控制。這是因?yàn)楦邷剌椛涞沫h(huán)境條件會(huì)引起材料的熱傳導(dǎo)、熱膨脹和塑性變形等多種物理過(guò)程，這些過(guò)程互相影響，使得材料的變形行為變得復(fù)雜。

在高溫輻射環(huán)境下，為了防止材料的熱變形，可以采用一些措施，選用熱穩(wěn)定性好的材料、采用隔熱材料、控制溫度輻射的強(qiáng)度等。對(duì)于已經(jīng)發(fā)生熱變形的材料，可以通過(guò)退火、整形等方法進(jìn)行修復(fù)。

1.3 零部件磨損類型及處置措施

零部件在使用過(guò)程中，由于與其他零部件的摩擦、磨損、疲勞等原因，導(dǎo)致其尺寸、形狀、性能發(fā)生變化。零部件磨損不僅會(huì)降低設(shè)備的性能和可靠性，還會(huì)影響設(shè)備的使用壽命和安全性[2]。

磨損的類型主要有以下5種：①粘附磨損。由于摩擦表面間的粘附作用，使磨損表面產(chǎn)生撕裂、脫落等現(xiàn)象。②磨粒磨損。磨損表面受到硬質(zhì)顆粒的沖擊和切削作用，導(dǎo)致表面磨損。③疲勞磨損。在循環(huán)載荷作用下，零部件表面產(chǎn)生疲勞裂紋，并逐漸擴(kuò)展，導(dǎo)致磨損。④腐蝕磨損。由于介質(zhì)中的腐蝕物質(zhì)作用，使零部件表面產(chǎn)生腐蝕磨損。⑤電蝕磨損。在電解液中，零部件表面因電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電蝕磨損。

為了減輕零部件磨損，可以采取以下5項(xiàng)措施：①選擇合適的材料。根據(jù)零部件的工作條件，選擇具有高耐磨性、高疲勞強(qiáng)度、高抗磨損性能的材料。②采用先進(jìn)的制造工藝。使用如表面處理、熱處理、拋光等先進(jìn)的制造工藝，提高零部件的耐磨性能。③設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)。通過(guò)優(yōu)化零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減小磨損部位的受力、減小摩擦系數(shù)，降低磨損速度。④定期檢查和維護(hù)。定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查和維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)磨損部位，采取相應(yīng)的修復(fù)措施，如潤(rùn)滑、更換零部件等。⑤合理使用和操作。正確使用和操作設(shè)備，避免超載、超速等不正常工況，降低磨損程度。

1.4 啟閉器改造

基于上述考慮，改造的啟閉器——掛鉤式啟閉器如圖1所示，其主要由擺動(dòng)掛鉤1、固定鉤2、擺動(dòng)舌3、銷軸4、墊圈5、隔圈6、螺栓7組成。

擺動(dòng)掛鉤如圖2所示，包含掛鉤主板1-1、鉸鏈孔增厚圈1-2、掛鉤鉤口加強(qiáng)板1-3、鉸鏈孔1-4、掛鉤鉤口1-5、鉛直限位工作面1-6、掛鉤行程定位面1-7、掛鉤工作面1-8、掛鉤滑移工作面1-9。掛鉤主板的上端設(shè)有鉸鏈孔，掛鉤主板的下端設(shè)有掛鉤鉤口。掛鉤主板上端的鉸鏈孔設(shè)有與掛鉤主板成一體的鉸鏈孔增厚圈，掛鉤主板下端的掛鉤鉤口設(shè)有與掛鉤主板成一體的掛鉤鉤口加強(qiáng)板。

固定鉤如圖3所示，包含主板2-1、固定鉤鉤口加強(qiáng)板2-2、加強(qiáng)筋板2-3、底座2-4、固定鉤鉤口2-5、固定鉤行程定位面2-6、固定鉤滑移工作面2-7、固定鉤工作面2-8、封口舌銷軸孔2-9。固定鉤主板的下端固定在底座上，固定鉤主板的上端設(shè)有與掛鉤鉤口相配合的固定鉤鉤口，固定鉤主板與底座之間設(shè)有加強(qiáng)筋板。

擺動(dòng)舌如圖4所示，包括滑移工作面3-1、擺動(dòng)舌回程工作面3-2。擺動(dòng)舌通過(guò)銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接在固定鉤主板上，擺動(dòng)舌與掛鉤鉤口和固定鉤鉤口相配合。擺動(dòng)舌一端為與掛鉤鉤口和固定鉤鉤口相配合的等腰三角形。

該掛鉤式啟閉器包括與吊具（夾鉗）吊耳軸鉸接在一起的擺動(dòng)掛鉤，與吊具下橫梁焊接成一體的固定鉤，在固定鉤的中部勾口的下邊鉸接著三角形狀擺動(dòng)舌。擺動(dòng)掛鉤主要由掛鉤主板、鉸鏈孔增厚圈、掛鉤鉤口加強(qiáng)板焊接而成。掛鉤主板上端設(shè)計(jì)有鉛直限位工作面，與吊耳擋塊配合實(shí)現(xiàn)下落時(shí)時(shí)鉛直運(yùn)動(dòng)。在鉸鏈孔下面設(shè)有高度方向行程定位平面，控制換向時(shí)的極限位置。在掛鉤主板下端設(shè)有勾掛工作面和掛鉤滑移工作面。

固定鉤主要由固定鉤主板、固定鉤鉤口加強(qiáng)板、加強(qiáng)筋板和底座焊接而成。擺動(dòng)舌前端為三角形狀，上面為滑移工作面，下面為回程起翻工作面。在擺動(dòng)舌另一端鉆有銷軸孔，用于與固定鉤腰部之間的裝配。這種啟閉器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造及運(yùn)行成本較低、可靠性高、方便與起重機(jī)吊鉤配掛，提高了吊具吊運(yùn)效率。

2 具體實(shí)施方式以及工作原理

如圖5，吊具掛鉤式啟閉器10、吊耳11、定位板12、限位塊13、拉板14、嵌體15、側(cè)板16。板坯夾鉗主要由上部吊耳（吊環(huán)）鉸接有內(nèi)、外拉板及啟閉器的擺動(dòng)鉤。與內(nèi)、外拉板構(gòu)件鉸鏈鉸接有內(nèi)、外鉗體，在夾鉗體之間設(shè)置有聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)夾鉗夾持時(shí)的運(yùn)動(dòng)同步。內(nèi)、外夾鉗體的兩側(cè)面設(shè)計(jì)有側(cè)板，以確定兩中心軸位置。

2.1 啟閉基本工作原理

2.1.1 夾鉗、吊具閉合狀態(tài)

當(dāng)起重機(jī)配掛好夾鉗、吊具后，標(biāo)準(zhǔn)吊鉤下落（啟閉器擺動(dòng)鉤隨之下落），擺鉤重心在擺動(dòng)鉤左側(cè)，在擺動(dòng)鉤重心力矩的作用下進(jìn)入固定鉤工作結(jié)合面，完成啟閉器的閉合。在起重機(jī)的帶動(dòng)下（夾鉗開口最大）進(jìn)入吊件預(yù)備吊運(yùn)狀態(tài)。

2.1.2 夾鉗、吊具夾持狀態(tài)

當(dāng)起重機(jī)配掛好夾鉗吊具后，標(biāo)準(zhǔn)吊鉤下落（啟閉器擺動(dòng)鉤隨之下落），在擺動(dòng)鉤重心力矩的作用下，向里滑移固定鉤之后繼續(xù)下降并超越封口舌。當(dāng)擺動(dòng)鉤到達(dá)下終點(diǎn)位置，起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)吊鉤上提并勾起封口舌向上翻起，擺動(dòng)鉤繼續(xù)上提并越過(guò)固定鉤的勾口，完成啟閉器的啟開（這時(shí)夾鉗進(jìn)入吊件吊運(yùn)狀態(tài)）。

2.2 夾鉗基本工作原理

機(jī)械式夾鉗是一種起重機(jī)的專用起吊機(jī)具，通過(guò)啟閉器來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)閉合。夾持前兩個(gè)夾鉗口處于最大開口狀態(tài)（啟閉器鎖緊），到達(dá)吊件預(yù)想位置后，完成啟閉器的換向（啟閉器打開），在此位置實(shí)現(xiàn)夾持并吊運(yùn)。當(dāng)?shù)竭_(dá)所要求的地點(diǎn)時(shí)再次重復(fù)啟閉器閉合動(dòng)作，使兩個(gè)夾鉗口處于最大開口狀態(tài)，離開吊件，完成一次吊運(yùn)。

3 實(shí)施效果

以煉鋼天車夾鉗為例，改造前夾鉗啟閉器平均每3個(gè)月更換一次，全年更換啟閉器12個(gè)，啟閉器單價(jià)為0.8萬(wàn)元。更換一次啟閉器需要4 h，影響6爐鋼，每爐鋼250 t，噸鋼效益200元，即每爐鋼效益為5萬(wàn)元，則總的效益S為129.6萬(wàn)元/年。

4 結(jié)束語(yǔ)

在鋼鐵行業(yè)中，天車夾鉗在鋼鐵行業(yè)中發(fā)揮著重要作用，是鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的重要設(shè)備之一，主要用于鋼材的吊運(yùn)、鋼錠的搬運(yùn)和廢料的處理。隨著鋼鐵行業(yè)的發(fā)展，天車夾鉗的性能和功能也將得到進(jìn)一步提升，以滿足不斷變化的市場(chǎng)需求。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡鵬宇，艾英君.起重機(jī)吊具用自動(dòng)掛、脫鉤裝置[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2013（7）：31-32.

收稿日期：2023-10-05

作者簡(jiǎn)介：柴飛（1987—），男，河北邯鄲人，研究生，副高級(jí)工程師，研究方向：冶金設(shè)備。