劉恩頻，俞中建，徐 彬，龔 文

● （上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，上海 200333）

起重機(jī)升級(jí)改造技術(shù)研究

劉恩頻，俞中建，徐 彬，龔 文

● （上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，上海 200333）

以某橋式起重機(jī)為例，研究起重機(jī)的升級(jí)改造技術(shù)。將起重機(jī)的升級(jí)改造分成結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)、零部件、電氣以及安全裝置五大部分，采用校核計(jì)算法對(duì)電氣部分進(jìn)行了詳細(xì)分析，首先基于最小安全系數(shù)法對(duì)鋼絲繩進(jìn)行了校核，再對(duì)主起升機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器以及減速器進(jìn)行了校核，結(jié)果表明電氣部分滿足升級(jí)的要求，為實(shí)際的改造提供了理論支持。

起重機(jī)；升級(jí)改造；校核計(jì)算；電氣安全裝置

0 引言

“十二五”時(shí)期是我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)夯實(shí)基礎(chǔ)、提升核心競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵時(shí)期。我國綜合國力的大幅提升，科技創(chuàng)新能力明顯增強(qiáng)，裝備制造業(yè)、高技術(shù)產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)的迅速成長，為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了良好基礎(chǔ)。當(dāng)前，高端裝備制造業(yè)正成為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，也是“十二五”時(shí)期的重點(diǎn)發(fā)展方向。

隨著高端裝備制造業(yè)的迅速發(fā)展，原材料重量的提高，大型零部件的不斷更新發(fā)展，起重機(jī)的額定起重量也面臨新的挑戰(zhàn)。

起重機(jī)是一種大型機(jī)械設(shè)備，其體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)金屬結(jié)構(gòu)材料和電氣部件的要求高，因此其造價(jià)也很高。對(duì)于普通企業(yè)來說，更換一臺(tái)新的起重機(jī)是一項(xiàng)大的投資，勢(shì)必引起產(chǎn)品成本的提高，導(dǎo)致在價(jià)格為主導(dǎo)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中優(yōu)勢(shì)下降。為了適應(yīng)產(chǎn)品發(fā)展的需要，同時(shí)避免成本大幅提高，可在原有起重機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)改造。

本文以QD 180/50t 33m A5橋式起重機(jī)為例，研究起重機(jī)的升級(jí)改造技術(shù)。該起重機(jī)主鉤的額定起重量為180t，副鉤的額定起重量為 50t，跨度為 33m，工作級(jí)別為A5，按照生產(chǎn)需要，其額定起重量需升級(jí)到200t。

1 升級(jí)改造的內(nèi)容和方法

額定起重量是表征起重機(jī)作業(yè)能力的主要參數(shù)之一，是起重機(jī)設(shè)計(jì)、使用、監(jiān)督檢驗(yàn)的基礎(chǔ)。額定起重量的提高使起重機(jī)的載荷狀態(tài)發(fā)生較大的變化，起重力矩和傾覆力矩增大，因此起重機(jī)的升級(jí)改造主要包括結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)、零部件、電氣系統(tǒng)以及安全裝置等方面[1]。

升級(jí)改造一般采用校核設(shè)計(jì)的方法，即取升級(jí)后的載荷 200t為額定載荷，施加在起重機(jī)上，按照最危險(xiǎn)工況對(duì)結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)、零部件、電氣以及安全裝置進(jìn)行校核計(jì)算，根據(jù)校核計(jì)算的結(jié)果，對(duì)滿足升級(jí)要求的保持原有的設(shè)計(jì)，而對(duì)不滿足升級(jí)要求的則進(jìn)行改造，不同的零部件改造方法也不同。

結(jié)構(gòu)部分主要包括主梁、端梁、小車架等，其校核計(jì)算的方法常見的有解析計(jì)算方法和有限元分析方法兩種，具體可見文獻(xiàn)[2]。機(jī)構(gòu)部分主要包括起升機(jī)構(gòu)、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)等；零部件主要包括卷筒、鋼絲繩、大車車輪、小車車輪、定滑輪、動(dòng)滑輪、制動(dòng)輪、吊鉤以及連接件等，其校核計(jì)算的方法見文獻(xiàn)[3,4]。安全裝置主要包括緊急斷電開關(guān)、高度限位、行程限位、止檔緩沖器、連鎖限位、超載限制器等，其檢驗(yàn)方法見文獻(xiàn)[5,6]。電氣部分主要包括起升電機(jī)、短路保護(hù)、失壓保護(hù)、零位保護(hù)等。本文主要對(duì)此電氣部分進(jìn)行校核計(jì)算。

2 電氣的校核計(jì)算

該橋式起重機(jī)初始設(shè)計(jì)的額定起重量為180t，升級(jí)改造后的額定起重量Q為200t。由圖紙等資料可知，主起升機(jī)構(gòu)的吊具和鋼絲繩的自重Q′為7.1t。

則改造后主起升機(jī)構(gòu)的額定載荷T為：

其中，g取9.8N/kg。

在進(jìn)行主起升機(jī)構(gòu)電氣校核計(jì)算之前，首先需要校核鋼絲繩的強(qiáng)度。此鋼絲繩的型號(hào)為 32NAT6×19W+FC1870ZS631，采用右交互捻，是一種6股每股19芯，中間為纖維芯的圓股鋼絲繩，其公稱直徑為d為32mm。鋼絲繩滑輪組的倍率a為8。整個(gè)鋼絲繩系統(tǒng)的總傳動(dòng)效率為η為0.91。

鋼絲繩最大工作靜拉力S：

采用最小安全系數(shù)法對(duì)鋼絲繩進(jìn)行校核，其安全工作拉力S0為：

式中，S=139394N為鋼絲繩最大工作靜拉力；ζ=4.5為鋼絲繩的最小安全系數(shù)。

由 GB 8919-2006知，鋼絲繩的公稱抗拉強(qiáng)度為1870MPa，最小破斷拉力F0為631kN。因?yàn)镕0>S0，所以鋼絲繩最小破斷拉力符合設(shè)計(jì)要求。

改造前主起升機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YTSZ355L-8，功率為220kW，轉(zhuǎn)速為735r/min。

2.1 過載校核

起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算額定功率Peq：

式中，H=2.2為系數(shù)，與電壓損失、最大轉(zhuǎn)矩、起升額定載荷等有關(guān)；mq=1為起升電機(jī)的數(shù)量；λm=2.9為電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)；T為額定起升載荷，即2029580N；v為額定起升速度，起升機(jī)構(gòu)的額定參數(shù)，由設(shè)計(jì)圖紙可以查出；ηq=η·ηt·ηj為起升機(jī)構(gòu)的總效率，η為鋼絲繩系統(tǒng)的效率；ηt為卷筒的效率；ηj為減速器的效率，各系統(tǒng)都是標(biāo)準(zhǔn)件，通過查表可獲得對(duì)應(yīng)的參數(shù)值。此處：ηq=η·ηt·ηj=0.91×0.97×0.94＝0.83。

由圖紙等資料可知，[Peq]=220kW，因此Peq<[Peq]，則起升機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)功率滿足要求。

2.2 發(fā)熱校核

主起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)平均功率Ps：

其中，ξ=0.8為穩(wěn)態(tài)負(fù)載平均系數(shù)，其余參數(shù)同上。

因此Ps<[Peq]，則起升機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)發(fā)熱符合要求。

2.3 制動(dòng)器

起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)器軸上的計(jì)算制動(dòng)轉(zhuǎn)矩Mz：

式中，Kz=1.5為制動(dòng)安全系數(shù)；η、T、a同上。D1,0為卷筒的卷繞直徑，查圖紙可知具體值；i為由制動(dòng)器軸至卷筒軸的總傳動(dòng)比，i=n/nj=48，其中，nj=av/(πD1,0)=15.3r/min （n=735r/min 為 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 ，v=6m/min為額定起升速度）。

由于起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)器的制動(dòng)力矩為3600N·m，制動(dòng)器有兩個(gè)，每個(gè)制動(dòng)器的安全系數(shù)為1.25，因此總制動(dòng)力矩為5760N·m，大于計(jì)算制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，故制動(dòng)器滿足制動(dòng)性能要求。

2.4 減速器

根據(jù)文獻(xiàn)[3]知，起升載荷系數(shù)Ф2：

式中，Ф2min=1.05與起升狀態(tài)級(jí)別相對(duì)應(yīng)的起升動(dòng)載系數(shù)的最小值；β2=0.17為按起升狀態(tài)級(jí)別設(shè)定的系數(shù)；vq=0.1m/s為穩(wěn)定起升速度。

起升動(dòng)載系數(shù)Ф6：

疲勞計(jì)算的基本載荷Mmax：

式中，Me為主起升機(jī)構(gòu)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩，Me=9550Pe/n=2858.5 N·m，Pe為額定功率，n為轉(zhuǎn)速，具體數(shù)值可查設(shè)計(jì)資料。

工作級(jí)別為M5時(shí)的功率PM5：

該起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的減速器為QJRS-D800，傳動(dòng)比為50，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)查出，其輸入軸轉(zhuǎn)速為750r/min，輸出轉(zhuǎn)矩為170kN·m，最大允許徑向載荷為200kN，高速軸的許用功率為248kW。因此，PM5小于其許用功率值。

輸出軸的最大徑向力Ymax：

式中，Gj為卷筒及軸的自重，由圖紙知：Gj=70250N。

由于最大允許徑向載荷為200kN，因此，最大徑向力Ymax在允許范圍內(nèi)，減速器可滿足升級(jí)要求。

綜上所述，該起重機(jī)的鋼絲繩和主起升機(jī)構(gòu)的電氣部分都可以滿足額定載荷升級(jí)到 200t的要求，但鋼絲繩的最大工作靜拉力接近于其最小破斷拉力，考慮到工作過程中的動(dòng)載荷，建議更換鋼絲繩。

3 結(jié)論

在原有起重機(jī)的基礎(chǔ)上，提高其額定承載能力，對(duì)相關(guān)的零部件進(jìn)行升級(jí)改造，可以降低產(chǎn)品的制造成本，有利于在價(jià)格為主導(dǎo)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位。本文以QD180/50t 33m A5橋式起重機(jī)為例，深入研究了起重機(jī)的升級(jí)改造技術(shù)。該起重機(jī)的升級(jí)改造包括結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)、零部件、電氣以及安全裝置等五大部分，此處詳細(xì)介紹了電氣部分的升級(jí)改造方法，通過對(duì)主起升機(jī)構(gòu)的鋼絲繩、電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、減速器等進(jìn)行校核，結(jié)果表明鋼絲繩、電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器以及減速器都可以滿足升級(jí)的要求，但鋼絲繩的最大工作靜拉力接近于其最小破斷拉力，建議更換。文中的校核計(jì)算，為實(shí)際的升級(jí)改造提供了理論支持。

[1]王小平, 李屹東. MQ10型港口門座起重機(jī)起重量升級(jí)改造[J]. 起重運(yùn)輸機(jī)械, 2010(6): 89-91.

[2]吳峰崎, 許海翔, 俞中建, 等. 鑄造起重機(jī)升級(jí)改造中平衡架的有限元分析[J]. 冶金設(shè)備, 2011, 8(4):33-35.

[3]GB/T 3811-2008. 起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]王強(qiáng). 230/90/20t鑄造起重機(jī)副起升機(jī)構(gòu)升級(jí)改造[J].機(jī)械工程師, 2011(11): 141-142.

[5]TSG Q7015-2008. 起重機(jī)械定期檢驗(yàn)規(guī)則[S].

[6]TSG Q7016-2008. 起重機(jī)械安裝改造重大維修監(jiān)督檢驗(yàn)規(guī)則[S].

渤船集團(tuán)388000噸超大型礦砂船4號(hào)船交船

1月4日，隨著388000噸超大型礦砂船（VLOC）4號(hào)船在渤船集團(tuán)簽字交船。至此，渤船集團(tuán)圓滿完成了為百國山有限公司建造的388000噸系列船的建造合同。

該船是渤船集團(tuán)首次交付的執(zhí)行PSPC標(biāo)準(zhǔn)的船舶。在建造過程中，渤船集團(tuán)不斷優(yōu)化生產(chǎn)管理方法及生產(chǎn)工藝流程，進(jìn)一步加強(qiáng)PSPC標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)和落實(shí)，切實(shí)加大環(huán)型總段總組技術(shù)的改進(jìn)力度，積極深化該船建造方式的轉(zhuǎn)變更新。各施工單位在完成好自身工作的同時(shí)，全力配合涂裝部門的PSPC標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施工作；綜合管理部門相繼制定檢查、強(qiáng)制執(zhí)行制度，確保PSPC標(biāo)準(zhǔn)順利實(shí)施；質(zhì)量管理部門加大從焊接過程到設(shè)備安裝各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量巡檢力度和有效性，并及時(shí)向生產(chǎn)部門、施工單位反饋巡檢中發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問題，同時(shí)對(duì)問題發(fā)生情況的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，避免重復(fù)性問題的發(fā)生，將質(zhì)量問題消滅在施工初期，為各節(jié)點(diǎn)計(jì)劃提前實(shí)現(xiàn)提供了保證。

在該系列船的建造過程中，渤船集團(tuán)按照成型、下水、交船等重大節(jié)點(diǎn)，提前策劃，做好生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度、工藝、施工人員安排及現(xiàn)場(chǎng)文明生產(chǎn)和質(zhì)量、安全工作，塢內(nèi)周期、水下周期等紀(jì)錄不斷刷新，人員施工技術(shù)、船舶建造質(zhì)量、施工完整性等逐船提高。該系列2號(hào)船塢內(nèi)搭載總組較1號(hào)船縮短68天。3號(hào)船施工技術(shù)較1、2號(hào)船有較大改進(jìn)，采用五大環(huán)形總段建造法實(shí)施建造，主體成型周期較2號(hào)船縮短21天；整體塢期較2號(hào)船縮短30天。相比同型1號(hào)船，4號(hào)船完成分段制作、報(bào)驗(yàn)時(shí)間提前了近一個(gè)月；較節(jié)點(diǎn)計(jì)劃提前17天實(shí)現(xiàn)主體成型；提前2天實(shí)現(xiàn)下水節(jié)點(diǎn)；系泊試驗(yàn)周期較前船有大幅縮短，較節(jié)點(diǎn)計(jì)劃縮短近一個(gè)月。

388000噸系列礦砂船是渤船集團(tuán)自主研發(fā)、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，完全滿足各種國際規(guī)范要求的綠色環(huán)保型船舶，且始終保持國內(nèi)建造完工最大噸位超大型礦砂船紀(jì)錄。該系列船的成功建造，使渤船集團(tuán)超大型船舶建造技術(shù)、速度及產(chǎn)品質(zhì)量均得到大幅提升。

Research on Modification and Improvement of a Crane

LIU En-pin, YU Zhong-jian, XU Bin, GONG Wen
(Shanghai Institute of Special Equipment Inspection and Technical Research, Shanghai 200333, China)

Modification and improvement of a crane was studied based on an overheadtype. It was divided into five parts, and they were structure, mechanism, parts, electric system and safety device respectively. Analytical calculation was adopted to analyze the electric system in detail. Firstly, the steel rope was verified by the minimum safe coefficient method, and then motor, braker and gear assembly of primary hoist were computed.The results indicated that the electric system could comply with the demands of improvement, which furnished a theory foundation to practical modification.

crane; modification and improvement; verification; electric system safety device

TH215

A

劉恩頻（1962-），男，工程師。研究方向：起重機(jī)械電氣控制。