起重機升級改造技術研究

劉恩頻，俞中建，徐 彬，龔 文

● （上海市特種設備監督檢驗技術研究院，上海 200333）

起重機升級改造技術研究

劉恩頻，俞中建，徐 彬，龔 文

● （上海市特種設備監督檢驗技術研究院，上海 200333）

以某橋式起重機為例，研究起重機的升級改造技術。將起重機的升級改造分成結構、機構、零部件、電氣以及安全裝置五大部分，采用校核計算法對電氣部分進行了詳細分析，首先基于最小安全系數法對鋼絲繩進行了校核，再對主起升機構的電動機、制動器以及減速器進行了校核，結果表明電氣部分滿足升級的要求，為實際的改造提供了理論支持。

起重機；升級改造；校核計算；電氣安全裝置

0 引言

“十二五”時期是我國戰略性新興產業夯實基礎、提升核心競爭力的關鍵時期。我國綜合國力的大幅提升，科技創新能力明顯增強，裝備制造業、高技術產業和現代服務業的迅速成長，為戰略性新興產業發展提供了良好基礎。當前，高端裝備制造業正成為國民經濟的支柱產業，也是“十二五”時期的重點發展方向。

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

起重機是一種大型機械設備，其體積大、結構復雜，對金屬結構材料和電氣部件的要求高，因此其造價也很高。對于普通企業來說，更換一臺新的起重機是一項大的投資，勢必引起產品成本的提高，導致在價格為主導的市場競爭中優勢下降。為了適應產品發展的需要，同時避免成本大幅提高，可在原有起重機的基礎上進行升級改造。

本文以QD 180/50t 33m A5橋式起重機為例，研究起重機的升級改造技術。該起重機主鉤的額定起重量為180t，副鉤的額定起重量為 50t，跨度為 33m，工作級別為A5，按照生產需要，其額定起重量需升級到200t。

1 升級改造的內容和方法

額定起重量是表征起重機作業能力的主要參數之一，是起重機設計、使用、監督檢驗的基礎。額定起重量的提高使起重機的載荷狀態發生較大的變化，起重力矩和傾覆力矩增大，因此起重機的升級改造主要包括結構、機構、零部件、電氣系統以及安全裝置等方面[1]。

升級改造一般采用校核設計的方法，即取升級后的載荷 200t為額定載荷，施加在起重機上，按照最危險工況對結構、機構、零部件、電氣以及安全裝置進行校核計算，根據校核計算的結果，對滿足升級要求的保持原有的設計，而對不滿足升級要求的則進行改造，不同的零部件改造方法也不同。

結構部分主要包括主梁、端梁、小車架等，其校核計算的方法常見的有解析計算方法和有限元分析方法兩種，具體可見文獻[2]。機構部分主要包括起升機構、大車運行機構、小車運行機構等；零部件主要包括卷筒、鋼絲繩、大車車輪、小車車輪、定滑輪、動滑輪、制動輪、吊鉤以及連接件等，其校核計算的方法見文獻[3,4]。安全裝置主要包括緊急斷電開關、高度限位、行程限位、止檔緩沖器、連鎖限位、超載限制器等，其檢驗方法見文獻[5,6]。電氣部分主要包括起升電機、短路保護、失壓保護、零位保護等。本文主要對此電氣部分進行校核計算。

2 電氣的校核計算

該橋式起重機初始設計的額定起重量為180t，升級改造后的額定起重量Q為200t。由圖紙等資料可知，主起升機構的吊具和鋼絲繩的自重Q′為7.1t。

則改造后主起升機構的額定載荷T為：

其中，g取9.8N/kg。

在進行主起升機構電氣校核計算之前，首先需要校核鋼絲繩的強度。此鋼絲繩的型號為 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。整個鋼絲繩系統的總傳動效率為η為0.91。

鋼絲繩最大工作靜拉力S：

采用最小安全系數法對鋼絲繩進行校核，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。

由 GB 8919-2006知，鋼絲繩的公稱抗拉強度為1870MPa，最小破斷拉力F0為631kN。因為F0>S0，所以鋼絲繩最小破斷拉力符合設計要求。

改造前主起升機構的電動機型號為YTSZ355L-8，功率為220kW，轉速為735r/min。

2.1 過載校核

起升機構電動機的計算額定功率Peq：

式中，H=2.2為系數，與電壓損失、最大轉矩、起升額定載荷等有關；mq=1為起升電機的數量；λm=2.9為電動機最大轉矩倍數；T為額定起升載荷，即2029580N；v為額定起升速度，起升機構的額定參數，由設計圖紙可以查出；ηq=η·ηt·ηj為起升機構的總效率，η為鋼絲繩系統的效率；ηt為卷筒的效率；ηj為減速器的效率，各系統都是標準件，通過查表可獲得對應的參數值。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]，則起升機構的電動機功率滿足要求。

2.2 發熱校核

主起升機構電動機的穩態平均功率Ps：

其中，ξ=0.8為穩態負載平均系數，其余參數同上。

因此Ps<[Peq]，則起升機構的電動機發熱符合要求。

2.3 制動器

起升機構制動器軸上的計算制動轉矩Mz：

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

由于起升機構制動器的制動力矩為3600N·m，制動器有兩個，每個制動器的安全系數為1.25，因此總制動力矩為5760N·m，大于計算制動轉矩，故制動器滿足制動性能要求。

2.4 減速器

根據文獻[3]知，起升載荷系數Ф2：

式中，Ф2min=1.05與起升狀態級別相對應的起升動載系數的最小值；β2=0.17為按起升狀態級別設定的系數；vq=0.1m/s為穩定起升速度。

起升動載系數Ф6：

疲勞計算的基本載荷Mmax：

式中，Me為主起升機構電機的額定轉矩，Me=9550Pe/n=2858.5 N·m，Pe為額定功率，n為轉速，具體數值可查設計資料。

工作級別為M5時的功率PM5：

該起重機起升機構的減速器為QJRS-D800，傳動比為50，根據標準查出，其輸入軸轉速為750r/min，輸出轉矩為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，減速器可滿足升級要求。

綜上所述，該起重機的鋼絲繩和主起升機構的電氣部分都可以滿足額定載荷升級到 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載荷，建議更換鋼絲繩。

3 結論

在原有起重機的基礎上，提高其額定承載能力，對相關的零部件進行升級改造，可以降低產品的制造成本，有利于在價格為主導的市場競爭中占據優勢地位。本文以QD180/50t 33m A5橋式起重機為例，深入研究了起重機的升級改造技術。該起重機的升級改造包括結構、機構、零部件、電氣以及安全裝置等五大部分，此處詳細介紹了電氣部分的升級改造方法，通過對主起升機構的鋼絲繩、電動機、制動器、減速器等進行校核，結果表明鋼絲繩、電動機、制動器以及減速器都可以滿足升級的要求，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。文中的校核計算，為實際的升級改造提供了理論支持。

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

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

[3]GB/T 3811-2008. 起重機設計規范[S].

[4]王強. 230/90/20t鑄造起重機副起升機構升級改造[J].機械工程師, 2011(11): 141-142.

[5]TSG Q7015-2008. 起重機械定期檢驗規則[S].

[6]TSG Q7016-2008. 起重機械安裝改造重大維修監督檢驗規則[S].

渤船集團388000噸超大型礦砂船4號船交船

1月4日，隨著388000噸超大型礦砂船（VLOC）4號船在渤船集團簽字交船。至此，渤船集團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。

該船是渤船集團首次交付的執行PSPC標準的船舶。在建造過程中，渤船集團不斷優化生產管理方法及生產工藝流程，進一步加強PSPC標準的學習和落實，切實加大環型總段總組技術的改進力度，積極深化該船建造方式的轉變更新。各施工單位在完成好自身工作的同時，全力配合涂裝部門的PSPC標準實施工作；綜合管理部門相繼制定檢查、強制執行制度，確保PSPC標準順利實施；質量管理部門加大從焊接過程到設備安裝各個環節的質量巡檢力度和有效性，并及時向生產部門、施工單位反饋巡檢中發現的質量問題，同時對問題發生情況的統計數據進行匯總，避免重復性問題的發生，將質量問題消滅在施工初期，為各節點計劃提前實現提供了保證。

在該系列船的建造過程中，渤船集團按照成型、下水、交船等重大節點，提前策劃，做好生產技術準備與現場調度、工藝、施工人員安排及現場文明生產和質量、安全工作，塢內周期、水下周期等紀錄不斷刷新，人員施工技術、船舶建造質量、施工完整性等逐船提高。該系列2號船塢內搭載總組較1號船縮短68天。3號船施工技術較1、2號船有較大改進，采用五大環形總段建造法實施建造，主體成型周期較2號船縮短21天；整體塢期較2號船縮短30天。相比同型1號船，4號船完成分段制作、報驗時間提前了近一個月；較節點計劃提前17天實現主體成型；提前2天實現下水節點；系泊試驗周期較前船有大幅縮短，較節點計劃縮短近一個月。

388000噸系列礦砂船是渤船集團自主研發、擁有自主知識產權，完全滿足各種國際規范要求的綠色環保型船舶，且始終保持國內建造完工最大噸位超大型礦砂船紀錄。該系列船的成功建造，使渤船集團超大型船舶建造技術、速度及產品質量均得到大幅提升。

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：起重機械電氣控制。