提升機平衡臂斷裂分析

摘 要：本文對干熄焦提升機平衡臂斷裂的事故進行分析并提出整改措施。

關鍵詞：干熄焦；提升機；平衡臂；

中圖分類號：F407 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2014）-09-00-01

一、前言

提升機是酒鋼焦化公司140t/h干熄焦工程的關鍵設備，直接用于二煉焦車間3、4號焦爐年產140萬噸焦炭干法熄焦項目。它的主要用途是將運送至提升井架下裝滿紅焦的焦罐提升到干熄爐頂，并沿軌道橫移走行至干熄爐裝入料斗上方，然后下降并與裝入裝置相配合，將紅焦裝入干熄爐內；裝焦完成后，再將空焦罐送回到運載車上。

平衡臂是提升機重要的負重設備，平衡臂上任何零件發生斷裂事故，不僅造成干熄焦系統停產，直接經濟損失上百萬元，而且如果事故處理不當，后果更不堪設想。因此，分析平衡臂斷裂原因，徹底預防這一重大事故隱患，對干熄焦系統安全運行有重要意義。

二、提升機平衡臂斷裂分析

（一）主要參數及工作性質

提升機額定起重量： 60 t。

起升高度： 36 m

起升速度： 20 m/min 、10 m/min 、4 m/min

操作周期： 約8 min

正常生產爐數： 123爐/日

滿罐： 57 t

空罐： 35 t

提升機工作時，卷筒轉動，通過鋼絲繩經滑輪改變方向，與平衡臂相連，帶動焦罐上升或下降運行。

（二）平衡臂斷裂原因

1、加工工藝分析

（1）負載傳感器：30 t 材質：40CrNiMoA

熱處理HRC42-44

表面噴砂、化學鍍鎳 時效處理

彈性體經探傷，表面、內部無缺陷

（2）M48螺桿

材質：42 CrMo

調質處理：HB269-302

下部數控切割：棱邊打磨成圓弧

材料性能：組織經檢驗合格

因此，加工工藝能滿足設備使用性能。

2、受力分析

（1）提升受力分析：當提升機開始提升焦罐時，鋼絲繩長度38m，鋼絲繩近似垂直狀態，當焦罐提升至上限時，鋼絲繩長度3m，此時，鋼絲繩發生兩個方向的角度變化，

由：F=8.5t 得：F1′=8.5·Sin 18 °=25.74 KN

F1=.8.5·Sin 15°=21.56 KN

（2）走行受力分析：當提升機開始走行時，由于速度由0、3.5m/min、40m/min循環一次，由于瞬時加速度的作用，產生與F1′方向相同的力F。

由F= F1′V/t得：Fmax=268.47 KN。

為此，每提升焦罐一次，平衡臂就產生2 F1′、2 F1和2 Fmax大小交變作用的力，使平衡臂產生頻繁交變載荷，在多次交變載荷作用下，使負載傳感產生疲勞。從合金材料的疲勞曲線可知，在高周疲勞（N≥104）中，如果零件的工作應力高于材料的疲勞強度，就會發生疲勞斷裂。

事故斷口的特征分析，每次斷口疲勞源在受力方向的反面，即與F1′、F1交變作用有關。因此，消除F1′、F1交變載荷對平衡臂薄弱部位的破壞，是預防平衡臂疲勞斷裂的根本措施。

（三）處理方法

1、如何清除F1′方向力的影響：原設計銷軸1與吊叉孔配合，由于無加油孔，潤滑不良，長時間摩擦，軸圓周表面變為橢圓形。吊叉產生角向轉動困難，這時，大部分F1′方向的力作用轉到負載傳感器上，使負載傳感器上的薄弱部位，即：內螺紋退刀槽處出現疲勞源，直至斷裂。

處理方法：重新設計吊叉孔尺寸，在孔內增加自潤滑銅套，使吊叉轉動靈活，焦罐上升時，2 F1′作用點轉移到銷軸上，既有效地預防了負載傳感器的疲勞斷裂，又消除M48螺桿在F1′方向的受力。

2、如何消除F1方向力的影響：由于平衡臂與鋼絲繩安裝時，沒有將銷軸2調整與橫梁垂直，使楔型接頭不能沿F1力方向轉動，F1作用到M48螺桿上，造成M48螺桿上的薄弱部位，即外螺紋終止端出現疲勞源，最終斷裂。

處理方法：將銷軸2調整與橫梁垂直，焦罐提升時，楔型接頭可以繞銷軸2轉動，則F1方向的作用力不會上移到M48螺桿上，造成M48螺桿疲勞斷裂。

（四）防范措施：為預防平衡臂斷裂，造成重大經濟損失，在橫梁下方設置一保險支架如，橫梁至平臺空間距離約680mm，在橫梁中間下方采用600的H型鋼焊接在平臺上，整個鋼性保護支架與橫梁的間隙為30～40mm，便于橫梁能自由擺動。

三、結論

通過上述分析和改進處理后，干熄焦提升機運行至今，平衡臂使用性能良好，有效地預防了平衡臂斷裂事故的發生。