起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的冗余設(shè)計(jì)

姚曉敏，李鵬舉，梁 昊

（山東豐匯設(shè)備技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南 250200）

起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的冗余設(shè)計(jì)

姚曉敏，李鵬舉，梁 昊

（山東豐匯設(shè)備技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南 250200）

[摘 要]介紹專用起重機(jī)及其組成部件的安全重要性，指出起重機(jī)冗余設(shè)計(jì)的概念，根據(jù)起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)各組成部分的不同，給出起升機(jī)構(gòu)冗余設(shè)計(jì)的方法，通過不同類型的起重機(jī)，闡述其冗余設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和步驟，說明冗余設(shè)計(jì)是保證起重機(jī)安全的重要措施。

[關(guān)鍵詞]起重機(jī)；起升機(jī)構(gòu)；冗余設(shè)計(jì)；安全性

對(duì)于重要的起重設(shè)備，為保證其高安全性，需要所屬零部件的安全可靠，并對(duì)某些部件進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)。起重機(jī)的冗余設(shè)計(jì)主要是指起升機(jī)構(gòu)的冗余設(shè)計(jì)，兩套裝置一備一用，或兩套裝置同時(shí)獨(dú)立工作。而對(duì)起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行保守設(shè)計(jì)（如選用較大的安全系數(shù)），來實(shí)現(xiàn)金屬結(jié)構(gòu)部分的高安全性。

可以通過增大起重機(jī)各種系數(shù)（安全系數(shù)、高危險(xiǎn)度系數(shù)等）使金屬結(jié)構(gòu)各個(gè)環(huán)節(jié)有較大富裕，實(shí)現(xiàn)保守設(shè)計(jì)。而對(duì)于起升機(jī)構(gòu)，增大系數(shù)能使其零件有富余量，但不能增加起升機(jī)構(gòu)的整體可靠性，起升是起重機(jī)最基本的功能，如果起升機(jī)構(gòu)發(fā)生失效，將對(duì)人員或經(jīng)濟(jì)造出特別嚴(yán)重的后果。

1 冗余設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述

冗余設(shè)計(jì)即通過重復(fù)配置某些關(guān)鍵設(shè)備或部件，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，冗余的設(shè)備或部件介入工作，承擔(dān)已損設(shè)備或部件的功能，為系統(tǒng)提供服務(wù)，減少宕機(jī)事件的發(fā)生，就是一備一用，防止正常運(yùn)轉(zhuǎn)的一路出現(xiàn)問題而可以及時(shí)切換使用，保證了設(shè)備及系統(tǒng)運(yùn)行的連續(xù)性。

需要進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)的起重設(shè)備有多種，如冶金行業(yè)用鑄造起重機(jī)的主起升機(jī)構(gòu)、核電專用起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)等。各種行業(yè)中，為滿足不同的使用要求，這些起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)冗余設(shè)計(jì)的方法也不相同。

2 冗余設(shè)計(jì)方法

起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)由驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)鏈（電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、制動(dòng)器、減速機(jī)和卷筒）和繞繩系統(tǒng)（鋼絲繩、定滑輪組和吊鉤組）等組成，所以冗余設(shè)計(jì)分為兩部分：傳動(dòng)鏈冗余設(shè)計(jì)和繞繩系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)。

2.1 傳動(dòng)鏈冗余設(shè)計(jì)

起重機(jī)的驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)鏈如圖1所示，正常情況下，起升機(jī)構(gòu)需要一條傳動(dòng)鏈，為避免某些零件失效導(dǎo)致傳動(dòng)鏈斷裂，通常配置兩套或多套零件，設(shè)置兩條傳動(dòng)鏈，兩套零件并行工作，并且相互連接（圖中虛線來表示）。

圖1 起升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)鏈

鑄造起重機(jī)屬于此類，鑄造起重機(jī)的主起升機(jī)構(gòu)設(shè)置兩套驅(qū)動(dòng)裝置，并在輸出軸剛性連接（主起升機(jī)構(gòu)設(shè)置兩套驅(qū)動(dòng)裝置，在輸出軸上無剛性連接時(shí)或主起升機(jī)構(gòu)設(shè)置一套驅(qū)動(dòng)裝置時(shí)，均應(yīng)在鋼絲繩卷筒上設(shè)置安全制動(dòng)器）。

鑄造起重機(jī)采用雙吊點(diǎn)起吊鋼包，吊點(diǎn)間距大，相當(dāng)于抬吊，常用的驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)示意圖如圖2、圖3和圖4所示。

圖2 單減速機(jī)傳動(dòng)

圖3 單減速機(jī)低速軸同步傳動(dòng)或者高速軸同步傳動(dòng)

圖4 三臺(tái)減速機(jī)傳動(dòng)或一臺(tái)行星減速機(jī)加兩臺(tái)減速機(jī)傳動(dòng)

傳動(dòng)鏈的冗余設(shè)計(jì)還有其他多種類型，其核心方法就是通過傳動(dòng)鏈上各個(gè)零件的重復(fù)布置，當(dāng)某一零件失效時(shí)，其他零件能夠分擔(dān)其功能，保證傳動(dòng)鏈的完整性，從而實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)功能的連續(xù)性。

2.2 繞繩系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)

繞繩系統(tǒng)由多根鋼絲繩組成，每根鋼絲繩獨(dú)立纏繞，并共同工作完成升降作業(yè)，核電專用起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)屬于此類。

起升機(jī)構(gòu)需要設(shè)置多聯(lián)卷筒（雙聯(lián)或四聯(lián)卷筒）和多聯(lián)滑輪組（雙聯(lián)或四聯(lián)滑輪組）。雙聯(lián)卷筒：兩根鋼絲繩分支繞入卷筒；四聯(lián)卷筒：四根鋼絲繩分支繞入卷筒。

四聯(lián)卷筒的形式有：雙螺旋槽雙層纏繞和四螺旋槽單層纏繞。雙螺旋槽雙層纏繞：卷繞在卷筒上的內(nèi)層鋼絲繩作為外層鋼絲繩的導(dǎo)向槽，內(nèi)外層鋼絲繩同時(shí)卷繞。四螺旋槽單層纏繞：卷筒左右兩端上，每端有兩組平行的螺旋槽，內(nèi)側(cè)兩組螺旋槽對(duì)應(yīng)一根鋼絲繩的兩個(gè)繩端，外側(cè)兩組螺旋槽對(duì)應(yīng)另一根鋼絲繩的兩個(gè)繩端，如圖5和圖6所示。

圖5 雙螺旋槽雙層纏繞

圖6 四螺旋槽單層纏繞

雙聯(lián)卷筒的形式有：?jiǎn)尉硗搽p螺旋槽單層纏繞和雙卷筒雙螺旋槽單層纏繞，如圖7和圖8所示。圖7中，兩根鋼絲繩獨(dú)立工作，一根鋼絲繩在內(nèi)側(cè)的滑輪纏繞，另一根鋼絲繩在外側(cè)的滑輪纏繞。圖8中，第一類為鋼絲繩在卷筒兩端固定，向中間纏繞；第二類為鋼絲繩在中間固定，向兩端纏繞。

圖7 單卷筒雙螺旋槽單層纏繞

圖8 雙卷筒雙螺旋槽單層纏繞

核電專用起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)有特殊的繞繩方法，如圖6和圖7所示。

3 結(jié) 語

對(duì)于重要的專用起重機(jī)，結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)等組成部分的安全性是保證整機(jī)安全性的基礎(chǔ)。特別是起升機(jī)構(gòu)，必須采用冗余設(shè)計(jì)，從而保證重要機(jī)構(gòu)的高安全性，必要時(shí)可也對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行全冗余設(shè)計(jì)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]EJ/T801-1993，核電廠專用起重機(jī)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則[S]．

[2]JB/T7688．5-2012，冶金起重機(jī)技術(shù)條件第5部分：鑄造起重機(jī)[S]．

[3]孫薇薇，周虹．有效的冗余設(shè)計(jì)[J]．電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn)，2008，(3)：47-50．

[4]李新凱，謝軍強(qiáng)．新型單吊點(diǎn)鑄造起重機(jī)冗余系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案[J]．起重運(yùn)輸機(jī)械，2010，(7)：19-39．

[5]陳松濤，高寧，王翰濤．核島內(nèi)環(huán)形起重機(jī)設(shè)計(jì)[J]．起重運(yùn)輸機(jī)械，2011，（6）：33-37．

[6]大連華銳股份有限公司．起重機(jī)起升鋼絲繩的繞繩裝置[P]．中國(guó)專利：200720015559．7．2008-10-08．

（編輯 賈澤輝）

Redundancy design of crane lifting mechanism

YAO Xiao-min, LI Peng-ju, LIANG Hao

［中圖分類號(hào)］TH21

［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］B

［文章編號(hào)］1001-1366(2015)12-0033-03

［收稿日期］2015-10-30