鑄造起重機軋制滑輪體磨損分析及改進

虞 強，彭家鋒，劉國江

（攀鋼釩提釩煉鋼廠，四川攀枝花 617023）

0 引言

提釩煉鋼廠現有26臺鑄造起重機，吊具使用的滑輪有鑄鋼和焊接滑輪2種。鑄鋼滑輪有6臺車在用，占總數的23%，軋制滑輪有20臺車在用，占總數77%。由于環保要求越來越高，鑄造企業限產嚴重，鑄鋼滑輪成本高、制造周期長，軋制滑輪將逐步取代鑄鋼滑輪。2008年開始，廠內在鑄鋼2#吊車上開始使用軋制滑輪，使用壽命一般在4 a左右。從2012年開始，有4臺起重機的動滑輪出現輪緣沿著繩槽根部破裂，俗稱“刷圈”現象，具體使用情況見表1。

表1 滑輪損壞情況

從使用情況看，滑輪“刷圈”主要集中在快速滑輪上，脫硫吊車的滑輪壽命在1.5 a左右，對現場物流造成嚴重影響，同時也危及人身安全。因此，有必要對在線使用滑輪損壞情況做詳細分析，以便延長軋制滑輪的使用壽命，減少維修工作量，提高起重機的安全性。

1 原因分析

將磨損后的滑輪（圖 1）送攀鋼研究院進行外觀斷面檢驗，滑輪的最大壁厚10.2 mm，最小壁厚5.3 mm，最大磨損4.9 mm。

圖1 磨損后的滑輪斷面外貌

采用直讀光譜儀在低倍試樣上進行化學成分分析，結果見表2，滿足GB/T 700—2006中Q235A鋼標準的化學成分。

表2 鋼的化學成分

將滑輪從繩槽內底部對等切開，再將繩槽內側面由底部至頂部平均為5等分，對繩槽內側面進行梯級硬度檢測（圖2）。分別檢測其布氏硬度，具體檢測結果見表3。

圖2 硬度檢測點

表3 硬度檢測結果

通過以上檢驗可以看出滑輪為軋制滑輪，繩槽由Q235A鋼板軋制而成，繩槽厚度（10～12）mm，繩槽表面未進行熱處理。分析檢驗結果、現場使用情況以及吊車作業率等情況，認為造成滑輪壽命低、耐磨性差的原因有6個方面。

（1）現有滑輪存在偏磨現象，軋制滑輪的繩槽由鋼板軋制而成，繩槽厚度僅為（10～12）mm，繩槽表面又未進行熱處理，耐磨性差，壽命短。

（2）隨著產量的增加，吊車作業率相應提高導致滑輪使用壽命縮短。1998鋼產量300萬t，2003年鋼產量400萬t，2009年鋼產量500萬t，2011年約550萬t。

（3）脫硫吊車的吊具由太重制造，其吊具的滑輪罩為全封閉式，點檢員針對滑輪繩槽的磨損量無科學的檢查方法和檢查措施導致對潛在的劣化趨勢未及時發現。

（4）二方3#225 t吊車的吊具由大起制造，其吊具的滑輪罩為半封閉式，點檢員已發現滑輪磨損量嚴重的地方約達原壁厚的18%，后雖加強對滑輪進行點檢頻次，但因無科學的檢查方法和精準量具，對磨損量的值都是憑經驗、憑感覺判斷。

（5）大鉤臺滑輪繩槽磨損量檢查制定了點檢標準和點檢周期，但點檢員在執行點檢時必須要在停車狀態下點檢，時間長，點檢與生產發生矛盾時點檢員沒有堅持。

（6）起重機起升機構的鋼絲繩在經過滑輪、卷筒時，必然存在一定的偏角問題，偏角必須控制在一定范圍之內。若偏角過大，鋼絲繩不可避免地會與滑輪、卷筒的槽邊相互磨損，且偏角越大造成的磨損越嚴重，極大地影響鋼絲繩和滑輪的使用壽命。實踐證明，許多情況下的鋼絲繩和滑輪的早期破壞是由于受到摩擦或擠壓造成的。當200 t吊具處于上極限時，卷筒上的鋼繩有7圈空槽，滑輪與卷筒出繩的夾角計算值為2.75°，根據要求，穿過滑輪的鋼絲繩卷繞是允許偏角的，并且繞入或繞出滑輪繩槽時，鋼絲繩中心線與滑輪軸垂直平面間的夾角推薦≤5°。若由于設計的實際偏角＞5°時，應根據滑輪的幾何尺寸按如下公式計算其允許偏角，并使實際偏角小于或等于按式（1）算得的允許偏角。滑輪允許的鋼絲繩偏角按公式（1）計算。

經計算，實際偏角r0=5.4°，由r0值看出大于設計規范要求，故需要調整其值到合理范圍。參照圖3，可知r0值與β值、Dcp值、C值及D值的影響有關。

2 整改措施

結合廠設備現狀，為延長鑄造起重機滑輪使用壽命，實施5項整改措施。

圖3 滑輪偏角

（1）調整鋼絲繩中心線與滑輪中心線之間夾角，優化鋼絲繩夾角α，調整鋼絲繩長度，由195 m調整為215 m，使200 t吊具處于上極限時，卷筒上的鋼繩達到卷筒中部滿槽，使原α≈5.4°調整為 α≈4.5°。

（2）將滑輪體的張角、繩槽半徑、輪輻厚度、材料及硬度進行改進，改造后的滑輪體見圖4。將原有滑輪張角45°增大為50°，滑輪張角的影響對滑輪側壁的磨損影響十分顯著，當滑輪張角為60°時，基本可以消除滑輪側壁磨損現象。然而，考慮張角越大，鋼絲繩發生跳槽的概率越大，為此將滑輪張角改為50°。

將繩槽半徑由20 mm改為17 mm，使滑輪繩槽半徑在（0.53～0.6）倍鋼絲繩直徑范圍，避免繩槽產生偏磨現象。將輪輻的厚度由20 mm增大為30 mm，從延長滑輪的使用期限。合理選擇滑輪材料，將原滑輪Q235材料改為35#鋼，從而獲得滑輪繩槽所需的硬度。

提高繩槽硬度。將滑輪繩槽硬度由（150～170）HB調整到（28～35）HRC，從而使滑輪耐用性與鋼絲繩的抗疲勞性及使用壽命達到最佳狀態。

（3）制作滑輪繩槽磨損量測量的專用工具（圖5）。使測量工具能對滑輪槽的槽底磨損量進行直接準確地測量，同時配合塞尺對滑輪槽側壁的磨損量進行輔助測量，以此判斷滑輪繩槽的運行狀況。

圖4 改造后的滑輪體

（4）對滑輪罩進行了改進，將整體式滑輪罩改為剖分式滑輪罩，便于檢修時快速開罩檢查，使點檢周期得到保證。

（5）按檢查周期對滑輪磨損量進行量化檢查并做好記錄，建立滑輪體磨損量的劣化趨勢分析，根據檢查的情況及時安排更換。

圖5 滑輪繩槽磨損量測量

3 結束語

自2015年8月開始在鑄鋼2#吊車、脫硫3#吊車和原料吊車上使用了改造后的滑輪體，從使用至今，在預期的壽命周期2.5 a內未再出現滑輪“刷圈”現象。對下線滑輪體的斷面檢查，滑輪槽剩余厚度還有（8～10）mm，預計還能繼續使用1 a左右。

對滑輪改造后，大大降低了滑輪的備件費用。全廠滑輪占用量為40件，每件滑輪1.8萬元人民幣，使用壽命由1.5 a延長為2.5 a，每年可節省備件費用36萬元人民幣。同時，對生產的影響降低，減少了滑輪“刷圈”事故后對鋼絲繩的更換，原平均每年至少2次因滑輪損壞造成鋼絲繩的事故更換，每套鋼絲繩材料費用6萬元人民幣，每年可節省鋼絲繩材料費用12萬元人民幣。根據統計，改造前平均每年影響鋼產量8爐，每爐130 t，每噸200元人民幣效益，因此每年可生產效益20.8萬元人民幣。滑輪改造后，各方面產生的總效益達68.8萬元人民幣。