臺塑480/80 t 鑄造起重機結構型式和性能特點

周繼紅

（太原重工股份有限公司技術中心， 山西 太原 030024）

臺塑河靜鋼鐵公司（全文簡稱臺塑）在越南河靜省上馬了300 t 轉爐設備以及配套的連鑄機設備。用戶要求提供與此煉鋼設備配套的為轉爐兌鐵水和吊運鋼水包用的480 t 鑄造起重機，同時要求該批起重機采用CMAA （Crane Manufacture's Association of America，Inc.美國起重機制造商協會）作為設計的標準和依據。

針對用戶的要求在起重機使用何種結構型式的問題上，通過分析比較四梁六軌與四梁四軌橋架；上下雙層主小車與整體主小車；行星三減速器、行星大減速器、高速軸同步獨立大減速器和低速軸同步整體結構減速器的優缺點，最后確定采用上下雙層主小車、主起升三減速器（中央行星減速器）的結構組合。在電氣控制方面，采用當時起重機設計上最為先進的能量回饋式全變頻調速系統。

1 主要技術參數

跨度：21.7 m；額定起質量（主起升）：480 t 副起升80 t；起升高度（主起升）：31 m 副起升38 m；起升速度（主起升、副起升）：1.0～10 m/min；大車運行機構：9～90 m/min；主小車運行機構：4.0～40 m/min；副小車運行機構：4.0～40 m/min；工作級別：CMAAF 級；大車軌道：CR100；大車最大輪壓：630 kN；電源：三相三線+PE 線AC6 000 V50 Hz；操作方式：司機室控制。

2 結構型式和性能特點

該鑄造起重機主要由橋架、大車運行機構、480 t主小車、80 t 副小車以及電控設備等組成，該起重機總體布置圖見圖1。其主要特征：四梁六軌橋架、上下部雙層主小車和主起升三減速器（中央行星減速器）的結構形式構成，其結構簡單、技術先進、安全可靠、運行平穩，具有傳動環節少、分組性好、結構合理的優點[1]。

圖1 鑄造起重機總圖

2.1 橋架

起重機橋架為四梁六軌結構型式，其主要由兩根外主梁、兩根內主梁和鉸接端梁等部件組成，其結構型式見下頁圖2。外主梁采用寬翼緣偏軌箱形結構，中間部分布置成電氣室，其內安裝電控和空調裝置，內主梁采用寬翼緣雙偏軌箱形結構。主梁的設計計算嚴格按設計規范進行，保證在垂直、水平和扭轉載荷作用下，具有很好的強度、剛度和穩定性，同時進行疲勞強度驗算。為減小小車輪壓對受力腹板的局部擠壓應力，在各個小車軌道的下方采用“T”型鋼，避免了此處受力較大的角焊縫，并相應的降低了應力值。內外主梁在端部采用鉸接結構，內主梁之間用拉桿進行連接，解決了剛性橋架的超靜定問題[2]。

此種橋架結構的優點主要有：

1）由四根主梁同時承受主小車載荷，使主梁的截面尺寸和自重大大減少，由于采用“T”型鋼結構使得原有的對接焊縫下移，降低了此處焊縫所承受的應力，同時降低了制造、運輸成本和整體結構安裝的難度。

2）采用鉸接式端梁使車輪之間的距離拉大，改善了廠房受力情況，為用戶廠房建設降低了制造成本，同時鉸接結構解除了橋架結構中的多余約束，延長了鋼結構壽命，保證了設備的安全使用。

圖2 橋架總圖

2.2 大車運行機構

大車運行機構由電動機、聯軸器、減速器、制動器、萬向聯軸器、車輪組等部件組成。減速器是專為大噸位起重機而設計的，高速軸為單輸入而低速軸為雙出軸，這樣整車驅動輪的數量增加為8 個，不會發生起動打滑的現象。起重機一側軌道使用窄踏面車輪，另一側使用寬踏面車輪，靠單側輪緣導向解決車輪啃軌問題。窄踏面的大車車輪輪緣處設置石墨干式連續輪緣潤滑器，改善車輪與軌道間的磨損情況，延長車輪的使用壽命。

2.3 主小車

2.3.1 小車架

主小車由一個上部小車和兩個下部小車組成。上、下部小車通過四個球鉸連接成一體，其結構型式見圖3。上部小車上設有起升機構的驅動部分和卷筒裝置，下部小車上設有上滑輪裝置以及主小車運行機構。上部小車架的跨度雖然大，但是僅承擔電動機、減速機、制動器、卷筒等零部件的自身質量，以及卷筒上鋼絲繩的載荷。因此，上部小車架跨度大受力小，變形也就小了很多。下部小車架上安裝了兩套上滑輪裝置，除了承擔了上部小車架的全部力以外，還承擔了上滑輪裝置的全部力，受力很大，但是下部小車跨度小、剛性大，產生變形很小，所以不會對主起升機構和小車運行機構產生不利影響。這種組合結構的特點是受力合理、自身質量輕、制造、檢修容易。為了便于運輸，上部小車架加工完成后，分成三段并用高強螺栓進行連接，運輸時拆解開以降低運輸成本[2-3]。

2.3.2 起升機構

起升機構由電動機、帶制動盤聯軸器、制動器、減速器、卷筒和上滑輪裝置等主要部件組成。其工作原理是由2 臺電動機驅動一個行星齒輪減速器的2個高速軸，在行星齒輪減速器的2 個低速軸上通過萬向聯軸器帶動2 個減速器。2 個減速器分別通過卷筒聯軸器驅動2 個卷筒，在每個卷筒上安裝有一套安全制動器裝置。在每一套電動機的高速軸上設置2 套工作制動器，每一個制動器的制動力矩足以制動住整個起升機構的額定載荷。主起升采用三減速器行星結構，其中1 臺電機故障情況下，另1 臺電機能以額定速度的1/2 長期滿負荷工作。

圖3 主小車總圖

2.4 副小車

副小車為傳統結構形式，由小車架、小車運行機構和80 t 副起升機構等部件組成，結構型式見圖4。

圖4 副小車總圖

3 電氣控制部分

1）在大型鑄造起重機上采用先進的全變頻調速電氣控制系統，其傳動控制采用IGBT 整流回饋（ISU）+逆變器+電動機的方式，其特點是將制動的能量由原來的電阻器消耗變為電能回饋到電網二次利用，全車無電阻器消耗電能，符合節能環保原則。

2）變頻器的全數字式參數設定保證了裝置參數設定的唯一性和裝置間參數設定的一致性，雙電機雙裝置硬軸驅動系統通過DDCS 通訊主從控制，實現兩電機輸出力矩均衡，對機械設備的同步性、機械特性有重大的改善。各種功能軟件包的靈活調用，多種保護功能，都給使用者提供了系統設計的方便性和現場調試的靈活性。

3）起重機的人機工程方面采用了管理、控制、設備三層相結合的方式。最上層管理層為綜合監測系統，它由工業控制計算機組成，內裝基于中文操作平臺的起重機監控軟件。通過TCP/IP 與PLC 間的通訊獲取所需信息，完成運行狀態的圖形顯示、故障顯示、報警、記錄、報表管理等。中間層即控制層為ABB 公司AC800M 系列PLC，它是該系統的控制核心，主要由CPU 單元、開關量輸入輸出模塊、通訊模塊等組成。開關量輸入模塊接受司機室的控制命令及各機構監控信號，開關量輸出模塊是將PLC 程序對輸入信號處理結果生成控制命令去控制各機構制動器及接觸器的動作等。PLC 通過Modbus/Profibus DP 總線方式與各機構的所有變頻器相連，實現PLC與變頻裝置間的通訊，PLC 將獲取變頻器的運行狀態及故障信息。同時PLC 通過Modbus/Profibus-DP總線下載速度給定及其他參數設定值，激活不同的功能軟件包，完成數據組的切換等。下層設備層為變頻器調速傳動系統，所有的變頻器通過各自的通訊板掛在Profibus DP/Modbus 網上，接受PLC 統一的控制與管理，但是對于調速性能的保證則完全取決于變頻器本身的性能特性及多電機傳動時裝置間的合理配置，即系統設計技術。

4）全車通訊控制方面采用先進的工業以太網、Modbus/Profibus DP 網以及DDCS 等通訊方式。

5）在電氣室布置方面，安裝了溫濕度傳感器，對電氣室的多塵環境及溫度、濕度作了充分應對控制。

6）在電氣室設有觸摸式的工業計算機隨時記錄、保存整個起重機設備的信息，并能進行數據歸檔、打印等作業，對于起重機的維護、運行狀態以及故障分析提供可靠數據。設在司機室的觸摸式的HMI，方便操作人員對起重的運行狀態、運行位置、故障信息及時的了解。

4 結語

該起重機具有結構設計合理、自身質量輕、壽命長、安裝維護方便、易檢修、安全可靠、運行平穩等優點，它的成功研制標志著太原重工股份有限公司大型鑄造起重機的設計、制造水平處于國際領先地位。

2015 年臺塑河靜鋼廠480 t 鑄造起重機進行了型式試驗，在隨后的運行中，設備運轉穩定可靠，完全能滿足鋼廠轉爐、精煉及連鑄設備運轉要求，為臺塑河靜鋼廠創造了良好的經濟效益和社會效益。