起重機械高速運動部件檢查和防護

周 超 李向東

（江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院，南京 210036）

起重機械是常見的機電設備，廣泛應用于工業生產和市政建設等場合。國家將橋門式和塔式等起重機械列入特種設備進行全程監管，并頒布了一系列產品規范和安全技術規范。雖然各個部門做了很多安全防范工作，但是由于起重機械數量龐大，不可避免仍有事故發生。

起重機械上高速部件主要為電動機驅動系統，工作轉速為750～3 000 r·min-1。部件發生碎裂后會產生巨大聲響，且碎片飛行距離達到200 m以上，會對人員和設備造成損害[1-4]。因此，工作人員應關注高速運動部件的失效防護。

1 起重機械驅動原理

起重機械雖然種類很多，但是機構驅動原理類似[5]。以最常見的橋門式起重機為例，機構分為起升機構和運行機構。起升機構的傳動鏈如圖1所示。電機輸出軸通過傳動軸和聯軸器與減速器輸入軸（高速軸）連接。減速器的輸出軸（低速軸）與卷筒相連，并在聯軸器處安裝制動器。運行機構的原理與起升機構類似，其中減速器輸出軸（低速軸）與車輪連接，如圖2所示。圖1和圖2中虛線框內零部件的轉速與電機轉速同步，屬于高速運動部件，包括電機、制動器、聯軸器以及軸。

起重機上常用的工作制動器是塊式制動器，結構如圖3所示，其中制動輪與電機驅動軸同步轉動，制動輪實物如圖4所示。制動器工作原理：開閘時，液壓推桿得電伸長，克服彈簧力，通過連桿機構使得閘瓦離開制動輪；制動時，液壓推桿失電，彈簧力使得閘瓦抱緊制動輪產生制動力。制動輪一般是起重機制造廠自制或外協。其他部分則整體采購。

2 運動部件的檢查與防護

從安全角度考慮，為了防止運動部件傷人，需要對運動部件進行防護。起重機的產品技術標準[6]和安全標準[7]等規定起重機上外露的、有傷人可能的旋轉零部件，如開式齒輪、聯軸器、傳動軸等均應裝設防護罩或護欄，防止人或物品被卷入運動部件造成傷害。

圖1 起升機構驅動原理

圖2 運行機構驅動原理

圖3 制動器結構

圖4 制動輪

從文獻[1-4]可以看出，這一保護措施遠遠不夠，如高速部件的碎裂也會造成傷害。高速部件包括電機、聯軸器、傳動軸以及制動輪。旋轉角速度為電機的轉速，由式（1）可以計算線速度：

式中：v為線速度，單位為m·s-1；w為角速度，單位為r·min-1；r為旋轉體的半徑，單位為m。以制動輪為例，假設電機輸出軸為1 500 r·min-1，制動輪半徑為0.25 m，那么制動輪邊緣的線速度將達到40 m·s-1。當制動輪破裂后，金屬碎片將以40 m·s-1的高速向周圍散開，撞擊到人或物品將造成嚴重傷害。

圖5為一臺門式起重機的制動輪碎片，發生在機場周圍的地鐵工地上。制動輪碎裂后，圖5中部分碎片飛出距離近200 m，砸壞了機場一架飛機的機翼，預計維修費用近1.8億元[2]。

圖5 事故中破壞的制動輪

可見，高速運動的部件碎裂造成的后果較為嚴重。起重機設計人員、制造人員以及起重機維保人員均應該吸取教訓，以采取措施防止事故發生或減小事故損失[2]。第一，嚴格把關材質。設計時，適當提高材料等級，不使用脆性材料。生產時，嚴格做好材料抽檢，防止有缺陷材料用于產品。第二，做好運動部件檢查。運動部件的碎裂不是突然發生的，一般先有裂紋，后隨著裂紋的擴展導致連接強度越來越低，達到一定程度后，在工作載荷和離心力作用下產生整體碎裂。因此，日常檢查要尤其注意運動部件的表面有無明顯裂紋，并在發生異常時及時更換。此外，高速運動部件的連接應是關注重點。因為連接松動會增大沖擊，使構件快速失效。第三，對運動部件的防護。目前的標準只要求對聯軸器和軸進行運動保護，而對制動器沒有防護要求。另外，標準中也沒有對防護強度提出要求，大部分起重機僅僅是用金屬網將聯軸器和軸罩起來，防護作用較小。因此，廠家應對制動輪進行防護，并加強防護強度。

3 結語

起重機械在人員密集或者周圍有重要設備的場合使用時，應做好其高速運動部件檢查和防護工作，防止高速運動部件碎裂飛出造成重大人員傷亡或重大經濟損失。