维普资讯 http://www.cqvip.com 第３Ｏ卷第３期 ２００８年６月 甘肃冶金 Ｖ０１．３Ｏ Ｎｏ．３ ＧＡＮＳＵ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ Ｊｕｎ．，２００８ 文章编号：１６７２－４４６１（２００８）０３－００１４－０３ 桥梁式起重机工作级别的确定及其在实际中的应用 贾华川 （酒钢宏兴股份公司炼钢工序，甘肃嘉峪关７３０９００） 摘、要：桥梁式起重机作为特种设备，其负载能力及工作级别必须满足现场工作的实际需要，宏兴炼钢工序２３’、 ２４’２５’起重机全部选定工作级别Ａ７级进行技术改造，对满足现场作业频率及降低维修成本具有重要意义。 关键词：工作级别；增容改造；作业率 中图分类号：ＴＨ２１５ 文献标识码：Ａ １ 引言 ２０００年，宏兴股份公司炼钢工序对２３’、２４’、 ２５’起重机进行了增容改造，３台起重机全部按照原 起重机按Ａ６级（重级）进行校核改造，而未考虑起 重机使用年限及新标准按Ａ７级（特重级）进行校核 改造。 （１）按８３年以前国家旧的标准，工作级别Ａ６级 车设计的工作级别增容至９５／２０ ｔ（注：２５’起重机原 设计工作级别为Ａ７级，２３’、２４’起重机原设计工作 级别为Ａ６级）。由于３台起重机原设计的工作级别 不同，所以在相同工况条件下运行的３台起重机改造 后其性能也不相同，２５’起重机运行较为平稳，而２３’、 ２４’起重机已体现出当时按Ａ６级进行校核暴露出的 不足。因此，２（Ｋ）２年２月份对２３’、２４’起重机系统按 符合２３’、２４’起重机现场的实际工作情况。 根据对２３’、２４’起重机作业频率调查情况，起重 机一个工作循环的总时间为１１５ ｒａｉｎ，其中空载时间 为３８ ｍｉｎ，空包时间为４９ ｍｉｎ，重包时间为２８ ｍｉｎ。 一个工作循环中起升机构的工作时间为７０ ｍｉｎ，其 机构运转时间率ＪＣ＝７０／１１５×１００％＝６０％。按国 家８３年以前的旧标准分析，此工作状况与旧标准中 的重级（即Ａ６级）典型载荷图相符，即按照旧标准 原设计的重级工作级别能够满足使用要求。 （２）按国家新标准，为最大限度满足安全性要求， 其在确定工作级别时有一定的安全裕度。 其作业率进行校核，根据校核结果，提出必需对２台 起重机按工作级别Ａ７级进行增容改造。 ２ 问题的提出 随着宏兴公司炼钢工序转炉出钢量的增加， ２３’２４ 起重机作业频率较以前有很大提高，虽然对 、国家新标准以最大限度满足安全性要求而制定 的，有一定的安全裕度，因此根据机构运转时间率 其进行了改造，但经１年的运行，主起升设备的故障 率并未明显下降，传动部件的使用周期也未明显提 ＪＣ值，２３’、２４’两台起重机机构工作类型应按特重级 进行校核改造。即２台起重机虽可以满足国家新标 准起重量９５／２０ ｔ、工作级别Ａ６级使用，但能否满足 国家新标准起重量９５／２０ ｔ，工作级别Ａ７级使用，有 高，起重机的主传动系统已不能满足现场作业的要 求，成为起重机的薄弱环节，主要体现在以下几个方 面： （１）２３’起重机主钩卷筒心轴２００１年８月份从轴 承包内部断裂。 （２）２４’起重机主钩同步轴齿轮联轴器内齿圈八 个月内断裂２次。 （３）大车车轮安装处经常开裂。 待于校核计算。 （３）２３’、２４’二台起重机自炼钢厂投产以来一直 在线使用，特别是主卷系统使用年限较长，鉴于此， 本次技改选定工作级别Ａ７级进行改造。 ２３’２４’起重机由于原车设计时工作级别是Ａ６ 、（４）起重机主钩制动轮为 ０ｏ ｍｉｌｌ，制动闸瓦使 用周期仅为２０ ｄ。 （５）Ｓ７６０型慢速轴联轴器使用寿命明显下降。 级（重级），因此增容改造时银起总厂按起重量９５／ ２０ ｔ，工作级别Ａ６级进行校核改造，虽从理论上能 满足现场作业率的要求，但在实际运行过程中已体 现出故障率较高，另外按照国家标准推荐的重级以 上起重机使用寿命２Ｏ年，２３’、２４’二台起重机已快 到使用年限，因此现２３ 、２４’起重机需按Ａ７级进行 ３ 原因分析 经调查，银川起重机总厂在２０００年对２３’、２４’ Ｅ－ｍａＬＩ：ＧＳＬ ＹＪ Ｌ＠Ｉ２６－ｃ０ｍ …。。Ⅲ６维普资讯 http://www.cqvip.com 第３期 贾＃－￣１１：桥梁式起重机工作级别的确定及其在实际中的应用 校核增容改造。 许用扭转应力：［ＴⅡ］＝ＴＩ／ｎⅡ＝１８０／１．６＝１１２． ５ ＭＰａ ． ４ 实施措施 对２３ 、２４ 起重机主起升传动部件按载重量 ９５／２０ ｔ，工作级别Ａ７级进行校核，根据校核结果对 相关不满足Ａ７级别的部件进行重新选型改造。 ４．１ 高速浮动轴校核 ｎⅡ一安全系数：取ｎⅡ＝１．６ ２３ 、２４ 起重机：Ｔ一＝ＭⅡ一／Ｗ＝１ ６３８．８／（０． ２×（ｏ．０９） ）＝１１．２ ＭＰａ＜［ＴⅡ］ ２５ 起重机：Ｔｍａｘ＝ＭⅡ一／ｗ＝２ ４０７．７／（０．２× 已知：轴材料４５号钢，正火、回火处理，轴径ｄ ＝（０．０９）’）＝１６．５ ＭＰａ＜［ＴⅡ］ 结论：通过疲劳计算，强度计算校核，该材质轴 径的浮动轴能够满足增吨要求。 ４．２主卷筒轴校核 已知：轴材料４５ 钢，正火、回火处理，轴径ｄ＝ ￣Ｐ２００ ｍｍ；ｄ２＝￣ｐ２６０ １１１１２１；盯ｂ＝５８０ ＭＰａ；盯。＝２９０ ＭＰａ；ｏ－ｌ＝２３５ ＭＰａ；Ｔｌ＝１３５ ＭＰａ；－ｒ。＝０．５５；１３＂１。＝ 一—９０ ｍｍ；Ｅｒｂ＝６００ ＭＰａ；盯。＝３００ ＭＰａ；Ｅｒｌ＝２４０ —ＭＰａ。扭转：Ｔ—ｌ＝１４０ ＭＰａ； Ｔ。＝０．６ Ｅｒ。＝０．６×３００＝１８０ ＭＰａ。 ４．１．１疲劳计算轴所受最大扭矩 Ｍｌ一＝ ｂＭｅ 式中： 一动载系数， ＝（Ｉ＋ ）＝（１＋ １．１）／２＝１．０５； ２一起升载荷动载系数， ＝１．１。 ２３ 、２４’起重机：Ｍｌ一＝ ｂＭ。＝１．０５×９ ７５０× ９０／５８８＝１ ５６４．３ Ｎ・１２１ Ｏ．５５×２９０＝１５９．５ ＭＰａ 分析：对于单联卷筒组，卷筒轴仅受等效弯矩的 作用。双联卷筒组，卷筒轴轴承座以外与联轴器联 接端承受由于两侧制动、运动不一致而产生的扭矩 ２５ 起重机：Ｍｌ ＝ ｂＭ。＝１．０５×９ ７５０×１３２／ ５８８＝２ ２９８．２ Ｎ・１２１ 作用。而且该扭矩是导致卷筒轴破坏的主要因素， 下面对卷筒轴最危险截面——螺纹退刀槽处进行校 核。 扭矩应力：Ｔ ＝Ｍ。一／Ｗ ２３ 、２４’起重机：Ｔ ＝Ｍｌ一／Ｗ＝１ ５６４．３／（０．２ ４．２．１ 疲劳计算 ×（０．０９） ）＝１０ ７２９ ０８１ Ｎ／ｍ １０．７ ＭＰａ ２５＃起重机：Ｔ ＝Ｍｌ一／Ｗ＝２ ２９８．２／（０．２× （０．０９） ）＝１５ ７６２ ６８９ Ｎ／ｍ ＝１５．６ ＭＰａ 轴受最大扭矩：Ｍｌ～＝ｋ Ｍ＝１．３×２ ×Ｄ筒／ ２，其中：ｋ 一不均系数。 对２３ 、２４ 起重机：Ｍｌ一＝ｋ Ｍ＝１．３×２盯×Ｄ 筒／２＝１．３×２×６６ ６７３×Ｉ／２＝８６ ６７５ Ｎ・１２１ 轴受脉动循环的许用扭转应力：［一ｒ］＝２，ｒ一。／ （（ｋ＋ ）×ｎ￡） 对２５ 起重机：Ｍ】一＝ｋ，Ｍ＝１．３×２（ｒ×Ｄ筒／２ ＝式中：ｋ一考虑零件几何形状和零件表面状况的 应力集中系数，取ｋ＝３； 一材料敏感系数，取 ＝ ０．２；ｎｌ一安全系数，ｎＩ＝１．２５。 １．３×２×６６ ６７３×１．１／２＝９５ ３４２ Ｎ・１２１ 扭矩应力：Ｔ ＝Ｍｌ一／ｗ。＝２ ２９８．２／（０．２×（ｏ． ０９） ）＝１５ ７６２ ６８９ Ｎ／ｍ ＝１５．６ ＭＰａ 对２３ 、２４ 起重机：Ｔ ＝Ｍｌ一／Ｗ ＝８６ ６７５／ ［Ｔ］＝２＂ｒ—ｌ／（（ｋ＋ ）×ｎＩ）＝２×１４０／（（３＋０． ２１×１．２５）＝７０ ＭＰａ 故２３ 、２４ 起重机：Ｔ ＝１０．７ ＭＰａ＜［Ｔ］，满足要 求。 ２５ 起重机：Ｔ ＝１５．６ ＭＰａ＜［Ｔ］，满足要求。 ４．１．２ 强度计算 （０．２×（０．ｏ２）’）＝５４ １７１ ８７５ Ｎ／ｍ ＝５４ ＭＰａ 对２５ 起重机：Ｔ ＝Ｍｌ一／ｗ。＝９５ ３＇Ｊ２／（０．２× （０．０２６） ）＝２ ７１２ ２７８ Ｎ／ｍ ＝２７ ＭＰａ ｔ 轴受脉动循环的许用扭转应力：［，ｒ］＝２，ｒ一 ／ （（ｋ＋ ）×ｎ１）＝２×１３５／（（３。３７５＋０．２）×１．５）＝ ５Ｏ．３ ＭＰａ 轴所受最大转矩：ＭⅡ～＝ ×Ｍ。 ２３ 、２４ 起重机：ＭⅡ ，＝ ２×Ｍ。＝１．１×１ ４８９．８ ＝１ ６３８．８ Ｎ・１２１ 故对２３ 、２４ 起重机：Ｔ ＝Ｍ１一／Ｗ。＝８６ ６７５／ （０．２×（０．０２） ）＝５４ １７１ ８７５ Ｎ／ｍ ＝５４ ＭＰａ＞ ２５ 起重机：ＭＩＩｍａｘ＝ ２×Ｍ。＝１．１×２ １８８．８＝２ ４０７．７ Ｎ・／／１ ［Ｔ］，不满足要求。 ２５ 起重机：Ｔ ＝Ｍｌ一／Ｗ。＝９５ ３４２／（０．２× 最大扭转应力：Ｔ ＝ＭⅡ ／Ｗ ２３ 、２４ 起重机：Ｔ一＝ＭⅡ一／Ｗ＝】６３８．８／（０． ２×（０．０９） ）＝１１．２ ＭＰａ ２５ 起重机：Ｔ一＝ＭⅡ一／ｗ＝２ ４０７．７／（０．２× （０．０９） ）＝１６．５ ＭＰａ （０．０２６） ）＝２ ７１２ ２７８ Ｎ／ｍ ＝２７ ＭＰａ＜［Ｔ］，满足 要求。 ４．２．２ 强度计算 轴受最大扭矩：ＭⅡ一＝ ２×ｋ ×Ｍ＝１．１×２× ２ Ｅｒ×Ｄ筒／２，ｋ 一受力不均系数，取ｋ ＝２。 Ｅ－ｍａｉｌ：ＧＳＬＹＪＬ＠Ｉ２６－ｃ０ｍ Ⅲ…６。。。维普资讯 http://www.cqvip.com
甘肃冶金 第３Ｏ卷 对２３ 、２４ 起重机：ＭｌＩｍａｘ＝ ２×ｋ ×Ｍ＝１．１×２ 对２５ 起重机：Ｔ＝５７ ＭＰａ＜［Ｔ］，满足要求。 结论：通过校核，原２３ 、２４ 起重机卷轴上平键 ×２（Ｊ－×Ｄ筒／２＝１．１×２×２×６６ ６７３×１／２＝１４６ ６８ｌ Ｎ・１ＴＩ 增吨使用时将会出现压溃失效，需增大卷轴轴径和 平键截面尺寸，２５ 起重机卷筒轴平键满足使用要 求。 对２５ 起重机：ＭⅡ ＝ ２×ｋ ×Ｍ＝１．１×２× ２ｏｒ×Ｄ筒／２＝１．１×２×２×６６ ６７３ ×１．１／２＝１６１ ３４９ Ｎ・１ＴＩ ４．４ 慢速轴端联轴器计算 ４．４．１ 联轴器传递额定力矩 计算扭矩应力：Ｔ＝ＭⅡ ／ｗ 对２３ 、２４ 起重机：Ｔ＝ＭｌＩｍａｘ／Ｗ。：１４６ ６８１／ （０．２×（０．０２） ）＝９２ ＭＰａ 对２５ 起重机：Ｔ＝ＭⅡ ／ｗ。＝１６１ ３４９／（０．２ ×（０．０２６） ）＝４６ ＭＰａ 对２３ 、２４ 起重机：Ｍ．＝２×６６ ６７３×０．５＝６６ ６７３ Ｎ・１ＴＩ 对２５ 起重机：Ｍ ＝２×６６ ６７３×０．５５＝７３ ３４０ Ｎ・１ＴＩ 许用应力：［Ｔ］＝Ｔ ／ｎⅡ＝１５９．５／１．８＝８８．６ ＭＰａ ４．４．２ 联轴器传递的等效力矩 Ｍ等效＝ｋ× ２×Ｍ。 对２３ 、２４ 起重机：Ｔ＝ＭⅡ～／ｗ ＝１４６ ６８１／ 对２３ 、２４ 起重机：Ｍ等效＝ｋ× ２×Ｍｅ＝１．８× １．２５×１．３×１．１×６６ ６７３＝２１４ ５６０ Ｎ・１ＴＩ （０．２ （０．０２） ）＝９２ ＭＰａ＞［Ｔ］，不满足要求。 对２５ 起重机：Ｔ＝ＭⅡ ／ｗ ＝１６１ ３４９／（０．２ 对２５ 起重机：Ｍ等效＝ｋ× ２×Ｍｅ＝１．８×１．２５ ×１．３×１．１×７３ ３４０＝２３５ ９７２ Ｎ・１ＴＩ ×（０．０２６） ）＝４６ ＭＰａ＜［Ｔ］，满足要求。 结论：通过疲劳强度校核，原２３ 、２４ 起重机卷 筒轴强度不能满足要求，２５ 起重机卷筒轴满足要 求，因此需增大２３ 、２４ 起重机卷筒轴危险面直径， 根据校核结果，２３ 、２４ 起重机的危险截面轴径由 ００ Ｉｎｉｎ增大至ｑ￣２６０ ＩＢｍ，改造后的轴径保证与 ２５ 起重机通用。 ４．３ 平键校核 ４．３．１ 挤压应力：盯；＝２ｔ／ｄ×ｋ×ｌ ４．４．３ 联轴器选用 应满足：Ｍ等效≤［Ｍ］ 对２３ 、２４ 起重机：￥７６０许用转矩［Ｍ］＝７１ ０００ Ｎ・ｍ＜Ｍ等效，不满足要求。 对２５ 起重机：￥３６６许用转矩［Ｍ］＝２５０ ０００ Ｎ ・１ＴＩ＞Ｍ等效，满足要求。 结论：２３ 、２４ 起重机原￥７６０联轴器不能满足 使用要求，２５ 起重机所选联轴器￥３６６能满足使用 要求，因此需将２３ 、２４ 起重机联轴器￥７６０更换为 ￥３６６联轴器。 对２３ 、２４ 起重机：盯；＝２ ｔ／ｄ×ｋ×ｌ＝（２×１．３ ×２×６６ ６７３×１／２）／（０．２×０．０１×０．２５）＝３４６ ＭＰａ 对２５ 起重机：盯；＝２ｔ／ｄ×ｋ×ｌ＝（２×１．３×２× ６６ ６７３×１．１／２）／（０．２６×０．０１５×０．３）＝１６３ ＭＰａ 通过对２３ 、２４ 、２５ 起重机主起升传动部件的 校核，不难发现２５ 起重机已满足工作级别Ａ７级、 许用挤压力：［盯ｉ］：０．６５盯 ＝０．６５×３６０＝２３４ ＭＰａ 载重９５／２０ ｔ要求，要使２３ 、２４ 起重机同样满足工 作级别Ａ７级、载重９５／２０ ｔ要求，则需更换２台起 重机主起升机构低速级中的卷筒连接轴、联轴器、卷 因此对２３ 、２４ 起重机：１３＂ ＝２ ｔ／ｄ×ｋ×ｌ＝３４６ ＭＰａ＞［盯：］，不满足要求。 对２５ 起重机：盯；＝２ｔ／ｄ×ｋ×ｌ＝１６３ ＭＰａ＜ 筒毂、轴承座、轴承及慢速轴，为检修的方便，改造后 的主卷起升部件的尺寸与２５ 起重机相同。 ［盯 ］，满足要求。 ４．３．２ 剪切强度 Ｔ＝２ｔ／ｄ×ｂ×ｌ ５ 结语 对起重机进行改造时，为使改造后的起重机具 有先进的技术经济指标，确保起升机构传动部件的 对２３ 、２４ 起重机：Ｔ＝２ｔ／ｄ×ｂ×ｌ：（２×１．３× ２×６６ ６７３×１／２）／（０．。－３×０．０４５×０．２５）＝７７ ＭＰａ 对２５ 起重机：Ｔ＝２ｔ／ｄ×ｂ×ｌ＝（２×１．３×２× 使用周期及降低设备故障率，在校核计算时必须考 虑起重机的作业率，根据机构运转时间率ＪＣ％确定 其工作级别，之后按选定的工作级别对各部件进行 校核，以确定需改造部件。 收稿日期：２００７—１１－２２ ６６ ６７３×１．１／２）／（０．２×０．０５６×０．３０）＝５７ ＭＰａ 许用剪切应力：［Ｔ］＝０．５盯 ＝０．５×３６０＝１８０ ＭＰａ 因此对２３ 、２４ 起重机：Ｔ＝７７ ＭＰａ＜［Ｔ］，满足 要求。 作者简介：贾华川，工程师，毕业于东北大学。 Ｅ－ｍａｉｌ：ＧＳＬＹＪ Ｌ＠１ ２６＿ｃ０ｍ 眦渊—
