铝电解多功能天车主梁开裂原因分析及对策

一、天车使用基本状况 中国铝业青海分公司于2001年引进4台国产电解多功能天车，该型天车仿制了法国ECL电解多功能天车，大车采用箱型偏轨双梁桥架结构，运行机构为4轮支撑双边单轮驱动（1/2驱动），采用轴装式圆弧面蜗轮蜗杆减速器，并设有悬吊缓冲装置，大车行走制动方式为液压推动式机械抱闸。大车行走电机原设计采用两台15kW双速电机，由于该车投入使用后出现了大车启动、换向困难，启动、停车时机械冲击大，且双速电机定子绕组频繁烧损等一系列问题，与天车生产厂家研究后认为电机功率偏小，启动转矩不足，于是将大车行走电机改为22kW绕线电机，通过电机转子串电阻进行调速。改造后大车行走状况有所改善，但仍存在启动、停车时机械冲击大，天车大梁扭动的现象。 二、天车大梁开裂情况 003年9月，电解六车间该型1#天车在日常检查中发现西大梁与南端梁连接部位大梁侧板上出现裂纹，立即与生产厂家、相关单位联系，经有关专家现场检查和分析，认为大梁加工及安装存在缺陷，导致天车在运行过程中大梁与端梁连接处应力集中，造成大梁侧板在运行中撕裂。建议进行补焊处理，并在裂纹尾部打止裂孔防止应力扩散。经使用J506型合金焊条对裂纹进行了补焊处理，并在尾部打了止裂孔防止应力扩散。天车补焊后运行一个多月焊接部位又出现裂纹，且在该大梁与北端梁连接部位发现新裂纹，继续对裂纹进行补焊处理，然而裂纹仍不断扩大，最终扩散至端梁上。2004年6月该车大梁、端梁进行了整体更换。2005年2月在设备检查中发现西大梁与北端梁连接部位大梁立板与腹板焊缝处及腹板处均出现裂纹。 经与生产厂家联合对该车进行了全面测试分析，发现该车大梁开裂一侧大车行走减速机传动轴偏心，于是整体更换了该减速机并对开裂部位打破口进行了补焊。但至2005年6月中旬，补焊部位再次发现裂纹。 三、天车开裂原因分析 该车大梁在一年多的时间里在同一位置连续开裂，补焊、更换大梁、更换大车行走减速机均未能解决大梁开裂的问题。经长时间跟踪、检测、分析，终于找到了大梁开裂的原因，具体分析如下。 更换大梁时，笔者进行了全程跟踪，经全车检测完全符合设计图纸及国家起重设备安装、检测标准，质检部门检测后合格。更换新梁后仍然出现裂纹表明，大梁结构设计一不是大梁开裂的原因。 该车2005年6月大梁再次出现裂纹后，曾对该车主要工作区段的天车轨道进行了水平度测量，误差在±5mm以内，属于《国家起重设备轨道施工验收标准》合格范围之内。另外由同型天车在该段轨道上进行行走对比实验时未发生车轮啃轨的现象，大车运行正常。由此表明，天车轨道不是该车大梁开裂的原因。 1.大车行走动力因素 该型天车大车行走电机由18kW双速电机改为22kW绕线电机后，两台电机各自依靠一组电阻器进行调速。由于国产绕线式电机受制造精度的限制，加之两台电阻器由于本身电阻值的差异及安装位置距电机距离不同最终导致电机转速差的存在，造成大车两侧行走不同步。 2.大车行走制动因素 该型天车大车传动系统中的制动装置为传统液压推动式机械抱闸，依靠闸片与减速机蜗杆轮摩擦力制动。天车制动时电机失电的同时抱闸抱紧减速机蜗杆轮，由于天车运行的巨大惯性，天车停车时冲击较大，且由于抱闸的松紧由人工调整，难免存在松紧偏差，极易造成天车停车瞬间大梁两侧扭动。 3.大车行走传动因素 该型天车采用的轴装式圆弧面蜗轮蜗杆减速器，由于蜗轮蜗杆减速机由蜗轮蜗杆按固定传动比进行传动，适用于恒速及平滑调速电机的传动，依我国传统使用的绕线电机串电阻调速系统配合多级齿轮减速机和进口ECL天车使用电机变频调速系统配合SEW一体式传动机构均能平稳传动的经验来看，绕线电机串电阻调速系统配合蜗轮蜗杆减速机进行传动是不合理的。当电机转速突然变化时，蜗杆与蜗轮间冲击较大，不能平稳传递变化转矩，导致大梁受力不均。 笔者由此认为，大车行走电机的速差，减速机与电机调速方式选型不合理及制动方式落后是造成该型天车大梁频繁开裂的主要原因。 四、大车改造对策与效果 为有效解决天车大梁开裂这一长期困扰公司的难题，于2005年底对该车进行了大车行走变频及减速系统改造，将原来的绕线电机串电阻调速系统配合蜗轮蜗杆减速机传动改为变频器调速系统配合SEW J合一传动机构（电机、减速机、电磁抱闸一体）传动。由于改造后天车实现了大车电机行走时平滑调速，两侧大车电机同步性能大为改善，两侧电机速度差＜2‰；且由于电机采取了能耗制动方式，实现了大车平稳制动。电磁抱闸受天车PLC程序控制延时动作（该延时时间长于能耗制动时间），不再参与减速机的减速过程，只起定位作用，另外，由于选用的SEW减速机为传统多级齿轮减速机，加卜精度较高，较适合频繁调速的使用环境。改造后大车运行平稳，启动、停车、变速过程无冲击，大梁扭动现象消失，完全达到了改造设计要求，运行几个月来大梁未出现裂纹，改造效果良好。改造前后大车行走机构性能对比见表1。 表1 变频改造前后大车行走机构性能比较 通过改造，该车大车行走时存在的一系列问题得到了彻底的解决，天车性能得到了全面的发挥，工作效率较改造前有了大幅的提高，这进一步证明：大车行走电机的速差，减速机与电机调速方式选型不合理及制动方式落后是造成该型天车大梁频繁开裂的主要原因。 天车大梁频繁开裂这一长期困扰公司的设备难题通过改造终于得到了彻底解决，但所反映出的设计选型不合理、设备各系统间不匹配问题仍值得深思，如何在设备设计、选型时避免木桶效应出现，运用新技术，提高设备的系统整合能力，应是今后我国设备制造业应重点关注的问题。