冶金企业桥式起重机啃轨问题探究

潘铁钧

摘要：桥式起重机是邯宝炼钢厂的重要辅助设备，从铁水入炉到钢坯吊运、从工艺换段到设备检修，无时不用、缺其不可。啃轨降低了生产效率，也对桥式起重机安全运行造成了极大威胁。因此，桥式起重机能否正常运行直接关系到产量、工期、安全和经济效益，保证其处于良好运行状态是生产能够正常进行的必要条件。本文提出了一种修正车架相对于轨道的偏差的新方法，并保证车轮沿轨道的中心线行走。在文中提出了一种理论曲线拟合计算方法。理论曲线拟合是解决车轮啃轨问题的一个突破方向。理论曲线拟合方法将传统的被动校正转化为主动校正，可以说是解决起重机啃轨问题的全新尝试。

关键词：起重机;啃轨;纠偏;理论曲线拟合法

起重机在作业时，车轮产生偏离而与轨道侧面接触、摩擦。在运行过程中，车轮实际运行轨迹和轨道之间造成倾斜，从而产生起重机啃轨。车轮的轮缘或安装在起重机上的水平导辊和起重机的运行轨道产生摩擦，加速车轮的磨损，使车轮磨损变薄甚至整个车轮报废，使车轮过早损坏。这种损坏经常导致起重机的车轮或轨道被提前报废，大大缩短了起重机的额定使用寿命。可以设想，如果车轮和道轨的使用寿命可以增加，则意味着将提高起重机轮的寿命。啃轨对起重机的安全运行构成了很大的威胁，同时也增加了运营维护成本。因此，探讨车轮啃轨现象的成因，防止和消除啃轨现象具有重要意义。

1解决桥式起重机啃轨的目的与意义

在现代大规模生产中，桥式起重机已成为冶金企业不可缺少的生产设备。在桥式起重机的使用中，由于其跨度大，水平刚度低，传动机构的制造和安装精度难以保证，特别是对于频繁操作的起重机，传动机构的累积误差较大，大多数桥式起重机都有不同程度的汽车偏差或栏杆。这对起重机的安全运行构成了很大的威胁，同时也增加了运营维护成本。因此，探讨轨道现象产生的原因，防止和解决这一问题具有重要意义。由于各种原因，起重机的大小轮在运行过程中相对于轨道是倾斜的。车轮的边缘与轨道的侧面摩擦，造成磨损并形成轨道现象。在正常设计情况下，起重机的车轮轮缘应与道轨保持10mm左右的间隙，依照国标（GB3811-83）车轮踏面比轨道顶面宽30-40mm。小车车轮轮缘比轨道顶面宽20-30mm。车轮啃道通常由车轮的歪斜和车轮的横向滑动引起[1]。轻微的车轮啃道会在车轮的边缘和侧面造成明显的磨损痕迹，而严重的车轮啃道会因车轮与道轨侧的强力咬合，导致铁屑在车轮边缘内侧与轨道侧剥落。甚至边缘的整体脱落。

1.1啃轨造成的不良后果

（1）严重缩短车轮的寿命：一般不啃道的A5以下工作级别的起重机车轮可以用10年左右，A8级别的起重机车轮寿命5年左右。然而，具有严重轨道的起重机只能使用1 - 2年，更有甚者在一个月内更换。在制约生产的同时增加了维护成本。

（2）道轨磨损很快：轨道侧面受到摩擦，导致侧面有铁屑，同时导致轨道有台阶，减少了车轮与轨道之间的接触面。当轨道被咬断时，车轮的力可以分解成两个方向，一个是导致车轮向前移动的力，另一个是导致车轮水平移动的力。后者导致轨道受到横向剪切力，使轨道变形，螺栓脱落，使轨道无法正常使用，大量更换，浪费人力，材料和影响生产节奏。

（3）增大起重机运行阻力：啃道严重的起重机，一档作业起重机无法动作。严重啃道的起重机其运行阻力是正常情况的三倍。车轮的严重咬轨增加了电机和机械传动机构的负荷，经常发生电动机阻值过大或传动轴断裂等事故[2]。

（4）起重机端梁、大梁断裂变形：啃轨产生的扭矩使起重机端梁、大梁扭曲受力，严重时使端梁、大梁断裂变形。

（5）起重机掉道： 起重机在重载运行时，如果起重机轮缘太薄，道轨有台阶，则车轮会在惯性作用下爬到轨道顶面上，这会导致起重机掉道的严重事故。

（6）厂房框架结构破坏： 起重机轨道是是安装在厂房框架结构之上的。当车轮啃道严重时，道轨受到的应力传导到厂房框架结构，这直接厂房框架结构受力变形。车轮啃道危害直接影响安全生产，给企业带来严重的经济损失。解决车轮啃道问题可以防止此类事故，保障生产长周期稳定运行。

1.2 啃轨现象的判断

判断桥式起重机大车在生产作业中车轮啃道，从以下六点判断：

（1）车轮踏面、轨道顶面磨损严重，有明显磨痕;

（2）起重机在启动与制动时车体卡顿、扭摆、走偏;

（3）车轮啃道严重时会发出刺耳的刺啦、刺啦的声音;

（4）车轮轮缘磨得闪光发亮;

（5）起重机行驶时，车轮轮缘与轨道间隙太小;

（6）轨道两侧有明亮的磨痕，严重时道轨侧面有毛刺。

起重机车轮啃道可分为三级：

车轮轻度啃道：当起重机控制手柄置于第二档时，起重机不起动，置于一档才能动作。停车后，不制动时，惯性运行范围很短，轮沿磨损，但没有碎屑，卷曲和变形。

车轮中度啃道：当中轨控制器手柄放在二档时，起重机不会启动。使用一档，缓慢动作，非制动情况下，停车没有惯性，或者惯性距离很短。轮沿磨损速度很快，有卷曲变形现象。

车轮重度啃道：当控制器置于一档时，电机嗡嗡響，起重机无动作。在反向行驶10米范围内，起重机对角线产生严重扭曲变形。在严重的情况下，会出现起重机掉道事故。

2起重机啃轨原因

起重机车轮啃道现象并非单一因素造成。起重机的制造质量和导轨的安装质量，大梁、端梁、框架的变形，桥梁的刚度，车轮的高度，垂直度，轨道的误差等都可能导致车轮啃道。啃道的主要原因有以下五个方面。

2.1 车轮驱动不同引起的啃轨

（1）电气参数、性能不同

由于分别驱动的四角驱动机构不同步，因此起重机对角线变形扭曲。特点是：起重机启动和制动时，起重机对角线变形扭曲，对角车轮卡住道轨。

（2）机械运行阻力不对称

由于起重机四角制动器制动力矩不均匀，减速机、车轮机械卡阻的影响，具有高阻力的车轮滞后于低阻力的车轮，导致起重机对角线偏扭转和水平位移，从而导致车轮啃道。

2.2 道轨原因引起的啃轨

（1）轨道的直线度超差

轨道的轨道跨度和水平线性差数据超标。在起重机跨度距离不变的前提下，由于轮缘与轨道侧间隙的减小，导致起重机运行在固定区域时啃道。

（2）轨道水平高度超差

由于轨道和钢梁之间存在间隙，厂房钢结构不均匀沉降和地基的变形，同一段的轨道高度差数据超标，导致车轮啃道。当高度差超过8mm时，导致高度低的轨道内侧，高度高的道轨外侧磨损严重。

（3）轨道跨度超差

由于安装原因，道轨压板螺栓松动，道轨受侧向力过大跑偏，导致两个轨道的直线性、平行性、对称性或反对称的超差导致轨道大于或小于跨度，造成车轮啃道。

2.3 桥架水平刚性不够引起的啃轨

起重机大梁、端梁的水平刚度对于起重机的正常直线运行，车轮的轴向偏转以及相应驱动的自动调节具有很大的影响。特别是当桥架的水平刚度不够时，会造成车轮啃道。桥轮车轮测量孔的平行度超出公差，结构中残余内应力被释放，从而在车轮的运行中心线与车轮的中心线之间产生角度α。导致车轮的运行轨迹中心线偏离轨道的中心线 。

2.4 设备安装、调试引起的啃轨

（1）车轮同位差超差

车轮的水平中心线，与轨道顶部表面的中心线重合。通常，当车轮中心线和轨道中心线偏移大于5mm时，轮沿和轨道的侧面产生剧烈摩擦以造成车轮啃道。

（2）车轮水平偏斜超差

由于车轮安装或车轮加工误差大造成。

（3）车轮垂直偏斜超差

车轮的垂直偏转意味着车轮径向中心线不垂直于轨道的顶部表面。车轮踏面与轨道顶部表面的接触不均匀，接触面积通常较小，压力较大。因此，车轮与道轨滚动表面的磨损不均匀。由车轮垂直偏差引起的车轮啃道主要是驱动轮的垂直偏差。通常认为当e≤D/ 400时车轮的垂直偏差在正常范围内，垂直偏差是e; D是车轮的直径。从动车轮的垂直偏转不会造成车轮啃道。但是，考虑到车轮踏面的均匀受力，从动车轮的垂直偏差也不允许太大[3]。

2.5 设备加工制造误差引起的啃轨

（1）主动车轮直径加工超差

加工出的驱动轮具有较大的直径差异，并安装在不同的端梁上。导致直径小的车轮跑的快，直径大的车轮跑的慢，造成起重机对角线扭曲变形，出现车轮啃道现象。

（2）不合理操作引起的啃轨

起重机运行是否标准化作业直接影响车轮啃道。应严格按照行业标准中规定的步骤进行操作启动，制动等。三档、四档启动，制动时不主档回零，三档、四档直接回零制动，打反车都会造成车轮啃道。

（3）本课题的来源

桥式起重机的车轮啃道问题是对对企业生产造成重大威胁，也会增加运营维护成本。因此，探讨车轮啃道现象及产生的原因，防止和解决车轮啃道问题，杜绝车轮掉道事故具有重要的社会意义，也可为企业创造巨大的经济价值。

3啃轨的解决方法

3.1 采用水平轮代替轮缘导向

车轮啃道的起因都是由起重机自身因素或轨道因素引起的，并且由车轮偏差引起的车轮啃道更为常见。在处理车轮啃道的实际过程中，通常使用纠正和消除起重机和轨道缺陷作为主要手段。除了提高框架和车轮的安装精度，加工精度之外，传统的纠偏方法也做了一些其他尝试。

采用水平轮后，可以完全消除轨道一侧轮缘产生的滑动摩擦，取而代之的是更換水平轮与轨道之间的滚动摩擦。这种方法将轨道和车轮的摩擦力减少了90%，但是起重机轨水平轮产生的水平横向力非常大，这种力不仅包括小车制动时的水平力。但它还包括对道轨产生的侧向力，这可能导致端梁的裂缝甚至厂房结构损坏。另外，轨道侧面不光滑，平整，导致不易达到良好的效果。安装水平轮的优点是有效预防了起重机掉道事故的发生，缺点是无法根除啃轨问题，只是由车轮啃道变为水平轮啃道，治标不治 本。

3.2 桥架水平刚性加固

通过在主梁的内腹板和外腹板上横向焊接大槽钢来增强端梁的宽度，或者增加主梁厚度，从而增强主梁的水平刚度。优点是解决了大梁开裂问题，缺点是增加了起重机重量，与现在起重机轻量化趋势不符，最佳方案是选用韧性，强度高的钢材。

3.3 调整车轮跨度、对角线和同位差

当轨道跨度，起重机对角线差异不大时，调节车轮的水平偏转和垂直偏转相应地改变（在轴承箱安装调整垫）。如果车轮啃道仍然无法消除，则需要改动定位孔移动车轮原始位置。

3.4 选取合理的跨度和轮距的比值

起重机在运行中走的是大S路线，即允许车轮中心线和轨道中心线之间有一定的水平偏移距离。该偏移距离与跨度的比率之间的关系是比率越大，允许的自由倾斜越小，并且越容易出车轮啃道[4]。因此，起重机的四角车轮呈矩形布置更有利于起重机直线运行。

3.5 采用润滑减少阻力

一种新型起重机道轨润滑装置：改装置具有石墨润滑块磨损自动补偿功能。一层石墨润滑层可以均匀地分布在道轨的侧面，使得起重机导轨和轮缘得到良好的润滑[5]。

3.6 理论曲线拟合法调整车轮

“理论曲线拟合法”调整车轮水平误差。根据测得的数值，利用最小二乘法拟合出一条理论中心线，根据拟合的中心线位置进行调整。

4结束语

在桥式起重机的使用中，车轮啃道是难以解决的世界性难题，造成车轮啃道的原因很多，难以一一枚举，大部分是由综合因素造成的。本文主要是针对杜绝桥式起重机掉道问题。针对这一问题，作者的主要工作是：

（1）提出理论曲线拟合法调整车轮的思路;

（2）设计道轨新式润滑装置;

（3）调整起重机对角线;

（4）采用水平轮代替轮缘导向。

这套解决方案在河钢邯钢邯宝炼钢厂的生产实践中取得了非常好的效果，但还须进一步接受在起重机实践生产中的检验。首先，工作环境不同，另外，作业强度、方式不同。其他产生啃轨的原因在炼钢厂比较难模拟，故得出的结论并不一定适用所有起重机，笔者只是提出了一套新的纠偏方法。

参考文献：

[1]王文钦.桥门式起重机啃轨现象原因及修理方法的探讨 [J]. 化学工程与装备. 2010 （03）.

[2]刁淑芳，康春晓.浅析桥式起重机车轮啃轨现象 [J]. 冶金设备. 2008 （S2） .

[3]何小民，齐向东，郭建国.模糊PID控制器在起重机纠偏系统中的应用 [J]. 起重运输机械.

[4]牛洁，陶元芳.桥门式起重机车轮啃轨现象的研究，机械工程与自动化，2012（1）：115-117.

[5]牛洁.关于起重机运行侧向力问题[J].太原科技，2012，12.

（作者单位： 河钢邯钢邯宝炼钢厂）