电动单梁起重机脱轨问题分析与预防

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摘要：文章通过对电动单梁起重机车轮爬轨和整机坠落事故的过程进行综合分析，对每一关键过程进行分析论证，得到解决预防事故发生的措施，最后通过综合考虑，得到了预防该事故发生的最优方案。

关键词：电动单梁起重机；预防；爬轨坠落

一、引言

近期接连接到电动单梁起重机在运行过程中整机坠落事故的报告，所幸都没有人员的伤亡。事故起重机相关单位的专业技术人员通过对现场的勘验，都感到莫名其妙，电动单梁起重机怎么会从轨道上脱落下来呢。后经过对事故起重机、轨道及其固定等诸多项目的研究分析，得出以下几个共同特点：第一，都为电动单梁起重机；第二，大车车轮踏面宽度大，轨道顶面宽度较小；第三，大车运行都存在啃轨现象；第四，大车轨道固定都为自制钩形螺栓固定；第五，事故发生时，轨道固定钩形螺栓都有断裂，轨道移位等问题发生。

二、原因分析

电动单梁起重机大车行走机构为双驱动，并联控制，分别制动的大车行走系统，即两驱动装置能同时供断电，但各驱动装置都有自己的一套制动器，单独实现制动功能，见图1。电动单梁起重机大车运行制动器有两大功能，即停车和减速功能。

图1所示的电动单梁起重机大车制动器在驱动电机尾部，其制动力矩大小由人为手动调整，因此两制动器的制动力矩大小存在差异是客观存在的。由于大车运行两驱动系统并联控制，大车的供断电控制均能保证一致，但两驱动机构的制动力矩大小存在差异，使得两驱动电机在正常断电后，起重机出现歪斜现象，制动力矩小的滑行距离大。当起重机大车轨道较长，有足够的距离往一个方向不停地启动和停止时，这个歪斜现象就越来越大，直至车轮轮缘紧靠轨道侧面，出现啃轨。当大车轨道总长度较短时，起重机出现往复运动，歪斜现象基本能相互抵消，很少因为制动力矩大小差异问题出现啃轨。

表1为某知名企业生产的型号为LD10t-14mA4的电动单梁起重机的基本参数，从表中可以看出车轮踏面宽度为75mm，在使用场地上，大车轨道选用了顶面宽度为45mm的轨道。由此可以得到端梁与轨道的夹角允许为α，tanα=[（75-45）×2+45]/2000=0.0525，夹角α约为3°。当车轮踏面宽度增加，轨道顶面宽度减小，则夹角α增大，车轮越容易爬轨。

从表1的最小轮压只有8.7kN可知，当起重机车轮在最小轮压时，只要在车轮位置给车轮作用大于8.7kN的垂直向上的作用力，车轮即可爬上轨道。当起重机以额定运行速度撞击轨道侧面时对轨道的作用力与运行机构对轨道的作用力共同作用时，根据动量变化的表达式：Ft=mv′-mv，公式中的F是研究对象所受的包括重力在内的所有外力的合力，得到F=（mv′-mv）/t，即作用力F的大小跟碰撞时间成反比关系，时间越短，作用力越大。因此，起重机在运行过程中，有足够的力使车轮爬上轨道。

当一侧的车轮爬上轨道后，车轮轮缘与轨道接触，起重机的大车在该侧的线速度增大；另一侧车轮轮压较大，很难爬上轨道，此时，在大轮压侧的主从动车轮轮缘与轨道侧面挤压，根据杠杆原理，车轮轮缘作用到轨道侧面的作用力大小为大车车轮作用到轨道表面作用力的（跨度/基距）7倍。由该起重机的图纸查的该起重机的大车驱动电机为0.8kW，大车运行速度为20m/min，得到该车车轮对轨道的作用力为0.8×60/20=2.4kN，7倍以后大小为16.8 kN，即在这种情况下，车轮作用到轨道侧面上的力为16.8 kN。

当轨道采用自制钩形螺栓固定时，由于该螺栓在制作过程中，采用冷弯方法制作，在拐弯处存在巨大的残余应力，该残余应力与轨道侧面上所受的作用力共同作用，足以使自制钩形螺栓拉断。

轨道固定螺栓被拉断后，轨道松动，在外力作用下，轨距发生变化。爬上轨道侧车轮继续运行，直到开出轨道，整台起重机倾斜加大。而另一侧车轮随即也爬上轨道，并开出轨道，导致整机坠落事故的发生。

三、预防措施

从原因分析中可以知道，导致电动单梁起重机车轮爬轨以及整机坠落的原因是：

（1）起重机大车运行制动器制动力矩不一致。由于目前国内市场行情决定了常规的电动单梁起重机大车运行控制系统为某一常速，减速停车靠制动器作用，因此该条无法避免。

（2）大车车轮最小轮压过小。考虑到目前国家强调节能环保，不宜在车轮上方增加额外重物，因此该条也无法避免。

（3）车轮踏面与轨道顶面宽度差距过大，导致大车倾斜运行角度较大，增加了车轮爬轨的概率，因此尽量考虑选用合适的车轮与轨道。

（4）固定轨道的自制钩形螺栓强度不足。采用先进工艺，增强自制钩形螺栓的强度或采用国家规定的轨道压板固定，可以预防轨道松动，轨距变化，降低整机坠落的概率。

从以上4条电动单梁起重机车轮爬轨及整机坠落原因可知，在这4个方面很难采取措施杜绝事故的发生。

假设轨道不松动、不移位，当大车车轮爬上轨道后，车轮轮缘与轨道接触，轮径增大，速度加快，整机偏斜增大。如果限制整机的偏斜量，另一侧的车轮轮缘与轨道侧面的挤压力就得到控制，因此只能通过外力作用，强制车轮不偏离轨道，永远在轨道上方，起重机坠落的事故就能得到遏制。

四、结论

为防止电动单梁起重机整机坠落，我们可以采取以下两个措施。

（1）轨道采用标准的轨道压板固定，保证轨道固定有足够的强度，防止起重机车轮爬轨后，轨道固定装置松脱。

（2）在大车车轮旁焊接一防脱轨装置，要保证有足够的强度，防止起重机车轮爬轨后，脱离轨道。

参考文献：

【1】电动单梁起重机使用说明书

【2】大学物理

【3】JBT 6392-2008 起重机车轮