谷晉林， 牛愛珍

（太原重工技術(shù)中心， 山西 太原 030024）

生產(chǎn)實踐·應(yīng)用技術(shù)

棘輪棘爪裝置在鑄造起重機上的應(yīng)用

谷晉林， 牛愛珍

（太原重工技術(shù)中心， 山西 太原 030024）

簡要介紹了棘輪棘爪裝置的工作原理及在鑄造起重機上的應(yīng)用，從鑄造起重機使用棘輪棘爪歷史到現(xiàn)在，分析了棘輪棘爪裝置在整車電氣系統(tǒng)無調(diào)速狀況下使用及在有調(diào)速狀況下不使用的優(yōu)缺點和利弊。

棘輪棘爪 鑄造起重機 應(yīng)用

《起重機設(shè)計規(guī)范》和《冶金起重機技術(shù)條件》中，要求在吊運液態(tài)金屬的鑄造起重機上，主起升機構(gòu)為了保證鋼包不至于因一套驅(qū)動裝置（電動機）損壞，而使吊運的鋼水和鋼包因凝固而報廢，須采用兩套驅(qū)動裝置（見圖1）。在一套驅(qū)動系統(tǒng)損壞的情況下，另一套驅(qū)動系統(tǒng)可以完成一個工作循環(huán)，把吊運鋼水的鋼包放到指定的安全地方。

圖1 鑄造起重機主起升機構(gòu)布置圖

1 棘輪棘爪裝置構(gòu)造和工作原理簡介

棘輪棘爪裝置是由棘齒輪1、棘爪2、園銷軸3、輪轂4、彈簧5、導(dǎo)向座6、銷7和特殊螺栓8等組成（見圖2）。在機構(gòu)起升時，電動機帶動高速軸轉(zhuǎn)動，高速軸帶動棘齒輪轉(zhuǎn)動，棘齒輪頂住棘爪，帶動輪轂轉(zhuǎn)動，而輪轂通過鍵帶動下一級軸轉(zhuǎn)動；在機構(gòu)下降時，質(zhì)量帶動輪轂和棘爪轉(zhuǎn)動，而棘爪頂住棘齒輪，經(jīng)棘齒輪帶動電機進行下降。

圖2 棘輪棘爪裝置

2 棘輪棘爪裝置在鑄造起重機主起升減速機上的應(yīng)用（參見圖1）

棘輪棘爪裝置的兩個主要作用：在機械中防止逆轉(zhuǎn)和供間歇傳動。

因此除了上面所說的防止重物（鋼水包）墜落的作用外，另一個作用就是減少了切換電阻（變速時）的沖擊載荷，沖擊力釋放于園銷軸和彈簧的地方。由于以前起升速度慢，所以它的沖擊力不是很大。

在20世紀80年代中期前，由于起重機電氣控制系統(tǒng)的原因，在起重機上只能采用串電阻切換系統(tǒng)、直流電機傳動、渦流制動器系統(tǒng)的形式。由于當時的煉鋼工藝落后，主起升機構(gòu)的速度較低（當然大、小車運行速度也低），為了不使鋼包墜落，在主起升減速機里采用了棘輪棘爪裝置，置于每個減速機內(nèi)的二級或三級軸上，從而保證了起重機的正常工作和鋼包的安全放置。再者由于同一批出產(chǎn)的電動機轉(zhuǎn)速不可能一樣，采用棘輪棘爪裝置可以使兩套主起升機構(gòu)同步。

3 應(yīng)用實例

前幾年，某大型鋼鐵公司一煉鋼廠訂制了1臺吊運鋼水的鑄造起重機，采用串電阻的型式，起升速度要求較高，2個主減速機在輸出軸用全齒聯(lián)軸器剛性連接，主減速機沒有加棘輪棘爪裝置。在使用3個月后，一套驅(qū)動系統(tǒng)制動器把小車架上蓋板撕裂了。太原重工技術(shù)中心（以下簡稱太重）派專家到現(xiàn)場查看后發(fā)現(xiàn)，后起制動驅(qū)動系統(tǒng)在前起制動驅(qū)動制動器抱閘瞬間，其減速機前端（包括制動器）明顯往起跳動，人站在車上感覺有很大的振動，可見沖擊力之大。對于一些老的煉鋼廠，因生產(chǎn)的需要加大了鋼產(chǎn)量。從而，起升速度也被提高了（以前主起升速度一般是5m/min,現(xiàn)在能達到8～12m/min），由于資金、工藝、使用環(huán)境、操作習慣等原因，這些單位還是喜歡采用串電阻切換的電氣控制型式。這樣，兩套機構(gòu)中電動機的轉(zhuǎn)速不一樣（差別不大），產(chǎn)生的沖擊很小。而4個制動器制動時間的不同步，即1套驅(qū)動系統(tǒng)先起制動，后1套在延時后再起制動，前1套起制動通過減速機對后1套傳遞了很大的沖擊力，速度越快，加速時間越短，對后者的沖擊力就越大。以前太重在主起升減速機里加有棘輪棘爪裝置，因此在棘輪棘爪裝置中靠棘輪棘爪的間隙和彈簧的緩沖把沖擊力降低了很多（實際上是一種軟連接），所以對后起制動驅(qū)動系統(tǒng)沖擊力就非常小。

在用戶要求改造主減速機加棘輪棘爪裝置的過程中（大約半年時間），由于生產(chǎn)要求，廠家要繼續(xù)利用該起重機，還是用舊的系統(tǒng)，專家建議兩套減速機的4個制動器盡量調(diào)的同步，把原撕裂小車架重新加固。結(jié)果在這半年的時間里，該車除在起制動時后，人感覺有一些振動外機構(gòu)和結(jié)構(gòu)沒有任何問題。通過上述說明，如果把制動器調(diào)的同步，即使電氣控制采用切換串電阻的型式一樣可以使用。而加上棘輪棘爪裝置，除了前述出故障防止鋼包墜落外，另一個作用就是在2個系統(tǒng)不同步時，產(chǎn)生的沖擊力可以在減速機里釋放掉，而對整個機構(gòu)沒有副作用。

4 采用先進的電氣系統(tǒng)對整個起重機的影響

隨著改革開放進程的深入，我國逐步引進了西方發(fā)達國家的先進生產(chǎn)技術(shù)，煉鋼、出鋼、軋制工藝不僅速度快，而且生產(chǎn)工藝也先進了很多。因此，對起重機的起升和運行速度要求也大幅度提高。在近20余年的發(fā)展過程中，起重機起升機構(gòu)電氣控制由最初的切換電阻、直流電動機傳動、渦流制動器等控制，演變到定子調(diào)壓調(diào)速和變頻調(diào)速系統(tǒng)，且發(fā)展到今天技術(shù)已經(jīng)很成熟了。由于后兩者的調(diào)速比達到1∶10，所以，在機構(gòu)起制動時的沖擊載荷不大，不僅對機構(gòu)而且對起重機鋼結(jié)構(gòu)的沖擊都很小。

在定子調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中，定子調(diào)壓調(diào)速方法是指當改變電動機的定子電壓時，可以得到一組不同的機械特性曲線，從而獲得不同轉(zhuǎn)速。由于電動機的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，因此最大轉(zhuǎn)矩下降很多，其調(diào)速范圍較小。調(diào)壓調(diào)速的特點：調(diào)壓調(diào)速線路簡單，易實現(xiàn)自動控制；調(diào)壓過程中轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱形式消耗在轉(zhuǎn)子電阻中，效率較低。調(diào)壓調(diào)速將降低電機的最低輸出力矩。這與轉(zhuǎn)速沒有關(guān)系，也就是說，當負載轉(zhuǎn)矩一定時，調(diào)壓范圍也是有限的。由于以上特點，所以調(diào)速范圍大，如果在主起升減速機中不加棘輪棘爪裝置，兩套4個制動器不同步制動，人站在起重機上，也能感覺到一定的振動。

而在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，機構(gòu)不加棘輪棘爪裝置。人站在起重機上，感覺到的振動就小很多。

變頻調(diào)速傳遞的扭矩和轉(zhuǎn)速是線性變化的，可控的，所以在起升機構(gòu)起制動時產(chǎn)生的沖擊小；而調(diào)壓調(diào)速傳遞的扭矩和轉(zhuǎn)速不是線性變化的，波動值比變頻調(diào)速要大，因此在起升機構(gòu)起制動時產(chǎn)生產(chǎn)生的振動就大。

5 棘輪棘爪裝置的缺點

由于棘輪棘爪裝置裝在減速機的2和3軸上，因它的轉(zhuǎn)速非常高，加上鑄造起重機工作級別高（即工作頻繁），棘爪和彈簧的沖擊次數(shù)就多（常見棘輪棘爪比為1∶4或1∶6）。主起升電機一般為600 r/min，除以4或6及一副齒輪比，棘輪棘爪裝置的沖擊次數(shù)也在每分鐘幾十以至上百次，加上制造的銷軸和彈簧質(zhì)量不穩(wěn)定，因此，棘輪棘爪裝置的維修頻率比較高。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，棘輪棘爪裝置在近20余年的逐漸退出了在鑄造起重機主起升機構(gòu)中的應(yīng)用。但是在實際訂貨時，有一些用戶還要求加棘輪棘爪裝置。因此，在有調(diào)速系統(tǒng)的起升機構(gòu)中加與不加棘輪棘爪裝置，主要取決于用戶的使用維修習慣和資金情況。而在沒有調(diào)速系統(tǒng)的起升機構(gòu)中就一定要加棘輪棘爪裝置。

[1] 第一機械工業(yè)部起重運輸機械研究所.起重機設(shè)計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1980.

[2] 中華人民共和國質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國際標準化管理委員會.起重機設(shè)計規(guī)范：GB/T 3811—2008[S].北京：中國標準出版社，2008. [3] 機械設(shè)計手冊聯(lián)合編寫組.機械設(shè)計手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)部出版社，1987.

[4] 中華人民共和國工業(yè)和信息化部.冶金起重機技術(shù)條件第5部分：鑄造起重機：JB/T 7688.5—2012[S].北京：中國標準出版社，2012.

App lication of Ratchet M echanism in Teem ing Cranes

Gu Jinlin,Niu Aizhen
（Technical Center of Taiyuan Heavy Industry Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi030024）

This paper briefly introduces operational principle of ratchetmechanism and pawl,and its application in teeming cranes.With the history of using ratchetmechanism on teeming cranes,this paper analyzes advantage and disadvantage of ratchet mechanism implementing on hoist mechanism under no-speed regulation conditions and non-implementunder variable speed of electrical system.

ratchetmechanism;teeming crane；application

TH13.46

A

1672-1152（2017）05-0100-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.05.38

2017-09-20

谷晉林（1962—），男，1984年7月畢業(yè)原太原重型機械學(xué)院，起重運輸專業(yè)，高級工程師，現(xiàn)在太原重工技術(shù)中心起重所從事起重機設(shè)計和研究

（編輯：苗運平）