第六章 吊机.doc

W12-1油田机械培训教材 第六章 起重设备第六章、起重设备第一节 起重设备的分类在众多的起重设备中，适合于海上平台作业的起重设备分类如下：千斤顶起重设备轻小型起重设备桥式类型起重设备臂架式起重设备手拉葫芦电动葫芦梁式起重机固定旋转起重机机械传动液压传动电力传动 由于平台自身的特点，决定了平台上使用最多的是固定旋转式起重机（即吊机），它是平台主要设备之一，主要是用来搬运器材或人员上船或离船。这章重点介绍固定旋转式吊机。第二节 轻小型起重设备6.2.1千斤顶 是一种用人力操纵手柄控制刚性承重件顶举重物的起重工具，它的起重量大，最大可达750T，但起升高度小，一般为400mm以下，主要特点是结构紧凑、携带方便、操作简单、维修容易，可以单独也可组合使用，因而在维修和安装设备过程中广泛应用。6.2.2电动葫芦是由电动机、减速机构、卷扬机构组成一体的起重机械，可以单独使用，也可在直的、弯曲的、环行工字梁轨道上作起升和运输之用。通常与电动单梁、电动悬梁、龙门、悬臂起重机配合使用。主要特点是结构紧凑，自重轻，效率高，操作方便，可单独使用，也可制作电葫芦专用小车，故在设备吊装中被广泛应用。第三节 桥式类型起重设备桥式类型起重设备在平台上一般只有梁式起重机,它的主梁多由工字梁或钢板合成简单截面梁。起重小车常由手拉葫芦、电动葫芦和葫芦小车组成。工作速度低，起重量小（一般不超过10t），在海上平台主要安装于大型设备顶部，用于设备的安装与拆卸作业。在W12-1桥式起重机使用比较广泛，包括外输泵、注水泵等许多重型设备都设有桥式起重机。梁式起重机分为手动和电动两种。虽然电动梁式效率高，但在海上平台梁式起重机重要任务是设备维修时吊装设备，一般使用率小，不属于经常使用，故手动式起重机在平台上应用比较广泛。手动梁式起重机：有单梁和双梁两种，起升机构均采用手拉葫芦，小车和大车运行机构采用曳引链，通过齿轮传动，带动走行轮运行。1、 拉单梁起重机分支承式和悬挂式两种，支承式单梁起重机的桥架沿着吊车梁上的轨道运行，悬挂式单梁起重机的桥架是沿着悬挂在屋架下的轨道运行。两者均采用手动单轨小车作运行小车。2、 动双梁起重机由大车机构、传动机构、卷扬小车三部分组成。起升机构采用有载自制式制动器的单卷筒手动卷扬机，也有采用手拉葫芦式起重小车。第四节 固定旋转式起重机（吊机）作为平台上重要的设备之一，它是平台与外界及平台内部货物搬运的主要工具。还担负着在平台应急时人员撤离平台的任务，所以平台吊机除正常工作电源外，应备有UPS(不间断电源)电源，一旦平台出现应急情况而电力系统断电时，还能保证吊机正常使用即能将人员安全撤离平台转移到拖轮上。 6.4.1分类固定旋转式起重机（简称吊机）根据传动方式不同可分为机械传动、电力传动和液压传动三类，起重机还可以根据吊臂分为桁架式和箱形臂式。1、机械传动，它是以柴油机为动力通过液力偶合器和动力分配箱分别驱动起升、回转、变幅机构。2、电力传动，柴油机带动直流发电机，由直流发动机来驱动起升、回转、变幅机构。机械传动和电力传动是比较落后的传动方式，它存在很多缺点，起重机换向冲击大、不平稳、不便于实现频繁换向。使用范围比较小，一般用于小吨位、不很重要的场合。3、液压传动，目前起重机大部分都采用液压传动，尤其在海上平台基本都采用液压传动的起重机，一般以柴油机为动力或以外接交流电带动交流电动机为动力（主要根据平台情况），带动液压泵，再由液压泵带动液压马达来驱动上升、变幅、旋转机构。一般情况下，起重机都采用液压传动，这是因为液压传动与其它方式相比较，有许多优点：液压传动能方便地实现无级调速，调速范围大；在相同功率下，液压传动能量转换元件的体积小，重量较轻；工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁换向；便于实现过载保护，而且工作油液能使传动零件实现自润滑，故使用寿命较长；操纵简单，便于实现自动化。6.4.2 液压传动起重机工作原理起重机考虑到工作时其平稳性、换向冲击小，便于实现频繁换向等原因，一般都采用液压传动-依靠液体在密封容积变化中的压力来实现运动和动力传递，首先由原动机-马达带动液压泵，将机械能转换为便于输送的液压能，通过液压管线连接液压马达，再通过液压马达将液压能转换为机械能带动工作部件。在整个工作过程还要用到：各种控制调节元件，包括各种阀类元件，这类元件的作用是用以控制液压系统中油液的压力、流量和流动方向，以保证执行元件完成预期的工作运动；辅助元件，辅助元件如油箱、油管、滤油器等，它们的作用是设置必要的条件以保证液压系统正常地工作。工作介质，即传动液体，通常称液压油，液压系统就是通过工作介质实现运动和动力传递的。因此液压系统一般由动力元件、执行元件、控制元件和辅助元件组成。6.4.3 吊机类型及基本参数 1、吊机类型根据API 2C关于海上平台吊机使用类型标准规定，目前海上使用的吊机有五种类型，结构和部件如图6-4-1及表6-4-2所示。W12-116T吊机和5T吊机分别属于E类和A类。图6-4-1 起重机类型表6-4-1起重机部件序号部件名称类型如图 6-4-1ABCDE123456789101112131415161718192021222324252627注：“X”表示有该部件；28桁杆吊臂伸缩臂吊臂底部枢轴变幅机构变幅钢丝绳或吊臂绳吊臂斜拉筋 变幅液压缸吊臂顶部滑轮组或吊臂头中间臂节下臂节、低层臂节或根臂节下臂节、低层臂节或根臂节吊臂连接吊臂止动器吊臂顶端外伸臂或挺杆操作室平衡重块变幅滑轮组或紧索装置门架、桅柱或人字架吊钩滑车主柱或中心柱主起升滚筒主钩钢丝绳或承载钢丝绳重力球基座或底座悬绳回转环部件副绳或辅助起升卷筒副绳或辅助起升钢丝绳 -XX-XX-XXX-X-X-XXXX-XXX-XXX-XX-XX-XX-X-XXXX-XXXX-XXXX-XXXXXXXX-XX-XXX-X-XX-XXXX-XXXXXXXXXXXX-XXXXX-XX-XXXX-XXXXXXX-XXXX-XXXX-XX2、起重机基本参数起重机基本参数，是设计、制造、选型和安装的主要依据，一般参数有：最大起重量、起升高度、幅度、工作速度、工作级别等。 （1）最大起重量Q表6-4-2起重机最大起重量系列表 t（吨） 起重机在各种工况下，所允许起吊物品的最大重量，称为额定起重量，简称为“起重量”，单位t。根据ISO2374-1983基本型起重机械的最大起重量系列表详见表6-4-2。 最大起 重量(t)最大起 重量(t)最大起 重量(t)最大起 重量(t)最大起 重量(t)0.10. 1250. 160. 20. 250. 320. 40. 50. 630.811. 251.622. 53. 2456.3810（11.2）12.5（14）16（18）20（22.5）25（28）32（36）40（45）50（56）63（71）80（90）100（112）125（140）160（180）200（22.5）250（280）320（360）400（450）500（560）630（710）800（900）1000注：最大起重量是指起重机在设计最大起重量时所选择的有效数值；括号中的最大起重量参数尽量避免选用； W11-4油田、W12-1油田吊机所选用最大起重量分别为5T、16T。南海一号吊机最大起重量为32T。都是根据国际标准进行选购的。（2）起升高度H 起升高度一般指起重机从工作地面至取物装置上极限位置上的距离，单位为m。吊钩以钩口中心线为准，但平台吊机起升高度以最低海况时，从海平面至上限位置的距离。（3）工作幅度工作幅度指旋转起重机旋转轴线至取物装置中心线间的距离，通常以R表示，单位为m。在海上平台起重机的最大工作幅度R是一个重要参数，因为它不但负责平台与外界货物的搬运，而且还负责平台内部货物的搬运。根据API 2C的标准，平台上吊机（一台或一台以上），要求它的最大幅度必须能覆盖平台吊装区及主要甲板面（包括修井架及修井区），图6-4-2为W12-1平台2台吊机（16t和5t）的最大覆盖面，但当吊机吊臂在不同角度时，它的幅度不同，它的起重量也不同，表6-4-3和表6-4-4分别是W12-1油田16t和5t吊机的吊臂在不同角度的负荷表。表6-4-3 16吨吊机吊臂角度与负荷关系吊臂 长度m(ft)吊臂 角度(角度)工作幅度m(ft)静载动载4根钢丝绳拉升性能t（lb）21.3（70）736.1(20)18.67 (41120)18.67 (41120)697.6(25)18.67 (41120)18.67 (41120)649.1(30)18.67 (41120)18.67 (41120)6010.7(35)18.67 (41120)18.67 (41120)5512.2(40)18.67 (41120)18.67 (41120)5013.7(45)18.67 (41120)18.67 (41120)4415.2(50)18.67 (41120)16.82(37040)3816.8(55)18.67 (41120)15.18(33445)3118.3(60)18.67 (41120)13.85(30500)2219.8(65)18.67 (41120)12.71(27995)021.3(70)17.62 (38800) 11.71(25800)表6-4-4表5-7-6 5吨吊机吊臂角度与负荷关系吊臂 长度(ft)吊臂 角度(角度)工作幅度(m)静载动载1根钢丝绳拉升性能（kg）7082.003.355000500078.854.505000500074.696.005000500070.457.505000500066.089.005000500061.5510.505000500056.8112.005000500051.7813.505000500046.3615.005000500040.3816.505000441033.5118.005000349024.9919.505000345011.2621.00481028900021.3440502400井 口 区生 活 区甲 板 货 物 吊 装 区设 备 区W12-1平台16吨吊机和5吨吊机最大工作覆盖面（各为21.3米）图6-4-2 W12-1吊机覆盖面示意图（4）工作速度 起重机各机构的工作速度V根据工作（用户）要求而确定，平台吊机的工作速度一般指吊钩起升（下降）速度。例如W12-1油田16t吊机吊钩起升（下降）速度为1.55-1.67m/s。6.4.4 吊机重要部件6.4.4.1钢丝绳：钢丝绳作为吊机主要部件，它的选择、安装、固定、检验及报废是否正确，直接关系到安全问题。根据ISO4308-1981起重机- 钢丝绳的选择、ISO4903-1981起重机用钢丝绳 检验和报废使用规范，按起重机作业条件，根据钢丝绳的破断拉力SP选用钢丝绳，所选用的钢丝绳必须符合GB1102-74圆股钢丝绳的要求，并必须有产品性能合格证书。1、钢丝绳的构造和分类钢丝绳在吊机中被广泛用作起重绳、变幅绳、小车牵引绳，在装卸工作中还可用于货物的捆扎。钢丝绳具有承载能力大，过载能力强，挠性好,自重轻,和传动平稳无噪音等优点,适于高速运动。由于绳股中钢丝断裂是逐渐产生的,一般不会发生整根钢丝绳突然断裂的现象,所以工作较可靠。钢丝是采用优质炭素钢（50号、60号、65号钢）经冷拉和热处理制成,抗拉强度极限达120220公斤/毫米2。钢丝的质量根据耐弯折次数的多少分为三级：特级、I级和级。特级钢丝韧性最好,用于载人的升降机；I级钢丝韧性较好,用于一般吊机，级钢丝韧性一般,用作捆扎绳。钢丝绳所用的绳芯有以下几种：1）、纤维芯是用麻、棉纱等纤维制成,并用防腐、防锈润滑油浸透,可经常从钢丝绳的内部润滑钢丝,且具有较高的挠性和弹性,但这种钢丝绳不宜承受横向压力,在高温幅射环境下不能使用。2）、石棉芯是用石棉纤维等制成,并用防腐、防锈润滑油浸透。用这种绳芯制成的钢丝绳性能与用纤维芯制成的钢丝绳差不多,但它能在高温辐射条件下工作。3）、钢丝芯是用软钢丝制成.用这种绳芯制成的钢丝绳强度大,可承受横向压力。2、钢丝绳的安装 从筒卷轴或钢丝绳上拉出钢丝绳时，应采取措施防止钢丝绳打环、扭结、弯折和乱绳。3、钢丝绳端部固定钢丝绳应选用与钢丝绳直径相应的压板、楔形套、锥套、绳子卡、压制接头、编插等固定，固定处强度要求见表6-4-5。 表6-4-5绳端固接强度绳端固接形式固接强度说明锥形套100%浇注铅、锌液编插75%-95%钢丝直径15mm以下90%，16-26mm85%，28-36mm80%，36mm以上75%，楔形套65%-75%斜度1：4绳头端要绑扎绳卡80%-85%正确安装80%压制接头100%铝合金编插压制接头压板100% 注：“固定强度”是指钢丝绳端固定部位承受的拉力，相当于钢丝 绳破断拉力的百分数。 卷扬机无论在什么工作下，留在卷筒上的钢丝绳应不少于3圈。采用编插固接时，编插部分的长度不得小于钢丝绳直径的20倍，并不得小于300mm。其编插部分应捆扎细钢丝，见图6-4-3。采用绳卡固接时，绳卡数量不得少于3个，绳卡数量和绳卡间距与钢丝绳直径有关，见表6-4-6。绳卡的间距不小于钢丝绳直径的6倍。绳头距最后一个绳子卡的长度不小于140mm，并采用细钢丝捆扎，绳卡滑鞍放在钢丝绳工作时受力的一侧，U型螺栓扣在钢丝绳的尾端，不得正反交错设置绳卡，见图6-4-4.（20-25）dd图6-4-3 钢丝绳编插固接图(6-8)d6d6dd140mm图6-4-4钢丝绳绳卡固接图表6-4-6与绳径匹配的绳卡数钢丝绳直径mm1010-2021-2628-3636-40最少绳卡数目34567 钢丝绳受力前固定绳卡，受力后要再度紧固。6.4.4.2卷筒和滑轮： 为了保证吊机的安全，当卷筒和滑轮有下列情况之一者应报废：1）裂纹或轮缘破损；2）卷筒壁较原来厚度减少10%；3）滑轮绳槽的壁厚，磨损达20%；4）滑轮槽底磨损超过钢丝直径的25%；6.4.4.3吊钩：吊钩的制造应符合吊钩的标准；吊钩禁止补焊，有下列情况之一的应报废；1）用20倍放大镜观察表面有裂纹、破口，钩尾和螺纹部分等有危险断面及钩筋有永久性变形者；2）挂绳处断面磨损超过原高10%，心轴（销子）磨损超过其直径的5%。6.4.4.4起升机构制动器起升机构的每一套独立的驱动装置，至少要装一个支持制动器。支持制动器应是常闭的，制动器必须装在传动机构刚性联结的负载上，制动安全系数为：一般起升机构不低于1.5；重要起升机构不低于1.75；6.4.4.5变幅机构制动器非平衡变幅机构的制动器安全系数与起升机构的相同。平衡变幅机构的制动器安全系数不低于1.25。6.4.4.6回转机构制动器回转机构宜采用可操纵的常开式制动器，其制动力矩应能使起重机回转部分在最不利工作状态和最大回转半径时停住。如果采用常闭式制动器，起重机回转加速度，采用下列推荐值：对于安装用起重机推荐取0.1-0.3m/s2; 对于装卸用起重机推荐取0.8-1.2m/s2。6.4.4.7吊机制动装置1、制动装置的作用：在吊机的各机构中。只有具备了可靠的制动器，对机构的准确和安全工作才有保证。吊机是一种间歇动作的机械,要经常地起动或制动，利用制动器可以升降、平移和旋转等过程中能随时随地使运行机构停止不动。这样既可以防止偶然发生事故,又能按照需要进行工作,所以制动器在吊机中既是工作装置又是安全装置。一般说来,吊机的制动装置具有以下三种作用：1）、支持当重物的起升和下降动作完毕后,将吊臂和货物支架悬空,使重物保持不动。2）、调速或限速消耗运动部分的动能,调节或限制机构、机器的运动速度。3）、制动使机构或机器的运动停止。凡是利用摩擦将机械运动的动能全部或部分转化为热能,达到减速或制动目的的装置,称为制动器。2、制动装置的分类：根据工作状态,制动器分常开式和常闭式两种。凡机械不工作时抱闸，机械运转时松闸的制动器,称为常闭式制动器。经常处于松闸状态,只在需要时由司机操纵才抱闸的制动器,称为常开式制动器。常闭式制动器一般用弹簧产生抱闸力,由专门的松闸器松闸。常开式制动器由人力、液压或气力等产生抱闸力,一旦抱闸力停止作用,制动器就在重力或弹簧作用下松闸。根据作用方式,制动器可分为自动作用式和操纵式两种。凡是制动器的抱闸和松闸都是自动进行,不需要对制动器进行专门操纵的,称为自动作用式。凡是抱闸和松闸动作,以及制动力大小均可由司机操纵控制的制动器,称为操纵式制动器。根据制动器的构造特征,目前,常见的制动器有三种型式：即带式制动器、块式制动器电磁瓦块式、液压瓦块式制动器及盘式制动器。上述三种不同结构的制动器,工作原理是相同的。都是依靠装在机构轴上的制动轮（制动盘）与装在机架上的固定瓦块(钢带或圆盘)相互压紧而产生的磨擦力来实现制动的。在这里介绍W12-1油田用的带式制动器和盘式制动器。1）、带式制动器带式制动器是由包在制动轮上的制动带和制动轮之间所产生的磨擦力来制动的。图6-4-5所示的带式制动器由制动带1、与机构相连的制动轮2、连杆3、松闸图 6-4-5油缸4及上闸弹簧5组成。弹簧的拉力使连杆将制动带拉紧并压紧制动轮实现制动,为常闭式制动器。需要松闸时,高压油进入油缸左腔，推动油塞向右运动并克服弹簧的上闸力,制动带松开实现松闸。制动器的制动带通常用薄钢带制成。为了增加摩擦系数,在带的工作表面上钉有摩擦材料,如木片、皮革、石棉和辊压带等。当制动器松闸时,应使制动带与制动轮间形成0.81.5毫米的径向间隙。带式制动器结构简单、紧凑，制动力矩较大,可以安装在低速轴上并使吊机的机构布置得很紧凑。其缺点是制动时制动抽上产生较大的弯曲载荷,制动带磨损不均匀。2）、盘式制动器盘式制动器分为锥盘式和园盘式两种,圆盘式又分为单盘式和多盘式,一般常用多盘式。盘式制动器是利用装在机构传动轴上的制动盘与连接在机壳上的固定盘之间的磨擦力来达到制动目的。这种制动器上闸压力是轴向力,与块式或带式制动器不同，因而这种制动器又称为轴向压力制动器。3、制动器的使用与检查：工作前必须检查，制动器的全部构件运转是否正常；有无卡塞现象；制动块是否贴在制动轮上；制动轮表面是否良好和调整螺帽是否紧固。然后将重物吊起离地面150-200mm，检查制动器，确认正常后再吊起。制动器零部件的调整和更换，按下列规定进行：1） 制动块磨擦衬垫摸损超过原衬垫厚度50%时应更换；2） 制动轮表面磨损达1.5-2mm时必须更新（大直径取大值，小直径取小值）；3） 杠杆和弹簧出现裂纹要及时更换；4） 制动块磨擦衬垫与制动轮的接触面积不应小于制动块磨擦衬垫面积的75%，轮与衬垫的间隙要均匀一致，制动块开度不应超过1mm,制动带开度不应超过1.5mm；5） 必须保证制动器有必要的制动行程，平移机构的制动行程为其运行速度的1/5左右，起升机构满载下降时的制动行程为50-200mm.6.4.4.8吊机滑轮和吊钩在吊机的起升机构中，滑轮起着省力和穿绕钢丝绳的作用。滑轮一般通过滚动轴承套在轴上，速度较低时，也可以采用滑动轴承。为了确保滑轮的正常使用，要定期检查滑轮的磨损和和钢丝绳在滑轮表面的磨压状况；检查滑轮是否有裂缝和轮缘是否有缺损；检查滑轮的自由转动程度；检查滑轮轴承的磨损，并根据实际情况进行处理。吊钩表面要求光洁，没有毛刺、尖角，不允许有锻造缺陷，也不允许进行任何修补。6.4.5 吊机的检查维修保养1、每月检查,由操作员每月执行除包括吊机使用前检查的所有内容，另增加如下内容：(1)检查刹车和制动装置的调节是否适度，是否有过 度磨损和外界杂质存在。(2)检查电器设备的性能是否完好。(3)检查吊臂的高限位开关和防撞装置是否正确动作，检查时必须小心，慎防损伤吊机部件。(4)检查钢丝绳的润滑情况。 2、季度检查,由维修部门执行，操作员配合，除月检查内容外，另增加如下内容：(1)检查吊臂弯曲的弦状部件，要求严格的部件是否丢失、损坏或焊接有无裂痕，检查吊臂末端连接的焊接是否有裂痕、变形和腐蚀。(2)检查吊臂的角度、幅度指示器是否精确。(3)检查滑轮是否有磨损和裂痕，钢丝绳穿越吊臂是否笔直和所有轴承是否处于良好状态。(4) 检查供电系统是否满足预期的安全要求。(5) 检查钢丝绳。(6) 检查绞车和回转系统的润滑油液位。3、 年度检查,由维修部门执行，除包括所有季度检查的内容外，另增加如下的内容：(1)绞车机构 绞车的年度检查包括性能及工作状况的检查、润滑油的检 测（润滑油的检测是检验绞车的机械完整性的重要依据）、绞车的刹车装置也必须进行检验。(2) 基础构架外观检查吊机的底座和甲板上支撑结构的所有焊接是否有裂 痕、变形和腐蚀，特别要留意有脱漆和生锈的地方。(3)回转机构 回转机构是指吊机旋转的上层结构和机座的连接部件，经常检查是为了保证长期安全操作。 4、钢丝绳的检查和更换 (1)钢丝绳的检查内容如下 1)细检查钢丝绳外部有无断丝和断股。2）钢丝绳外部有无磨损。3）检查钢丝绳末端的连接是否正确，有无腐蚀、断裂和弯曲。4）检查钢丝绳有无扭结、压裂、剪切或散股。5）绞车滚筒上钢丝绳不适当的缠绕：绳股挤裂、绳芯突起磨伤、过大的股缝、松散和不平坦的缠绕。6）必须仔细地检查在与吊机某些部件接触的钢丝绳面是否有严重磨损和（或）断裂。(2)钢丝绳的更换 1)钢丝绳不同状况的检查记录，将作为判断钢丝绳是否需要更换的依据。 2)检查记录应长期保存（至少保存至该绳更换），以便决定钢丝绳的更换期，所有钢丝绳检查的标准和检查的数据都必须记录。 3)钢丝绳不适合用于吊机时，绳索或其他装载工具都应卸除。 (3) 钢丝绳的更换准则 一般地,如下准则主要基于钢丝绳在最大载荷的情况。当发现钢丝绳有断丝时,必须加密检查周期,以便能尽快发现随后的断丝。股间断丝比表面断丝危害更大。1)主、副钩和吊臂使用的钢丝绳:a、六根断丝随机分布在一圈距内。b、一股中有两根断丝在同一圈距内。2)立绳(如吊臂的悬绳):a、三根断丝在同一圈距内。b、连接的末端有两根断丝。3)一根股间断丝表明绳内部可能还有断丝,应对此区域进行更仔细的检查。当有两根股间断丝存在于同一圈距时,此钢丝绳必须更换。4)钢丝绳外表直径磨损超过1/3时,此钢丝绳必须更换。5)钢丝绳结构由于扭结、压裂或其他扭曲性损伤而造成的扭曲,钢丝绳必须更换。6)有明显的热损伤,钢丝绳必须更换。7)单一圈距变长和伴随的直径缩小可能是由于绳芯损坏引起,应考虑更换钢丝绳。8)钢丝绳外部或内部有过多的永久性腐蚀，钢丝绳应予以更换。6.4.6起重机调试每台起重机在使用之前，都要进行一系列调试工作，包括MCS（机械检查）检查、安全负荷测试、过载负荷测试及其它功能测试。这些调试工作的目的是为了：检查起重机是否在有效的载荷下安全可靠；检查起重机的性能是否与设计相符；检测起重机的性能。1、 起重机的MCS检查（1）功能测试前的MCS检查 在功能测试前MCS检查是起重机验收的一个重要项目，它包括的内容：总体安装机构应与图纸相符，附属机件齐全，专用工具齐全。铭牌齐全，