冶金起重機作為冶金行業(yè)安全、正常生產(chǎn)必不可少的關(guān)鍵和重要設備，其工作的可靠性、安全性、先進性一直受到人們的高度重視，但受傳統(tǒng)冶金工藝的制約，改革開放前的三十年國內(nèi)冶金起重機基本是在原蘇聯(lián)的模式下做一些小型的改進和發(fā)展。隨著改革開放的不斷深入，大量國外先進技術(shù)的引入，現(xiàn)代冶金起重機也發(fā)生了較大的變化。本文結(jié)合國內(nèi)冶金企業(yè)冶金工藝的改進及最終用戶的使用要求，對冶金起重機的發(fā)展趨勢談一些看法。
冶金起重機一般人們主要指服務于冶金企業(yè)的鑄造起重機、料箱加料起重機、板坯搬運起重機、鋼卷夾鉗起重機、磁盤起重機和服務于冶金廠工作級別較高的其它橋式起重機。由于冶金企業(yè)煉鋼、鑄坯(鑄錠)、軋鋼工藝的改變，脫錠起重機、均熱爐夾鉗起重機、剛性料耙起重機、平爐橋式加料起重機、均熱爐揭蓋起重機等傳統(tǒng)冶金起重機已逐步趨于淘汰，這里不做進一步的分析。僅就前面幾種現(xiàn)在冶金企業(yè)大量使用的起重機其發(fā)展趨向做一些初步的分析探討。
1 發(fā)展總趨勢
1.1起重量大型化，工作速度高速化
現(xiàn)代冶金起重機發(fā)展的主要趨勢之一，是起重量大型化，工作速度高速化，隨著社會的發(fā)展對冶金企業(yè)的要求也在逐步提高，這不僅表現(xiàn)在對冶金產(chǎn)品的數(shù)量要求上，更重要的是表現(xiàn)在對冶金產(chǎn)品的質(zhì)量和品種方面，由于社會需求的增加推動和促進了冶金企業(yè)的技術(shù)改造和技術(shù)進步，大型轉(zhuǎn)爐、連鑄、連軋技術(shù)的應用，對冶金起重機的大型化和高速度提出了更高的要求，現(xiàn)就國內(nèi)主要冶金起重機生產(chǎn)企業(yè)鑄造起重機的發(fā)展情況做一簡單的統(tǒng)計：
從上表可以看出，五十年來主鉤起升速度和起重量均有較大幅度的提高。
1.2 起升、運行機構(gòu)均采用調(diào)速系統(tǒng)
早在70～80年代，隨著交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和成熟，國外各著名起重機制造廠紛紛推出各機構(gòu)調(diào)速的承諾。
調(diào)速范圍因采用的調(diào)速方式不同而不同。
現(xiàn)設計大量使用的是定子調(diào)壓和變頻調(diào)速系統(tǒng)，起升機構(gòu)以定子調(diào)壓為多，運行機構(gòu)以變頻為多。機構(gòu)采用調(diào)速以后具有以下明顯優(yōu)點：
a) 機構(gòu)起、制動平穩(wěn) 當機構(gòu)起、制動時僅以正常速度的1／10或1／20微速起動或制動時，被吊物體平穩(wěn)運行，對起吊鋼水包的鑄造起重機特別有利；
b) 可有效減少制動器閘塊的磨損；
c) 被吊物體能準確定位；
d) 減少對金屬結(jié)構(gòu)(橋架或小車架)和傳動系統(tǒng)的沖擊，延長使用壽命；
e) 可有效改善操作工人的工作環(huán)境；
f) 減少起動對電網(wǎng)的沖擊。
使用調(diào)速系統(tǒng)后也帶來如下問題：
a) 起重機的造價提高；
b) 對維修電工的技術(shù)水平要求較高。
雖然采用調(diào)速系統(tǒng)后會增加設備成本，加大維修難度，但隨著技術(shù)的進步，調(diào)速系統(tǒng)的造價也在逐步降低，而其優(yōu)越性卻越加明顯。系統(tǒng)調(diào)速以后，其工作情況的改變?yōu)槠浒l(fā)展奠定了堅實的基礎。
1.3監(jiān)測傳感控制技術(shù)廣泛應用，使用性能和可靠度大大提高
隨著科學技術(shù)的進步，各種監(jiān)測、傳感控制技術(shù)在冶金起重機上得到了廣泛的應用，從而使起重機的使用性能得到很大的提高，使冶金起重機從以前簡單意義上物料搬運工具變成目前的物流、信息流綜合傳送設備。
1.3.1秤量裝置：
在鑄造起重機上設置數(shù)字式秤量裝置，小顯示屏放在司機室內(nèi)，大顯示屏設在主端梁下，朝向地面，使盛鋼桶內(nèi)的鋼水重量隨時顯示，該數(shù)據(jù)聯(lián)到計算機房內(nèi)，一方面可累計每日的產(chǎn)量，另一方面可根據(jù)連續(xù)板坯的大小、塊數(shù)來決定盛鋼桶應盛放的鋼水量，減少浪費。隨著各種大型高精度電子秤的應用，冶金起重機在搬運物品的同時，還可完成產(chǎn)量的統(tǒng)計、超載斷電和報警等功能。
1.3.2故障顯示、記錄、打印裝置
在連續(xù)生產(chǎn)的鋼鐵企業(yè)里，時間就是金錢。在起重機出了故障后，希望維修時間減至最短。
故障顯示裝置可將正發(fā)生故障的部、零件名稱在司機室內(nèi)的顯示屏上顯示出來，維修人員立即知道故障發(fā)生的部位，可大大縮短維修時間。
易出故障的電氣和機械的零部件，由業(yè)主列出清單，起重機制造廠按業(yè)主要求設置故障顯示點，一旦被監(jiān)測零部件出現(xiàn)故障，就會在屏幕上顯示出來，避免更大故障的發(fā)生。該裝置除具有顯示功能外，還具備記錄、打印功能，備查找故障原因，落實核對責任的需要。
1.3.3 二、三維定位裝置
吊具在空間的位置可通過本裝置在司機室內(nèi)的顯示屏上顯示，定位精度可控制在±10mm以下，可滿足各類自動作業(yè)線的工藝要求。
司機可通過顯示屏上顯示的數(shù)字直觀地確定吊具或物體是否已到達該物體應到達的位置，大大縮短起吊時間，也避免物體的晃動，可有效提高生產(chǎn)效率。
1.3.4 防碰撞裝置
過去為防止二臺起重機碰撞，僅安裝限位開關(guān)和緩沖器，現(xiàn)有激光式或雷達式防碰撞裝置。在一臺起重機設發(fā)射裝置，在另一臺起重機設接受或反射裝置，達到預先設定的間距時，就發(fā)出報警，避免發(fā)生相撞。
1.3.5 安全制動器
在吊運重要物體，如：核原料、液態(tài)金屬、大水電站的發(fā)電機轉(zhuǎn)子等，起重機的主起升機構(gòu)的卷筒上設置安全制動器。在該卷筒一側(cè)法蘭的輪緣上根據(jù)制動力矩的需要可設置一對、二對甚至三對瓦塊，由專設的液壓站進行控制。起動時，安全制動器先打開，設在高速軸上的工作制動器后打開。制動時，工作制動器先制動，安全制動器滯后幾秒再制動。安全制動器的作用是保證工作制動器與安全制動器之間所有傳動鏈環(huán)節(jié)中任一傳動件損壞或斷裂時，被吊物件均可安全。
把各種監(jiān)測、傳感技術(shù)適當?shù)貞迷谄鹬貦C上，實現(xiàn)對冶金起重機的有線或無線控制，既是現(xiàn)代冶金起重機發(fā)展的方向，同時也應成為個設計工作者應該努力的目標。
1.4 控制技術(shù)程序化，遙控技術(shù)在特殊環(huán)境中使用
隨著計算機軟、硬件技術(shù)的發(fā)展和日臻完善，實現(xiàn)程序化控制的起重機也已成為可能，且其控制范圍變得日益廣泛，控制功能變得日益完善，各種冶金起重機按照人們事先約定的模式執(zhí)行一定的工作任務已成為現(xiàn)實。為了更準確、即時的完成各種工作任務，各種冶金起重機通過有線或無線與主控設備聯(lián)動。在主控室控制已成為可能，遙控冶金起重機和程控冶金起重機已在部分冶金企業(yè)中使用。遙控冶金起重機一般用在一些高粉塵、高污染的危險作業(yè)區(qū)，如武鋼一煉鋼出渣跨、珠江鋼廠、八一鋼廠等都有遙控起重機在用。而程控冶金起重機一般用在一些作業(yè)效率較高的場合。為提高起重機的使用壽命，減小沖擊、提高操作的準確性、運行效率和改善司機的操作環(huán)境，寶鋼三期工程中的1580、干熄焦提升機等都有一定范圍的使用，程控起重機和遙控起重機將得到一定的發(fā)展，并逐步被冶金企業(yè)所采用。
1.5 結(jié)構(gòu)型式標準化、生產(chǎn)模式國際化
我們之所以把“結(jié)構(gòu)型式標準化，生產(chǎn)模式國際化”作為現(xiàn)代冶金起重機的主要發(fā)展趨勢提出，主要出于以下兩方面的考慮：
a) 市場經(jīng)濟對冶金起重機的客觀要求 由于經(jīng)濟運行體制已由計劃轉(zhuǎn)向了市場，這樣為設備采購單位在短時間內(nèi)利用招投標形式選擇質(zhì)優(yōu)、價低產(chǎn)品提供了有力和有利的條件，設備生產(chǎn)廠沒有結(jié)構(gòu)型式的標準化和生產(chǎn)模式的國際化就很難達到用戶的要求；
b) 信息、通信技術(shù)的發(fā)展為實現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)型式標準化、生產(chǎn)模式國際化提供了充分的物質(zhì)和技術(shù)支持。實現(xiàn)結(jié)構(gòu)型式的標準化還可以把經(jīng)過實踐檢驗成熟可靠的結(jié)構(gòu)型式應用于新的產(chǎn)品中，避免結(jié)構(gòu)型式的不合理產(chǎn)生的技術(shù)質(zhì)量問題，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量。
1.6 吊車型式普通化、吊具型式專用化
把“吊車型式普通化、吊具型式專用化”作為現(xiàn)代冶金起重機的一個發(fā)展趨勢提出，主要是出于冶金企業(yè)鑄坯軋制技術(shù)的更新，即由傳統(tǒng)的鑄錠→脫錠→鋼錠加熱→初軋→熱軋，到現(xiàn)在的連鑄→連軋。配合傳統(tǒng)工藝時，冶金企業(yè)需要有：橋式加料起重機、料箱加料起重機、鑄造起重機、脫錠起重機、均熱爐鉗式起重機、均熱爐揭蓋起重機、板坯夾鉗起重機、剛性料耙起重機、(含磁盤)鋼卷夾鉗起重機等多種起重機來完成其工藝過程，而采用連鑄→連軋工藝時，冶金廠只要有料箱加料、鑄造、板坯夾鉗、鋼卷夾鉗等幾種起重機即可完成全部工藝過程中的物料搬運，使吊車型式得到極大的簡化。由于冶金產(chǎn)品品種需求的多樣性，各種專用吊具也應用而生，如配合精整跨的臥卷吊具、立卷吊具、自對中立卷吊具、揭蓋吊具、L型鉤鋼板吊具、C型鉤，與可人控旋轉(zhuǎn)的吊鉤配合使用，可實現(xiàn)多種操作功能。
1.7人機工程合理化、操作環(huán)境舒適化
隨著社會的進步，環(huán)保意識和勞動保護意識的提高，冶金起重機設計過程中把人機工程及操作環(huán)境舒適要求提到了較高的要求，如：司機室加裝冷、暖空調(diào)、隔熱保護、地面無線遙控、車上有線和無線通訊、航空座椅、司機休息室，上、下吊車全部采用斜梯、電氣室加裝隔熱防護和冷風機，較窄的人行通道采取防滑措施，經(jīng)常檢修部分加裝吊籠等都為操作維護人員提供了較好的工作環(huán)境和條件。特別是雙層壁、雙層玻璃的司機室與可躺式航空座椅、冷暖空調(diào)、有線、無線通訊配合使用。為改善司機的工作條件、提高工作效率、減少工作失誤起到了很好的作用。人機工程合理化正逐步成為現(xiàn)代冶金起重機發(fā)展的主要趨勢之一，越來越引起人們的重視。
2.典型結(jié)構(gòu)和傳動型式的分析和認識
2.1鑄造起重機主起升機構(gòu)的發(fā)展趨勢
鑄造起重機主傳動采用星形減速機應成為現(xiàn)代鑄造起重機發(fā)展的趨勢。現(xiàn)在在用的鑄造起重機大部分是采用棘輪棘爪傳動，之所以采用棘輪棘爪的傳動有兩個原因，一是棘輪棘爪對保證鑄造起重機的安全運行確有其優(yōu)點。二是星形減速機最初在鑄造起重機上使用時連續(xù)出過幾次問題，冶金部專門下文對星形傳動予以停用。經(jīng)過幾十年的反思，以及星形減速機在進口鑄造起重機上使用驗證的良好業(yè)績和控制監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展。
我們認為星形傳動在鑄造起重機上的應用將逐步擴大，原因有二，其一星形傳動基本具備原棘輪棘爪傳動的優(yōu)點，還可實現(xiàn)單電機長時間連續(xù)安全運行；其二對以前星形傳動造成事故的原因的認識逐步趨于一致，即結(jié)構(gòu)性問題而非原理性問題，只要通過改進和完善設計就可以避免，加之電氣控制監(jiān)測技術(shù)的進步，星形傳動的安全運行已經(jīng)可以得到有效的保證。
2.2 板坯夾鉗起重機的夾鉗裝置
重力夾鉗、電動開閉的重力夾鉗、動力夾鉗三種夾鉗裝置中，動力夾鉗因其成本較高，擴大推廣受到一定的影響，但由于其優(yōu)越的工作性能，特別是鉗口可實現(xiàn)準確的三維跟蹤、可靠夾起梯形坯、較高的工作效率和不損失起升高度，為實現(xiàn)冶金企業(yè)的自動化具有無可比擬的優(yōu)點。因而我們認為動力式板坯夾鉗起重機在現(xiàn)代冶金起重機發(fā)展上將占越來越重要的作用。
2.3橋架、小車架整體加工：
橋架、小車架包括一些大型結(jié)構(gòu)件整體加工是保證冶金起重機產(chǎn)品質(zhì)量的一項重要措施和有效途徑。由于冶金起重機工作的特殊性，對質(zhì)量提出了較高的要求，小車架整體加工指焊在小車架上的電動機底座，制動器底座，減速器支承座，卷筒支承座，和小車車輪支承座等機座一次性地劃線加工而成，相互間的形位、尺寸公差由機床保證，因此裝配工作變得特別簡單。只要把電動機、制動器、減速器、卷筒、車輪就位即可，不像舊的辦法，它們間的形位、尺寸誤差靠塞墊片來調(diào)節(jié)。
簡而言之，這些部件間的形位公差由機床精度保證與裝配工人的技術(shù)等級無關(guān)，排除了人為因素，因而大大提高了裝配精度和使用性能，同時也大大縮短了用戶的維修時間。
2.4 基礎傳動與控制
隨著冶金工業(yè)的連續(xù)化生產(chǎn)，要求冶金起重機具有可靠性高，調(diào)試及定位性能好，具有故障自診斷，操作平穩(wěn)舒適等功能，其控制結(jié)構(gòu)為：工業(yè)PC機+PLC+基礎傳動?；A傳動采用變頻調(diào)速。運行過程由傳統(tǒng)的人為速度控制將逐步過度到準確的PLC位置控制，工作信息將自動傳給上位機(工業(yè)PC)，最終與整個工廠的管理和控制系統(tǒng)相聯(lián)是冶金起重機基礎傳動與控制發(fā)展的主要趨勢。
2.4.1基礎傳動
基礎傳動將以全數(shù)字式可控硅定子調(diào)壓調(diào)速，變頻調(diào)速為主導。起升機構(gòu)將采用調(diào)壓調(diào)速或無逆變失敗的可逆變式變頻調(diào)速(例如西門子AFE)，運行將以變頻調(diào)速為主。
2.4.2自動控制：
PLC將完成所有自動控制的功能，通過現(xiàn)場總線(如PROFIBUS)實現(xiàn)對各機構(gòu)調(diào)速裝置的速度及定位控制，該方式通訊信息量大，連線簡單，可靠性高。對于板坯連鑄使用的板坯夾鉗連續(xù)自動堆垛，連軋后的鋼卷連續(xù)自動堆垛，PLC將根據(jù)設定，自動完成定時、定位自動夾坯，自動定位堆垛，整個過程將自動完成，重復循環(huán)，系統(tǒng)將具有自診斷功能，以確保運行可靠性。故障時，可切換到司機人工操作，并隨時從任一工藝流程點切入自動過程，這將使效率更高，設備運行更合理。
2.4.3 故障監(jiān)測與控制；
裝在司機室的 PC機或觸摸屏人機界面，將能夠顯示各機構(gòu)運行狀態(tài)故障信息，并可在PC機上設置工藝要求指令，下載至PLC。啟動自動控制功能，實現(xiàn)工藝要求的自動控制過程。工業(yè)PC機還可通過通訊實現(xiàn)與工廠管理網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)，從而實現(xiàn)生產(chǎn)管理自動化。