出铝专用起重机设计关键点

谢军强，侯永强，于海洋

（河南卫华重型机械股份有限公司，河南新乡 453400）

0 引言

出铝专用起重机是工作在电解铝车间，专业用于吊运铝水包的起重机。当电解槽中铝液较多时，就需要将铝水抽出来。出铝专用起重机首先从运包车上将铝包吊运下来，然后吊着铝包，将铝包的吸嘴插入电解槽铝液中，打开地面气源，将铝包抽真空，即采用真空负压法将铝液抽至铝包中，然后行走大车完成其余槽子的出铝作业，出铝完成后将铝包再吊运至运包车上。

出铝专用起重机是在电解铝多功能上分化来的一个产品，与电解铝多功能起重机在同一跨车间上运行，分担了电解铝多功能起重机的出铝工作。使得多功能起重机专业用于槽面操作，基本不再承担出铝工作。由于其工作环境及工作任务的特殊性，在其设计上需要关注一些关键设计点。

1 设计标准

铝包为类似茶壶的结构，铝液为熔融金属，吊运熔融金属的起重机需要符合最新标准JB/T 7688.5—2012《冶金起重机技术条件 第5 部分：铸造起重机》的要求。例如，单吊点必须采用两根钢丝绳，主起升设置一套驱动装置时应在卷筒上设置安全制动器，应采用钢芯钢丝绳等。

出铝专用起重机是大型预焙阳极电解的辅助设备，它处于高温熔盐、大电流、强磁场、多粉尘及HF 烟气的环境中。环境空气中含有氧化铝粉尘、炭粒粉尘、氟化氢气体，沥青烟等有害物质。由于电解采用大直流电，出铝时铝包直接接触铝液，铝液为导电体，为防止电流导至起重机上，造成交直流混电，损坏设备及人员触电。出铝起重机需符合最新标准JB/T 8907—2013《绝缘桥式起重机》的要求，例如，设置三道绝缘、设置绝缘失效报警（绝缘监测）等。

2 设计要点

2.1 绝缘设计

2.1.1 设计要点

由于出铝起重机直接接触大电流，因此，绝缘设计尤为关键，它直接关系到起重机上电气设备及操作维修人员的安全。起重机应设置以下三道绝缘。

（1）吊钩与钢丝绳动滑轮组之间的绝缘。在吊钩横梁与轭板之间设置绝缘套管及绝缘板，防止钩头接触带电体，将电流传至定滑轮再传至钢丝绳。

（2）起升机构与小车架之间的绝缘。在起升机构，如卷筒组、减速机、电机等底座下设置绝缘板、绝缘套。在钢丝绳下绳处开口周围包有绝缘材料，以防止第一道绝缘失效后，电流通过起升机构传至小车架。

（3）小车架与桥架之间的绝缘。是指在小车车轮安装处设置绝缘板、绝缘套，以防至前两道绝缘失效后，电流通过小车架传给小车轨道，再传给桥架。最终目的是防止钩头接触带电体后将电流传至桥架上，保护设备及人员安全。

JB/T 8907—2013《绝缘桥式起重机》标准要求：采用1000 V兆欧表进行检测，每级绝缘电阻不应小于1 MΩ。但对于出铝起重机来说，其工作环境中含大量粉尘，粉尘为碳颗粒、氧化铝粉等的混合物，成分复杂，具备一定导电能力，聚集在绝缘板上会降低绝缘阻值。因此，对其绝缘阻值的要求要高于标准，每级绝缘阻值不应小于5 MΩ。

为确保起重机投入使用后，绝缘阻值能稳定地大于5 MΩ。根据经验，绝缘设计时需注意以下3 个要点。

（1）绝缘板尽可能大，保证超出其连接的上下钢板外缘至少10 mm，绝缘板厚不低于10 mm，绝缘套管必须深入绝缘板孔内，与绝缘板上平面距离不超过2 mm，以增加爬电距离，如图1所示。

图1 绝缘装配图

（2）增加绝缘层数，如设置为2～3 层，以增加爬电距离。

（3）在起重机制作完成后，检测其每级绝缘阻值应不小于200 MΩ，保证使用后每级绝缘阻值可稳定地达到5 MΩ 及以上。

2.1.2 绝缘点设置原则

（1）尽量减少绝缘点的数量，实践证明，每增加一个绝缘点数，这一级的绝缘阻值就会降低。

（2）绝缘点位置的选择要清晰，要考虑便于装配及便于拆卸，以减少装配过程中绝缘材料表面绝缘漆的破坏。例如，小车架与桥架之间的这一级绝缘，通常是在小车轮直角式轴承箱与小车架连接处设置绝缘（4 个车轮，每个车轮2 个直角形轴承箱，共计8 个绝缘点），主动小车轮与小车低速传动轴之间设置绝缘（采用绝缘联轴器，为1 个绝缘点），这一级绝缘共9 个绝缘点。按上述原则改进设计后的结构为：小车采用双层式，将起升机构与运行机构分离，分别位于上下两层，上下层之间设置绝缘，绝缘点数减少为4 个，同时绝缘设置更合理，绝缘板及绝缘套方便装配拆卸，装配质量容易保证；小车运行驱动采用三合一减速电机驱动，由于双层小车之间设置了绝缘，此处不需要再设置绝缘。因此，这一级绝缘共计4 个点，绝缘效果提升明显。

2.2 吊钩组设计

出铝起重机出铝时需从运包车上将铝包吊下，出铝结束后再将铝包吊运至运包车上。因此，出铝吊钩的上极限必须尽量小，确保可以从运包车上吊下铝包且具有一定安全距离，防止吊钩冲顶。常规的绝缘吊钩组是在吊钩横梁与轭板之间设置一级吊杆及一套绝缘装置，使得吊钩组长度比普通吊钩组增加约900 mm，如图2 所示。新设计的吊钩组相对于普通吊钩的区别是滑轮片采用绝缘尼龙材料，此尼龙为特种铸造尼龙，机械性能及绝缘性能均优越，吊钩总长不增加，有效提升了吊钩组的上极限，钩头采用防磁不锈钢1Cr18Ni9Ti，防止钩头碰触电解槽时吸附在槽子上，如图3 所示。

2.3 电子秤选型设计

通常，出铝起重机电子秤的设置有4 种方式：①吊钩式电子秤，挂在钩头上使用；②定滑轮托轴式电子秤，即传感器设置在定滑轮轴下，两个传感器托着定滑轮轴；③架小车式电子秤，小车为双层结构，上下小车之间设置4 只高精度传感器，使上层车架形成一个称重平台；④轭板反压式电子秤，传感器设置在吊钩横梁轴下，两个传感器托着横梁轴，传感器支架焊接在吊钩轭板上。

吊钩式电子秤为活动式，搬运不方便，行业内已逐渐不用。定滑轮托轴式电子秤受钢丝绳偏角影响，称量精度不稳定，精度难达到3‰。架小车式电子秤不受钢丝绳偏角影响，精度高，可达3‰，缺点是小车需设置为双层结构且绝缘无法在此处设置，增加起重机成本，安装也较复杂。轭板反压式电子秤是近几年新出现的一种结构，不受钢丝绳偏角影响，精度高，可达3‰，安全可靠，性能稳定，而且传感器安装于吊钩轭板上，方便检修维护。

最近几年，用户对称量系统的要求集中在两点：①称量精度高，一般要求在强磁环境下也不能低于3‰，尤其对于铝液外卖的企业来说，称量精度更为关键；②出铝量的统计管控，由人工记录出铝量升级为计算机总体管控计量，后台程序存储。根据用户需求，有些电子秤生产厂家已研发出一种精准出铝系统，其功能先进，实现单包、单槽、累加、包号槽号识别、单槽自动定量吸铝、吸铝重量上限保护、出铝数据存储管理等功能，已在一些电解铝企业得到运用，是一种发展趋势，前景广阔。

图2 常规绝缘吊钩组

图3 新式绝缘吊钩组

2.4 电气设计

（1）强磁场环境下要做好信号传输的屏蔽，避免通新信号被磁场干扰。

（2）重要电器元件一定要选用抗磁场干扰能力强，在电解铝车间得到检验、得到用户认可的品牌。

（3）要绝缘监测设备，实时显示绝缘阻值，绝缘失效时自动声光报警。

（4）要设置静电的接地释放，如电机外壳感应电流的接地释放。

3 结束语

出铝专用起重机是近年新出现的一种工艺起重机，使用环境、工作特点具有特殊性，它分担了电解铝多功能起重机的出铝工作，其部分要求也类似于多功能起重机。本文根据实践经验提出出铝起重机设计中需注意的一些关键点，可作为此种起重机的设计参考。