一种防爆型旋臂式起重机的制作方法

本发明涉及一种起重机，特别是关于一种防爆型旋臂式起重机

背景技术：

近年来，LNG能源以其热值高、使用清洁环保、易存储及良好的经济性受到各国政府和诸多用户的重视，随着LNG贸易地位的快速提升，世界各国包括我国都计划在未来几年内建设LNG接收站。截止2016年，广东深圳、上海洋山港、福建莆田、浙江宁波、江苏南通等12座LNG接收站已经投产，天津大港、广西北海等LNG接收站正在建设，另有十余个LNG接收站项目的新建和扩建项目在规划当中，特别是我国与俄罗斯签署了4000亿美元的天然气大单，进一步扩充了市场前景，因此，LNG储罐罐顶起重机具有巨大的市场需求和良好的发展前景。虽然我国液化天然气工业起步比较晚，但是近十年来在LNG全产业链上的每一环节都有所发展，尤其是近几年LNG重大装备自主化研制方面取得较大进展，特别是本技术所涉及的防爆型旋臂式起重机。

LNG接收站的每个LNG储罐罐顶都需要配套防爆型起重机来满足LNG泵安装、检维修的吊装工作要求。由于LNG泵造价高昂，在安装时需要满足微速精确定位安装要求，稍有操作不当就会和泵井发生碰撞损伤低压泵体，LNG易燃易爆的介质特性，决定了罐顶起重机防爆等级高、动作定位精准、电机高低速比例大等安全、苛刻的使用工况，又因该起重机长期处于海洋环境当中，因此该起重机应具备极高的可靠性、维修性和环境适应性。

现有的LNG罐顶起重机有两种：一种为电动液压式防爆起重机，这类起重机为电机驱动液压泵实现起重机变幅、起升、回转动作，这类起重机当用做低压泵维修用起重机时由于采用的是液压系统，液压油有泄漏的风险，泄漏的液压油很容易对清洁的LNG储罐罐顶造成污染，其次，液压系统控制不精准，有缓冲，与低压泵维修作业要求的高精准相差甚远；另一种为普通的电动防爆旋臂起重机，国内这类起重机一般用于室内，防爆等级一般比较低，无法用于LNG储罐高危险区域，且速度一般为单速控制，即便是双速控制，高低速比一般为2:1或3:1，远远达不到低压泵维修作业要求的微速精准控制，因此现有的起重机技术对维修LNG储罐低压泵难度大、危险性高。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种具有极高的可靠性、维修性和环境适用性的防爆型旋臂式起重机。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种防爆型旋臂式起重机，其特征在于，该起重机包括立柱、回转机构、立柱爬梯、回转支承维修平台、臂架、臂架维修平台、回转锁紧装置、起升行走机构和控制装置；所述立柱采用钢板卷焊而成圆柱形，所述立柱底部与浇注基座的预埋螺栓固定连接，所述立柱顶部与所述回转结构固定连接；所述立柱内纵向固定设置所述立柱爬梯，所述立柱爬梯顶部固定连接所述回转支承维修平台；所述回转机构固定安装在所述臂架上部，并带动整个所述臂架回转，所述臂架是由塔身和行走梁焊接而成的钢结构件，所述塔身下方与所述回转机构固定连接，所述行走梁用于供所述行走起升机构前后行走，所述臂架维修平安装在所述臂架行走梁的两侧；所述回转锁紧装置用于对所述臂架进行回转锁紧；所述起升行走机构包括起升电机、起升减速箱、绞车、行走电机、行走减速箱、行走小车、绳长编码器和起升上下限位装置；所述起升电机通过起升减速箱固定连接绞车，所述绞车同轴连接两卷筒，其中一所述卷筒缠绕设置常温钢丝绳，另一所述卷筒缠绕设置低温钢丝绳，所述钢丝绳的底部均固定设置有吊钩组件，所述起升电机通过所述起升减速箱驱动所述卷筒转动，所述行走电机通过所述行走减速箱驱动所述行走小车向前或向后运行，所述行走小车通过行走支座进行支撑固定，所述绳长编码器安装于所述卷筒的轴端，当所述卷筒旋转时，所述绳长编码器输出的信号发送到所述控制装置，所述起升上下限位装置分别采用尼龙滚轮压卷筒上钢丝绳的方式。

优选地，所述回转机构包括回转电机、回转支承、回转行星减速器和调整法兰，所述回转电机固定安装在所述臂架上部，所述回转支承上部与所述臂架通过螺栓连接，所述回转支承下部与所述立柱顶部固定连接，所述回转电机固定连接所述回转行星减速器，所述回转电机驱动所述回转行星减速器转动，并通过输出小齿轮驱动所述回转支承转动，从而带动所述臂架回转，另外，所述调整法兰固定设置在所述臂架上，用于调整所述回转机构下部的输出小齿轮与所述回转支承的齿轮之间的有效啮合。

优选地，所述回转锁紧装置包括连接耳板、插销、行程开关和控制电路，所述连接耳板包括上连接耳板和下连接耳板，所述上连接耳板固定设置在所述臂架，所述下连接耳板固定设置在立柱上，当起重机不工作时，所述插销插在所述上下耳板内，顶开行程开关，切断控制电路，所述回转机构不能工作。

优选地，所述立柱爬梯的外部还设置有护笼。

优选地，所述臂架的垂直下绕度不超过R/250mm，R为有效半径，即起重器回转中心线与外侧端头的载荷吊距垂直中心线之间的水平距离。

优选地，所述行走小车的滚轮采用材质0Cr17Ni4Cu4Nb高强度不锈钢直接加工成型。

优选地，该起重机还包括四个销轴式传感器，四个所述销轴式传感器分别固定设置在所述绞车两端的墙架与所述行走支座连接的支点上，当所述绞车承载拉力时，每一所述销轴式传感器内的应变片发生形变引起电流信号发生变化，并将变化的电流信号发送到所述控制装置。

优选地，所述臂架的最前端和最后端终点停止处均设置终点撞块，紧接着离向前或向后的所述终点撞块半米左右的位置处还设有所述微速撞块。

优选地，该起重机还包括集成遥控手柄，所述集成遥控手柄分3组功能型按钮、急停按钮和备用钥匙，所述3组功能型按钮分别控制起重机上升下降、左右回转及前后行走的高低速转换，所述3组功能型按钮采用2组波段开关。

优选地，所述绞车采用双制动，一个是电机自带刹车，另一个刹车为棘轮棘爪机构的驻车制动，所述电机自带的刹车在所述起升电机的同轴尾部，工作时序与所述起升电机的动作时序一致；棘轮棘爪机构的驻车制动的所述棘轮装在所述绞车卷筒上靠一侧墙架的一边，所述棘爪机构的旋转轴装在墙架上，所述棘爪机构通过装在墙架外侧的防爆电动液压缸进行驱动，所述电动液压缸通电工作，带动棘爪机构工作，棘爪从棘轮上脱开，反之，电动液压缸不通电，棘爪机构复原到原位，棘爪顶住棘轮，使所述绞车上的吊钩组件不能下降。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明立柱采用高强度钢板(DH36)卷焊而成圆柱形，因此可以满足在LNG罐顶正常起吊泵井内的LNG泵，具有高强度、高稳定性、低挠度等特点，高强度是支撑整个起重机正常工作的保障，高稳定性是起重机各动作安全运行的重要条件，低挠度是确保起升行走机构在设计轨道上安全运行的保证。2、本发明的臂架将塔身和吊臂设计为一个整体，即塔身和吊臂不需要有连接销轴或支撑杆，使用更安全。3、本发明的起重机行走机构在臂架轨道上行走，要求轨道面的倾斜不能超过一定的范围值即臂架的垂直下绕度不超过R/250mm，以保证行走小车在轨道面上行走时不会失控。4、本发明的绞车采用同轴双滚筒设计，可同时分别设置低温钢丝绳和常温钢丝绳，因此可以在起吊低压泵时，不需要将绞车滚筒上原有的常温钢丝绳需拆下，直接将LNG泵自带的低温钢丝绳安装到绞车上，进行起吊LNG泵的作业。5、本发明的绞车双刹车结构设计，在设计绞车刹车制动时，选用了一个电机自带刹车，另一个刹车为独立于电机自带的刹车制动，正常工作情况下，所有刹车均打开，当断电情况下，所有刹车均闭合(即刹车刹死)；当在作业时，电机刹车失效，为保护设备的安全，另一独立于电机自带刹车的刹车就可以起到保护作用。6、本发明无火花行走滚轮设计，即在行走机构的滚轮表面做镀铜处理，因此有效防止滚轮在行走时，因摩擦、撞击而产生火花引发LNG和空气的混合气体爆炸。7、本发明起重机的微速控制技术涉及两个方面：一是大比率双速控制技术中的低速运行，另一微速控制技术就是起升运行机构的微速行走控制，起升运行机构的微速控制保护设于整个行走行程的前后两端离最终限位处约半米的位置，当起升行走机构向前或向后行走到微速限位处时，微速开关发出信号，将控制行走的指令由高速运行切换到微速运行,起升行走机构以慢速向前或向后运行，直到前后行程的最终限位处，由最终点限位开关触动行程停止指令，起升行走机构停止向前或向后的行走。综上所述，本发明可以安装在石油天然气行业原油罐、液化天然气储罐、液化石油气储罐等燃料储存容器顶部，广泛应用于材料和设备的放置、安装、检修、维修等吊装作业。

附图说明

图1是本发明防爆型旋臂式起重机的结构示意图；

图2是本发明防爆型旋臂式起重机回转机构结构示意图；

图3是本发明防爆型旋臂式起重机起升行走机构结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图来对本发明进行详细的描述。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

如图1所示，本发明的防爆型旋臂式起重机，包括立柱1、回转机构2、立柱爬梯3、回转支承维修平台4、臂架5、回转锁紧装置6、起升行走机构7、臂架维修平台和8控制装置。

立柱1采用高强度钢板(DH36)卷焊而成的空心圆柱，立柱1的底部和顶部均固定设置有连接法兰，立柱1底部的连接法兰与浇注基座的预埋螺栓固定连接，立柱1顶部的连接法兰通过高强度螺栓与回转结构2固定连接。立柱1内纵向固定设置立柱爬梯3，立柱爬梯3包括纵向平行间隔设置的两钢板31，两钢板31之间横向间隔设置有若干方钢32，使用时，立柱爬梯3的外部设置有护笼，用于对攀爬人员进行保护，立柱爬梯3的顶部固定连接回转支承维修平台4，回转支承维修平台4固定设置立柱顶部，用于维修回转机构2以及电气控制系统。立柱爬梯3用于操作人员由罐顶作业维修平台攀爬到起重机上方回转支承维修平台4对起重机进行维修。

如图2所示，回转机构2固定安装在臂架5的上部，并带动整个臂架5回转。回转机构2包括回转电机21、回转支承22、回转行星减速器23和调整法兰24。回转电机21固定安装在臂架5的上部，回转支承22的上部与臂架5通过高强度螺栓连接，回转支承22下部与立柱1顶部的连接法兰通过高强度螺栓连接，回转电机21固定连接回转行星减速器23，回转电机21驱动回转行星减速器23转动，并通过输出小齿轮驱动回转支承22转动，从而带动整个臂架5回转，另外，调整法兰24固定设置在臂架5上，用于调整回转机构2下部的输出小齿轮与回转支承22的齿轮之间的有效啮合。

回转锁紧装置6包括连接耳板、插销、行程开关和控制电路，连接耳板包括上连接耳板和下连接耳板，上连接耳板固定设置在臂架5，下连接耳板固定设置在立柱1上。当起重机不工作时，插销插在上下耳板内，顶开行程开关，切断控制电路，起重机不能工作，用于对起重机的不可意料的环境(如台风、地震等)所造成的意外动作起保护作用，控制电路可以采用现有电路，在此不做限制。

如图3所示，起升行走机构7包括起升电机71、起升减速箱72、绞车73、行走电机74、行走减速箱75、行走小车76、绳长编码器77和起升上下限位装置78；起升电机71通过起升减速箱72固定连接绞车73，绞车73同轴连接两个卷筒730，其中一卷筒缠绕设置常温钢丝绳731用于起吊货物，另一卷筒缠绕设置低温钢丝绳用于起吊LNG泵，起升电机71通过起升减速箱72减速后驱动卷筒转动，从而实现钢丝绳收放，最终实现重物的上升或下降；行走电机74通过行走减速箱75驱动行走小车76向前或向后运行，从而实现起升行走机构在臂架5走道上的行走功能，行走小车76可以通过一行走支座进行支撑固定。绳长编码器77安装于卷筒的轴端，用于计算卷筒上的钢丝绳下放的长度，当卷筒旋转时，绳长编码器77输出的信号发送到控制装置经处理后显示长度。起升上下限位装置78采用尼龙滚轮压卷筒上钢丝绳的方式，在常温钢丝绳下降到罐顶外地面时，尼龙滚轮从常温钢丝绳上下降到光身卷筒上，此时触动下限位开关动作；在常温钢丝绳吊钩上升到离卷筒1米左右时，尼龙滚轮从光身卷筒上提到常温钢丝绳上，此时触动上限位开关动作，低温钢丝绳的上下限位设置类似，在此不再赘述。

臂架5是由塔身和行走梁51焊接而成的钢结构件，塔身下方通过高强度螺栓与回转支承22固定连接，行走梁用于供行走起升机构7前后行走。

臂架维修平台8安装在臂架行走梁的两侧，供操作人员检修行走起升机构以及更换钢丝绳(常温绳和低温绳)，钢丝绳的底部固定设置有吊钩组件9，且臂架维修平台8与回转支承维修平台4之间纵向固定连接有行走梯81。

在一个优选的实施例中，立柱1的高大约12m，以此为例，不限于此。

在一个优选的实施例中，为了满足起升行走机构7在臂架5的行走梁上行走的特性，要求轨道面的倾斜不能超过一定的范围，以保证行走小车76在行走梁上行走时不会失控，本申请进行整体计算和有限元分析后要求臂架5的垂直下绕度不超过R/250mm(R为有效半径，即起重器回转中心线与外侧端头的载荷吊距垂直中心线之间的水平距离)。

在一个优选的实施例中，为了防止行走小车76的滚轮在行走时，因摩擦、撞击而产生火花引发LNG和空气的混合气体爆炸，因此本发明的滚轮采用材质0Cr17Ni4Cu4Nb高强度不锈钢直接加工成型。

在一个优选的实施例中，本发明的防爆型旋臂式起重机还包括一遮雨棚10，遮雨棚10安装在行走梁靠塔身的一侧，当起重机不工作时，行走小车76停在遮雨棚10下，起防护作用。

在一个优选的实施例中，本发明的防爆型旋臂式起重机还包括四个销轴式传感器，四个销轴式传感器分别固定设置在绞车73两端的墙架733与行走支座连接的支点上，当绞车73承载拉力时，销轴式传感器内的应变片发生形变，销轴式传感器内的电流信号发生变化，电流信号发送到控制装置进行计算得出当前起升绞车的负载值，该数值用于实时与控制装置内设置的起重机的设计预警点、报警控制点进行比较，并根据比较结果输出控制信号控制起升电机71的升降，从而实现起重机的过载保护，同时实现起重机的额定吊重，实际吊重，实际负载百分比等实时监控。

在一个优选的实施例中，本发明的起升行走机构还设置有电气限位开关，其中，臂架5的最前端和最后端终点停止处均设置终点撞块，紧接着离向前或向后的终点撞块半米左右的位置处还设有微速撞块，前后终点撞块之间是整个行程，前后微速撞块之间的行程在整个行程的内部，比整个行程少一米。工作时，起升行走机构7的向前或向后的终点停止，依靠起升行走机构本体上安装的向前或向后的电气限位开关碰撞到向前和向后的终点撞块，触发电气限位开关发出指令停止向前或向后的行走。紧接着离向前或向后的终点撞块半米左右的位置处还设有微速撞块，依靠起升行走机构本体上安装的电气限位开关碰撞到向前或向后的微速撞块，触发微速电气限位开关发出指令，微速向前或向后行走，直至终点撞块停止处。起升行走机构行走的过程中，如果是在高速运行档，当向前或向后行走到微速撞块处时，微速开关发出指令，行走自动切换到微速档运行，缓慢运行直至到终点撞块停止，提高起升行走机构的安全可靠性。

在一个优选的实施例中，起重机的工作环境决定了起重机的操作模式，起吊低压LNG泵时，操作人员需要站在泵井旁边，看着工作人员和实物进行起吊作业，不可能站在将近五十米高的吊机平台上盲目操作。本发明防爆型旋臂式起重机还包括集成遥控手柄，将操作模式设计成手持集成遥控操作。集成遥控手柄用于通过控制装置对起重机的所有动作进行控制，集成遥控手柄分3组功能型按钮、急停按钮和备用钥匙，3组功能型按钮分别控制起重机可上升下降、左右回转及前后行走的高低速转换，急停按钮在紧急情况下使用。3组功能型按钮可以采用2组波段开关，能感应操作者操作时力量，平缓的实现高低速的切换，提高起重机高低速转换效率，有利于起重机的精确定位。当正常操作起重机的情况下，轻按按其中一个功能型按钮的某方向动作，起重机对应动作慢速运行；当需要切换为高速时，只需再用力按下此按钮，集成遥控手柄按钮上的波段开关闭合动作，起重机对应切换为高速运行状态。反之，当起重机高速运行时，轻放集成遥控手柄上的按钮，波段开关断开动作，起重机切换为低速运行状态，这样的集成控制既轻便又可以减少遥控按钮盒的按钮数量，缩小遥控按钮盒的存放空间。

在一个优选的实施例中，由于LNG储罐的特殊性，其整机需全防爆，防爆等级要求高。在电路电压、电感应一定的情况下，最小点燃能量是最小点燃电流的函数。因此，国际电工委员会(IEC)和我国都是用最小点燃电流比来对爆炸性气体、蒸汽混合物进行分级，级别从低到高分为IIA、IIB和IIC。对爆炸性气体、蒸气混合物的引燃温度可以作为温度等级的分组基础，“温度分组”IEC及我国把爆炸性气体、蒸气混合物分组，级别从高到低分为T1-T6六个组别。而研究项目防爆等级为II2GExdeIIC T3，便可知其要求程度很高。本发明的所有电气控制箱，手持集成遥控操作按钮盒等都要设计和制造成此防爆等级的。

在一个优选的实施例中，本发明绞车73可以采用双制动，一个是电机自带刹车，另一个刹车为棘轮棘爪机构734的驻车制动。电机自带的刹车在电机的同轴尾部，工作时序与电机的动作时序一致，即电机通电工作时，刹车打开松弛，电机断电不工作时，刹车闭合刹紧。棘轮装在绞车卷筒上靠一侧墙架的一边，棘爪机构的旋转轴装在墙架上，棘爪机构通过装在墙架外侧的防爆电动液压缸来驱动，手持集成遥控操作按钮盒的旋钮控制电动液压缸的动作，旋钮闭合，电动液压缸通电工作，带动棘爪机构工作，棘爪从棘轮上脱开(此时，绞车受电机自带刹车的控制)，反之，旋钮打开，电动液压缸不通电，棘爪机构复原到原位，棘爪顶住棘轮，使绞车上的吊钩不能下降，棘轮棘爪的刹车只用作绞车的驻车使用。

在一个优选的实施例中，控制装置包括有起升控制模块、行走控制模块、回转控制模块、力矩限制控制模块、手持集中操作控制模块和辅助功能模块，起升控制模块用于控制起升电机71，行走控制模块用于控制行走电机74，力矩限制控制模块用于获取销轴式传感器数据实现起重机的过载保护，辅助功能模块设置有航空警示、防雷接地等。为了满足极低低速和频繁点动的要求，从设计上，三大动作的电机选择了双速和频繁点动的电机，而且低速要极低，起升动作的低速达到了0.9m/min；频繁点动达到4次/min。

在一个优选的实施例中，起升动作双速的速度比接近6:1(高速5.2m/min，微速为0.9m/min)，增大了电机选取和控制系统的难度。根据公式n(转速)＝60×f(频率)/p/2(极数)结合本起重机的实际使用工况，所有动作均为双速设计，特别是提升高/微速度接近6:1，高速档与微速档相差较大，微速提升要达到0.9m/min，微速档的功率也特别小；行走快/微速度为4:1，微速行走的功率接近0.1kW。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。