橋式起重機的修理

橋 式 起 重 機橋架變形機理及修復的工藝探討 撰寫人: 工種:冷作工摘 要橋式起重機是一種特種設備,分類較多,應用非常廣泛,而且由于橋式起重機的使用環(huán)境比較惡劣、工作對象千差萬別、工作級別不同等，同時也由于操作使用的原因，使橋式起重機的橋架發(fā)生變形，嚴重影響了橋式起重機的使用壽命。本文針對橋式起重機主梁變形的概念、原因、測量方法、造成的后果進行了探討，提出了在軌面上進行主梁下?lián)闲迯偷墓に嚵鞒?、相關(guān)的焊接參數(shù)。關(guān)鍵詞：橋式起重機、橋架、主梁、下?lián)稀⒑附右?、前言橋式起重機廣泛的應用在室內(nèi)外倉庫、廠房、碼頭和露天貯料場等處。橋式通用起重機橋架的變形是比較普遍存在的問題。發(fā)現(xiàn)變形之后，要視實際情況確定出防止繼續(xù)變形的措施或進行修復，絕不可以任其發(fā)展下去。經(jīng)驗證明，在正常情況下使用的起重機（不超載、不受高溫影響 以及維修合理等），其主梁下沉到一定得程度，就基本上趨于穩(wěn)定。但是有的起重機在使用一段時間之后，可能發(fā)生一些不正常的現(xiàn)象，如小車不能準確地停在指定位置上或運行時發(fā)生擺動，小車啃軌，大車啃軌，機構(gòu)傳動部件不正常的損壞以及電氣元件多次的燒傷等。產(chǎn)生這些現(xiàn)象的重要原因之一，就是橋架發(fā)生了永久變形。此時應對橋架各主要尺寸進行檢查和測量，如主梁撓度、水平旁彎、腹板波浪形、橋架對角線誤差等。把實際測量的結(jié)果和有關(guān)規(guī)定的數(shù)據(jù)對照一下，然后分析出產(chǎn)生這些毛病的原因，最后確定出具體的修理方案。二、主梁變形的概念橋式起重機在出廠就制造出有上拱度的主梁，其目的是增強主梁的承載能力及減輕小車的爬坡和下滑。所謂主梁的上拱度，就是主梁向上拱起的程度。在用鋼絲發(fā)測量主梁的上拱度時，被測部位的曲線值表現(xiàn)高于水平線。橋式起重機使用一段時間后，主梁拱度便逐漸地減小。把新出廠的起重機所具有的上拱度，減去現(xiàn)有起重機的上拱度，次差值就是主梁的拱度減小量。隨著時間使用的延長，主梁最后還可能由上拱度而變?yōu)橄聯(lián)?。所謂主梁的下?lián)?，就是主梁的向下彎曲。在用鋼絲法測量時，主梁的下?lián)锨€值，表現(xiàn)出低于水平線。當主梁產(chǎn)生下?lián)现螅瑫鹬髁旱乃脚詮澓透拱宓牟ɡ俗冃?。當下?lián)线_到一定數(shù)值之后，起重機將發(fā)生一系列的不正?，F(xiàn)象。一般來講，主梁產(chǎn)生下?lián)暇鸵紤]修復。究竟下?lián)系绞裁闯潭炔判枰M行修復，還應加以規(guī)定。這項規(guī)定的意圖是，考慮到主梁產(chǎn)生下?lián)现笕绮患皶r修復，將會使下?lián)侠^續(xù)擴大，如果主梁變形已經(jīng)十分嚴重仍在繼續(xù)使用，一方面滿足不了生產(chǎn)要求，可能導致重大的設備和人身事故。主梁下?lián)系暮x包括有：（1）主梁的允許下?lián)纤^主梁的允許下?lián)?，就是指小車處于主梁中間病受有額定的負載作用時，在主梁的中間部位產(chǎn)生了比規(guī)定值小的彈性下?lián)?。所謂主梁的彈性下?lián)希侵钢髁菏茇撦d作用后，在主梁某部位產(chǎn)生的下?lián)?，且當負載去掉之后，主梁又能恢復到原來的狀態(tài)，主梁的這種下?lián)暇徒凶鲋髁旱膹椥韵聯(lián)?，其?shù)值就叫做主梁的彈性下?lián)现?。一般情況下，主梁的允許下?lián)现祻乃骄€算起，不要超過(S是打車標準跨度值).對新安裝的雙梁橋式起重機所規(guī)定的允許下?lián)现?，各國?guī)定是不一樣的，我國還規(guī)定：單梁橋式起重機主梁的允許下?lián)现?手動單梁橋式起重機主梁的允許下?lián)现?同時對雙梁橋式起重機還要求測量剛度，是主梁震動衰減時間保持在812s，振幅減小至0.5mm.（2）主梁的應修下?lián)现抵髁旱膽尴聯(lián)现担褪侵髁褐虚g部位的下?lián)蠘O限值。通常，主梁下?lián)铣潭冉咏诉@個數(shù)值，就應該進行矯正，如果還繼續(xù)使用，就可能是橋架變形繼續(xù)惡化，以至造成事故。如下表雙梁橋式起重機應修下?lián)现祄m跨度S（m）10.513.516.519.522.525.528.531.5滿載15.7520.2524.7529.2533.7538.2542.7547.25空載79111315171921三、主梁變形的原因（1）主梁內(nèi)應力的影響由于金屬結(jié)構(gòu)在制造過程中強制組裝控制變形，所以材料內(nèi)部必然引起內(nèi)應力，這種內(nèi)應力在起重機的使用過程中式不斷趨向均勻化的，以致最后可能全部消失，所以主梁要產(chǎn)生下沉。另外，在焊接過程中，由于局部性的不均勻加熱，使得焊縫及其周圍金屬又發(fā)生了不同程度的無規(guī)則變形，這種變形，是主梁在各個部位上都產(chǎn)生了不同方向的內(nèi)應力，這些內(nèi)應力與起重機受載后在主梁內(nèi)部產(chǎn)生的工作應力疊加后，導致了結(jié)構(gòu)的某些部位應力值超過了材料屈服極限，是材料產(chǎn)生了塑性變形，最后促成了主梁的變形。再有，在橋式起重機的承載過程中，主梁的腹板是以中性軸為界，其上部是受壓區(qū)，下部是受拉區(qū)，手拉區(qū)金屬受拉伸作用，受壓區(qū)金屬受壓縮作用，在受壓區(qū)腹板上就容易形成波浪形，這又會引起主梁或加速主梁變形。還有，當小車在主梁的軌道上往返運行時，腹板各個部位的45方向上，時而收到拉伸作用，時而收到壓縮作用，是腹板產(chǎn)生著交替的變化內(nèi)應力，這種變化的內(nèi)應力，也加速了腹板波浪形的擴大，進而加速了主梁的變形。（2）維修和使用的不合理主梁上面是不允許隨便施焊和進行氣割的，但是有的單位為了更換小車軌道，或者采用在小車軌道下面加墊片的辦法來彌補主梁下?lián)线^大所引起的小車爬坡和下滑，而過大面積地使用了電焊和氣割。另外，加寬走臺施焊部位過大、不安技術(shù)規(guī)定使用起重機、隨意改變起重機的工作類型、拖拉重物以及拔地腳螺釘或超載使用等，這些都會造成主梁的迅速變形。（3）存放不合理、運輸安裝不當橋式起重機的橋架是一個長而大的金屬結(jié)構(gòu)件，彈性很大，如果在不使用的時期存放墊置不妥當，經(jīng)過長時間的風吹雨淋，橋架或主梁就可能會發(fā)生永久性變形。在運輸過程中，如果方法不得當，以及不合理地起吊和安裝，也都會造成橋架或主梁的變形。（4）工作環(huán)境溫度的影響設計起重機是按常溫情況下考慮的。如果經(jīng)常處于高溫環(huán)境下使用，將會造成材料的屈服點降低和產(chǎn)生溫度應力，這種溫度應力和其他內(nèi)應力疊加起來后可能超過材料的屈服極限。另外，輻射熱也將是主梁上、下蓋板受熱不均勻，下蓋板溫度大大超過了上蓋板溫度，下蓋板伸長較大，最后導致了主梁的變形。所以在受熱條件下使用的橋式起重機，主梁下面應設置隔熱設備，以減小起重機受輻射熱的影響。（5）制造時的下料和焊接不當技術(shù)條件規(guī)定：腹板下料時的形狀應與主梁的拱度要求相一致。而把腹板下料成直料然后烘烤或焊接來使主梁產(chǎn)生上拱形狀這是不對的，它將使主梁很快消失上拱而產(chǎn)生下?lián)?。另外，焊接工藝編排不當也同樣會使主梁迅速失掉上拱而形成下?lián)稀Ｋ?、主梁變形的測量方法主梁垂直方向變形的測量方法：常用的有鋼絲法和水準儀法及連通器法。現(xiàn)大多采用鋼絲測量法。這種方法簡單，不需要什么儀器，準確性也比較高，靈活性又強，可以隨主梁變形的部位在不同長度內(nèi)隨時都可以進行測量。它是由兩個滑輪支架、重錘和鋼絲共3部分組成的。鋼絲垂度（即鋼絲自重產(chǎn)生的下?lián)现担┌聪率接嬎悖菏街?q-鋼絲單位長度重量 Q-重錘重量 S-鋼絲長度（與跨度一致）主梁的上拱或下?lián)希聪率竭M行計算式中 h1-鋼絲與主梁上蓋板的距離 h2-鋼絲垂度 H-滑輪架的計算高度 F-主梁實際撓度值。測量時，應該在空載情況下并把小車開到一端，測量主梁中心處的變化數(shù)值。如果F是正值，表示主梁是上拱。F是負值，表示主梁是下?lián)?。腹板波浪形的測量方法：用1m長的直尺放在腹板的任意位置上，測量凹陷或凸峰值，此數(shù)值即為波浪形的數(shù)值。波浪值a的規(guī)定是：在受壓區(qū)（約小于腹板高度上的區(qū)域）,a；受拉區(qū)（約大于腹板高度下的區(qū)域），（是腹板厚度）主梁上蓋板水平傾斜的測量方法：把水平尺放到設有大小筋板的主梁的上蓋板部位，然后通過墊塊把水平尺墊平，此墊塊的高度就是上蓋板水平傾斜度，其數(shù)值應小于(是主梁上蓋板的寬度)。腹板垂直方向傾斜的測量方法：在主梁內(nèi)設有大筋板的上蓋板部位掛一重錘，用尺測量其線到腹板的距離，兩數(shù)值之差，就是腹板的槌子傾斜度，其數(shù)值應小于（是主梁的高度）。主梁的水平旁彎的測量方法：通常也是采用鋼絲進行測量。即將鋼絲固定在所要測量的主梁的上蓋板的中心線的上，然后測量鋼絲與上蓋板兩邊緣的距離和，兩距離的平均值就是主梁的水平旁彎數(shù)值，其計算公式：式中 -上蓋板邊緣一側(cè)至鋼絲的距離； -上蓋板邊緣另一側(cè)至鋼絲的距離。五、主梁下?lián)纤斐傻暮蠊麑π≤囘\行的影響：主梁下?lián)弦院螅≤囃鶅啥诉\行時就要出現(xiàn)爬坡現(xiàn)象，因此增大了小車的運行阻力。據(jù)計算，當主梁下?lián)现颠_到時，小車運行阻力增加40%，使小車運行機構(gòu)壽命降低或者促成機構(gòu)零件的損壞，消耗動力也大，嚴重時，將會把電動機燒壞。另一方面，小車不能被準確地停在軌道的任意位置上，使得裝備、澆注等準確而重要的工作無法進行，甚至導致事故。對大車運行的影響：主梁的下?lián)?，對集中傳動的大車運行機構(gòu)影響是很大的，它將使傳動軸在受彎矩的作用下旋轉(zhuǎn)。技術(shù)規(guī)定表明：傳動軸彎曲幅度超過0.5，傳動軸就容易損壞，齒輪聯(lián)軸器內(nèi)的齒輪也容易斷齒，聯(lián)結(jié)螺栓也容易松動或折斷。傳動軸轉(zhuǎn)數(shù)越高，造成的后果就約嚴重。另外，動力消耗也大。對主梁水平旁彎和腹板的影響：由于主梁的下?lián)?，常常引起主梁向?nèi)側(cè)的水平旁彎。對稱箱型主梁水平旁彎在技術(shù)條件規(guī)定為：（S是大車的標準跨度值）。超過了這個數(shù)值，小車規(guī)矩就要超差。規(guī)矩超差過大時，小車車輪就要發(fā)生啃軌和夾軌現(xiàn)象，同時小車支行阻力也增大，動作遲緩，聲音發(fā)悶，嚴重時，在大車收到震動的情況下，還會引起小車的脫軌。主梁發(fā)生下?lián)虾螅瑢⑹垢拱迳系牟ɡ俗冃斡墒芾瓍^(qū)轉(zhuǎn)向受壓區(qū)，使受壓區(qū)的腹板波浪變形明顯增加。如果起重機仍然處于不合理的狀態(tài)下繼續(xù)工作，主梁受力則將繼續(xù)惡化，嚴重時可能破壞腹板穩(wěn)定性或引起主梁下蓋板及腹板下部受拉區(qū)的部位產(chǎn)生裂紋。六、主梁變形的修復目前，對箱形主梁下?lián)系男迯停蓄A應力、火焰和電焊3種方法，而以火焰校正使用的較多。1、適宜于火焰矯正的鋼材材質(zhì)及加熱溫度。據(jù)焊工手冊查證，實踐證明，火焰矯正適宜于各種低碳鋼，如Q235鋼等，普通低合金鋼大部份可采用火焰矯正，如16Mn、15MnV鋼等。試驗結(jié)果，火焰矯正對鋼材的機械性能影響不大?；鹧娉C正加熱溫度對Q235鋼、16Mn鋼可加熱至850。對于16Mn鋼，加熱溫度為650左右時，還可以用水冷卻，但對鋼板較厚且比較重要的構(gòu)件，如大型橋式吊主梁，嚴禁用水冷卻。2、火焰矯正主梁變形規(guī)律。(1)f拱=a1tg1+ a2tg2+ antgn=aitgi=iai=(1)式中：n火焰矯正位置的數(shù)量，a火焰加熱面積重心到時最近一端的距離，a值小于Lk/2，（如圖（一）B火焰矯正加熱寬度，F(xiàn)火焰矯正加熱截面面積，K塑火焰矯正壓縮系數(shù)，對箱型梁跨度為22米時，K塑=0.096e火焰矯正加熱面積中心到梁截面重心座標軸的距離J主梁的截面慣性矩。3、焊接加固工藝1）、焊接加固截面形式主梁加固本著能穩(wěn)定主梁上拱又能方便施工，使主梁自重增加最少。一般以增加主梁截面慣性矩20%為宜。加固形式較多，如加角鋼，加鋼板，加槽鋼等。通常以加固槽鋼較為普遍。據(jù)起重機設計規(guī)范要求，對吊車主梁材質(zhì)，必須保證其沖擊韌性值。在20時，Q235鋼K不小于60焦爾/cm2，16Mn鋼K不小于54焦爾/cm2。2）、焊接加固主梁變形計算（1）焊接縱向焊縫主梁的變形計算對于手工電焊，主梁變形曲線f=cLK2/8=2.75310-3K2 ZLk2/J(2)式中：K焊縫高度重疊系數(shù)，雙面角焊縫取1.3，間面焊縫取1.0Z構(gòu)件截面重心到縱向焊縫的距離（2）橫向焊縫主梁變形計算橫向焊縫主梁變形與火焰矯正主梁變形相似，對手工電弧焊有3.f=ai=0.0219K2bai(3)式中：b橫向焊縫的長度。3）、防止產(chǎn)生焊縫裂紋的條件計算對于低合金鋼，焊縫熔合線處，由800冷卻至500的時間，即t8/5。當t8/5過于短暫時，則會使熔合線處晶粒變粗，臨界轉(zhuǎn)變溫度升高。這兩種情況的出現(xiàn)直接影響焊接質(zhì)量。對于高強度低合金鋼t8/5介于720之間。對于大型重載吊車主梁下蓋板一般大于25mm，則t8/5的計算公式如下：t8/5=(0.67-510-4T0/)E(1/500-T0)-(1/800-T0)F3式中，/相對熱效率，堿性焊條手工焊，/=0.8；T。施焊溫度，如需預熱，一般預熱溫度為50至200；E線能量，E=焦爾/厘米2，V為電弧電壓，I為焊接電流，為焊接速度；F影響冷卻時間的形狀系數(shù)，角焊縫取0.67。4）、具體施工工藝（1）、對需恢復的橋式吊結(jié)構(gòu)形式，特別是重量分布進行分析，可先拆除某些部件。如主小車，(副小車)，卷筒、減速器、電動機，拆除司機室，然后將主(副小車)分別打至大車兩端。對于小噸位的吊車（50噸以下），可以不拆除，直接將小車開到橋架的端部。頂車時車體基本處于平衡。（2）、對主梁拱度，旁彎，扭曲情況進行全面測量，拱度用鋼線測量清，如圖（二）。旁彎及扭曲情況用掛鋼線與線墜相結(jié)合的方法。如圖（三）。 圖中：f拱=h+（f線+b） mm(5)式中，h線架高，b鋼線與主梁上蓋板間的距離。(6)f線=(L-x)103(mm)(6)式中，g=鋼線自重，Q配重重量，L線架間距，X線架測點距離。（3）、確定烤火位置和順序?qū)ο湫沃髁嚎净鹞恢脩x在筋板處，在腹板下部，即主梁腹板高度的三分之一處，其面積為ab/2和主梁下蓋板，其面積為ac。并避免在跨中加熱。加熱順序，由主梁兩端烤火點逐漸向中間延伸，也可兩端向中部跳躍式加熱。一般在實施火焰矯正時，采用跳躍式加熱方式，如圖（四） （4）、頂壓機，封車4臺壓機同步向上頂，使大車車輪脫離軌面1520毫米，然后封車。一是確保安全，二是據(jù)實際情況施加外力作用。 （5）、減少走臺板的影響對于大型重載橋吊每根主梁常有2個走臺板，在火焰矯正實施過程中，主梁變化明顯。因走臺板的影響，使主梁縱向重心向走臺板一側(cè)偏移，從而造成主梁扭曲?？刹扇≡谧吲_板下部加支撐。（6）、實施火焰矯正按圖（四）加熱順序，每一根主梁兩個對稱烤火點，如1和1點，原則上同時進行，同時結(jié)束。要求火焰大小，火焰離烤區(qū)金屬間距、烤火方式及速度力爭一致，且火焰均為中性焰，在每一烤點，也必須同時對稱進行，否則主梁易出現(xiàn)扭曲變形。每加熱完兩面對稱烤點，空冷至室溫后，需對主梁上拱，旁彎等進行測量，以便為下一步工作提供依據(jù)。（7）、實施焊接加固對大型重載橋吊主梁采用焊接加固只能增加幾個毫米的上拱值，主要目的在于增加主梁截面慣性矩，保持火焰矯正恢復的上拱值。而防止因焊縫產(chǎn)生裂紋就顯得十分重要。吊車梁加固截面形式按圖（六）。焊工安排和施焊順序參見圖（七） 5）、焊接技術(shù)要求：焊接烘烤要求達到250時，保溫2小時，槽鋼與主梁及槽鋼與加固鋼板處均需除銹打磨，在焊接過程中嚴禁在原主梁上起弧，焊接過程是否預熱需計算t8/5，焊接過程中，每一位焊工要求焊接電流，電弧電壓，焊接速度一致，以防止主梁產(chǎn)生扭曲。七、小結(jié)目前在攀鋼各二級單位，針對不同噸位的吊車，在出現(xiàn)主梁變形下?lián)蠒r，均通過火焰矯正和焊接加固法相互結(jié)合，有效的解決了橋式起重機主梁拱度的恢復難題。有幾點應明確和有待探討。1、火焰矯正效果明顯，必須一步一步進行，不能急進。2、在恢復上拱度的過程中，主梁中心有向上作用力，對主梁恢復拱度有利，但對拱度貢獻大小只能靠經(jīng)驗，無計算公式，有待探討。3、需考慮走臺板對主梁產(chǎn)生旁彎的不利因素。4、焊接過程中是否預熱需進行t8/5的驗算。5、在火焰矯正過程中，氣焊工的勞動強度大，有待進一步解決。參考資料（1）起重運輸機械1987 付榮柏（2）焊接學報 1986 付榮柏（3）焊接工程學 1985 曾東（4）金屬材料及熱處理1983 史美堂（5）焊工手冊 1983 機械工業(yè)出版社（6）冷作工技師培訓教材 2001 機械工業(yè)出版社