桥架类起重机主梁下挠的成因及修复措施

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桥架类起重机主梁下挠的成因及修复措施
　山东泰山起重机械有限公司   马星波  殷彬
摘要：本章节主要介绍了造成桥架类起重机主梁下挠的原因、主梁下挠的影响并详细介绍了现阶段国内起重机行业对主梁下挠问题的修复措施方法和具体步骤，以及在修复时应注意的事项。
关键词：主梁 上拱度 下挠  矫正
4 Y  U1 w1 U) v0 Q; m) j桥架类起重机的主梁是起重机金属结构中主要受力结构件，在满载小车轮压作用下产生弹性挠曲变形，使小车轨道有一定的坡度，而坡度增加起重小车运行的爬坡阻力，产生运行打滑，甚至在停车后出现自动滑移。主梁变形对相关的其他金属结构件（如端梁、小车架等）和工作机构的某些零部件的安全状态都会产生不利影响。为补偿在吊载作用下的变形，主梁预先设计成具有一定上拱度，使主梁弹性变形的曲线无论在空载或满载均较为平缓。桥架类型是有关起重机使用性能的一项重要技术指标。
在各类有关起重机的技术标准中均对起重机主梁的上拱度作出了明确的描述和规定：主梁应有上拱，跨中上拱度应为:F=(0.9/1000~1.4/1000)S,且最大上拱度应控制在跨中S／2000的范围内。
+ A: S6 J. s' c% F# j' R. S$ Q式中:F—起重机的上拱度
    S—起重机的跨度
但随着时间的推移，长期负载的作用，不可避免地会使预制上拱度降低，进而出现下挠变形（塑性变形）。造成起重机主梁下挠变形的原因很多，大致有以下几个方面：
( T2 S, Z8 }. k# K1、主梁结构应力的影响，箱形主梁主要是由钢板拼焊而成的，在主梁的生产制造阶段，钢板因焊接受热而产生内应力。在起重机承载时与外加应力叠加后会使结构的局部应力超过金属材料的屈服极限而产生的确局部的塑性变形，从而使整个主梁产生永久变形，导致
2、长期不合理使用的影响，随着起重机使用年限的增加，以及许多使用单位超负荷不合理使用，使起重机的主梁局部应力长期处于屈服极限状态，多次的弯曲拉伸变形而导致主梁的“疲劳”，使主梁抵抗变形的能力越来越差，以致主梁上拱度消失而产生下挠。
3、热效应对主梁的影响，在起重机使用场所存在热源，起重机的下盖板长期受热辐射的影响，以及在主梁的上盖板处盲目的烤火、加热、气割、焊接作业再加上主梁自重作用的影响，都会造成起重机主梁的下挠。
4、其它方面的影响，起重机在运行过程中受到撞击，存放及其支撑位置不当、安装过程中存在缺陷等，都会造成起重机主梁的下挠，在长期正常载荷作用下也会引起主梁的变形，非正常的因素则加速了这个变形过程。
　  金属结构的变形实质上是结构的刚性问题，起重机结构的静态刚性以在规定的载荷作用于指定位置时，结构在某一位置处的静态弹性变形位来表征。桥架类起重机检测下挠的数据都是在主梁中央位置上起吊额定载荷的条件下进行的，因为对经常使用的主梁，在其下挠度值超出以上限值的情况下运行时，小车从跨中向跨端移动时，会因坡度阻力增大，在一定程度上导致电动机过热，运行机构的传动零件磨损，缩短其使用寿命，同样，当小车从跨端向跨中移运时，下行坡度也大，又会使小车出现刹不住、停不准的情况。下挠值的过大，还会引起大车啃轨、起重量下降以及其它一些预计不到和不应有的事故发生。为保证安全，必须对起重机主梁的下挠度实施必要的控制，其表达式如下：
f ≤[f]
7 u9 g  n' i2 g$ P4 [　 当满载小车位于跨中时，主梁由于额定起升载荷和小车自重在跨中引起垂直静挠度，应满足以下要求（A5级）：
4 x1 v8 H+ b8 V& r- F9 r
) W$ G( c" I$ p! ]  S/ t式中:f---满载小车位于跨中时主梁跨中在水平线以下的挠度值，mm；
/ S+ e. M/ S. S　 　[f]---主梁的允许挠度值，mm；
　 　S--梁或起重机的跨度，m；
　 　L--悬臂的有效长度，m。
- H8 D1 w, X# {对工作级别为A6级桥式起重机，要求其下挠值应小于S /800，对工作级别为A7、A8桥式起重机，其下挠值应小于S /1000（S为跨度值），如超出其下挠度值则必须予以修复。桥架类起重机主梁的下挠是维修工作中经常遇到的问题，起重机主梁上拱度维修主要有两种方法，预应力法和火焰矫正法。具体实施方案如下：
* X+ C4 {  |' x6 o) e3 D( c1、预应力法
5 A5 e- K! `1 p' C5 p% ]; C1 |4 O这种方法是通过张拉预应力拉杆或预应力张拉器使主梁向上弯曲，达到主梁起上拱目的。这个方法是通过安装在主梁下盖板上的张力预应力拉杆所产生均匀同步的张拉力，使主梁承受对称弯矩的作用，从而实现预期的上拱度的，预应力法修理桥主梁有关见图1：
9 b, M* F  r7 I2 U! }, H2 |/ m! R; f（1）主要零部件：
# ]$ f9 c& K+ B* @1）拉杆．图1中（c）的端杆和圆钢拉杆相焊接，两支M36×2细纹端杆以35号钢制或，圆钢拉杆（Ф32）用相同材质车成,焊接后还须探伤检查,两端杆和圆钢拉杆必须达到同轴度要求。
9 q) K8 B2 C7 a  H2)螺母.工作螺母2与构造螺母4的厚度以相同为宜,推荐其厚度用65㎜为宜,构造螺母可稍稍薄些,其材质都为35号钢。
, m) F& ~% j4 S/ \2 j3)支承架.其底板的宽度可略宽于主梁下盖板的宽度,也可采取相同厚度,立板为主要受力件,其厚度推荐取底板厚度的1.5-2倍,筋板厚度可与底板相同,且筋板间的距离与拉杆中心距相一致.
. u0 i9 R# D2 Z/ O9 ]% a' [4)吊架.如图1中(a)及(d)所示,它是为了防止起重机经修复后重新投入使用时,拉杆产生颤动而设置的,桥架跨度为22.5m者设置5个.
(2)计算:
  y: {, B" u( f  y0 C  s1)主梁需调整的挠度值,即从主梁下挠的最低点到上拱标准值之调整量,可按下式计算     fQ=f-fs         
' v: F  J+ x! e式中 fQ —每根主梁需调整的挠度值,mm;
fs— 主梁的实际挠度值,mm
; J) y$ x; O4 z9 l               f—主梁要求的上拱值,mm
2) 每板主梁需要的总拉力
                              PL= fQ / f1Q                       
式中f1Q—每KN拉力的调整挠度量，mm/kN;
) `5 D! X3 K$ ~, {8 C$ NPL—总拉力，KN。
% E. l* R9 `! I' I# p3)每根主梁调整挠度所需的拉杆数


, E/ H1 x/ A. Q- p1 A' @3 L图1 预应力法修理桥架主梁
2 p7 h4 y4 d& y# b8 D& A（a）预应力法的示意图；（b）预应力拉杆端部图，（c）端杆图；（d）吊架形式图
1-拉杆；2-工作螺母；3-垫圈；4-构造螺母；5-支承架；6-吊架；7-主梁；8-吊架；9-拉杆
                      n=                        
9 n4 X3 g  S* C* b式中 n---- 每根主梁调整挠度时所需的拉杆根数；
; v7 f' z! {, b/ }) V3 e   ——拉杆材料的许用拉力，N/㎜2
F32———ф32mm拉杆的断面积，㎜2
2 K; u+ W, w0 e, S1.2——安全系数。
( Z( [: i% D) S' s2 z; g(3)张拉预应力的步骤：应先将一端螺母全部拧上，然后在另一端收紧螺母，各个螺母应逐一分次拧紧，不可一次拧紧到位，每拧一遍，应测量主梁挠度的变化值，直到上拱度符合修理要求为止，如果拉杆长度大于24m,最好从两端同时张拉。
这种方法的特点是：⑴、修理时，桥架可以保持悬空原位，修理可在脚手架上进行。
. K" M4 R/ s/ m' n0 r- [⑵采用预应力法，可以在一定范围内有效控制起重机所需的上拱度，其张拉装置具有体积小，重量轻，施工方便等优点，对修复后的桥架张拉装置仍能保留，一直维持张拉效果。
2、火焰矫正法
  ~& @! \0 O8 y# w7 Q/ S: N/ R1 T1 C主梁的下挠也可用火焰矫正法纠偏，其步骤是首先将小车开到桥架的端头，在跨中筋板处用千斤顶设置两个支承点，把桥架的主梁托起，注意大车的车轮不能腾空。
采取火焰矫正主梁下挠的方法有规律可循，其示意图见图2。在主梁的下盖板处取50~60mm的直线带状宽度内烘烤，腹板处作高300~400mm处按三角形烘烤，在火焰加热区的压热影响区的金属即产生膨胀，而对非加热区给以推力，相反非加热区有一个给加热区的压缩力，一般当温度超过500℃时，加热区的金属屈服强度会降低，主梁将产生压缩塑性变形，待加热区冷却后，其因膨胀的伸长产即消失，而塑性压缩变形仍然残留，为此，下盖板收缩的产生的集结力N所形成的力矩与压缩力形成的力矩的大小相等，方向相反迫使主梁向上弯曲而上拱，进而使下挠得到克服。在烘烤时务须检核和确定所需调整的挠度范围，并确定取几个烘烤带为宜。
* g- O  m5 K  |+ p7 ~2 N

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# i7 R- O, d7 Y* {图2  火焰矫正桥架主梁下挠和旁弯
! r, j% `+ G+ C' j7 W5 w/ j（a）火焰矫正主梁的一下挠部位；（b）火焰矫正主梁的旁弯部位
火焰矫正时可采用氧一乙炔火焰，两者的比例取1:1～1：2中性火焰或氧化比不大于1.25的氧化焰，火焰矫正的加热温度和冷却介质见下表
火焰矫正的加热温度和冷却介质
7 D' s5 `0 h! x! z- w; w; F* A8 L加热方法        加热温度（℃）        火焰颜色        冷却介质
$ M' d- T- [# k& m" H2 v低温加热        500~600        在亮处呈红色        水
  b" ?* }! L7 e6 l1 j* O6 ?9 E' x中温加热        600~700        暗红色        空气或水
% c  |* I; T# _- _1 o" {高温加热        700~800        樱桃红        空气
低温加热法，热的影响较小，金相组织不变化，金属性能不变，由于冷却快，火焰矫正效率高。
中温加热法，加热温度在相变温度以下，加热的金属组织没有相变。
+ e8 u# q3 [1 S3 ^0 z4 F% v高温加热法我国使用得较普遍，加热过程中虽然在金属组织中有相变，但对A3、A3F及16Mn等钢种，在空气中冷却后，仍然可以保留退火组织，其机械性能几乎没有变化，当然，如果加热温度过高，会引起奥氏体晶粒长大，冷却中又得不到细化，则会增加金属的脆性，降低金属的冲击韧性，因而绝对不允许有过热现象。另外，冷却时间和周围介质温度等因素也有一定要求，冷却时间一般以4h左右为宜。
采用加热法矫正时注意，加热的部位应选择在下盖板的筋板处，否则主梁下盖板处产生的推力无法有效作用于受压区，使起拱效果不明显，并会导致主梁下盖板凹陷的不良后果。在加热时，首先加热其死弯处，即折角处，加热矫正的顺序一般为：死弯→挠度→旁弯。在火焰矫正过程中应经常测量起重机主梁的拱度修复情况及变形量，以防矫正过度。
. ?; {. [5 v, Y) c: L主梁采用加热法矫修后，通常采用联合加固法，以巩固矫修效果。采用联合加固法时，一般采用在主梁下面用槽钢焊成“U”形小箱形梁，与主梁的下盖板焊成一体。这种方法既巩固了加热法矫修的效果，又加固了起重机主梁的强度和刚度，提高了主梁的承载能力和抗疲劳能力，是起重机维修时经常采用的常规维修方法

阿南师傅

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