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1、 橋 式 起 重 機(jī) 橋架變形機(jī)理及修復(fù)的工藝探討 撰寫人: 工種:冷作工 摘 要 橋式起重機(jī)是一種特種設(shè)備,分類較多,應(yīng)用非常廣泛,而且由于橋式起重機(jī)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(jī)的橋架發(fā)生變形，嚴(yán)重影響了橋式起重機(jī)的使用壽命。本文針對橋式起重機(jī)主梁變形的概念、原因、測量方法、造成的后果進(jìn)行了探討，提出了在軌面上進(jìn)行主

2、梁下?lián)闲迯?fù)的工藝流程、相關(guān)的焊接參數(shù)。 關(guān)鍵詞：橋式起重機(jī)、橋架、主梁、下?lián)?、焊? 一、前言 橋式起重機(jī)廣泛的應(yīng)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(jī)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(shí)際情況確定出防止繼續(xù)變形的措施或進(jìn)行修復(fù)，絕不可以任其發(fā)展下去。 經(jīng)驗(yàn)證明，在正常情況下使用的起重機(jī)（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(jī)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(zhǔn)確地停在指定位置上或運(yùn)行時發(fā)生擺動，小車啃軌，大車啃軌，機(jī)

3、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(yīng)對橋架各主要尺寸進(jìn)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(shí)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(jī)在出廠就制造出有上拱度的主梁，其目的是增強(qiáng)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(jī)使用一段時間后，主梁拱度便逐漸地減小。把新出廠的起

4、重機(jī)所具有的上拱度，減去現(xiàn)有起重機(jī)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(dāng)主梁產(chǎn)生下?lián)现?，會引起主梁的水平旁彎和腹板的波浪變形。?dāng)下?lián)线_(dá)到一定數(shù)值之后，起重機(jī)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(fù)。究竟下?lián)系绞裁闯潭炔判枰M(jìn)行修復(fù)，還應(yīng)加以規(guī)定。這項(xiàng)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(fù)，將會使下?lián)侠^續(xù)擴(kuò)大，如果主梁變形已經(jīng)十分嚴(yán)重仍在繼續(xù)使用，一方面滿足不了生產(chǎn)要求，可能導(dǎo)致重大的設(shè)備和人身事故。 主梁下?lián)?/p>

5、的含義包括有： （1）主梁的允許下?lián)? 所謂主梁的允許下?lián)希褪侵感≤囂幱谥髁褐虚g病受有額定的負(fù)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)稀Ｋ^主梁的彈性下?lián)?，是指主梁受?fù)載作用后，在主梁某部位產(chǎn)生的下?lián)?，且?dāng)負(fù)載去掉之后，主梁又能恢復(fù)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)现怠Ｒ话闱闆r下，主梁的允許下?lián)现祻乃骄€算起，不要超過(S是打車標(biāo)準(zhǔn)跨度值). 對新安裝的雙梁橋式起重機(jī)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(jī)主梁的允許下?lián)现?手動單梁橋式起重機(jī)主梁的允許下?lián)现?同時對雙梁橋式起重機(jī)還要求測量剛度，是主梁震動衰減

6、時間保持在8–12s，振幅減小至0.5mm. （2）主梁的應(yīng)修下?lián)现? 主梁的應(yīng)修下?lián)现?，就是主梁中間部位的下?lián)蠘O限值。通常，主梁下?lián)铣潭冉咏诉@個數(shù)值，就應(yīng)該進(jìn)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(jī)應(yīng)修下?lián)现祄m 跨度S（m） 10.5 13.5 16.5 19.5 22.5 25.5 28.5 31.5 滿載 15.75 20.25 24.75 29.25 33.75 38.25 42.75 47.25 空載 7 9 11 13 15 17 19 21 三、主梁變形的原因

7、 （1）主梁內(nèi)應(yīng)力的影響 由于金屬結(jié)構(gòu)在制造過程中強(qiáng)制組裝控制變形，所以材料內(nèi)部必然引起內(nèi)應(yīng)力，這種內(nèi)應(yīng)力在起重機(jī)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(yīng)力，這些內(nèi)應(yīng)力與起重機(jī)受載后在主梁內(nèi)部產(chǎn)生的工作應(yīng)力疊加后，導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)的某些部位應(yīng)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(jī)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

8、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(dāng)小車在主梁的軌道上往返運(yùn)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(yīng)力，這種變化的內(nèi)應(yīng)力，也加速了腹板波浪形的擴(kuò)大，進(jìn)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(jìn)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(bǔ)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(jī)、隨意改變起重機(jī)的工作類型、拖拉重物以及拔地腳螺釘或超載使用等，這些

9、都會造成主梁的迅速變形。 （3）存放不合理、運(yùn)輸安裝不當(dāng) 橋式起重機(jī)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(dāng)，經(jīng)過長時間的風(fēng)吹雨淋，橋架或主梁就可能會發(fā)生永久性變形。 在運(yùn)輸過程中，如果方法不得當(dāng)，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(shè)計(jì)起重機(jī)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(diǎn)降低和產(chǎn)生溫度應(yīng)力，這種溫度應(yīng)力和其他內(nèi)應(yīng)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(dǎo)致了主梁的變形。所以在

10、受熱條件下使用的橋式起重機(jī)，主梁下面應(yīng)設(shè)置隔熱設(shè)備，以減小起重機(jī)受輻射熱的影響。 （5）制造時的下料和焊接不當(dāng) 技術(shù)條件規(guī)定：腹板下料時的形狀應(yīng)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?dāng)也同樣會使主梁迅速失掉上拱而形成下?lián)稀? 四、主梁變形的測量方法 ①主梁垂直方向變形的測量方法：常用的有鋼絲法和水準(zhǔn)儀法及連通器法?，F(xiàn)大多采用鋼絲測量法。這種方法簡單，不需要什么儀器，準(zhǔn)確性也比較高，靈活性又強(qiáng)，可以隨主梁變形的部位在不同長度內(nèi)隨時都可以進(jìn)行測量。它是由兩個滑輪支架、重錘和鋼絲共3部分組成

11、的。 鋼絲垂度（即鋼絲自重產(chǎn)生的下?lián)现担┌聪率接?jì)算： 式中 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)?，按下式進(jìn)行計(jì)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(jì)算高度 F-主梁實(shí)際撓度值。 測量時，應(yīng)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(fù)值，表示主梁是下?lián)稀? ②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

12、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） ③主梁上蓋板水平傾斜的測量方法：把水平尺放到設(shè)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(yīng)小于(是主梁上蓋板的寬度)。 ④腹板垂直方向傾斜的測量方法：在主梁內(nèi)設(shè)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(yīng)小于（是主梁的高度）。 ⑤主梁的水平旁彎的測量方法：通常也是采用鋼絲進(jìn)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

13、離和，兩距離的平均值就是主梁的水平旁彎數(shù)值，其計(jì)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? ①對小車運(yùn)行的影響：主梁下?lián)弦院?，小車往兩端運(yùn)行時就要出現(xiàn)爬坡現(xiàn)象，因此增大了小車的運(yùn)行阻力。據(jù)計(jì)算，當(dāng)主梁下?lián)现颠_(dá)到時，小車運(yùn)行阻力增加40%，使小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)壽命降低或者促成機(jī)構(gòu)零件的損壞，消耗動力也大，嚴(yán)重時，將會把電動機(jī)燒壞。 另一方面，小車不能被準(zhǔn)確地停在軌道的任意位置上，使得裝備、澆注等準(zhǔn)確而重要的工作無法進(jìn)行，甚至導(dǎo)致事故。 ②對大車運(yùn)行的影響：主梁的下?lián)希瑢袀鲃拥拇筌囘\(yùn)行機(jī)構(gòu)影響是很大的，它將

14、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(yán)重。另外，動力消耗也大。 ③對主梁水平旁彎和腹板的影響：由于主梁的下?lián)希３Ｒ鹬髁合騼?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(biāo)準(zhǔn)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(yán)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?，將使腹板上的波浪變形由受拉區(qū)轉(zhuǎn)向受壓區(qū)，使受壓區(qū)的腹板波浪

15、變形明顯增加。如果起重機(jī)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(yán)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(fù) 目前，對箱形主梁下?lián)系男迯?fù)，有預(yù)應(yīng)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(shí)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(yàn)結(jié)果，火焰矯正對鋼材的機(jī)械性能影響不大。 火焰矯正加熱溫度對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

16、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(yán)禁用水冷卻。 2、火焰矯正主梁變形規(guī)律。 (1)f拱=a1tgψ1+ a2tgψ2+……+ antgψn =aitgψi =ψiai =…………………………………(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——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=0.096 e——火焰矯正加熱面積中心到梁截面重心座標(biāo)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

17、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(jī)設(shè)計(jì)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σK不小于60焦?fàn)?cm2，16Mn鋼σK不小于54焦?fàn)?cm2。 2）、焊接加固主梁變形計(jì)算 （1）焊接縱向焊縫主梁的變形計(jì)算 對于手工電焊，主梁變形曲線 f=cLK2/8=2.75310-3K2 εZLk2/J…………(2) 式中：K——焊縫高度 ε——重疊系數(shù)，雙面角焊縫取1.3，間面焊縫取1.0 Z——構(gòu)件截面重心到縱向

18、焊縫的距離 （2）橫向焊縫主梁變形計(jì)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=εai=0.0219K2εbai………………………(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(jì)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(dāng)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(qiáng)度低合金鋼t8/5介于7~20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(jì)算公式如下： t8/5=(0.67-510-4T0η/)E[(1/500-T0)-(1/

19、800-T0)]F3 式中，η/——相對熱效率，堿性焊條手工焊，η/=0.8； T。——施焊溫度℃，如需預(yù)熱，一般預(yù)熱溫度為50℃至200℃； E——線能量， E=焦?fàn)?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(fù)的橋式吊結(jié)構(gòu)形式，特別是重量分布進(jìn)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(jī)，拆除司機(jī)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

20、彎，扭曲情況進(jìn)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(diǎn)距離。 （3）、確定烤火位置和順序 對箱形主梁烤火位置應(yīng)選在筋板處，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(diǎn)逐漸向中間延

21、伸，也可兩端向中部跳躍式加熱。一般在實(shí)施火焰矯正時，采用跳躍式加熱方式，如圖（四） （4）、頂壓機(jī)，封車 4臺壓機(jī)同步向上頂，使大車車輪脫離軌面15~20毫米，然后封車。一是確保安全，二是據(jù)實(shí)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(shí)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。可采取在走臺板下部加支撐。 （6）、實(shí)施火焰矯正 按圖（四）加熱順序，每一根主梁兩個對稱烤火點(diǎn)，如1和1`點(diǎn)，原則上同時進(jìn)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

22、，且火焰均為中性焰，在每一烤點(diǎn)，也必須同時對稱進(jìn)行，否則主梁易出現(xiàn)扭曲變形。 每加熱完兩面對稱烤點(diǎn)，空冷至室溫后，需對主梁上拱，旁彎等進(jìn)行測量，以便為下一步工作提供依據(jù)。 （7）、實(shí)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(fù)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(dá)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(yán)禁在原主梁上起弧，焊接過程是否預(yù)熱需計(jì)算t8/5，焊

23、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(jī)主梁拱度的恢復(fù)難題。有幾點(diǎn)應(yīng)明確和有待探討。 1、火焰矯正效果明顯，必須一步一步進(jìn)行，不能急進(jìn)。 2、在恢復(fù)上拱度的過程中，主梁中心有向上作用力，對主梁恢復(fù)拱度有利，但對拱度貢獻(xiàn)大小只能靠經(jīng)驗(yàn)，無計(jì)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(yù)熱需進(jìn)行t8/5的驗(yàn)算。 5、在火焰矯正過程中，氣焊工的勞動強(qiáng)度大，有待進(jìn)一步解決。 參考資料 （1）《起重運(yùn)輸機(jī)械》1987 付榮柏 （2）〈焊接學(xué)報(bào)〉 1986 付榮柏 （3）《焊接工程學(xué)》 1985 曾東 （4）《金屬材料及熱處理》1983 史美堂 （5）《焊工手冊》 1983 機(jī)械工業(yè)出版社 （6）《冷作工技師培訓(xùn)教材》 2001 機(jī)械工業(yè)出版社