20T×28M型橋式起重機安全性能檢測

余 鋒謝 凡

（1.武漢工程職業技術學院 湖北 武漢：430080；2.武鋼股份公司能源總廠 湖北 武漢：430081）

20T×28M型橋式起重機安全性能檢測

余 鋒1謝 凡2

（1.武漢工程職業技術學院 湖北 武漢：430080；2.武鋼股份公司能源總廠 湖北 武漢：430081）

針對某廠超期服役的20T×28M型橋式起重機，制定安全性能檢測方案，經過檢測，確定該起重機主要梁架已產生永久變形，建議報廢并隨即采取安全對策。

橋式起重機；性能檢測；安全性評估

1 測試方案

某廠20T×28M型橋式起重機為生產型重負荷特型天車，額定載荷為20噸，跨距為28米，主梁結構為桁架式，主要生產任務是吊運25噸左右的連鑄板坯入爐，現已運行40年，已超役齡。為確保安全生產，需對該車性能進行綜合檢測，以評估其安全性。檢測方案如下：

（1）無損探傷檢測：對主梁桁架、副梁桁架主要焊縫及上下蓋板進行磁粉及著色探傷。

（2）上拱度：小車空載停在邊位，用水準儀按2.0米的間距分別測量西梁、東梁上小車軌道頂面的高程，找出跨中與跨端的高程差值即為上拱度。

（3）靜剛度：小車空載停在邊位和小車承受額定載荷停在中位，用水準儀分別測量西梁、東梁跨中的下撓量，其差值即為靜剛度。

（4）水平旁彎：小車空載停在邊位，以兩端點為基準，用經緯儀分別測量西梁、東梁水平旁彎。

（5）應力水平：

小車空載停在邊位，在兩根主梁的上、下蓋板上共布置10個靜態測點。測點布置如圖1所示。圖1中（）表示測點布置在下蓋板。

圖1 測點布置示意圖

小車承受額定載荷停在跨中，此時主梁的上、下蓋板在跨中處應力最大，用YJ－15型靜態電阻應變儀測量應力。靜態應力測試系統框圖如圖2所示。

圖2 靜態應力測試系統框圖

（6）小車狀況檢查：檢查小車車體是否存在疲勞裂紋，小車車輪與主梁軌道及旋轉軌道的運行狀況，主卷及鋼繩狀況等。

2 測試數據

（1）探傷檢測

主梁桁架、副梁桁架主要焊縫及上下蓋板用磁粉及著色探傷，未發現疲勞裂紋。

（2）上拱度、靜剛度

按《起重機安全技術檢驗大綱》要求，上拱量為（0.9／1000～1.4／1000）L，下撓量Y≤L／1000。其中L表示跨距。實測上拱度、靜剛度數據見表1。

從以上測試數據可知：該天車上拱度不滿足要求，靜剛度符合要求。

（3）水平旁彎

表1 上拱度、靜剛度測試數據

按《起重機安全技術檢驗大綱》，主梁水平旁彎f≤L／2000。當撓度Y≤19.5mm時，f≤5mm；當Y＞19.5mm時，f≤8mm。只允許向外旁彎。

實測結果：空載時，西梁向內旁彎5mm，東梁向內旁彎2mm；載重26噸，西梁向外旁彎3mm，東梁向內旁彎9mm。兩梁水平旁彎均不符合規定標準。

（4）應力水平

各分布測點應力測試數據見表3，單位為MPa。

表3 各測點應力測試數據

由于測試數據僅有負載應力，未包含自重應力，該數據在起重機性能分析時僅作參考。

（5）小車狀況檢查

小車狀況檢查未發現異?，F象。

3 強度校核

3.1 基本參數

額定起重量：Q1＝20t

最大起重量：Q2＝26t

跨距：L＝28m

起升速度：15m／s

小車軌距：6m

小車輪距：4m

起重機構工作類型：特重級

主梁截面幾何參數見圖3所示，單位為mm。

圖3 主梁截面幾何參數

3.2 載荷計算

（1）固定載荷

主桁架重：G主＝21.16t

輔桁架重：G輔＝9.8t

其余桁架、走臺、電器設備等重：G其＝3t

（2）活動載荷

小車自重：G?。?8.63t

電磁吸鐵重：G磁＝3.35t

（3）小車計算輪壓

小車計算輪壓：P1計＝P2計＝（G?。注颍≦＋G磁））／4

式中：Q為起吊重量；ψⅡ為動載系數，查得ψⅡ＝1.25

當Q＝20t（額定起重量）時，計算可得：P1計＝P2計＝11.95t

當Q＝26t（最大起重量）時，計算可得：P1計＝P2計＝13.83t

3.3 主桁架強度校核

（1）受力分析

主桁架受90%的小車輪壓及固定載荷的重量之半，受力簡圖見圖4所示。

圖4 主桁架受力簡圖

額定起重量時：小車輪壓P1＝P2＝90%P1計＝10.76t

最大起重量時：小車輪壓P1＝P2＝90%P1計＝12.45t

均布載荷q＝（G主＋G輔＋G其）／（2×L）＝0.61t／m

由節點載荷計算法，求出由小車輪壓及固定均載產生的等效節點載荷Xi值見表4。

表4 小車輪壓及固定均載產生的等效節點載荷Xi值

主桁架受節點載荷Xi圖見圖5所示，其中，Oi（i＝1…6）為上弦桿編號，Ai（i＝1…7）為下弦桿編號，Bi（i＝1…6）為豎桿編號，Di（i＝1…14）為斜桿編號。

圖5 主桁架受節點載荷Xi圖

（2）求各桿內力

由截面法求得各桿內力見表5、表6、表7、表8，內力單位為t。

表5 上弦桿內力

表6 下弦桿內力

表7 斜桿內力

表8 豎桿內力

（3）強度校核

主梁材料為Q235（A3）鋼。

許用應力［σ］＝σs／1.4＝230／1.4＝164.3MPa

（a）上弦桿

Q＝20t時，最大壓力N＝85.89t

橫截面積A＝14560mm2

式中：Φ—穩定系數，查得Φ＝0.466m

抗彎截面模量W＝2.76×10－3m3

計算可得：彎矩M＝70233N·m

計算可得：壓應力σ＝148MPa＜［σ］

Q＝26t時，最大壓力：N＝94.89t

計算可得：彎矩M＝81340N·m

計算可得：壓應力σ＝161.53MPa＜［σ］＝164.3MPa

（b）下弦桿

橫截面積A＝11904mm2

Q＝20t時，最大拉力N＝88.03t

Q＝26t時，最大拉力N＝97.28T

（c）斜桿

橫截面積A＝3800mm2

Q＝20t時，最大拉力N＝20.11t，最大壓力N＝24.5t

Q＝26t時，最大拉力N＝22.3t，最大壓力N＝27.09t

（d）豎桿

橫截面積A＝1900mm2

Q＝20t時，最大壓力N＝4.53t

Q＝26t時，最大壓力N＝5.04t

（4）主梁的撓度

撓度f≈0.025βPL3／（H2（A上＋A下））

查得系數β＝0.428

Q＝20t時：

90%輪壓：P＝10.76t 跨度L＝28m 梁高H＝2.2m

上弦桿橫截面積A＝14560mm2＝145.6cm2下弦桿橫截面積A＝11904mm2＝119.04cm2

f≈1.97cm＜許用撓度［f］＝2800／1000＝2.8cm

Q＝26t時：

90%輪壓：P＝12.45t

f≈2.28cm＜許用撓度［f］＝2800／1000＝2.8cm

4 結 論

（1）該起重機主梁橋架已存在永久性變形。表現為：

空載情況下，西梁向內旁彎5mm，東梁向內旁彎2mm；重載情況下，西梁向外旁彎3mm，東梁向內旁彎9mm。兩橋架旁彎均已超差，繼續使用將使旁彎的永久性變形持續增大。

空載情況下，西梁上拱6mm，東梁上拱6mm，兩梁上拱度不滿足規定要求。重載情況下，西梁保持上拱－9mm，東梁保持上拱－10mm，兩梁呈現塌腰現象。

（2）應力測試與理論計算都顯示，在重載時橋架最大應力σ＝161.53MPa＜［σ］＝164.3MPa，已經壓限，此時安全系數為1.4。部分斜桿的壓應力σ＝149.86MPa＜［σ］，斜桿由兩根L100角鋼構成，桿長2.2米，屬柔性桿。由于存在附加約束，桿慣性矩計算困難。但通常作穩定校核時，桿內應力遠小于許用應力。在此壓應力（149.86MPa）下，可以認為已達到穩定極限。

（3）依上所述，建議該橋式起重機報廢。在新天車未安裝前。要求現天車遵守下列條件運行：嚴禁超載，起吊重量在20噸以下；低速運行，防止動載沖擊過大；嚴禁斜拉起吊，水平振擺應盡可能小。

［1］ 起重機安全技術檢驗大綱［S］.原勞動部1993年10月頒發實施.

［2］ ［日］坂本種芳.橋式起重機設計計算［M］.北京：中國鐵道出版社，1987.

Property Examination ＆Safety Evaluation of Bridge Crane of 20T×28MType

YU Feng XIE Fan

A bridge crane of 20T×28Mtype has been in service for over 40years.To ensure its safety operation，a comprehensive examination is necessary for its safety assessment and duration of service.The examination methods and property assessment is of good reference in the maintenance of the equipment of the same types.

bridge crane；property examination；safety assessment

TH215

A

1671－3524（2012）02－0018－04

（責任編輯：栗 曉）

2012－05－03

余 鋒（1965～），男，副教授.E－mail：yf＠wgxy.net