基于應力測試的門座起重機安全性能評估

丁東方

（福建省特種設備檢驗研究院，福建福州350008）

0 引言

門座起重機是隨著港口事業的發展而發展起來的，在發展過程中，門座起重機還逐步推廣應用到作業條件與港口相近的船臺和水電站工地等處。隨著我國經濟的高速發展，目前門座起重機已廣泛應用于港口件雜貨、散貨、集裝箱、成套設備等貨物的裝卸作業，船廠和船塢在修、造船時結構分段拼裝和機電設備安裝等作業以及水利電力工程中混凝土吊運、澆筑、水工金屬結構件吊裝及火力發電工程中機電設備安裝等作業[1]。

某企業一臺門座起重機，在使用過程中發現門腿與下橫梁連接部位出現焊縫開裂現象，本文通過對整機進行靜態和動態應力測試完成整機的安全性能評估，并依據測試結果提出了改進方案。

1 門座起重機介紹

門座起重機依據用途和適用場合可以分為港口門座起重機、船廠門座起重機和水利電力門座起重機[1]。門座機的機構主要由大車行走機構、起升機構、變幅機構和回轉機構組成，主要技術參數有額定起重量、起升速度、起升高度、大車速度、回轉速度、幅度等。本文研究對象的技術參數如表1所示。

表1 門座起重機技術參數表

2 主要金屬結構靜態應力測試

目的是檢測門座機主要金屬結構在載荷作用下承受靜態載荷的能力[2]。測點的布置主要考慮對稱布置和整機重要結構件全面覆蓋[3]，比如臂架、人字架、轉臺、圓筒、下橫梁以及門腿等部位，測試工況：（1）空載工況：臂架擺動平面平行于軌道；臂架由最小幅度至最大幅度；最小幅度時儀器置“0”，最大幅度時讀數。（2）額載工況：臂架擺動平面位于兩門腿中間且平行于大車軌道；臂架位于額載時的最大幅度；載荷落地時儀器置“0”，起升后讀數。測試結果和測點布置如表2所示。

3 主要金屬結構動態應力測試

目的是檢測門座機在載荷作用下主要金屬結構承受動態載荷的能力，測點選擇參照靜態應力值較大的測點和主要金屬結構均覆蓋的原則進行，故選擇測試C2、D2、E1、F1、G1和H。測試結果如表3所示。

測試工況：臂架平行軌道，最小幅度空載時儀器置“0”，提升額定載荷，變幅到額定載荷允許的最大幅度做上升、制動，下降、制動動作，然后載荷回到起始位置[1]，儀器記錄各測點動態應力曲線，如圖1和圖2所示。

表2 靜態應力檢測結果及測點布置 單位：MPa

表3 動態應力測試結果 單位：MPa

4 檢測結果分析與建議

經靜態應力測試，較大應力呈現在人字架D2測點、轉臺后伸距根部E2測點及圓筒下部G1測點。空載變幅產生的應力值分別為-73.9 MPa、+83.1 MPa及-87.5 MPa；臂架位于額載最大幅度，起吊額載靜止時，上述部位的應力值分別為-43.6 MPa、+61.1 MPa及-80.8 MPa，以上各測試部位的應力值均未超過材料的許用應力值（材料為Q235），但門機處于較高應力狀態。

圖1 門座起重機動載應力記錄曲線（1）

圖2 門座起重機動載應力記錄曲線（2）

經動態應力測試，各測點的應力峰值均未超過材料的許用應力值，對比值也在正常范圍內。但圓筒下部G1測點的最大應力峰值為-130.0 MPa，接近材料許用應力值的上限。建議在以后的使用過程中加強檢查，發現問題及時處理，如果焊縫開裂，應嚴格按照相關焊接工藝進行處理[4]。

該門座機門腿與下橫梁結合部位雖然經過了加固處理，但依舊處于高應力（接近材料的許用應力值上限）狀態下工作，在這種高應力狀態下工作易對結構件產生損傷。建議對橫梁再做加固處理，建議如下：橫梁兩邊各加寬0.5 m，共加寬1 m，結合部局部采用的鋼板厚度至少比原來橫梁采用的鋼板加厚1/3；加寬后的橫梁內部加筋板，加筋方式與原橫梁內部保持一致；去掉門腿上部的三角形加固件，并在門腿內部加橫隔板，橫隔板位置與橫梁加寬后位置保持在同一個截面，采用的鋼板厚度與橫梁加寬采用的鋼板厚度相同；同時對圓筒下部以圓心為基準，加縱筋進行加固處理。