桁架門式起重機制作關鍵技術研究

（山東豐匯設備技術有限公司，山東 濟南 250200）

桁架門式起重機通常采用無縫鋼管桁架結構，結構緊湊重量輕、迎風面積小、安拆方便、外形簡潔美觀等特點[1]，與箱型門式起重機相比，其對基礎承載要求低、抗風能力強、穩定性好等優勢，而深受客戶的喜愛，廣泛應用于三北、沿海等地區項目。

桁架門式起重機和箱型門式起重機在標準規范中對結構的要求沒有本質區別，都包括主梁起拱、懸臂上翹、支腿垂直和軌道控制等方面。在通用門式起重機規范中對箱梁制作要求相對詳細，對桁架式指導較少，但兩種型式在結構制作中有很多不同之處。為此，分析箱型式門式起重機標準要求的真實含義，總結桁架門式起重機的相關經驗，對規范桁架門式起重機的設計和制造有著非常重要的意義。

1 結構特點

桁架門式起重機與箱梁門式起重機因結構組成單元的不同。

1）結構租車 箱梁門式起重機結構采用鋼板為主要原材料，翼緣板和腹部作為連續截面，主要承受彎矩載荷。主梁在受力分析時有限元建模為板殼結構，腹板靠近翼緣板附近位置承受彎剪組合應力，屬于最危險的部位。在結構制作時腹板的平面度對主梁的穩定性影響很大，是質量控制的重點。桁架門式起重機由梁桿單元組合成桁架結構，上下弦桿和腹桿均為單向受力構件，桿件在全長范圍內應力在理論上是均勻的。

2）材料強度與截面積 箱梁門式起重機在大型箱梁截面中，為降低結構自重采用高截面薄腹板進行設計，同時為了保持區格的穩定性，通常要增加橫隔板和縱筋來減小區格。桁架門式起重機主弦桿和腹桿考慮穩定性時，通常增大直徑而縮小長細比。桁架主弦桿材料強度利用率高，截面積大，一般不存在失穩問題，但腹桿受長細比限制較大，腹桿的直線度時是材料選取時的質量關鍵點，使用前要重點驗收。

3）小車軌道設置 箱梁門式起重機軌道位于腹板上方，設計時考慮輪壓對腹板局部應力的影響，在受彎剪組合部位進行應力狀態組合，三向應力可能會進一步疊加，容易出現最危險工況。桁架門式起重機小車軌道一般設置在上主弦桿上，上主弦在有輪壓載荷的影響下節點之間受局部彎矩影響，局部彎矩過大時可采用再分腹桿縮短節間長度降低影響。桁架主弦桿在有腹桿的節點處只受軸力，不會產生危險應力疊加。

4）起拱制作方式 箱梁門式起重機主梁起拱制作時采用腹板折線進行結構起拱，起拱的控制節點在下料環節，隨著焊接的完成主梁隨腹板形狀形成主梁起拱。桁架門式起重機采用腹桿長度和拱線基準進行起拱，起拱的主控環節在焊接前定位，焊接過程基本不會對桁架式主梁起拱造成影響。

5）其他 門式起重機的支腿結構，對桁架式和箱梁門式起重機從單個部件上也存在板殼結構和梁桿單元的區別，但在整體組合時標準要求基本相同。

2 門機策劃

門式起重機制作遵循最主要的規范是GB/T 14406-2011《通用門式起重機》，本規范[2]對門式起重機的主梁，支腿和軌道等主要結構做出了明確要求，主要以箱梁式門機為例介紹，對桁架門式起重機的控制要求和制作指導較少。從規范對箱梁時門機的要求對比，按照其結構要求對桁架門式起重機進行規范，以MDG40/10-42A4 門式起重機為例，制定以下部件結構制作要求（表1）。

表1 桁架門式起重機主梁主控項目表

GB/T 14406-2011《通用門式起重機》規范中5.7.7 條對小車軌道做出了具體要求，因桁架門式起重機主梁一般需要分段制作，分段處不可避免地存在接頭，且小車軌道受承軌梁（桁架上弦桿）直線度的影響較大，在尺寸控制上也間接提高了對桁架梁桿直線度的要求。

小車軌道檢驗項目表如表2 所示。

表2 小車軌道檢驗項目表

規范5.7.2 中，主梁在水平方向產生的彎曲：桁架梁最大不超過15mm，并應滿足小車軌道要求。根據表2 第8 條的規定，通常桁架門機分段運輸分段為12m 長，中部側彎不能超過3mm；第3 條規定接頭錯位不能超過1mm；雖有第5 條放松了對上弦桿直線度的要求，綜合考慮，表1中第3 條上弦桿水平方向的直線度要求不能超過5mm。

對剛性支腿的要求在規范中只有5.7.12 簡單要求，但考慮5.8.4 跨度和5.8.6 起重機運行機構等要求，制定支腿和主梁組合要求如表3所示。

表3 桁架門式起重機支腿和主梁組合主控項目表

為降低門式起重機對結構制作精度和軌道安裝的要求，當跨度超過30m 時，支腿一般采用剛性腿加撓性腿的結構型式。為保持結構的穩定性，跨度小于30m 時也可采用雙剛性腿結構，兩者在結構制作上有相似之處。在結構制作時，為了提高部件的通用性，需要剛性腿垂直度同時滿足起重機跨度的構造公差，且為帶輪緣車輪的定位精度保留一些余量。MDG40 門機支腿高度16m，表3 第1 條要求被動提升至垂直度不超過4mm。

3 主梁關鍵工序

1）結構設計 大型門式起重機不同項目需求的參數不完全相同，當跨度起升高度等參數發生變化時，一般需要針對性設計。門式起重機整機結構尺寸大，且主要有起拱要求，對支腿的垂直度要求也較高，不能通過現有的工裝和加工設備進行流水化生產。在制作過程中，采用部件組合的方式進行尺寸定位控制，結構關鍵工序包括主梁的組合制作和支腿的制作，小車軌道控制相對簡單，不再贅述。

2）主梁上片桁架的制作 因主梁結構為倒三角結構，上弦為雙弦桿平面結構，門架主梁初始制作采用倒裝方式。主鉤小跑車軌道設計在上弦桿上，結構主要起拱也控制在上弦桿上。在起重機組合平臺上先制作上弦桿起拱定位基準胎架，將組合好的上弦桁架單片放置在基準胎架，調整至整個橋架上平面的起拱符合制作工藝要求。小跑車軌道焊接在上主弦桿上，拱度隨主弦桿同位變化。

3）起拱 組裝前檢查起拱定位基準的胎架制作精度，為表1 主控項目1、2 做好過程控制工作。因門架翻身后的自重和焊接變形影響，起拱定位基準一般高于最終要求目標值，可隨項目積累經驗，修正到主梁跨中起拱度和懸臂上翹度需要的修正值。主梁弦桿在豎直方向的直線度需要為起拱服務，因此表1 中第4 條的要求不適用主梁弦桿，腹桿和支腿梁桿的直線度控制參照本條執行。第5 條上弦桿對角線偏差為結構主控項目，避免平行四邊形的出現。

4）主梁組合 桁架門式起重機主梁起拱不能通過腹板控制，但也可以通過腹桿的長度控制上下弦桿的起拱趨勢。MDG40 門機下弦桿懸掛副起升葫蘆軌道，相同橫斷面起拱要求同上弦桿。利用分段處腹桿支承下弦桿兩側，敷設中間斜腹桿和直腹桿，驗證下弦桿拱度后定位焊接，組合接頭，完成主梁的組合。

4 支腿關鍵工序

1）支腿組合 剛性腿和撓性腿的單部件制作精度要求不是特別高，關鍵工序在與橋架的組合。支腿組合是為了給剛性腿制作提供制作基準，保證在門機安裝時各結構尺寸符合相關規范要求，并且滿足大車行走機構的運行要求。支腿組合通過結構焊接將剛性腿與主梁連接的法蘭焊接完成，焊接量很少，但結構定位要求復雜且精度很高，表3 對本關鍵工序制定了具體檢驗項目。

2）支腿加工 箱梁門式起重機主梁和支腿連接通常為矩陣螺栓群型式法蘭，剛性腿側為彎剪組合法蘭結構[3]，撓性腿側為鉸接結構。為保證受力和裝配精度，通常采用加工的方式先預制橋架上的法蘭。箱梁門式起重機主梁法蘭加工精度高，可作為水平和跨度基準使用。與箱梁門式起重機不同，桁架門式起重機主梁法蘭為結構焊接控制，沒有加工基準，在和支腿組合前，應對橋架水平和跨度基準進行劃線（刻點）定位。

為方便部件制作，通常將制作完成的橋架主梁分段豎直放置，作為支腿的定位基準。主梁水平制作時，刻點定位水平基準點和跨度基準點，豎直放置水平基準轉化為垂直基準，以此為基準控制剛性腿和撓性腿的水平。水平從門架方向和軌道行走方向都要控制，實際制作時一個控制支腿和橋架水平基準垂直，另一個控制行走梁和橋架垂直。

3）支腿安裝 支腿安裝時，通常行走梁和臺車一并安裝，達到跨度精準控制的目的。以橋機跨度基準點為水平面控制點，控制行走梁的中心線在此平面內。測量時行走梁安裝臺車，以臺車邊緣為測量控制點，兼顧表3 第4 條帶輪緣車輪的水平偏斜。

控制剛性腿和剛性腿段連接法蘭與跨度基準的對中度，控制行走梁與此平面的對中度，按照表3 第7 條檢驗結構的對稱性，從而控制車輪的同位度和端部緩沖器的安裝精度，滿足第3 條和第6 條的要求。

控制從臺車下端面（或輪緣踏面）到橋架高度基準的距離，從而控制第5 條車輪接觸點高度公差，同時撓性腿需要和剛性腿一致。

5 結論

本文對比了門式起重機桁架式和箱梁式兩種結構形式，從結構特點和制作方案上進行分析，從受力和安裝的角度出發，闡述了標準規范相關要求的意義。針對門機規范指導控制桁架式結構條款較少的情況，制定了結構主控項目表，為桁架門式起重機制作提供了參考依據。

1）起拱方式不同是桁架門式起重機與箱梁門式起重機制作方式的最大不同之處。板殼式單元腹板可以控制箱梁門式起重機主梁的起拱，而桁架門式起重機需要主弦桿起拱后控制梁桿式單元腹桿的位置。

2）桁架門式起重機對梁桿單元的要求并不高，考慮對組合后的尺寸因小車軌道和分段接口等因素，精度等級提高了很多，在組合前需要特殊考慮。

3）單部件驗收合格并不等同于整機驗收合格。對部件的驗收標準要結合整機驗收需求和制造單位實際能力，提高部件驗收標準，確保其通用性符合關鍵工序驗收的要求。

4）組合制作兼顧了標準規范中的多條要求，針對規范要求的目的進行制作，避免了制作過程中的累計誤差，更符合規范制定的初衷，是一種行之有效的工藝方法。