淺談橋式起重機主梁變形及修復方法

李治軍，于廣超，郭昕航

（天津市特種設備監督檢驗技術研究院，天津 301600）

當前，起重機械在國內各種物料的起重、運輸以及裝卸等諸多活動中有廣泛應用，逐漸成為現代工業生產中的必需設備之一，橋式起重機便是常見類型之一，其在企業生產實踐中占據重要地位。起重機主梁變形是機械應用中常見情況之一，其可能成為重大故障問題發生的根源，輕則干擾正常的生產活動，嚴重時會誘發重大的生產事故，對人們生命財產安全構成威脅。怎樣減少或規避以上情況，使機械設備安全可靠運行有更大的保障，提升安全生產效率，是當下業內人員不斷探究的共同問題之一。

1 起重機主梁變形的表現形式及危害性

主梁上拱度減小甚至消失而形成下撓、主梁發生橫向側彎、主流出現肉眼清晰可見的波浪形及橋架架對角線嚴重超差等是主梁變形的主要表現形式。以上情況對起重機形成的影響主要有：一是不利于小車車輪與軌道的可靠接觸，四個車輪無法同時接觸軌道，發生受力不均情況，最后出現啃軌現象，勢必還會降低小車運行效率；二是當變形抵達一定程度時，小車軌道會出現坡度，其運行時要克服爬坡帶來的阻力，制動停運后小車溜車現象的發生率顯著增加；三是對大車運行機構性能造成不良影響，導致聯軸器偏斜角明顯增大進而出現嚴重磨損，發生齒斷情況，嚴重時造成運行機構無法正常運作；四是若出現十分嚴重下撓情況，下蓋板與腹板的拉應力抵達金屬材料的屈服極限時，裂紋或脫焊情況的發生率會顯著增加，若依然頻繁應用起重機作業，則很容易造成主梁報廢。

2 橋式起重機主梁變形的影響因素

2.1 內部應力

對于主梁構件，其在生產制造互動中，設備本體的內部應力會對金屬構件產生直接影響，若相關人員強制性地組裝設備零部件，其就會形成內部應力，導致其后期投用時出現不同程度的形變問題。焊接與制造時，部分工人可能沒有規范地使用加工工藝，容易使主梁局部出現大小不等的內應力，且這些例均作用在起重機本體上，是塑性變形問題的主要誘因。在起重機械長期運作時，殘余的內應力會均勻分布，增加了焊接變形問題的發生率，主梁變形現象相繼出現。

2.2 設計和制造不夠合理

機械的設計、制造情況直接影響其后期使用安全性、效率。橋式起重機設計、制造時，若沒有嚴格執行相關標準規范、技術要求等，則容易使主梁出現較大誤差，埋下隱患因素，最后引起嚴重的變形問題。制造時若沒有科學選擇鋼材，鋼材性能、尺寸等和設計要求之間存在較大出入，那么若將這種情景下制造出的起重設備用于工程現場，會造成主梁承擔的工作負荷超出限值，出現較大的變形情況。

2.3 吊裝與運輸不夠科學

起重機主梁為長大型構件，剛度小、彈性偏大時其主要特點，生產裝配時存有較大的內應力，很多細節問題容易被忽視，若沒有嚴格按照規范要求執行任務，則很容易造成橋架局部結構發生變形情況。

2.4 養護不到位

如果起重機長期處于高溫、易腐蝕的工況下運行，則很容易造成金屬材料的自身性能發生改變，屈服度逐漸降低。若溫度過高，則很容易出現溫度應力，增加主梁發生變形的風險。

3 主梁變形問題的修復方法

3.1 火焰校正法

這是當下修復起重機主梁變形問題的常見方法之一，這種方法在應用時自身有很強的靈活性，適用于修正處理主梁構件發生的各種變形問題。在具體修復實踐中，要使橋式起重機整體落地，這是修復工作實施的重要基礎，修復操作通常會歷經較長的工作周期。在現場操作時，火焰校正法利用金屬溫度和機械性能兩者之間的關系，基于熱脹冷縮的自然機理，于主梁上選出上小下大的區域進行加熱處理，實測其集中加熱600℃時，周邊的金屬構件會對加熱區形成一定的影響，造成其不能自由伸張進而發生塑性壓縮。若低碳鋼是主梁構件的主要制造材料，那么當加熱至600℃時，材料的屈服極限就會緩緩降到0，加熱區相繼會出現不同程度的熱塑性變形現象，冷卻收縮會使全部加熱區生成內部對拉力，逐漸拉近主梁金屬，直至中梁重新復原上拱狀態。若主梁下撓勻稱、順滑分布，則建議工作人員選定跨中兩側作為加熱處理區，確保加熱區對稱分布。若主梁下撓形狀不規則，則要著重考察關鍵區域，可以將數個加熱區布置在出現顯著變形的下撓部位。

為了能較好地修整主梁變形問題，在具體操作時，嚴禁出現反復加熱同個部位的行為，規避因頻繁加熱而造成主流內部再次形成較多的殘余應力，勢必會降低主梁材料的機械性能。工作人員的手部也不可以同時朝著拉、壓方向加熱，主要是防控金屬材料在熱力作用下變脆，盡可能不用冷水做冷卻處理。不可以加熱主梁構件的危險截面，督導工人嚴格依照修復設計流程及現行標準進行操作，一旦火焰校正部分順序顛倒將會造成現場修復失敗。火焰校正結束后，一定要做好主梁的加固處理工作，合理應用烤點，利用其增加危險截面的實際負荷應力，防控發生塑性變形情況，可以采用將槽鋼加焊在主梁下方的方式去進行加固處理。

3.2 預應力法

這種修復方法的作用原理可以做出如下概述，以主梁構件的空載為基礎，給主梁施加部分預應力，在有外加力矩作用的工況下，主梁的上下蓋板將會形成預拉應力、預壓應力。在起吊重物的工況中，起重機主梁上下蓋板出現的工作應力將會抵消預應力，主梁應力相應被弱化，對主梁實際荷載的增加形成不良影響，最后發生下撓局部變形情況。合理應用預應力法是修復主梁變形問題的可行方法之一，使主梁上拱較好地滿足安全運行標準要求，有助于提升橋式起重機的使用效率。工作人員進行拉筋拉緊的工況中（圖1），實地測量主梁的上拱值，確保主梁下蓋板的外壓力值處于限定區間中，以防超出金屬材質的承受范圍。預應力法修復主梁的常見工況主要有以下幾種。

圖1 預應力法修復主梁的原理

一是使用時間相對較漫長的起重機；二是主梁剛度偏低、承載能力不夠；起重機設備長期處于滿負荷工作狀態；作業環境條件較惡劣。

3.3 重復施焊法

重復施焊，即采用大電流對主梁構件焊縫進行重復焊接，利用新出現的焊接變形修整主梁原變形問題，有效地整改既有的變形狀態與上拱度，這樣通常能在主梁修復實踐中取得良好效果。在具體實踐中，相關人員要全面分析主梁的變形狀況，如果有提高主梁拱度數值的需求時，則要對主梁的下蓋板和腹板角縫進行重復焊接處理，要配合使用焊縫冷卻技術，這樣方能更科學、有效地刺激主梁金屬結構的收縮過程，使其內部生成拉應力，最后有效提升主梁的上拱值。為了能減少或規避主梁構件發生水平旁彎情況，建議于凸面板及上、下蓋板角縫處進行重復焊接，這是控制主梁的水平旁彎情況的有效方法，能夠取得良好的修復效果。

4 結語

橋式起重機在長期的使用中，出現主梁變形問題難以完全規避，其會直接影響起重機機械性能，不利于生產作業安全、有效進行。鑒于以上情況，相關人員要從思想上重視主梁變形問題，從諸多方面分析變形問題成因，編制出有效、可行的修復方案，實現合理檢測與維修，提升設備的完好率，使其應用時創造出更多的經濟效益。