造船門式起重機金屬結構局部屈曲分析

巫波

（江蘇省特種設備安全監(jiān)督檢驗研究院 無錫分院，江蘇 無錫 214174）

經(jīng)濟調(diào)查顯示，近年來我國國民經(jīng)濟收入水平持續(xù)增長，以工業(yè)產(chǎn)業(yè)為主的經(jīng)濟體系保持著良好的發(fā)展趨勢。造船業(yè)是工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的構成之一，關系著國內(nèi)航海事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。隨著機械化生產(chǎn)模式的推廣，各種機械設備在造船生產(chǎn)中的應用不斷普及，起重機是其中最為常見的機械設備。為了提高造船門式起重機的作業(yè)效率，對金屬結構局部屈曲問題深入分析處理是極為關鍵的。

1 金屬結構局部屈曲的不利影響

造船門式起重機作為一種大型機械設備，由多種不同的金屬構件組成。大到整塊的鋼板構造，小至細小的螺栓螺帽，都是起重機設備的金屬結構組成。目前，造船門式起重機的主要結構，是承載主梁與金屬支腳，利用小金屬構件緊固配合使用。金屬結構屈曲，是起重機最為常見的問題，直接導致大小金屬構件失去穩(wěn)定性，限制了起重機操控性能的正常發(fā)揮。從實際生產(chǎn)來看，局部屈曲的不利影響如圖1所示。

圖1 局部屈曲的影響因素

1.1 荷載失衡

由于造船產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，企業(yè)面臨的生產(chǎn)任務更加艱巨，門式起重機日常操作承受的荷載也越來越大。長期處于高負荷運作狀態(tài)，容易導致金屬結構發(fā)生屈曲現(xiàn)象，并引起一系列的異常問題。如：局部屈曲造成金屬構件變形，出現(xiàn)了不同程度的受損問題，承擔的荷載會轉移到其他構件中。原先處于穩(wěn)定狀態(tài)的構件，會因為受力荷載迅速擴大而失去平衡，減小了起重機吊起的重力荷載，阻礙了生產(chǎn)操作的順利性。

1.2 構件受損

起重機在起吊貨物時，承載主梁及金屬支腳共同分配承擔了重量荷載，只有保證兩部分結構的荷載分配均勻，才能順利起吊重物[1]。操作人員在吊裝貨物時，未合理調(diào)整起重機布置情況，造成重力荷載過于集中在某一點，如支腳、主梁。此種情況易產(chǎn)生局部屈曲現(xiàn)象，荷載超過構件承受范圍，便會造成構件損壞的問題。

1.3 意外事故

金屬構件是門式起重機的基本構造，一旦其產(chǎn)生局部屈曲，便會帶來各種安全意外。以底座結構為例，該部分是支撐整個起重機的關鍵部分，負責把吊裝貨物產(chǎn)生的荷載轉移到地面，維持設備生產(chǎn)的均衡性。若底座構架形式屈曲，失去支撐結構的起重機易坍塌、墜落，嚴重影響了生產(chǎn)作業(yè)的安全性。

1.4 生產(chǎn)受限

金屬結構局部屈曲，是一種構件病害，限制了門式起重機現(xiàn)場操控的效率，阻礙了造船業(yè)生產(chǎn)效率的提升。側扭屈曲，是門式起重機較為多見的局部屈曲形式。該屈曲是由于承載主梁的橫向受力不均衡，主梁側面發(fā)生向左或向右的扭轉、偏移狀況，造成主梁中間的承載力減弱甚至喪失，一些重要的金屬結構難以發(fā)揮應有的作用。機械一體化生產(chǎn)是多數(shù)企業(yè)的常用模式，局部屈曲引起起重機設備性能受損，必將降低吊裝生產(chǎn)的效率。

2 增強機械設備抗屈曲能力的措施

造船門式起重機已經(jīng)成為行業(yè)生產(chǎn)制作的必備機械，起重機結構性能的強弱，對整條生產(chǎn)流水線的持續(xù)運作，均有很大的影響。鑒于局部屈曲對金屬結構產(chǎn)生的破壞作用，企業(yè)必須針對局部屈曲發(fā)生的因素，制定針對性的處理方案，營造更加優(yōu)越的造船生產(chǎn)環(huán)境。

增強起重機抗屈曲能力，需從荷載性能、抗震性能、支護性能等方面采取措施。

2.1 荷載性能

為了避免局部屈曲對門式起重機產(chǎn)生的不利作用，早期技術人員設計了相關的加固支撐結構，利用組合構件對屈曲現(xiàn)象進行處理。由于加固構件的抗拉性能不足，金屬結構協(xié)調(diào)荷載的性能未能全面發(fā)揮[2]。技術人員可選擇有效的加固結構，如安裝高性能金屬構件，輔助機械運行，對生產(chǎn)操作中產(chǎn)生的巨大荷載進行有效的分擔，增強了金屬結構的抗屈曲性能。

2.2 抗震性能

震動對起重機設備性能有很大的影響，無論是自然災害震動或者設備底座震動，均破壞了起重機正常的操作秩序。考慮到保證基層結構的牢固性，為底座設置有效的輔助結構，可增強其抗震性能。為了保證底座結構的穩(wěn)定性，比較常見的方法是，技術人員用緊固螺栓打孔加固，將底座與地面基礎結構完全連接，利用地面承載能力，減弱震動對機械造成的沖擊力。

2.3 支護性能

造船門式起重機是一項多功能的機械設備，其內(nèi)、外部的結構組成形式復雜多樣，每一個金屬構件，都關系著設備起重性能的發(fā)揮。局部屈曲現(xiàn)象，是金屬結構集中受力的表現(xiàn)，由于承擔載荷過大，而易產(chǎn)生不同程度的受損。增強金屬結構的支護性能，可改善起重機抗受損的能力，面對集中受力情況，可減輕結構受損的程度。

3.4 操控性能

起重機屬于大型機械設備，復雜的機械構造往往會影響到設備的操控性能。為了避免這一問題，造船門式起重機應通過技術改造，不斷改善其可操控性能[3]。例如：技術改造，利用自動化控制系統(tǒng)調(diào)控起重機，降低人工操作的難度；結構改造，對金屬結構的構件組合優(yōu)化改進，提高機械設備的運行效率。

3 起重機結構安裝的注意事項

造船門式起重機在安裝時，要注意壓桿失穩(wěn)造成的不利影響，其易造成不同程度的局部屈曲現(xiàn)象，破壞了起重機金屬構件的穩(wěn)定性。因此，現(xiàn)場作業(yè)人員在安裝金屬結構時，必須遵循操作規(guī)范，對金屬構件可能出現(xiàn)的異常受力問題及時處理。

起重機結構安裝需要注意的問題包括：

3.1 確保裝置有效地工作

每隔一段時間，要去撥動一下力矩限制器限位開關的觸頭，看其是否還會報警。如果沒有反應，就要先查力矩限制器的傳感電路，一定要找出原因并處理好后，才能繼續(xù)操作。有些工地把造船門式起重機當大塔用，故意把力矩限制器的電路撤掉，這屬于嚴重的違規(guī)操作行為。

3.2 保護桿件不要有初彎曲

造船門式起重機在轉移搬運的過程中，要特別注意防止碰彎桿件[4]。因為有初彎曲的桿件，其承載能力低于直桿，也就是說，實際上彎桿已經(jīng)失穩(wěn)，再承受過大載荷，只會加大彎曲撓度，提早出現(xiàn)壞損。如能發(fā)現(xiàn)彎曲，一定要先補強才能繼續(xù)使用。

3.3 正確執(zhí)行安裝程序

嚴格按使用說明書指定的安裝順序，進行安裝和拆卸。在塔式起重機使用說明書中，為了防止不平衡力矩過大，在安裝平衡臂和起重臂時，明確規(guī)定先安裝平衡臂，加1～2塊平衡重后，再安裝起重臂，最后才裝上全部平衡重。

3.4 重視斜拉側拉的危險性

要嚴禁斜拉、側拉起吊重物，特別是大幅度起吊時更要注意。因為斜拉、側拉起吊，除了起重力矩外，臂架還要受到一個水平橫向力矩[5]。這個力矩會使臂架根部下主弦桿產(chǎn)生一個較大的壓力，大幅度起吊時，起重力矩也使下主弦產(chǎn)生壓力，這兩個壓力疊加，很可能使臂架下主弦桿失穩(wěn)屈曲，導致側向折臂，進而前后失去平衡而倒塔。

4 結束語

總之，隨著起重機械設備在造船生產(chǎn)中的普及應用，操作人員不僅要掌握熟練的操控技術，對金屬結構局部屈曲現(xiàn)象也要采取措施處理。屈曲約束支撐，是處理局部屈曲問題的有效措施，起重機操作人員應詳細地了解此種方案的加固流程，合理選用高性能金屬構件加固處理。

[1]王曉亮.造船業(yè)門式起重機設計及其穩(wěn)定性分析[J].造船機械，2010，32（10）：67-68.

[2]楊文靜.有關門式起重機受力和使用性能的分析[J].中國機械裝備，2010，40（20）：19-20.

[3]曹美萍.小型門式起重機靜力學及模態(tài)分析數(shù)值模擬的研究[J].礦山機械，2011，14（3）：8-11.

[4]盧丹雨.工程結構整體屈曲的臨界荷載分析[J].天津大學學報，2010，26（10）：6-8.

[5]潘玉霞.造船門式起重機構件屈曲的成因及處理[J].東南大學學報，2011，17（4）：32-34.