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常現象。

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小＝18.63t

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小＋ψⅡ（Q＋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

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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