橋式起重機主梁下撓原因分析及應對對策

龔徐科 繆秋祥

（寧波市特種設備檢驗研究院，浙江 寧波 315048）

橋式起重機由于具有起重量大、結構簡單、操縱方便、使用效率高等特點，正越來越廣泛的應用于工礦企業中。在實際使用過程中，起重機主梁起到了非常重要的作用，它不僅使起重機小車沿著一定的軌跡運行，同時也起到了起重機承重和傳力機構的作用。當小車沿主梁軌道運行時，起重機吊運載荷和小車自重通過小車車輪和小車軌道傳遞給主梁，主梁又通過橋架結構、大車車輪和大車軌道將這些載荷與起重機自重傳遞給廠房承重結構。因此，由于不合理使用造成的主梁變形對起重機的安全運行有著舉足輕重的影響。正確分析造成主梁下撓的各種因素及后果，及時采取有效的矯正措施，對橋式起重機的安全運行起著非常關鍵的作用。

1 影響主梁下撓的原因

1.1 超載使用的影響

由于橋式起重所吊貨物的不確定性，在實際使用過程中極容易造成超載，這也是造成起重機主梁下撓的重要原因之一。大量的實踐證明，長時間的靜力超載是造成起重機主梁下撓的主要原因。因此在使用過程中應嚴格防止將超重貨物長時間懸吊于起重機主梁下，同時在起重機不工作時應當把小車開到起重機的兩端，以便減少小車自重對起重機主梁產生的不利影響。

1.2 主梁結構內應力的影響

主梁的箱形結構是一種超靜定焊接結構，在主梁的制作過程中，存在著大量的焊接過程，這些焊接造成了焊縫及其附近熱影響區金屬的收縮，從而產生了大量的殘余應力。當殘余應力和工作應力疊加在一起并超過主梁材料的屈服極限時就會導致主梁的嚴重塑性變形。另一方面，由于自然時效效應的影響，存在于箱形主梁結構中的殘余應力也會逐步消失，并由此導至主梁出現永久變形，從而使主梁上拱度減小或產生下撓。

1.3 高溫工作環境的影響

在高溫場合使用的橋式起重機，由于其所處工作環境的因素，主梁長期受到高溫輻射的影響，使主梁上下蓋板間產生了一定程度的溫度應力，并降低了金屬材料的屈服極限。一方面由于主梁上、下蓋板受熱程度不同，下蓋板的輻射溫度比上蓋板的輻射溫度要高出很多，因此下蓋板的伸長量比上蓋板要大很多，從而導致主梁向下彎曲；另一方面主梁的工作應力和溫度應力相疊加后會達到甚至超過材料的屈服極限，并最終導至主梁下撓。

1.4 各種氣割、焊接對主梁下撓的影響

在主梁上蓋板上進行各種焊接和氣焊操作時會使主梁向下彎曲，當在走臺側進行上述操作時，則會使主梁向內旁彎，所以我們應盡量減少在主梁金屬結構上的各種氣割和焊接操作。如重新調整小車軌道時，，不應用氣割的方法去除壓板，而應用鏟子鏟下壓板，焊接無法避免時應采取適合措施防止主梁產生變形。

1.5 起重機不合理存放、吊裝

由于起重機橋架結構比較龐大，存放、吊裝時引起的彈性變形量也很大，一旦彈性變形超過塑性變形區，就會引起橋架的永久變形。通過調查我們發現，由于制造場地的限制，許多新起重機主梁在制造過程中被隨處安放，且沒有采取一定措施防止橋架變形；有些新起重機主梁在吊裝過程中，由于吊裝方法過于簡單沒有考慮到橋架重心和各種受力情況，采取野蠻施工的方法。這些都是引起起重機主梁產生下撓的原因。

2 主梁下撓的危害

2.1 對小車運行的影響

當主梁出現永久下撓變形，并在水平線下時，小車軌道會產生一定坡度，從而影響小車的正常運行。當小車由中間向兩端運行時，由于爬坡現象造成了運行阻力的加大，增加了電機負載，嚴重時甚至會燒壞電機；當小車由端部向中間運行時，由于重力加速度的影響將出現“溜車”、速度失控和小車就位精度的降低等現象，甚至導致安全事故的發生。當小車滿載運行時上述影響會更加明顯。

2.2 對大車運行的影響

特別是對于大車驅動方式采用集中驅動的起重機，由于傳動軸通過軸承固定在主梁上，當主梁下撓時傳動軸也會跟著下移，并最終造成傳動軸彎曲。當傳動軸彎曲到一定程度時，就會引起聯軸器斷齒、連接螺栓斷裂等現象，嚴重時會造成傳動軸被扭斷。

2.3 對小車的影響

當兩根主梁的下撓程度不同時，小車軌道將不在同一個平面內，這時小車的四個車輪無法同時與軌道相接觸，從而形成小車“三條腿”現象。在主梁下撓的同時主梁也會逐漸向內彎曲，這時小車軌距會逐漸減少，當軌距減小到一定程度時，外側單輪緣小車將會造成脫軌，雙輪緣小車會出現運行過程中的夾軌現象，情況嚴重時會出現車輪爬出軌道的情況。

2.4 對主梁結構的影響

當主梁出現永久變形并直接導致嚴重下撓時，分布在主梁腹板和下蓋板的受拉區的應力往往已達到材料的屈服極限，這時主粱下蓋板和腹板附近特別是對接焊縫附近將出現焊縫開裂、脫焊等現象，隨著裂縫的擴展最后導致起重機不能正常使用。

3 主梁變形的矯正方法

目前，主梁變形的矯正方法有很多，比較常用的方法有“火焰矯正法”、“預應力法”、“重復施焊法”、“截斷法”及“局部切墊法”等，具體采用什么方法，要根據實際情況而定，不能千篇一律，因此我們只有認真分析各種矯正方法的特點、綜合各方面的因素，合理選擇矯正施工方案，才能取得較為理想的矯正效果，使起重機繼續發揮“余熱”。

3.1 火焰矯正法

火焰矯正法是我們經常采用的一種主梁矯正方法，其基本原理就是在主梁金屬結構上采用局部加熱方法，并達到一定的溫度，使主梁金屬結構的某些部位被“塑性壓縮”，當冷卻到常溫以后，殘余的局部收縮應力就會起作用，從而達到矯正主梁變形的目的。上拱度不足或主梁下撓時，可在下蓋板矩形區及腹板下側三角形區進行加熱，上翹度不足時，則應在懸臂腹板上側三角形區及上蓋板矩形區進行加熱。加熱點的多少、大小及位置，應根據主梁的實際變形情況而定。在矯正過程中應注意以下幾個方面：

3.1.1 加熱溫度應控制在700～800℃之間，加熱溫度既不能太高也不能太低。當在上述溫度區間時，金屬（低碳鋼）的屈服極限接近于零，金屬的“熱塑性”處于最佳狀態，能達到最好的矯正效果。

3.1.2 應避免在同一位置重復加熱。重復加熱不但會降低矯正效果，金屬材料的金相組織也會遭到一定程度的破壞。

3.1.3 不應在危險斷面處進行加熱。因為經過矯正加熱后，加熱點部位的應力會被加大，相應的危險斷面的極限應力也會達到最大值，從而使矯正變形失去效果。

3.1.4 加熱點應盡量布置在隔板位置處。這樣可以使腹板的波浪變形降至最底。

3.1.5 主梁變形矯正后，主梁應采取加固措施。一般加固方法是在主梁跨度范圍內下蓋板兩側用槽鋼加強，槽鋼下面再加一層下蓋板，這樣可以增大主梁截面積，從而達到增加主梁承載能力的目的。

3.2 預應力法

預應力法也是用得較多的一種主梁矯正方法，它的基本原理，就是在主梁下蓋板兩端接近端梁處焊接幾個固定支座，用一定的預應力張拉多根筋鋼或鋼絲繩（鋼筋或鋼絲繩數量及直徑可以通過計算主梁截面及跨度等因素來決定），使主梁持續受到一個恒定不變的彎矩（主梁下半部受壓應力，上半部受拉應力），在這一彎矩的作用下，主梁上拱將逐漸恢復。主梁恢復上拱度后，張拉裝置不應被拆除，由于主梁在起升載荷時，由工作產生的壓應力恰好與張拉鋼筋的預應力方向完全相反，這樣張拉鋼筋產生的預應力就可以抵消部分由工作產生的壓應力，從而進一步提高了主梁的承載能力和穩定性。由于這種方法操作相對比較簡單，因此得到了一定程度的應用。

3.3 重復施焊法

重復施焊法的基本原理，就是采用大電流在主梁焊縫上進行重復施焊，通過產生的焊接變形來矯正原變形，從而達到矯正主梁變形的目的。例如；當主梁上拱度不足時，可在主梁腹板與下蓋板的角焊縫處進行重復施焊，由于焊縫冷卻后會產生應力，產生的收縮應力使上拱度增大。如水平旁彎過大時，則可在上下蓋板與腹板凸面的角焊縫處進行重復施焊，從而達到減小水平旁彎的目的。重復施焊的電流和長度，要根據實際主梁的變形程度而定，避免超過，否則需再反向矯正。

多年的實際應用證明，采用這種方法進行矯正效果最好，矯正后的主梁變形平滑，外觀質量較高，特別是新制造主梁的矯正最適合此種方法，如上拱度和上翹度的矯正、水平旁彎的矯正以及橋式起重機兩片主梁同一截面高低差偏大的矯正等。重復施焊法在實際操作中具有實用、快速、簡單、經濟等優點，但也存在一些不足之處，如在某處有較大硬彎時，往往達不到預期的效果，又如長期使用的，且主梁剛性又不足，變形量較大時，這種方法不適用。

3.4 其它矯正方法

除了上面介紹的三種矯正方法之外，還有截斷法，局部加墊法等，除特殊情況之外，一般不推薦使用，因此，這里不再詳細介紹。

結語

隨著現代化大規模生產的發展和科學技術的進步，橋式起重機已經被越來越廣泛地應用到各部門。經過多年的實踐得出：雖然橋式起重機主梁變形對生產存在著很大的危害，但只要查找到變形產生的根本原因且能夠及時采取一定的措施對主梁變形進行矯正，定期檢測，合理維修，就能大大降低設備以及人身事故的發生，降低備品備件的消耗，更好的保持設備的完好率，使企業的經濟效益得到顯著提高。

[1]陳娟.橋式起重機的主梁變形及修復[J].化工設備與防腐蝕，2002，5（5）.

[2]吳安福.橋式起重機主梁下撓變形的檢驗及修復[J].科技與研討，2002，12（6）.