關于電動單梁起重機小車軌道磨損問題的探討

柯 韜 仇佳捷(寧波市特種設備檢驗研究院 寧波 315048)

關于電動單梁起重機小車軌道磨損問題的探討

柯 韜 仇佳捷
(寧波市特種設備檢驗研究院 寧波 315048)

以一個案例為例就小車軌道磨損可能帶來的影響進行了詳細的分析和定量計算，并提出了使用過程中應當著重注意的相關事項。

工字鋼 箱型梁 下翼緣 磨損

電動單梁起重機作為橋式起重機中結構較為簡單的一種，以其造價低廉、維護便捷等特點在企業中應用廣泛。同時又由于電動單梁起重機使用、維修保養技術門檻低，保有量大也成為起重機安全隱患的重災區，而這些安全隱患就是源于容易忽視的各類失效形式中。

本文探討的小車軌道磨損就是電動單梁起重機常見的一種失效形式，同時也是容易忽視的一種失效形式。本文通過從起重機受力校核的角度對電動單梁起重機小車軌道磨損造成的影響進行了較為全面的分析，同時提出了使用、維護保養及日常檢驗中應當注意的事項，對使用維護與檢驗檢測有一定的借鑒指導意義。

1 檢驗案例

某單位一臺2003年出產的LDA型電動單梁起重機，額定起重量10t，跨度22.5m，工作級別A4，采用地面隨行操作方式。該起重機主梁采用最常見的型鋼與工字鋼構成的組合梁形式?，F場檢驗發現工字鋼下翼緣下表面有明顯摩擦痕跡，一側下翼緣外緣有明亮的金屬光澤，可判斷此工字鋼外緣已經磨損，經檢查，發現該工字鋼外緣磨損嚴重，實際測量見圖1，工字鋼腿寬度為123mm，30T工字鋼標準腿寬為128mm，磨損量為5mm，其單側磨損量達到7.8%。同時，發現該起重機工字鋼除下翼緣磨損外其腰部也發生磨損，見圖2，其磨損深度為3mm，對于30T工字鋼，腰寬12mm，磨損量達到25%。

圖1 工字鋼下翼緣一側磨損測量

圖2 工字鋼腹板（腰部）磨損

查閱相關標準，GB 6067.1中3.9部分僅對起重機受力構件的腐蝕、裂紋和塑性變形的報廢標準做了規定[1]，對磨損并未作出相應規定。GB 6067.5中3.2部分中也僅對工字鋼下翼緣厚度有一個10%磨損量的規定[2]，而對于工字鋼翼緣腿寬及腰寬的磨損均沒有相關的規定。因此只能按照相關設計標準對其受力情況進行驗算。

依照簡化的主梁截面圖（如圖3所示）對工字鋼下翼緣進行校核驗算。

圖3 主梁截面尺寸圖

1.1 垂直載荷在下翼緣引起的彎曲正應力

式中[3]：

y1——梁的下表面距截面形心軸x-x的距離，mm;

Ix——梁跨中截面對x -x軸的慣性矩，mm4；

q——主梁單位長度重量N/mm；

P——電動葫蘆在額定起升載荷下的總輪壓，N

式中：

?i、?j——動載系數，此處取1.1；

Pxc——電動葫蘆自重，這里取12000N；

PQ——額定起重量，取1.0× 105N。

依照以上公式及設計圖紙計算得σz=142.7MPa 。

1.2 主梁工字鋼下翼緣局部彎曲應力

主梁工字鋼下翼緣局部彎曲應力的討論主要考慮三個位置，分別為腹板根部處、輪壓作用點及下翼緣外沿。其對應不同截面的計算公式如下：

1）腹板根部處

2）輪壓作用點處

3）輪壓作用點處

式（3）～式（7）中，K1、K2、K3、K4、K5為局部彎曲系數，由輪壓作用點位置比值決定，通過查取局部彎曲系數表得到。其中，i為輪壓作用點到腹板外表面距離，b為工字鋼腿寬，d為工字鋼腰寬，以30T工字鋼為例，b=128mm，d=12mm。P'為電動葫蘆單個車輪的輪壓，此案例中P '=P/8=15400N。t 為工字鋼翼緣厚度[3]，以30T為例，t=20mm 。

1.3 復合應力

工字鋼下翼緣局部彎曲的復合應力計算見式（8）～式（10）：

此案例中根據工字鋼磨損情況，即b=123mm，d=9mm，重新計算以上所有參數。此處不能按照對稱的方式來計算，在保證結果有效的前提下為使計算簡便，做以下合理假設：

1）彎曲正應力保持不變；

2）小車車輪輪壓保持平均；

3）輪壓作用點位置保持不變；

4）t保持不變。

按照以上方法計算得到該案例中起重機磨損前后相關應力結果見表1。

表1 工字鋼磨損前后應力比較（MPa）

此三值均不大于對應鋼材許用應力[σ]，對應于16Mn鋼，[σ]可取225MPa。通過上述計算可以看到本案例中對于工字鋼下翼緣的磨損對工字鋼下翼緣各處復合應力的影響并不大。

2 小車軌道磨損問題的探討

經過計算可以發現本案例中小車軌道的磨損對于其受力變化并不大，本章節就要對該結論的普適性以及小車軌道磨損的其他影響進行討論。

2.1 不同形式小車軌道磨損前后的受力分析

電動單梁起重機常見的主梁形式有兩種即工字鋼與型鋼組合形式以及箱型梁形式，本案例中的起重機采用的是前者，而后者以箱型梁下蓋板外側突出的翼緣作為電動葫蘆小車軌道，也稱為箱型梁下翼緣。本文以兩臺額定載重量5t，跨度15m，主梁形式不同電動單梁起重機[4]，以其一側翼緣磨損10%為計算條件，進行驗算比較。其中，箱型梁計算方法與工字鋼略有區別[5]。

合成彎曲應力計算公式見式（11）

其中σz為彎曲正應力其計算方法同工字鋼，σ0x、σ0z分別為橫向局部彎曲應力和縱向局部彎曲應力，其計算見式(12)、式(13)。

其中，Cx、Cz為箱型梁的局部彎曲系數，由輪壓點位置系數決定，通過查取局部彎曲系數圖b可得。?為載荷系數，這里取?=1.2。

通過上述方法計算得到下翼緣磨損對不同形式小車軌道的影響見2。

表2 不同主梁磨損前后應力比較（MPa）

從表2中發現，即使是假定10%的磨損量，對于兩種常見形式的主梁，其合成彎曲應力都沒有出現質的變化，且并沒有超過材料的許用應力，所以可以認為對小車軌道和主梁的性能并沒有實質性的破壞。

2.2 小車軌道磨損對小車兩側輪壓影響

在以工字鋼作為小車軌道的起重機使用中，小車軌道的磨損會導致小車兩側車輪輪壓點相對與工字鋼中心位置的改變。由于工字鋼下翼緣上表面是有一定坡度的，因此這種輪壓點位置的改變會導致小車兩側車輪的輪壓不均，對于這種影響，本文以第一部分案例的情形進行討論，輪壓點改變后的示意圖如圖4所示：

圖4 輪壓點改變示意圖

3 總結與展望

小車軌道磨損作為電動單梁起重機使用中較為常見的現象，本文就這種失效形式可能帶來的對金屬結構以及小車結構的影響進行了定量計算，得出了相應的結論。雖然說小車軌道磨損對小車軌道本身以及小車輪壓的影響不明顯并不代表這種失效形式就可以不重視，因此在電動單梁起重機使用過程中仍應注意以下幾點：

1） 選用帶有橫向滾輪的電動葫蘆小車配合箱型梁形式的電動單梁起重機時，應注意橫向滾輪的完整性。這種形式在保證橫向滾輪完整性的情況下可以有效避免箱型梁下翼緣的磨損，而一旦橫向滾輪破損，會導致小車輪緣間隙擴大，小車運行時扭晃擺動現象加劇，加速小車軌道即箱型梁下翼緣的磨損。

2） 當使用的電動單梁起重機下翼緣已經出現磨損時，應當觀察使用過程中下翼緣是否處于持續磨損狀態，如處于這種狀態應立刻找出原因，消除這種持續磨損的狀態，并對下翼緣進行修補加固。如果這種狀態已經排除，則對下翼緣進行修補加固即可。

3） 檢驗檢測人員及維修保養人員在發現小車軌道磨損時，應著重注意電動葫蘆小車輪壓點位置及輪緣厚度。上文已經論述了小車軌道磨損對金屬結構的影響較小，所以小車軌道磨損導致的最嚴重后果就是電動葫蘆小車的墜落，因此應特別重視電動葫蘆小車輪壓點的位置和輪緣厚度。

本文旨在對小車軌道磨損帶來的危害進行分析，為起重機使用和維修單位日常維護保養以及檢驗檢測人員的檢驗工作提供一定借鑒和指導。

[1] GB 6067.1—2010 起重機械安全規程 第1部分：總則[S].

[2] GB 6067.5—2014 起重機械安全規程 第5部分：橋式和門式起重機[S].

[3] GB/T 706—2008 熱軋型鋼[S].

[4] 付榮柏，姜敏. 箱形電動單梁起重機的特點及制造[J]. 起重運輸機械，2002(1)：23-25.

[5] 宮本志. 葫蘆式起重機[M]. 天津：天津科學技術出版社,1994，362-365.

[6] 張質文，王金諾，程文明，等. 起重機設計手冊（上卷）[M]. 北京：中國鐵道出版社，2013，282-283.

Discussion on the Abrasion of the Electric Single-Girder Crane’s Trolley Track

Ke Tao Qiu Jiajie
（Ningbo Special Equipment Inspection and Research Institute Ningbo 315048）

This paper describes a case, gives the calculation and analysis about the effects of abrasion of trolley track, and puts forward the matters needing attention of daily use.

I-beamr Box beam Bottom flange Abrasion

X941

B

1673-257X(2015)12-0067-04

10.3969/j.issn.1673-257X.2015.12.014

柯韜(1977～),男，本科，工程師，從事機電類特種設備檢驗工作。

2015-04-21）