門座起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢測(cè)與分析

林　暉 　張　靖

(1　湖北輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院　2　武漢理工大學(xué)物流工程學(xué)院)

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門座起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢測(cè)與分析

林暉1張靖2

(1湖北輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院2武漢理工大學(xué)物流工程學(xué)院)

摘要：針對(duì)港口生產(chǎn)安全的高要求，設(shè)計(jì)了門座起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的應(yīng)變電測(cè)方案，確保其金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度符合生產(chǎn)要求，消除了港口裝卸作業(yè)中的安全隱患。

關(guān)鍵詞：門座起重機(jī)； 應(yīng)力； 檢測(cè)分析

生產(chǎn)安全關(guān)系到港口企業(yè)的發(fā)展，更關(guān)系到企業(yè)員工的人生權(quán)利，所以生產(chǎn)安全已經(jīng)成為時(shí)下各港口企業(yè)的重點(diǎn)工作之一。在港口生產(chǎn)安全管理中，港口裝卸搬運(yùn)設(shè)備的安全管理尤為重要。門座起重機(jī)是十分常見的港口作業(yè)設(shè)備，為確保門機(jī)的安全運(yùn)行，避免因結(jié)構(gòu)失效而引發(fā)的生產(chǎn)事故，對(duì)其金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)和分析是十分必要的。

1門機(jī)金屬結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法

圖1　門座起重機(jī)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)分布圖

依據(jù)《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》和《起重機(jī)試驗(yàn)規(guī)范和程序》等相關(guān)門座起重機(jī)設(shè)計(jì)和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)門座起重機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作特點(diǎn)，設(shè)計(jì)其金屬結(jié)構(gòu)的檢測(cè)方法，并以額定載荷為40 t的門座起重機(jī)為例進(jìn)行檢測(cè)分析。為確保其金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求，需要在門座起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵位置，如臂架、象鼻梁、人字架、轉(zhuǎn)臺(tái)、門架等處測(cè)量其在不同工況下的應(yīng)力大小。如圖1所示，在以上結(jié)構(gòu)的截面位置，布置應(yīng)力測(cè)點(diǎn)粘貼應(yīng)變片，采用應(yīng)變電測(cè)的方法來(lái)測(cè)試其結(jié)構(gòu)的承載能力。

2檢測(cè)工況設(shè)定

為使門座起重機(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到其日常工作的要求，在測(cè)試的過程中要盡可能的設(shè)置與實(shí)際工作狀態(tài)更接近的工況。因此應(yīng)力檢測(cè)需要在起重機(jī)靜載和動(dòng)載兩大類工況下進(jìn)行[1]。其中在靜載應(yīng)力檢測(cè)中，設(shè)定臂架位于K1測(cè)點(diǎn)的上方，臂架變幅平面與大車軌道呈45°且指向陸側(cè)，分別在空載、額定載荷(試驗(yàn)載荷為40 t)和1.25倍額定載荷(試驗(yàn)載荷為50 t)狀態(tài)下設(shè)置了3種工況進(jìn)行應(yīng)力測(cè)量。具體工況設(shè)置及應(yīng)力檢測(cè)方法見表1。

在動(dòng)載應(yīng)力檢測(cè)中，設(shè)定臂架變幅平面與大車軌道平行，分別在額定載荷(試驗(yàn)載荷為40 t)及1.1倍額定載荷(試驗(yàn)載荷為44 t)狀態(tài)下設(shè)置了2種工況進(jìn)行應(yīng)力測(cè)量[2]。具體工況設(shè)置見表2。

表1　門機(jī)靜載應(yīng)力檢測(cè)工況

表2　門機(jī)動(dòng)載應(yīng)力檢測(cè)工況

動(dòng)載應(yīng)力的檢測(cè)方法為臂架變幅平面與大車軌道平行且位于最小幅度，載荷落地，鋼絲繩松弛，儀器置“0”，記錄門機(jī)提升試驗(yàn)載荷作上升、上升制動(dòng)、下降、下降制動(dòng)動(dòng)作，然后臂架由南向西回轉(zhuǎn)至與大車軌道呈45°方向，同時(shí)臂架以額定速度變幅到最大幅度，門機(jī)提升試驗(yàn)載荷作上升、上升制動(dòng)、下降、下降制動(dòng)動(dòng)作，最后臂架回到最小幅度及起始位置，載荷落地，鋼絲繩松弛，儀器停止記錄。依據(jù)儀器所記錄的應(yīng)力曲線讀取應(yīng)力最大峰值和應(yīng)力穩(wěn)態(tài)值并計(jì)算應(yīng)力對(duì)比值(應(yīng)力最大峰值/應(yīng)力穩(wěn)態(tài)值)。

3應(yīng)力檢測(cè)與結(jié)果分析

按照前文所述的工況設(shè)置，對(duì)40 t門座起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行了實(shí)地檢測(cè)。該機(jī)金屬結(jié)構(gòu)材料為Q235，設(shè)定安全系數(shù)n=1.33，材料許用應(yīng)力為176 MPa，檢測(cè)結(jié)果如下。在靜載狀態(tài)下，空載工況最大應(yīng)力位于臂架位置E1測(cè)點(diǎn)，其數(shù)值為+56.2 MPa(拉應(yīng)力)；額定載荷最大靜載應(yīng)力位于門架圓筒上部位置J1測(cè)點(diǎn)，其合成應(yīng)力(工況2與工況1應(yīng)力之和)值為-90.6 MPa(壓應(yīng)力)；1.25倍載荷最大靜載應(yīng)力位于門架圓筒上部位置J1測(cè)點(diǎn)，其合成應(yīng)力(工況3與工況1應(yīng)力之和)值為-101.9 MPa；均小于材料的許用應(yīng)力，結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度滿足工作要求。

依據(jù)靜載應(yīng)力測(cè)試結(jié)果，選取測(cè)點(diǎn)中靜載應(yīng)力較大，且能代表各主要承載構(gòu)件的應(yīng)力的B、E1、G1、H1、J1、K2測(cè)點(diǎn)作為動(dòng)載應(yīng)力測(cè)點(diǎn)。測(cè)試結(jié)果如圖2所示，在額定載荷工況下最大應(yīng)力測(cè)點(diǎn)為門架圓筒上的J1測(cè)點(diǎn)，其應(yīng)力最大峰值為-96.0 MPa，應(yīng)力穩(wěn)態(tài)值為-90.6 MPa，應(yīng)力對(duì)比值為1.06；1.1倍載荷工況下最大應(yīng)力測(cè)點(diǎn)為門架圓筒上的J1測(cè)點(diǎn)，其應(yīng)力最大峰值為-105.6 MPa，應(yīng)力穩(wěn)態(tài)值為-99.4 MPa，應(yīng)力對(duì)比值為1.06；所測(cè)得的應(yīng)力峰值、穩(wěn)態(tài)值和對(duì)比值均在材料允許范圍內(nèi)，該門機(jī)動(dòng)強(qiáng)度滿足工作要求。

圖2　門機(jī)J1測(cè)點(diǎn)動(dòng)載應(yīng)力曲線

4結(jié)語(yǔ)

通過該方法對(duì)門座起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的靜載、動(dòng)載應(yīng)力情況進(jìn)行檢測(cè)與分析，可以較客觀準(zhǔn)確地判定起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是否滿足工作要求，確保港口作業(yè)機(jī)械的結(jié)構(gòu)安全性，對(duì)港口企業(yè)的生產(chǎn)安全管理有重要的意義。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]GB/T3811-2005, 起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2005.

[2]GB/T5905-2011, 起重機(jī)試驗(yàn)規(guī)范和程序[S]. 北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2011.

Detection and Analysis of the Structure Strength for Gantry Crane

Lin Hui1Zhang Jing2

(1School of Mechatronics Engineering Hubei Light Industry Technology Institute 2School of Logistics Engineering Wuhan University of Technology)

Abstract:Aiming at the high requirement of production safety on port, this paper designs the strain electronic logging method for the structure of gantry crane to ensure the strength of structure meets the production requirement and eliminate the potential risk during port handling operation.

Key words:gantry crane; stress; detection and analysis

DOI：10.3963/j.issn.1000-8969.2016.02.020

收稿日期：2016-03-15

林暉： 430070， 湖北省武漢市洪山區(qū)石牌嶺東二路5號(hào)