關(guān)于電動(dòng)單梁起重機(jī)小車軌道磨損問(wèn)題的探討

柯 韜 仇佳捷(寧波市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院 寧波 315048)

關(guān)于電動(dòng)單梁起重機(jī)小車軌道磨損問(wèn)題的探討

柯 韜 仇佳捷
(寧波市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院 寧波 315048)

以一個(gè)案例為例就小車軌道磨損可能帶來(lái)的影響進(jìn)行了詳細(xì)的分析和定量計(jì)算，并提出了使用過(guò)程中應(yīng)當(dāng)著重注意的相關(guān)事項(xiàng)。

工字鋼 箱型梁 下翼緣 磨損

電動(dòng)單梁起重機(jī)作為橋式起重機(jī)中結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的一種，以其造價(jià)低廉、維護(hù)便捷等特點(diǎn)在企業(yè)中應(yīng)用廣泛。同時(shí)又由于電動(dòng)單梁起重機(jī)使用、維修保養(yǎng)技術(shù)門檻低，保有量大也成為起重機(jī)安全隱患的重災(zāi)區(qū)，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(dòng)單梁起重機(jī)常見(jiàn)的一種失效形式，同時(shí)也是容易忽視的一種失效形式。本文通過(guò)從起重機(jī)受力校核的角度對(duì)電動(dòng)單梁起重機(jī)小車軌道磨損造成的影響進(jìn)行了較為全面的分析，同時(shí)提出了使用、維護(hù)保養(yǎng)及日常檢驗(yàn)中應(yīng)當(dāng)注意的事項(xiàng)，對(duì)使用維護(hù)與檢驗(yàn)檢測(cè)有一定的借鑒指導(dǎo)意義。

1 檢驗(yàn)案例

某單位一臺(tái)2003年出產(chǎn)的LDA型電動(dòng)單梁起重機(jī)，額定起重量10t，跨度22.5m，工作級(jí)別A4，采用地面隨行操作方式。該起重機(jī)主梁采用最常見(jiàn)的型鋼與工字鋼構(gòu)成的組合梁形式?，F(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)工字鋼下翼緣下表面有明顯摩擦痕跡，一側(cè)下翼緣外緣有明亮的金屬光澤，可判斷此工字鋼外緣已經(jīng)磨損，經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)該工字鋼外緣磨損嚴(yán)重，實(shí)際測(cè)量見(jiàn)圖1，工字鋼腿寬度為123mm，30T工字鋼標(biāo)準(zhǔn)腿寬為128mm，磨損量為5mm，其單側(cè)磨損量達(dá)到7.8%。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)該起重機(jī)工字鋼除下翼緣磨損外其腰部也發(fā)生磨損，見(jiàn)圖2，其磨損深度為3mm，對(duì)于30T工字鋼，腰寬12mm，磨損量達(dá)到25%。

圖1 工字鋼下翼緣一側(cè)磨損測(cè)量

圖2 工字鋼腹板（腰部）磨損

查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，GB 6067.1中3.9部分僅對(duì)起重機(jī)受力構(gòu)件的腐蝕、裂紋和塑性變形的報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)做了規(guī)定[1]，對(duì)磨損并未作出相應(yīng)規(guī)定。GB 6067.5中3.2部分中也僅對(duì)工字鋼下翼緣厚度有一個(gè)10%磨損量的規(guī)定[2]，而對(duì)于工字鋼翼緣腿寬及腰寬的磨損均沒(méi)有相關(guān)的規(guī)定。因此只能按照相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其受力情況進(jìn)行驗(yàn)算。

依照簡(jiǎn)化的主梁截面圖（如圖3所示）對(duì)工字鋼下翼緣進(jìn)行校核驗(yàn)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(yīng)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(duì)x -x軸的慣性矩，mm4；

q——主梁?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度重量N/mm；

P——電動(dòng)葫蘆在額定起升載荷下的總輪壓，N

式中：

?i、?j——?jiǎng)虞d系數(shù)，此處取1.1；

Pxc——電動(dòng)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(shè)計(jì)圖紙計(jì)算得σz=142.7MPa 。

1.2 主梁工字鋼下翼緣局部彎曲應(yīng)力

主梁工字鋼下翼緣局部彎曲應(yīng)力的討論主要考慮三個(gè)位置，分別為腹板根部處、輪壓作用點(diǎn)及下翼緣外沿。其對(duì)應(yīng)不同截面的計(jì)算公式如下：

1）腹板根部處

2）輪壓作用點(diǎn)處

3）輪壓作用點(diǎn)處

式（3）～式（7）中，K1、K2、K3、K4、K5為局部彎曲系數(shù)，由輪壓作用點(diǎn)位置比值決定，通過(guò)查取局部彎曲系數(shù)表得到。其中，i為輪壓作用點(diǎn)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(dòng)葫蘆單個(gè)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(fù)合應(yīng)力

工字鋼下翼緣局部彎曲的復(fù)合應(yīng)力計(jì)算見(jiàn)式（8）～式（10）：

此案例中根據(jù)工字鋼磨損情況，即b=123mm，d=9mm，重新計(jì)算以上所有參數(shù)。此處不能按照對(duì)稱的方式來(lái)計(jì)算，在保證結(jié)果有效的前提下為使計(jì)算簡(jiǎn)便，做以下合理假設(shè)：

1）彎曲正應(yīng)力保持不變；

2）小車車輪輪壓保持平均；

3）輪壓作用點(diǎn)位置保持不變；

4）t保持不變。

按照以上方法計(jì)算得到該案例中起重機(jī)磨損前后相關(guān)應(yīng)力結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 工字鋼磨損前后應(yīng)力比較（MPa）

此三值均不大于對(duì)應(yīng)鋼材許用應(yīng)力[σ]，對(duì)應(yīng)于16Mn鋼，[σ]可取225MPa。通過(guò)上述計(jì)算可以看到本案例中對(duì)于工字鋼下翼緣的磨損對(duì)工字鋼下翼緣各處復(fù)合應(yīng)力的影響并不大。

2 小車軌道磨損問(wèn)題的探討

經(jīng)過(guò)計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)本案例中小車軌道的磨損對(duì)于其受力變化并不大，本章節(jié)就要對(duì)該結(jié)論的普適性以及小車軌道磨損的其他影響進(jìn)行討論。

2.1 不同形式小車軌道磨損前后的受力分析

電動(dòng)單梁起重機(jī)常見(jiàn)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(jī)采用的是前者，而后者以箱型梁下蓋板外側(cè)突出的翼緣作為電動(dòng)葫蘆小車軌道，也稱為箱型梁下翼緣。本文以兩臺(tái)額定載重量5t，跨度15m，主梁形式不同電動(dòng)單梁起重機(jī)[4]，以其一側(cè)翼緣磨損10%為計(jì)算條件，進(jìn)行驗(yàn)算比較。其中，箱型梁計(jì)算方法與工字鋼略有區(qū)別[5]。

合成彎曲應(yīng)力計(jì)算公式見(jiàn)式（11）

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

其中，Cx、Cz為箱型梁的局部彎曲系數(shù)，由輪壓點(diǎn)位置系數(shù)決定，通過(guò)查取局部彎曲系數(shù)圖b可得。?為載荷系數(shù)，這里取?=1.2。

通過(guò)上述方法計(jì)算得到下翼緣磨損對(duì)不同形式小車軌道的影響見(jiàn)2。

表2 不同主梁磨損前后應(yīng)力比較（MPa）

從表2中發(fā)現(xiàn)，即使是假定10%的磨損量，對(duì)于兩種常見(jiàn)形式的主梁，其合成彎曲應(yīng)力都沒(méi)有出現(xiàn)質(zhì)的變化，且并沒(méi)有超過(guò)材料的許用應(yīng)力，所以可以認(rèn)為對(duì)小車軌道和主梁的性能并沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的破壞。

2.2 小車軌道磨損對(duì)小車兩側(cè)輪壓影響

在以工字鋼作為小車軌道的起重機(jī)使用中，小車軌道的磨損會(huì)導(dǎo)致小車兩側(cè)車輪輪壓點(diǎn)相對(duì)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(diǎn)位置的改變會(huì)導(dǎo)致小車兩側(cè)車輪的輪壓不均，對(duì)于這種影響，本文以第一部分案例的情形進(jìn)行討論，輪壓點(diǎn)改變后的示意圖如圖4所示：

圖4 輪壓點(diǎn)改變示意圖

3 總結(jié)與展望

小車軌道磨損作為電動(dòng)單梁起重機(jī)使用中較為常見(jiàn)的現(xiàn)象，本文就這種失效形式可能帶來(lái)的對(duì)金屬結(jié)構(gòu)以及小車結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行了定量計(jì)算，得出了相應(yīng)的結(jié)論。雖然說(shuō)小車軌道磨損對(duì)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(dòng)單梁起重機(jī)使用過(guò)程中仍應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1） 選用帶有橫向滾輪的電動(dòng)葫蘆小車配合箱型梁形式的電動(dòng)單梁起重機(jī)時(shí)，應(yīng)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(huì)導(dǎo)致小車輪緣間隙擴(kuò)大，小車運(yùn)行時(shí)扭晃擺動(dòng)現(xiàn)象加劇，加速小車軌道即箱型梁下翼緣的磨損。

2） 當(dāng)使用的電動(dòng)單梁起重機(jī)下翼緣已經(jīng)出現(xiàn)磨損時(shí)，應(yīng)當(dāng)觀察使用過(guò)程中下翼緣是否處于持續(xù)磨損狀態(tài)，如處于這種狀態(tài)應(yīng)立刻找出原因，消除這種持續(xù)磨損的狀態(tài)，并對(duì)下翼緣進(jìn)行修補(bǔ)加固。如果這種狀態(tài)已經(jīng)排除，則對(duì)下翼緣進(jìn)行修補(bǔ)加固即可。

3） 檢驗(yàn)檢測(cè)人員及維修保養(yǎng)人員在發(fā)現(xiàn)小車軌道磨損時(shí)，應(yīng)著重注意電動(dòng)葫蘆小車輪壓點(diǎn)位置及輪緣厚度。上文已經(jīng)論述了小車軌道磨損對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的影響較小，所以小車軌道磨損導(dǎo)致的最嚴(yán)重后果就是電動(dòng)葫蘆小車的墜落，因此應(yīng)特別重視電動(dòng)葫蘆小車輪壓點(diǎn)的位置和輪緣厚度。

本文旨在對(duì)小車軌道磨損帶來(lái)的危害進(jìn)行分析，為起重機(jī)使用和維修單位日常維護(hù)保養(yǎng)以及檢驗(yàn)檢測(cè)人員的檢驗(yàn)工作提供一定借鑒和指導(dǎo)。

[1] GB 6067.1—2010 起重機(jī)械安全規(guī)程 第1部分：總則[S].

[2] GB 6067.5—2014 起重機(jī)械安全規(guī)程 第5部分：橋式和門式起重機(jī)[S].

[3] GB/T 706—2008 熱軋型鋼[S].

[4] 付榮柏，姜敏. 箱形電動(dòng)單梁起重機(jī)的特點(diǎn)及制造[J]. 起重運(yùn)輸機(jī)械，2002(1)：23-25.

[5] 宮本志. 葫蘆式起重機(jī)[M]. 天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社,1994，362-365.

[6] 張質(zhì)文，王金諾，程文明，等. 起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)（上卷）[M]. 北京：中國(guó)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(jī)電類特種設(shè)備檢驗(yàn)工作。

2015-04-21）