塔式起重機(jī)在使用中上、下支座發(fā)出異常響聲的原因分析和預(yù)防

婁周見,徐小亮, 吳治安,俞宏智

(1.浙江省建設(shè)工程質(zhì)量檢驗(yàn)站有限公司，浙江 杭州 310012;2.浙江省建設(shè)機(jī)械集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310015)

塔式起重機(jī)是房屋建筑施工中最主要的物料運(yùn)輸設(shè)備,它主要包含了金屬結(jié)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)和電氣系統(tǒng)幾部分。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,新生產(chǎn)、新安裝的塔式起重機(jī)日益增多。有些新出廠安裝的塔機(jī)在使用一段時(shí)間后,操作人員時(shí)常發(fā)現(xiàn)上、下支座附近,或在吊重回轉(zhuǎn)及起重時(shí)會(huì)發(fā)出異常的聲音。這類異常的響聲會(huì)導(dǎo)致塔機(jī)司機(jī)在操作時(shí)產(chǎn)生恐懼心理,不利于安全生產(chǎn)。為確保使用安全,浙江省內(nèi)專業(yè)的起重設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)與塔機(jī)生產(chǎn)廠家共同派出專業(yè)技術(shù)人員,對(duì)這些發(fā)出異常聲音的塔機(jī)進(jìn)行了調(diào)查研究,確認(rèn)了異常聲音的存在以及發(fā)聲位置。但在專業(yè)檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢查后發(fā)現(xiàn),發(fā)出異常聲音的機(jī)構(gòu)附近并沒有發(fā)現(xiàn)機(jī)械破壞、鋼結(jié)構(gòu)損壞變形和焊縫破壞等危及塔機(jī)安全的明顯現(xiàn)象。

1 異響產(chǎn)生的原因分析

針對(duì)塔機(jī)使用中出現(xiàn)的此類情況,檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)與塔機(jī)生產(chǎn)廠家進(jìn)行了深入的研究與分析,并對(duì)此現(xiàn)象采取了一系列的消除異響的措施,收到了較好的效果。產(chǎn)生這種異常響聲的原因有多種,主要為以下幾個(gè)方面：

1)鋼結(jié)構(gòu)存在焊接殘余應(yīng)力；

2)塔身、回轉(zhuǎn)支承高強(qiáng)度連接螺栓擰緊力矩不夠；

3)下支座的4根主弦桿不在同一平面上；

4)回轉(zhuǎn)支承缺少潤(rùn)滑；

5)超載荷使用。

2 預(yù)防異響的措施及解決方法

2.1 鋼結(jié)構(gòu)存在焊接殘余應(yīng)力的情況下

塔機(jī)的上、下支座主要由上封板下封板和多處腹筋板等焊接構(gòu)成,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,在使用過程中受到交變應(yīng)力。這個(gè)焊接過程是一種不均勻的加熱和冷卻過程,很容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。在組焊成整體后,這些殘余應(yīng)力有可能集合成構(gòu)件新的內(nèi)應(yīng)力,當(dāng)結(jié)構(gòu)受到較大交變應(yīng)力時(shí),這些應(yīng)力開始釋放,并產(chǎn)生異常的聲音。

焊接時(shí)必然產(chǎn)生焊接應(yīng)力,為了減少或消除這些應(yīng)力,我們采取了以下一些方法 。

1)上、下支座在焊接成形后采用自然時(shí)效。就目前而言,自然時(shí)效是我們經(jīng)常采用的方法,把鋼構(gòu)件放置露天,經(jīng)過一段時(shí)間的風(fēng)吹、日曬、雨淋和溫度的變化,給構(gòu)件多次造成反復(fù)的溫度效應(yīng)。在溫度應(yīng)力形成的過載下,促使殘余應(yīng)力發(fā)生松弛,使尺寸精度獲得穩(wěn)定。就塔機(jī)的上、下支座而言,我們改進(jìn)后采用了在露天存放一星期以上的時(shí)間來(lái)消除殘余應(yīng)力,然后再進(jìn)行切削加工。

2)選用對(duì)稱焊接,對(duì)上、下支座內(nèi)部的多處腹筋板采用對(duì)稱焊接件,由2個(gè)焊接人員同時(shí)對(duì)稱焊接,盡可能地選用電流、電壓一致。這種焊縫位置對(duì)稱于截面重心,焊后能使彎曲變形及焊接應(yīng)力控制在最小的范圍內(nèi)。

3)使焊縫尺寸在不影響結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與剛度的前提下,盡可能地減小焊縫截面尺寸或把連續(xù)角焊縫設(shè)計(jì)成斷續(xù)角焊縫,以減小焊縫截面尺寸和長(zhǎng)度,從而減少塑性變形區(qū)的范圍,使焊接應(yīng)力與變形減少。

2.2 塔身、回轉(zhuǎn)支承高強(qiáng)度連接螺栓擰緊力矩不夠的情況下

塔機(jī)在使用中,塔身、回轉(zhuǎn)支承受到的是交變應(yīng)力,又承受了很大的力,其采用高強(qiáng)度螺栓連接,在使用中很容易松動(dòng)。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)用扭剪型高強(qiáng)度螺栓連接副(GB/T 3632—2008)》的規(guī)定,使用高強(qiáng)度螺栓在第一次安裝后,機(jī)器使用100 h應(yīng)普遍均勻地檢查擰緊,以后每工作500 h應(yīng)檢查一次。在檢查中如發(fā)生螺母、螺栓松動(dòng)或有螺紋部分損傷,應(yīng)立即擰緊或更換螺栓或螺母。如果塔身、回轉(zhuǎn)支承的連接螺栓擰緊力矩不夠主要會(huì)產(chǎn)生以下幾種情況:

1)塔身的整體晃動(dòng)較大,使得標(biāo)準(zhǔn)節(jié)與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)與下支座的連接平面產(chǎn)生摩擦響聲,在聲音較大時(shí)就會(huì)發(fā)出異常響聲。

2)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)接頭或附近主弦桿產(chǎn)生疲勞裂紋。當(dāng)連接螺栓的預(yù)緊力不夠,則螺栓容易松動(dòng),即使塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)接觸而有微小的間隙,使塔身局部產(chǎn)生彎矩,造成構(gòu)件局部破壞,導(dǎo)致事故發(fā)生。這種情況也經(jīng)常發(fā)生在塔機(jī)基礎(chǔ)十字梁或地下節(jié)的形式,塔機(jī)在安裝過程中,其中4個(gè)平面有1個(gè)可能出現(xiàn)不平整現(xiàn)象的,應(yīng)用薄的鋼板將其墊實(shí)后再緊固其連接螺栓。

正確的塔身連接螺栓的緊固方法：塔式起重機(jī)在安裝或空載狀態(tài)下,塔身處在平衡臂一側(cè)受壓而吊臂一側(cè)受拉,應(yīng)先緊固受壓一側(cè)的所有塔身連接螺栓,然后回轉(zhuǎn)180°,緊固另一側(cè)的所有塔身連接螺栓(M24擰緊力矩為100 kg·m； M30 擰緊力矩為 200 kg·m)。

3)回轉(zhuǎn)支承的連接一般由多個(gè)高強(qiáng)度的螺栓連接上、下支座,而其中有幾個(gè)連接螺栓如有松動(dòng),則會(huì)造成上、下支座局部受力不均勻,緊固的螺栓的附近受力特別大,造成鋼結(jié)構(gòu)局部彈性變形,發(fā)出異常聲音。有時(shí)這種異常聲音會(huì)在塔機(jī)使用一段時(shí)間后逐步消失,筆者判斷,等到了螺栓的松動(dòng)達(dá)到了一致時(shí),會(huì)出現(xiàn)上述現(xiàn)象,但這是不允許的。

2.3 下支座與回轉(zhuǎn)齒圈的接觸平面較小的情況下

下支座要嚴(yán)格按照工藝要求來(lái)加工。下支座的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,由多塊小筋板組成,在加工過程中不僅要考慮它的焊接應(yīng)力問題,還要考慮其在精加工過程中上平面的平面度、表面粗糙度。上平面的加工是以4根主弦桿的下底面為基準(zhǔn)進(jìn)行車削加工,來(lái)保證上平面與4根主弦桿下底面的平行度。對(duì)此,還應(yīng)考慮上平面與大齒圈的連接孔,在加工過程中,有時(shí)會(huì)忽略對(duì)孔毛刺的處理,導(dǎo)致上平面的平面度受到一定的影響,從而影響齒圈與上平面的接觸精度,使塔機(jī)在使用過程中受力不均勻,產(chǎn)生起重或回轉(zhuǎn)時(shí)的異常響聲。所以,下支座在精加工前要讓它完全釋放應(yīng)力,還要注意精加工過程中細(xì)節(jié)問題的處理,如毛刺、鐵屑等。

2.4 回轉(zhuǎn)支承缺少潤(rùn)滑的情況下

回轉(zhuǎn)支承采用不含樹脂的非酸性軸承潤(rùn)滑脂進(jìn)行潤(rùn)滑。潤(rùn)滑脂借助壓力油槍通過壓注油杯注入,然后令塔機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)約15°,再進(jìn)行壓注潤(rùn)滑脂并進(jìn)行又一次回轉(zhuǎn)約15°,如此需反復(fù)進(jìn)行四五遍。當(dāng)回轉(zhuǎn)支承得不到潤(rùn)滑時(shí),其滾道內(nèi)部的滾珠就會(huì)產(chǎn)生干摩擦,加劇了滾珠磨損,久而久之導(dǎo)致滾珠之間的間隙逐漸增大。塔機(jī)使用過程中由于受力不均勻,在回轉(zhuǎn)和起重時(shí)，特別是起吊重載荷時(shí)產(chǎn)生間斷性響聲。所以塔機(jī)在施工中每周(或50 h)進(jìn)行潤(rùn)滑,以保證正常運(yùn)行。

2.5 超載荷使用的情況下

在檢測(cè)與調(diào)查中筆者還發(fā)現(xiàn)有些工地超載現(xiàn)象嚴(yán)重,某QTZ80(ZJ5710)塔式起重機(jī),起重小車在大臂57 m處,額定起重量為1 t,在實(shí)際使用中,往往操作人員不顧額定起重量限制,肆意超載。更有些操作人員或非專業(yè)人員,擅自調(diào)大力矩限制器行程開關(guān)。有些工地塔機(jī)將一斗混凝土吊至幅度30～57 m處卸料,而一斗混凝土加吊具一般有1.5 t以上。還有些工地為了提高效率,用塔機(jī)將超過額定重量的鋼筋和磚、石,吊至端部。這不僅會(huì)引起塔機(jī)鋼結(jié)構(gòu)異常聲音,更會(huì)引起塔機(jī)的疲勞破壞或倒塌。從表面現(xiàn)象看,暫時(shí)的超載使用能提高工效又沒有損壞塔機(jī),有時(shí)僅僅發(fā)出一些異常聲音,但是一旦達(dá)到了疲勞極限,就是在正常工作時(shí)塔機(jī)鋼結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生破壞,造成重大事故,這需要引起我們的高度重視。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文通過對(duì)生產(chǎn)制造塔式起重機(jī)過程中鋼結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力、制造工藝、各主要部件的螺栓連接、回轉(zhuǎn)支撐及日常的使用情況進(jìn)行的分析,取得了較好的預(yù)防效果。