橋式起重機(jī)啃軌分析及解決方法

摘 要：橋式起重機(jī)是造船企業(yè)最主要的設(shè)備之一，在造船工況條件下，使用多年后，大車在工作過(guò)程中勢(shì)必發(fā)生啃軌現(xiàn)象，存在設(shè)備安全隱患，影響造船企業(yè)生產(chǎn)。現(xiàn)從橋式起重機(jī)啃軌現(xiàn)象及啃軌危害出發(fā)，對(duì)橋式起重機(jī)啃軌現(xiàn)象進(jìn)行原因分析，提出解決方法，以期改善起重機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，延長(zhǎng)起重機(jī)使用壽命。

關(guān)鍵詞：起重機(jī);啃軌現(xiàn)象;解決方法;火焰矯正

0? ? 引言

造船企業(yè)是起重機(jī)的使用大戶，僅橋式起重機(jī)一項(xiàng)，數(shù)量就高達(dá)百余臺(tái)，起重機(jī)啃軌現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)將直接造成起重機(jī)維修成本升高，并影響生產(chǎn)效率。因此，很有必要重視起重機(jī)啃軌問(wèn)題，分析原因，找出解決方法，從而延長(zhǎng)起重機(jī)使用壽命，降低起重機(jī)維修成本，減少起重機(jī)安全隱患。

1? ? 起重機(jī)啃軌現(xiàn)象

正常運(yùn)行情況下，橋式起重機(jī)車輪邊緣與軌道兩側(cè)之間應(yīng)保持30～40 mm間隙，軌道承壓滿足起重機(jī)車輪的輪壓，軌道的抗磨彎變應(yīng)良好。啃軌是指起重機(jī)的大車或小車的車體，相對(duì)于軌道偏斜運(yùn)行到一定的程度后，就會(huì)使車輪的邊緣與軌道側(cè)面擠壓造成摩擦，并發(fā)出響聲或產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)，形成嚴(yán)重磨損的現(xiàn)象。

啃軌的表現(xiàn)形式主要有：起重機(jī)軌道側(cè)面與車輪邊緣接觸面形成摩擦劃痕，甚至?xí)箘澓凵袭a(chǎn)生毛刺;起重機(jī)運(yùn)行時(shí)，發(fā)出刺耳的“吱吱”聲響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)撞擊聲;當(dāng)起重機(jī)短距離運(yùn)行時(shí)，車輪邊緣與軌道接觸面之間的間隙出現(xiàn)顯著變化;當(dāng)起重機(jī)啟動(dòng)與制動(dòng)剎車時(shí)，會(huì)有車輪偏斜呈蛇形走位，車輪走偏。從車輪啃軌現(xiàn)象出發(fā)，啃軌可簡(jiǎn)單理解為單輪啃軌、雙輪啃軌、多輪啃軌。其中雙輪啃軌分為對(duì)角車輪啃軌，同側(cè)、對(duì)側(cè)車輪啃軌。

2? ? 起重機(jī)啃軌的危害

橋式起重機(jī)啃軌是車輪與軌道間的相互摩擦，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)水平側(cè)向力，不斷左右擠壓軌道，從而使軌道發(fā)生橫向的移動(dòng)，最終使軌道的固定螺栓和壓板產(chǎn)生松動(dòng)現(xiàn)象，安裝軌道的廠房結(jié)構(gòu)也會(huì)受到附加的載荷。這樣起重機(jī)在運(yùn)行中容易產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，這些都會(huì)對(duì)起重機(jī)的使用壽命和工作環(huán)境產(chǎn)生影響。

橋式起重機(jī)啃軌對(duì)企業(yè)生產(chǎn)的危害：起重機(jī)啃軌會(huì)加劇軌道和車輪損壞，增加車輪和軌道的維修更換頻次，影響造船生產(chǎn)節(jié)奏;嚴(yán)重的啃軌會(huì)造成起重機(jī)行駛脫軌、車輪高空墜落等，釀成設(shè)備事故和人身傷亡事故。

橋式起重機(jī)啃軌對(duì)電機(jī)的危害：啃軌會(huì)增加運(yùn)行阻力，加重起重機(jī)電氣系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷，尤其是在負(fù)載運(yùn)行中，電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行，最終將造成電流過(guò)大，使得電機(jī)及元器件燒毀;而且運(yùn)行阻力過(guò)大，也會(huì)加速減速箱的磨損和聯(lián)軸器、車輪軸承的損壞。

3? ? 啃軌現(xiàn)象分析及解決方法

某造船企業(yè)制造一部E跨車間一臺(tái)雙梁橋式電磁起重機(jī)（16 t×34.5 m）存在啃軌現(xiàn)象，大車有兩只主動(dòng)車輪輪緣內(nèi)外側(cè)啃軌嚴(yán)重，一只被動(dòng)車輪輪緣內(nèi)側(cè)啃軌，另一只被動(dòng)車輪啃軌但不明顯;軌道顯示雙側(cè)啃軌，內(nèi)側(cè)啃軌較嚴(yán)重。

3.1? ? 啃軌現(xiàn)象分析

第一，檢查車輪的踏面磨損和直徑磨損，輪緣的厚度磨損大于5%（需更換），踏面磨損≤1.5%，兩只主動(dòng)輪直徑偏差未超過(guò)0.2 mm，被動(dòng)輪直徑偏差未超過(guò)0.5 mm，主動(dòng)輪和被動(dòng)輪直徑偏差未超過(guò)3 mm，排除由車輪直徑不一致引起的啃軌磨損。

第二，因同跨度上運(yùn)行的另一臺(tái)橋式起重機(jī)啃軌現(xiàn)象不明顯，暫不考慮軌道問(wèn)題。根據(jù)3只車輪啃軌現(xiàn)象，在車輪同一安裝水平面上，車輪對(duì)角線不等，呈現(xiàn)平行四邊形，且有車輪安裝發(fā)生偏斜。3只車輪啃軌可以理解為有一組對(duì)角車輪啃軌，一組同側(cè)車輪啃軌或者一組對(duì)側(cè)車輪啃軌;再根據(jù)車輪啃軌是單側(cè)還是雙側(cè)判斷屬于哪種情況。本橋式起重機(jī)的啃軌現(xiàn)象應(yīng)屬于一組對(duì)角車輪啃軌和一組對(duì)側(cè)車輪啃軌。

當(dāng)對(duì)角線D1和D2偏差過(guò)大時(shí)，就會(huì)引起車輪對(duì)角線一組車輪啃軌，車輪1和車輪3外側(cè)輪緣啃軌，或者車輪2和車輪4內(nèi)側(cè)輪緣啃軌（圖1）。當(dāng)M1和M2的距離偏差過(guò)大時(shí)，也會(huì)引起對(duì)角線D1和D2偏差過(guò)大，但這種情況較少，且呈現(xiàn)梯形，故確定對(duì)角線有偏差。

若主動(dòng)車輪1和車輪2向前運(yùn)行僅單側(cè)啃軌，向后運(yùn)行另一側(cè)啃軌，則出現(xiàn)車輪安裝位置偏斜現(xiàn)象（圖2）。

當(dāng)車輪1和車輪2在軌道上前后運(yùn)行時(shí)，則車輪輪緣內(nèi)外側(cè)都會(huì)出現(xiàn)啃軌現(xiàn)象。分析情況后，用鋼尺測(cè)量車輪對(duì)角線尺寸，現(xiàn)實(shí)中不是很方便，且兩只主動(dòng)車輪1和車輪2必須更換，筆者直接測(cè)量了兩只主動(dòng)車輪偏斜情況，與分析一致，可判斷上述分析思路正確。

第三，因每次更換車輪都是按照標(biāo)準(zhǔn)維修工藝測(cè)量安裝，引起主動(dòng)車輪偏斜可能有外在原因，與主動(dòng)車輪連接的聯(lián)軸器、減速箱和電機(jī)在力的作用下都可能導(dǎo)致主動(dòng)車輪偏斜。檢查聯(lián)軸器連接處的縫隙無(wú)異常，檢查減速箱和電機(jī)的地腳螺栓是否松動(dòng)有位移也無(wú)異常。

第四，正常按照上述分析，只要對(duì)主動(dòng)車輪1和車輪2進(jìn)行更換，調(diào)整車輪3和車輪4位置，調(diào)整車輪測(cè)量車輪對(duì)角線相等，試車運(yùn)行啃軌現(xiàn)象便會(huì)消除;但三四個(gè)月后，再次出現(xiàn)了車輪1/2/4開始啃軌現(xiàn)象，所以還有其他原因?qū)е聵蚴狡鹬貦C(jī)啃軌，然后測(cè)量軌道的直線度和兩根軌道的間距，偏差在合理范圍內(nèi);考慮起重機(jī)橋架主梁?jiǎn)栴}，利用全站儀測(cè)量?jī)蓚€(gè)主梁直線度偏差最大為16 mm，旁彎較為嚴(yán)重，主梁方向出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象，測(cè)量主梁下?lián)隙葹?4 mm，無(wú)法滿足《通用橋式起重機(jī)》（GB/T 14405—2011）要求，其中主梁應(yīng)有上拱，跨中上拱通常為（0.9～1.4）S/1 000，且最大上拱應(yīng)控制在跨中S/10的范圍內(nèi)，水平旁彎的限制為S/2 000，S為起重機(jī)跨度（本起重機(jī)跨度為34.5 m）。

主梁變形引起的啃軌現(xiàn)象原因較復(fù)雜，且維修調(diào)整較困難，主要有主梁水平變形后造成端梁彎曲，引起的車輪水平偏斜超過(guò)規(guī)定值β（圖3），兩只主動(dòng)車輪1和車輪2向相同方向發(fā)生水平偏斜，造成啃軌;主梁垂直變形后，引起跨度超差和車輪垂直方向偏斜超過(guò)規(guī)定值α（圖4），兩只主動(dòng)車輪1和車輪2向相同方向發(fā)生垂直偏斜，特別是承重后，一只車輪垂直偏斜增大，運(yùn)行半徑變大，另一只車輪垂直偏斜減少，運(yùn)行半徑減小，兩只車輪的運(yùn)行半徑超差過(guò)大，造成啃軌。

3.2? ? 啃軌解決方法

在起重機(jī)橋架主梁變形滿足技術(shù)要求的情況下，車輪的水平偏斜調(diào)整可采用兩種方式：一是通過(guò)調(diào)整角形軸承箱上的定位鍵的墊片厚度，達(dá)到水平偏斜糾正的目的;二是重新制作適合的定位鍵后焊接定位，消除水平偏斜。車輪的垂直偏斜調(diào)整方法是角形軸承箱與水平定位鍵增加墊片或者在水平定位鍵與端梁彎板間加墊片;根據(jù)車輪垂直偏斜方向，在對(duì)應(yīng)方向的角形軸承箱增加墊片即可，如車輪向左偏斜，則在右側(cè)角形軸承箱加墊片;若墊片厚度大于角形軸承箱定位槽2/3深度，則直接在端梁彎板處加墊片，便可解決啃軌問(wèn)題。

此次橋式起重機(jī)不能滿足技術(shù)要求，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性及安全性方面考慮后，采用熱（冷）縮主梁受拉區(qū)域進(jìn)行修復(fù)，即在主梁中間頂升，同時(shí)在主梁底部及腹板下部區(qū)域加熱（圖5）。在局部加熱過(guò)程中，主梁結(jié)構(gòu)中性層受重力作用兩側(cè)下?lián)?主梁的每一個(gè)加熱區(qū)受到熱脹冷縮的偏心力，在重力和偏心力的作用下，主梁逐步恢復(fù)上拱度要求。

具體矯正方法如下：在準(zhǔn)備工作就緒后，第一步，分別在主梁上平面每隔1 m選取1個(gè)測(cè)量點(diǎn)并做好標(biāo)記，逐點(diǎn)測(cè)量主梁的撓度和旁彎，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)初步劃出火焰矯正區(qū)域（圖6）。第二步，在車間主梁重心以及小車架位置布置胎架，架設(shè)好頂升工裝，位置與主梁隔板對(duì)筋，千斤頂頂升位置對(duì)準(zhǔn)頂升工裝筋板。第三步，將小車架頂升，頂升高度不宜過(guò)大，該頂升僅用于平衡小車架，起泄壓作用。然后對(duì)主梁頂升，同時(shí)操作千斤頂緩緩頂升，保持千斤頂頂升速度基本同步，大車輪離開軌面約10 mm時(shí)即停止頂升。第四步，在劃出的區(qū)域由兩側(cè)向中間方向進(jìn)行火焰加熱。加熱位置選擇在主梁下翼緣板和腹板下部（約主梁高度1/3的范圍內(nèi)），底板呈條狀加熱，寬20～40 mm，腹板呈三角形加熱，三角形高度為1/3的梁高，底邊20～40 mm，加熱溫度為650～800 ℃，加熱結(jié)束后，自然冷卻。然后放松千斤頂，復(fù)測(cè)主梁拱度。如變形恢復(fù)有限，須再次火焰矯正。第五步，主梁旁彎矯正必須與拱度矯正同時(shí)進(jìn)行，在矯正拱度時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致腹板產(chǎn)生波浪變形和旁彎。使用千斤頂對(duì)雙主梁進(jìn)行頂壓，沿著軌道或走臺(tái)側(cè)方向，達(dá)到旁彎標(biāo)準(zhǔn)值上限，自然冷卻2 h。待定性期過(guò)后，除去千斤頂，使用全站儀對(duì)旁彎值進(jìn)行測(cè)量，比對(duì)回彈量，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，則修復(fù)完工。如旁彎值接近標(biāo)準(zhǔn)值，重復(fù)以上工作，加大千斤頂力度。必要時(shí)切割矯正，符合標(biāo)準(zhǔn)值后，再補(bǔ)焊。第六步，主梁矯正后尺寸滿足要求后需對(duì)主梁采取加固措施，防止主梁再次下?lián)?，在主梁下部用型鋼加固，采用間斷焊，每200 mm中焊縫長(zhǎng)100 mm、高6 mm，施焊前先點(diǎn)焊，并在主梁中間位置頂起。最后，對(duì)矯正后的起重機(jī)進(jìn)行測(cè)量、驗(yàn)證合格后噴涂油漆，重新定位安裝大車車輪，調(diào)整車輪對(duì)角線，調(diào)整車輪跨度后，試運(yùn)行啃軌消除。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

本文采用火焰矯正加熱冷卻的方法，解決主梁變形問(wèn)題，修復(fù)大車長(zhǎng)期嚴(yán)重啃軌的缺陷，雖不常見(jiàn)，但修復(fù)后起重機(jī)運(yùn)行狀況良好。本次修復(fù)著眼于橋式起重機(jī)的長(zhǎng)遠(yuǎn)使用，減少了維修次數(shù)，降低了設(shè)備使用成本，安全事故概率大幅降低;同時(shí)，分析起重機(jī)啃軌現(xiàn)象，制訂修復(fù)方案，能有效解決啃軌問(wèn)題，改善起重機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，杜絕安全隱患。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 郭瑞革.橋式起重機(jī)車輪啃軌的研究[J].河北工業(yè)科技，2010，27（3）：156-160.

[2] 通用橋式起重機(jī)：GB/T 14405—2011[S].

[3] 張萬(wàn)鵬.橋（門）式起重機(jī)主梁拱度檢測(cè)與變形矯正方法[J].中國(guó)化工貿(mào)易，2015（35）：28-29.

收稿日期：2021-03-23

作者簡(jiǎn)介：何能榮（1986—），男，四川達(dá)州人，助理工程師，研究方向：機(jī)電工程。