淺談橋式起重機(jī)主梁變形及修復(fù)方法

李治軍，于廣超，郭昕航

（天津市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，天津 301600）

當(dāng)前，起重機(jī)械在國(guó)內(nèi)各種物料的起重、運(yùn)輸以及裝卸等諸多活動(dòng)中有廣泛應(yīng)用，逐漸成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的必需設(shè)備之一，橋式起重機(jī)便是常見(jiàn)類(lèi)型之一，其在企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中占據(jù)重要地位。起重機(jī)主梁變形是機(jī)械應(yīng)用中常見(jiàn)情況之一，其可能成為重大故障問(wèn)題發(fā)生的根源，輕則干擾正常的生產(chǎn)活動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)誘發(fā)重大的生產(chǎn)事故，對(duì)人們生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成威脅。怎樣減少或規(guī)避以上情況，使機(jī)械設(shè)備安全可靠運(yùn)行有更大的保障，提升安全生產(chǎn)效率，是當(dāng)下業(yè)內(nèi)人員不斷探究的共同問(wèn)題之一。

1 起重機(jī)主梁變形的表現(xiàn)形式及危害性

主梁上拱度減小甚至消失而形成下?lián)?、主梁發(fā)生橫向側(cè)彎、主流出現(xiàn)肉眼清晰可見(jiàn)的波浪形及橋架架對(duì)角線(xiàn)嚴(yán)重超差等是主梁變形的主要表現(xiàn)形式。以上情況對(duì)起重機(jī)形成的影響主要有：一是不利于小車(chē)車(chē)輪與軌道的可靠接觸，四個(gè)車(chē)輪無(wú)法同時(shí)接觸軌道，發(fā)生受力不均情況，最后出現(xiàn)啃軌現(xiàn)象，勢(shì)必還會(huì)降低小車(chē)運(yùn)行效率；二是當(dāng)變形抵達(dá)一定程度時(shí)，小車(chē)軌道會(huì)出現(xiàn)坡度，其運(yùn)行時(shí)要克服爬坡帶來(lái)的阻力，制動(dòng)停運(yùn)后小車(chē)溜車(chē)現(xiàn)象的發(fā)生率顯著增加；三是對(duì)大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)性能造成不良影響，導(dǎo)致聯(lián)軸器偏斜角明顯增大進(jìn)而出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，發(fā)生齒斷情況，嚴(yán)重時(shí)造成運(yùn)行機(jī)構(gòu)無(wú)法正常運(yùn)作；四是若出現(xiàn)十分嚴(yán)重下?lián)锨闆r，下蓋板與腹板的拉應(yīng)力抵達(dá)金屬材料的屈服極限時(shí)，裂紋或脫焊情況的發(fā)生率會(huì)顯著增加，若依然頻繁應(yīng)用起重機(jī)作業(yè)，則很容易造成主梁報(bào)廢。

2 橋式起重機(jī)主梁變形的影響因素

2.1 內(nèi)部應(yīng)力

對(duì)于主梁構(gòu)件，其在生產(chǎn)制造互動(dòng)中，設(shè)備本體的內(nèi)部應(yīng)力會(huì)對(duì)金屬構(gòu)件產(chǎn)生直接影響，若相關(guān)人員強(qiáng)制性地組裝設(shè)備零部件，其就會(huì)形成內(nèi)部應(yīng)力，導(dǎo)致其后期投用時(shí)出現(xiàn)不同程度的形變問(wèn)題。焊接與制造時(shí)，部分工人可能沒(méi)有規(guī)范地使用加工工藝，容易使主梁局部出現(xiàn)大小不等的內(nèi)應(yīng)力，且這些例均作用在起重機(jī)本體上，是塑性變形問(wèn)題的主要誘因。在起重機(jī)械長(zhǎng)期運(yùn)作時(shí)，殘余的內(nèi)應(yīng)力會(huì)均勻分布，增加了焊接變形問(wèn)題的發(fā)生率，主梁變形現(xiàn)象相繼出現(xiàn)。

2.2 設(shè)計(jì)和制造不夠合理

機(jī)械的設(shè)計(jì)、制造情況直接影響其后期使用安全性、效率。橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)、制造時(shí)，若沒(méi)有嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、技術(shù)要求等，則容易使主梁出現(xiàn)較大誤差，埋下隱患因素，最后引起嚴(yán)重的變形問(wèn)題。制造時(shí)若沒(méi)有科學(xué)選擇鋼材，鋼材性能、尺寸等和設(shè)計(jì)要求之間存在較大出入，那么若將這種情景下制造出的起重設(shè)備用于工程現(xiàn)場(chǎng)，會(huì)造成主梁承擔(dān)的工作負(fù)荷超出限值，出現(xiàn)較大的變形情況。

2.3 吊裝與運(yùn)輸不夠科學(xué)

起重機(jī)主梁為長(zhǎng)大型構(gòu)件，剛度小、彈性偏大時(shí)其主要特點(diǎn)，生產(chǎn)裝配時(shí)存有較大的內(nèi)應(yīng)力，很多細(xì)節(jié)問(wèn)題容易被忽視，若沒(méi)有嚴(yán)格按照規(guī)范要求執(zhí)行任務(wù)，則很容易造成橋架局部結(jié)構(gòu)發(fā)生變形情況。

2.4 養(yǎng)護(hù)不到位

如果起重機(jī)長(zhǎng)期處于高溫、易腐蝕的工況下運(yùn)行，則很容易造成金屬材料的自身性能發(fā)生改變，屈服度逐漸降低。若溫度過(guò)高，則很容易出現(xiàn)溫度應(yīng)力，增加主梁發(fā)生變形的風(fēng)險(xiǎn)。

3 主梁變形問(wèn)題的修復(fù)方法

3.1 火焰校正法

這是當(dāng)下修復(fù)起重機(jī)主梁變形問(wèn)題的常見(jiàn)方法之一，這種方法在應(yīng)用時(shí)自身有很強(qiáng)的靈活性，適用于修正處理主梁構(gòu)件發(fā)生的各種變形問(wèn)題。在具體修復(fù)實(shí)踐中，要使橋式起重機(jī)整體落地，這是修復(fù)工作實(shí)施的重要基礎(chǔ)，修復(fù)操作通常會(huì)歷經(jīng)較長(zhǎng)的工作周期。在現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)，火焰校正法利用金屬溫度和機(jī)械性能兩者之間的關(guān)系，基于熱脹冷縮的自然機(jī)理，于主梁上選出上小下大的區(qū)域進(jìn)行加熱處理，實(shí)測(cè)其集中加熱600℃時(shí)，周邊的金屬構(gòu)件會(huì)對(duì)加熱區(qū)形成一定的影響，造成其不能自由伸張進(jìn)而發(fā)生塑性壓縮。若低碳鋼是主梁構(gòu)件的主要制造材料，那么當(dāng)加熱至600℃時(shí)，材料的屈服極限就會(huì)緩緩降到0，加熱區(qū)相繼會(huì)出現(xiàn)不同程度的熱塑性變形現(xiàn)象，冷卻收縮會(huì)使全部加熱區(qū)生成內(nèi)部對(duì)拉力，逐漸拉近主梁金屬，直至中梁重新復(fù)原上拱狀態(tài)。若主梁下?lián)蟿蚍Q(chēng)、順滑分布，則建議工作人員選定跨中兩側(cè)作為加熱處理區(qū)，確保加熱區(qū)對(duì)稱(chēng)分布。若主梁下?lián)闲螤畈灰?guī)則，則要著重考察關(guān)鍵區(qū)域，可以將數(shù)個(gè)加熱區(qū)布置在出現(xiàn)顯著變形的下?lián)喜课弧?/p>

為了能較好地修整主梁變形問(wèn)題，在具體操作時(shí)，嚴(yán)禁出現(xiàn)反復(fù)加熱同個(gè)部位的行為，規(guī)避因頻繁加熱而造成主流內(nèi)部再次形成較多的殘余應(yīng)力，勢(shì)必會(huì)降低主梁材料的機(jī)械性能。工作人員的手部也不可以同時(shí)朝著拉、壓方向加熱，主要是防控金屬材料在熱力作用下變脆，盡可能不用冷水做冷卻處理。不可以加熱主梁構(gòu)件的危險(xiǎn)截面，督導(dǎo)工人嚴(yán)格依照修復(fù)設(shè)計(jì)流程及現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，一旦火焰校正部分順序顛倒將會(huì)造成現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)失敗?；鹧嫘ＵY(jié)束后，一定要做好主梁的加固處理工作，合理應(yīng)用烤點(diǎn)，利用其增加危險(xiǎn)截面的實(shí)際負(fù)荷應(yīng)力，防控發(fā)生塑性變形情況，可以采用將槽鋼加焊在主梁下方的方式去進(jìn)行加固處理。

3.2 預(yù)應(yīng)力法

這種修復(fù)方法的作用原理可以做出如下概述，以主梁構(gòu)件的空載為基礎(chǔ)，給主梁施加部分預(yù)應(yīng)力，在有外加力矩作用的工況下，主梁的上下蓋板將會(huì)形成預(yù)拉應(yīng)力、預(yù)壓應(yīng)力。在起吊重物的工況中，起重機(jī)主梁上下蓋板出現(xiàn)的工作應(yīng)力將會(huì)抵消預(yù)應(yīng)力，主梁應(yīng)力相應(yīng)被弱化，對(duì)主梁實(shí)際荷載的增加形成不良影響，最后發(fā)生下?lián)暇植孔冃吻闆r。合理應(yīng)用預(yù)應(yīng)力法是修復(fù)主梁變形問(wèn)題的可行方法之一，使主梁上拱較好地滿(mǎn)足安全運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)要求，有助于提升橋式起重機(jī)的使用效率。工作人員進(jìn)行拉筋拉緊的工況中（圖1），實(shí)地測(cè)量主梁的上拱值，確保主梁下蓋板的外壓力值處于限定區(qū)間中，以防超出金屬材質(zhì)的承受范圍。預(yù)應(yīng)力法修復(fù)主梁的常見(jiàn)工況主要有以下幾種。

圖1 預(yù)應(yīng)力法修復(fù)主梁的原理

一是使用時(shí)間相對(duì)較漫長(zhǎng)的起重機(jī)；二是主梁剛度偏低、承載能力不夠；起重機(jī)設(shè)備長(zhǎng)期處于滿(mǎn)負(fù)荷工作狀態(tài)；作業(yè)環(huán)境條件較惡劣。

3.3 重復(fù)施焊法

重復(fù)施焊，即采用大電流對(duì)主梁構(gòu)件焊縫進(jìn)行重復(fù)焊接，利用新出現(xiàn)的焊接變形修整主梁原變形問(wèn)題，有效地整改既有的變形狀態(tài)與上拱度，這樣通常能在主梁修復(fù)實(shí)踐中取得良好效果。在具體實(shí)踐中，相關(guān)人員要全面分析主梁的變形狀況，如果有提高主梁拱度數(shù)值的需求時(shí)，則要對(duì)主梁的下蓋板和腹板角縫進(jìn)行重復(fù)焊接處理，要配合使用焊縫冷卻技術(shù)，這樣方能更科學(xué)、有效地刺激主梁金屬結(jié)構(gòu)的收縮過(guò)程，使其內(nèi)部生成拉應(yīng)力，最后有效提升主梁的上拱值。為了能減少或規(guī)避主梁構(gòu)件發(fā)生水平旁彎情況，建議于凸面板及上、下蓋板角縫處進(jìn)行重復(fù)焊接，這是控制主梁的水平旁彎情況的有效方法，能夠取得良好的修復(fù)效果。

4 結(jié)語(yǔ)

橋式起重機(jī)在長(zhǎng)期的使用中，出現(xiàn)主梁變形問(wèn)題難以完全規(guī)避，其會(huì)直接影響起重機(jī)機(jī)械性能，不利于生產(chǎn)作業(yè)安全、有效進(jìn)行。鑒于以上情況，相關(guān)人員要從思想上重視主梁變形問(wèn)題，從諸多方面分析變形問(wèn)題成因，編制出有效、可行的修復(fù)方案，實(shí)現(xiàn)合理檢測(cè)與維修，提升設(shè)備的完好率，使其應(yīng)用時(shí)創(chuàng)造出更多的經(jīng)濟(jì)效益。