桥式起重机的修理

桥 式 起 重 机桥架变形机理及修复的工艺探讨 撰写人: 工种:冷作工摘 要桥式起重机是一种特种设备,分类较多,应用非常广泛,而且由于桥式起重机的使用环境比较恶劣、工作对象千差万别、工作级别不同等，同时也由于操作使用的原因，使桥式起重机的桥架发生变形，严重影响了桥式起重机的使用寿命。本文针对桥式起重机主梁变形的概念、原因、测量方法、造成的后果进行了探讨，提出了在轨面上进行主梁下挠修复的工艺流程、相关的焊接参数。关键词：桥式起重机、桥架、主梁、下挠、焊接一、前言桥式起重机广泛的应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。桥式通用起重机桥架的变形是比较普遍存在的问题。发现变形之后，要视实际情况确定出防止继续变形的措施或进行修复，绝不可以任其发展下去。经验证明，在正常情况下使用的起重机（不超载、不受高温影响 以及维修合理等），其主梁下沉到一定得程度，就基本上趋于稳定。但是有的起重机在使用一段时间之后，可能发生一些不正常的现象，如小车不能准确地停在指定位置上或运行时发生摆动，小车啃轨，大车啃轨，机构传动部件不正常的损坏以及电气元件多次的烧伤等。产生这些现象的重要原因之一，就是桥架发生了永久变形。此时应对桥架各主要尺寸进行检查和测量，如主梁挠度、水平旁弯、腹板波浪形、桥架对角线误差等。把实际测量的结果和有关规定的数据对照一下，然后分析出产生这些毛病的原因，最后确定出具体的修理方案。二、主梁变形的概念桥式起重机在出厂就制造出有上拱度的主梁，其目的是增强主梁的承载能力及减轻小车的爬坡和下滑。所谓主梁的上拱度，就是主梁向上拱起的程度。在用钢丝发测量主梁的上拱度时，被测部位的曲线值表现高于水平线。桥式起重机使用一段时间后，主梁拱度便逐渐地减小。把新出厂的起重机所具有的上拱度，减去现有起重机的上拱度，次差值就是主梁的拱度减小量。随着时间使用的延长，主梁最后还可能由上拱度而变为下挠。所谓主梁的下挠，就是主梁的向下弯曲。在用钢丝法测量时，主梁的下挠曲线值，表现出低于水平线。当主梁产生下挠之后，会引起主梁的水平旁弯和腹板的波浪变形。当下挠达到一定数值之后，起重机将发生一系列的不正常现象。一般来讲，主梁产生下挠就要考虑修复。究竟下挠到什么程度才需要进行修复，还应加以规定。这项规定的意图是，考虑到主梁产生下挠之后如不及时修复，将会使下挠继续扩大，如果主梁变形已经十分严重仍在继续使用，一方面满足不了生产要求，可能导致重大的设备和人身事故。主梁下挠的含义包括有：（1）主梁的允许下挠所谓主梁的允许下挠，就是指小车处于主梁中间病受有额定的负载作用时，在主梁的中间部位产生了比规定值小的弹性下挠。所谓主梁的弹性下挠，是指主梁受负载作用后，在主梁某部位产生的下挠，且当负载去掉之后，主梁又能恢复到原来的状态，主梁的这种下挠就叫做主梁的弹性下挠，其数值就叫做主梁的弹性下挠值。一般情况下，主梁的允许下挠值从水平线算起，不要超过(S是打车标准跨度值).对新安装的双梁桥式起重机所规定的允许下挠值，各国规定是不一样的，我国还规定：单梁桥式起重机主梁的允许下挠值;手动单梁桥式起重机主梁的允许下挠值,同时对双梁桥式起重机还要求测量刚度，是主梁震动衰减时间保持在812s，振幅减小至0.5mm.（2）主梁的应修下挠值主梁的应修下挠值，就是主梁中间部位的下挠极限值。通常，主梁下挠程度接近了这个数值，就应该进行矫正，如果还继续使用，就可能是桥架变形继续恶化，以至造成事故。如下表双梁桥式起重机应修下挠值mm跨度S（m）10.513.516.519.522.525.528.531.5满载15.7520.2524.7529.2533.7538.2542.7547.25空载79111315171921三、主梁变形的原因（1）主梁内应力的影响由于金属结构在制造过程中强制组装控制变形，所以材料内部必然引起内应力，这种内应力在起重机的使用过程中式不断趋向均匀化的，以致最后可能全部消失，所以主梁要产生下沉。另外，在焊接过程中，由于局部性的不均匀加热，使得焊缝及其周围金属又发生了不同程度的无规则变形，这种变形，是主梁在各个部位上都产生了不同方向的内应力，这些内应力与起重机受载后在主梁内部产生的工作应力叠加后，导致了结构的某些部位应力值超过了材料屈服极限，是材料产生了塑性变形，最后促成了主梁的变形。再有，在桥式起重机的承载过程中，主梁的腹板是以中性轴为界，其上部是受压区，下部是受拉区，手拉区金属受拉伸作用，受压区金属受压缩作用，在受压区腹板上就容易形成波浪形，这又会引起主梁或加速主梁变形。还有，当小车在主梁的轨道上往返运行时，腹板各个部位的45方向上，时而收到拉伸作用，时而收到压缩作用，是腹板产生着交替的变化内应力，这种变化的内应力，也加速了腹板波浪形的扩大，进而加速了主梁的变形。（2）维修和使用的不合理主梁上面是不允许随便施焊和进行气割的，但是有的单位为了更换小车轨道，或者采用在小车轨道下面加垫片的办法来弥补主梁下挠过大所引起的小车爬坡和下滑，而过大面积地使用了电焊和气割。另外，加宽走台施焊部位过大、不安技术规定使用起重机、随意改变起重机的工作类型、拖拉重物以及拔地脚螺钉或超载使用等，这些都会造成主梁的迅速变形。（3）存放不合理、运输安装不当桥式起重机的桥架是一个长而大的金属结构件，弹性很大，如果在不使用的时期存放垫置不妥当，经过长时间的风吹雨淋，桥架或主梁就可能会发生永久性变形。在运输过程中，如果方法不得当，以及不合理地起吊和安装，也都会造成桥架或主梁的变形。（4）工作环境温度的影响设计起重机是按常温情况下考虑的。如果经常处于高温环境下使用，将会造成材料的屈服点降低和产生温度应力，这种温度应力和其他内应力叠加起来后可能超过材料的屈服极限。另外，辐射热也将是主梁上、下盖板受热不均匀，下盖板温度大大超过了上盖板温度，下盖板伸长较大，最后导致了主梁的变形。所以在受热条件下使用的桥式起重机，主梁下面应设置隔热设备，以减小起重机受辐射热的影响。（5）制造时的下料和焊接不当技术条件规定：腹板下料时的形状应与主梁的拱度要求相一致。而把腹板下料成直料然后烘烤或焊接来使主梁产生上拱形状这是不对的，它将使主梁很快消失上拱而产生下挠。另外，焊接工艺编排不当也同样会使主梁迅速失掉上拱而形成下挠。四、主梁变形的测量方法主梁垂直方向变形的测量方法：常用的有钢丝法和水准仪法及连通器法。现大多采用钢丝测量法。这种方法简单，不需要什么仪器，准确性也比较高，灵活性又强，可以随主梁变形的部位在不同长度内随时都可以进行测量。它是由两个滑轮支架、重锤和钢丝共3部分组成的。钢丝垂度（即钢丝自重产生的下挠值）按下式计算：式中 q-钢丝单位长度重量 Q-重锤重量 S-钢丝长度（与跨度一致）主梁的上拱或下挠，按下式进行计算式中 h1-钢丝与主梁上盖板的距离 h2-钢丝垂度 H-滑轮架的计算高度 F-主梁实际挠度值。测量时，应该在空载情况下并把小车开到一端，测量主梁中心处的变化数值。如果F是正值，表示主梁是上拱。F是负值，表示主梁是下挠。腹板波浪形的测量方法：用1m长的直尺放在腹板的任意位置上，测量凹陷或凸峰值，此数值即为波浪形的数值。波浪值a的规定是：在受压区（约小于腹板高度上的区域）,a；受拉区（约大于腹板高度下的区域），（是腹板厚度）主梁上盖板水平倾斜的测量方法：把水平尺放到设有大小筋板的主梁的上盖板部位，然后通过垫块把水平尺垫平，此垫块的高度就是上盖板水平倾斜度，其数值应小于(是主梁上盖板的宽度)。腹板垂直方向倾斜的测量方法：在主梁内设有大筋板的上盖板部位挂一重锤，用尺测量其线到腹板的距离，两数值之差，就是腹板的槌子倾斜度，其数值应小于（是主梁的高度）。主梁的水平旁弯的测量方法：通常也是采用钢丝进行测量。即将钢丝固定在所要测量的主梁的上盖板的中心线的上，然后测量钢丝与上盖板两边缘的距离和，两距离的平均值就是主梁的水平旁弯数值，其计算公式：式中 -上盖板边缘一侧至钢丝的距离； -上盖板边缘另一侧至钢丝的距离。五、主梁下挠所造成的后果对小车运行的影响：主梁下挠以后，小车往两端运行时就要出现爬坡现象，因此增大了小车的运行阻力。据计算，当主梁下挠值达到时，小车运行阻力增加40%，使小车运行机构寿命降低或者促成机构零件的损坏，消耗动力也大，严重时，将会把电动机烧坏。另一方面，小车不能被准确地停在轨道的任意位置上，使得装备、浇注等准确而重要的工作无法进行，甚至导致事故。对大车运行的影响：主梁的下挠，对集中传动的大车运行机构影响是很大的，它将使传动轴在受弯矩的作用下旋转。技术规定表明：传动轴弯曲幅度超过0.5，传动轴就容易损坏，齿轮联轴器内的齿轮也容易断齿，联结螺栓也容易松动或折断。传动轴转数越高，造成的后果就约严重。另外，动力消耗也大。对主梁水平旁弯和腹板的影响：由于主梁的下挠，常常引起主梁向内侧的水平旁弯。对称箱型主梁水平旁弯在技术条件规定为：（S是大车的标准跨度值）。超过了这个数值，小车规矩就要超差。规矩超差过大时，小车车轮就要发生啃轨和夹轨现象，同时小车支行阻力也增大，动作迟缓，声音发闷，严重时，在大车收到震动的情况下，还会引起小车的脱轨。主梁发生下挠后，将使腹板上的波浪变形由受拉区转向受压区，使受压区的腹板波浪变形明显增加。如果起重机仍然处于不合理的状态下继续工作，主梁受力则将继续恶化，严重时可能破坏腹板稳定性或引起主梁下盖板及腹板下部受拉区的部位产生裂纹。六、主梁变形的修复目前，对箱形主梁下挠的修复，有预应力、火焰和电焊3种方法，而以火焰校正使用的较多。1、适宜于火焰矫正的钢材材质及加热温度。据焊工手册查证，实践证明，火焰矫正适宜于各种低碳钢，如Q235钢等，普通低合金钢大部份可采用火焰矫正，如16Mn、15MnV钢等。试验结果，火焰矫正对钢材的机械性能影响不大。火焰矫正加热温度对Q235钢、16Mn钢可加热至850。对于16Mn钢，加热温度为650左右时，还可以用水冷却，但对钢板较厚且比较重要的构件，如大型桥式吊主梁，严禁用水冷却。2、火焰矫正主梁变形规律。(1)f拱=a1tg1+ a2tg2+ antgn=aitgi=iai=(1)式中：n火焰矫正位置的数量，a火焰加热面积重心到时最近一端的距离，a值小于Lk/2，（如图（一）B火焰矫正加热宽度，F火焰矫正加热截面面积，K塑火焰矫正压缩系数，对箱型梁跨度为22米时，K塑=0.096e火焰矫正加热面积中心到梁截面重心座标轴的距离J主梁的截面惯性矩。3、焊接加固工艺1）、焊接加固截面形式主梁加固本着能稳定主梁上拱又能方便施工，使主梁自重增加最少。一般以增加主梁截面惯性矩20%为宜。加固形式较多，如加角钢，加钢板，加槽钢等。通常以加固槽钢较为普遍。据起重机设计规范要求，对吊车主梁材质，必须保证其冲击韧性值。在20时，Q235钢K不小于60焦尔/cm2，16Mn钢K不小于54焦尔/cm2。2）、焊接加固主梁变形计算（1）焊接纵向焊缝主梁的变形计算对于手工电焊，主梁变形曲线f=cLK2/8=2.75310-3K2 ZLk2/J(2)式中：K焊缝高度重叠系数，双面角焊缝取1.3，间面焊缝取1.0Z构件截面重心到纵向焊缝的距离（2）横向焊缝主梁变形计算横向焊缝主梁变形与火焰矫正主梁变形相似，对手工电弧焊有3.f=ai=0.0219K2bai(3)式中：b横向焊缝的长度。3）、防止产生焊缝裂纹的条件计算对于低合金钢，焊缝熔合线处，由800冷却至500的时间，即t8/5。当t8/5过于短暂时，则会使熔合线处晶粒变粗，临界转变温度升高。这两种情况的出现直接影响焊接质量。对于高强度低合金钢t8/5介于720之间。对于大型重载吊车主梁下盖板一般大于25mm，则t8/5的计算公式如下：t8/5=(0.67-510-4T0/)E(1/500-T0)-(1/800-T0)F3式中，/相对热效率，碱性焊条手工焊，/=0.8；T。施焊温度，如需预热，一般预热温度为50至200；E线能量，E=焦尔/厘米2，V为电弧电压，I为焊接电流，为焊接速度；F影响冷却时间的形状系数，角焊缝取0.67。4）、具体施工工艺（1）、对需恢复的桥式吊结构形式，特别是重量分布进行分析，可先拆除某些部件。如主小车，(副小车)，卷筒、减速器、电动机，拆除司机室，然后将主(副小车)分别打至大车两端。对于小吨位的吊车（50吨以下），可以不拆除，直接将小车开到桥架的端部。顶车时车体基本处于平衡。（2）、对主梁拱度，旁弯，扭曲情况进行全面测量，拱度用钢线测量清，如图（二）。旁弯及扭曲情况用挂钢线与线坠相结合的方法。如图（三）。 图中：f拱=h+（f线+b） mm(5)式中，h线架高，b钢线与主梁上盖板间的距离。(6)f线=(L-x)103(mm)(6)式中，g=钢线自重，Q配重重量，L线架间距，X线架测点距离。（3）、确定烤火位置和顺序对箱形主梁烤火位置应选在筋板处，在腹板下部，即主梁腹板高度的三分之一处，其面积为ab/2和主梁下盖板，其面积为ac。并避免在跨中加热。加热顺序，由主梁两端烤火点逐渐向中间延伸，也可两端向中部跳跃式加热。一般在实施火焰矫正时，采用跳跃式加热方式，如图（四） （4）、顶压机，封车4台压机同步向上顶，使大车车轮脱离轨面1520毫米，然后封车。一是确保安全，二是据实际情况施加外力作用。 （5）、减少走台板的影响对于大型重载桥吊每根主梁常有2个走台板，在火焰矫正实施过程中，主梁变化明显。因走台板的影响，使主梁纵向重心向走台板一侧偏移，从而造成主梁扭曲。可采取在走台板下部加支撑。（6）、实施火焰矫正按图（四）加热顺序，每一根主梁两个对称烤火点，如1和1点，原则上同时进行，同时结束。要求火焰大小，火焰离烤区金属间距、烤火方式及速度力争一致，且火焰均为中性焰，在每一烤点，也必须同时对称进行，否则主梁易出现扭曲变形。每加热完两面对称烤点，空冷至室温后，需对主梁上拱，旁弯等进行测量，以便为下一步工作提供依据。（7）、实施焊接加固对大型重载桥吊主梁采用焊接加固只能增加几个毫米的上拱值，主要目的在于增加主梁截面惯性矩，保持火焰矫正恢复的上拱值。而防止因焊缝产生裂纹就显得十分重要。吊车梁加固截面形式按图（六）。焊工安排和施焊顺序参见图（七） 5）、焊接技术要求：焊接烘烤要求达到250时，保温2小时，槽钢与主梁及槽钢与加固钢板处均需除锈打磨，在焊接过程中严禁在原主梁上起弧，焊接过程是否预热需计算t8/5，焊接过程中，每一位焊工要求焊接电流，电弧电压，焊接速度一致，以防止主梁产生扭曲。七、小结目前在攀钢各二级单位，针对不同吨位的吊车，在出现主梁变形下挠时，均通过火焰矫正和焊接加固法相互结合，有效的解决了桥式起重机主梁拱度的恢复难题。有几点应明确和有待探讨。1、火焰矫正效果明显，必须一步一步进行，不能急进。2、在恢复上拱度的过程中，主梁中心有向上作用力，对主梁恢复拱度有利，但对拱度贡献大小只能靠经验，无计算公式，有待探讨。3、需考虑走台板对主梁产生旁弯的不利因素。4、焊接过程中是否预热需进行t8/5的验算。5、在火焰矫正过程中，气焊工的劳动强度大，有待进一步解决。参考资料（1）起重运输机械1987 付荣柏（2）焊接学报 1986 付荣柏（3）焊接工程学 1985 曾东（4）金属材料及热处理1983 史美堂（5）焊工手册 1983 机械工业出版社（6）冷作工技师培训教材 2001 机械工业出版社