20T×28M型桥式起重机安全性能检测

余 锋谢 凡

（1.武汉工程职业技术学院 湖北 武汉：430080；2.武钢股份公司能源总厂 湖北 武汉：430081）

20T×28M型桥式起重机安全性能检测

余 锋1谢 凡2

（1.武汉工程职业技术学院 湖北 武汉：430080；2.武钢股份公司能源总厂 湖北 武汉：430081）

针对某厂超期服役的20T×28M型桥式起重机，制定安全性能检测方案，经过检测，确定该起重机主要梁架已产生永久变形，建议报废并随即采取安全对策。

桥式起重机；性能检测；安全性评估

1 测试方案

某厂20T×28M型桥式起重机为生产型重负荷特型天车，额定载荷为20吨，跨距为28米，主梁结构为桁架式，主要生产任务是吊运25吨左右的连铸板坯入炉，现已运行40年，已超役龄。为确保安全生产，需对该车性能进行综合检测，以评估其安全性。检测方案如下：

（1）无损探伤检测：对主梁桁架、副梁桁架主要焊缝及上下盖板进行磁粉及着色探伤。

（2）上拱度：小车空载停在边位，用水准仪按2.0米的间距分别测量西梁、东梁上小车轨道顶面的高程，找出跨中与跨端的高程差值即为上拱度。

（3）静刚度：小车空载停在边位和小车承受额定载荷停在中位，用水准仪分别测量西梁、东梁跨中的下挠量，其差值即为静刚度。

（4）水平旁弯：小车空载停在边位，以两端点为基准，用经纬仪分别测量西梁、东梁水平旁弯。

（5）应力水平：

小车空载停在边位，在两根主梁的上、下盖板上共布置10个静态测点。测点布置如图1所示。图1中（）表示测点布置在下盖板。

图1 测点布置示意图

小车承受额定载荷停在跨中，此时主梁的上、下盖板在跨中处应力最大，用YJ－15型静态电阻应变仪测量应力。静态应力测试系统框图如图2所示。

图2 静态应力测试系统框图

（6）小车状况检查：检查小车车体是否存在疲劳裂纹，小车车轮与主梁轨道及旋转轨道的运行状况，主卷及钢绳状况等。

2 测试数据

（1）探伤检测

主梁桁架、副梁桁架主要焊缝及上下盖板用磁粉及着色探伤，未发现疲劳裂纹。

（2）上拱度、静刚度

按《起重机安全技术检验大纲》要求，上拱量为（0.9／1000～1.4／1000）L，下挠量Y≤L／1000。其中L表示跨距。实测上拱度、静刚度数据见表1。

从以上测试数据可知：该天车上拱度不满足要求，静刚度符合要求。

（3）水平旁弯

表1 上拱度、静刚度测试数据

按《起重机安全技术检验大纲》，主梁水平旁弯f≤L／2000。当挠度Y≤19.5mm时，f≤5mm；当Y＞19.5mm时，f≤8mm。只允许向外旁弯。

实测结果：空载时，西梁向内旁弯5mm，东梁向内旁弯2mm；载重26吨，西梁向外旁弯3mm，东梁向内旁弯9mm。两梁水平旁弯均不符合规定标准。

（4）应力水平

各分布测点应力测试数据见表3，单位为MPa。

表3 各测点应力测试数据

由于测试数据仅有负载应力，未包含自重应力，该数据在起重机性能分析时仅作参考。

（5）小车状况检查

小车状况检查未发现异常现象。

3 强度校核

3.1 基本参数

额定起重量：Q1＝20t

最大起重量：Q2＝26t

跨距：L＝28m

起升速度：15m／s

小车轨距：6m

小车轮距：4m

起重机构工作类型：特重级

主梁截面几何参数见图3所示，单位为mm。

图3 主梁截面几何参数

3.2 载荷计算

（1）固定载荷

主桁架重：G主＝21.16t

辅桁架重：G辅＝9.8t

其余桁架、走台、电器设备等重：G其＝3t

（2）活动载荷

小车自重：G小＝18.63t

电磁吸铁重：G磁＝3.35t

（3）小车计算轮压

小车计算轮压：P1计＝P2计＝（G小＋ψⅡ（Q＋G磁））／4

式中：Q为起吊重量；ψⅡ为动载系数，查得ψⅡ＝1.25

当Q＝20t（额定起重量）时，计算可得：P1计＝P2计＝11.95t

当Q＝26t（最大起重量）时，计算可得：P1计＝P2计＝13.83t

3.3 主桁架强度校核

（1）受力分析

主桁架受90%的小车轮压及固定载荷的重量之半，受力简图见图4所示。

图4 主桁架受力简图

额定起重量时：小车轮压P1＝P2＝90%P1计＝10.76t

最大起重量时：小车轮压P1＝P2＝90%P1计＝12.45t

均布载荷q＝（G主＋G辅＋G其）／（2×L）＝0.61t／m

由节点载荷计算法，求出由小车轮压及固定均载产生的等效节点载荷Xi值见表4。

表4 小车轮压及固定均载产生的等效节点载荷Xi值

主桁架受节点载荷Xi图见图5所示，其中，Oi（i＝1…6）为上弦杆编号，Ai（i＝1…7）为下弦杆编号，Bi（i＝1…6）为竖杆编号，Di（i＝1…14）为斜杆编号。

图5 主桁架受节点载荷Xi图

（2）求各杆内力

由截面法求得各杆内力见表5、表6、表7、表8，内力单位为t。

表5 上弦杆内力

表6 下弦杆内力

表7 斜杆内力

表8 竖杆内力

（3）强度校核

主梁材料为Q235（A3）钢。

许用应力［σ］＝σs／1.4＝230／1.4＝164.3MPa

（a）上弦杆

Q＝20t时，最大压力N＝85.89t

横截面积A＝14560mm2

式中：Φ—稳定系数，查得Φ＝0.466m

抗弯截面模量W＝2.76×10－3m3

计算可得：弯矩M＝70233N·m

计算可得：压应力σ＝148MPa＜［σ］

Q＝26t时，最大压力：N＝94.89t

计算可得：弯矩M＝81340N·m

计算可得：压应力σ＝161.53MPa＜［σ］＝164.3MPa

（b）下弦杆

横截面积A＝11904mm2

Q＝20t时，最大拉力N＝88.03t

Q＝26t时，最大拉力N＝97.28T

（c）斜杆

横截面积A＝3800mm2

Q＝20t时，最大拉力N＝20.11t，最大压力N＝24.5t

Q＝26t时，最大拉力N＝22.3t，最大压力N＝27.09t

（d）竖杆

横截面积A＝1900mm2

Q＝20t时，最大压力N＝4.53t

Q＝26t时，最大压力N＝5.04t

（4）主梁的挠度

挠度f≈0.025βPL3／（H2（A上＋A下））

查得系数β＝0.428

Q＝20t时：

90%轮压：P＝10.76t 跨度L＝28m 梁高H＝2.2m

上弦杆横截面积A＝14560mm2＝145.6cm2下弦杆横截面积A＝11904mm2＝119.04cm2

f≈1.97cm＜许用挠度［f］＝2800／1000＝2.8cm

Q＝26t时：

90%轮压：P＝12.45t

f≈2.28cm＜许用挠度［f］＝2800／1000＝2.8cm

4 结 论

（1）该起重机主梁桥架已存在永久性变形。表现为：

空载情况下，西梁向内旁弯5mm，东梁向内旁弯2mm；重载情况下，西梁向外旁弯3mm，东梁向内旁弯9mm。两桥架旁弯均已超差，继续使用将使旁弯的永久性变形持续增大。

空载情况下，西梁上拱6mm，东梁上拱6mm，两梁上拱度不满足规定要求。重载情况下，西梁保持上拱－9mm，东梁保持上拱－10mm，两梁呈现塌腰现象。

（2）应力测试与理论计算都显示，在重载时桥架最大应力σ＝161.53MPa＜［σ］＝164.3MPa，已经压限，此时安全系数为1.4。部分斜杆的压应力σ＝149.86MPa＜［σ］，斜杆由两根L100角钢构成，杆长2.2米，属柔性杆。由于存在附加约束，杆惯性矩计算困难。但通常作稳定校核时，杆内应力远小于许用应力。在此压应力（149.86MPa）下，可以认为已达到稳定极限。

（3）依上所述，建议该桥式起重机报废。在新天车未安装前。要求现天车遵守下列条件运行：严禁超载，起吊重量在20吨以下；低速运行，防止动载冲击过大；严禁斜拉起吊，水平振摆应尽可能小。

［1］ 起重机安全技术检验大纲［S］.原劳动部1993年10月颁发实施.

［2］ ［日］坂本种芳.桥式起重机设计计算［M］.北京：中国铁道出版社，1987.

Property Examination ＆Safety Evaluation of Bridge Crane of 20T×28MType

YU Feng XIE Fan

A bridge crane of 20T×28Mtype has been in service for over 40years.To ensure its safety operation，a comprehensive examination is necessary for its safety assessment and duration of service.The examination methods and property assessment is of good reference in the maintenance of the equipment of the same types.

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TH215

A

1671－3524（2012）02－0018－04

（责任编辑：栗 晓）

2012－05－03

余 锋（1965～），男，副教授.E－mail：yf＠wgxy.net