塔机固定基础节筋板焊缝开裂原因分析及对策

叶南祥

(江西省中天机械有限公司，江西 宜春 336000)

塔机固定基础节筋板焊缝开裂原因分析及对策

叶南祥

(江西省中天机械有限公司，江西 宜春 336000)

针对固定基础节在实际使用过程中该处发生的筋板焊缝开裂现象，采用钢结构疲劳强度计算的方法从理论上加以分析，并结合实际提出解决方案。

塔式起重机；焊缝开裂；分析；对策

1 结构描述

塔机的固定基础节是塔机的一个关键部件，它上与塔身相连，下与基础相连，处于塔身的最底部，在塔身结构中受力最为恶劣，特别是主弦杆与承重底板连接处，经常承受不稳定的交变应力，随着工作次数的增多，疲劳强度会逐步降低，如果我们在设计和制造时忽视疲劳破坏的影响，该处将存在较大的安全隐患。以某QTZ63塔机固定基础节为例进行分析。

该塔机固定基础节是以4根方钢管组成的空间桁架焊接结构，中心截面尺寸为LA×LB＝1.51m×1.51m，每根主弦杆由2根125mm×125mm×12mm角钢拼焊成方钢管135mm×135mm×12mm，主弦杆与承重底板采用对接焊，焊高12mm，通过2块筋板A及3块筋板B加强，如图1所示。

2 主弦杆受力分析

受拉力为正号，压力为负号，经计算，某QTZ63塔机工作时基础节所承受的最大倾翻力矩M倾=132.7tm，塔机的自重引起的平衡力矩为M平=-42tm，则作用在基础节上的最大合力矩为M合=M倾-M平＝90.7tm。塔机自重为F自＝-43t，最大起重量为F起＝-6t，则作用在基础节上最大垂直力FV＝F自+F起＝-49t，此时吊臂与塔身呈45°角，基础节主弦杆位于起重臂正下方的受压，而位于平衡臂正下方的受拉，作用在主弦杆上的最大压力为N压，作用在主弦杆上最大拉力N拉，则

图1 固定基础节

1)在0°处，塔机装料前空载

A主弦杆受拉力

B主弦杆受压力

2)在0°处，塔机装料加载

A主弦杆受压力

B主弦杆受拉力

3)带载回转到90°处

A、B主弦杆受力

4)带载回转到180°处

A主弦杆受拉力

B主弦杆受压力

5)在180°处卸载

A主弦杆受压力

B主弦杆受拉力

6)空载回到90°处

A、B主弦杆受压力

7)空载回到0°处，一次工作循环结束

A主弦杆受拉力

B主弦杆受压力

塔机一个工作循环载荷分析图如下(图2)。

图2 工作循环载荷图

此工作循环可在塔身结构中引起最大的循环应力，对于其它工况的循环应力可按本方法及结构件工作级别来确定。

3 疲劳强度计算

从图2可知：塔式起重机一个工作循环时在固定基础节的主弦杆中应力变化2次，一次大，一次小，现以应力大的一次作为疲劳计算依据，这样处理偏安全，即Fmin=30.3t，Fmax=-54.8t。

主弦杆与底板连接处焊缝计算面积SA＝82.3cm2,则其应力为

塔机利用等级U4，而固定基础节主弦杆与底板连接处的应力反复次数为塔机总工作循环次数的2倍,因此其工作级别为E5(B5，S3),该处接构为对接焊缝，焊缝垂直力的方向，以压应力为主，应力集中等级为K4，查GB/T3811-2008《起重机设计规范》表33，得拉伸和压缩疲劳许用应力基本值

则压缩疲劳许用应力

上式表明采用图1所示固定基础节主弦杆与底板连接处焊缝不能满足疲劳强度安全使用要求，存在设计缺陷。

4 对 策

将固定基础节主弦杆与筋板B相连处增加2块贴板，取消主弦杆对角线上的筋板A,贴板先与主弦杆及底板焊接，再将筋板与贴板及底板焊接，如图3所示。

图3 改进后固定基础节

主弦杆与底板连接处焊缝计算面积SA′＝92.2cm2,则其应力为

上式表明该固定基础节主弦杆与筋板连接处焊缝能够满足疲劳强度安全使用要求。通过以上方法改进，在实际使用过程中固定基础节主弦杆与筋板连接处焊缝没有发生过开裂现象。

5 结 论

塔式起重机的固定基础节是塔机中的关键部件，直接影响到塔机的安全及可靠性，该部件的连接焊缝应采用优质焊接（S.Q），一些塔机在安装使用一段时间后出现固定基础节筋板开裂现象，主要原因：①设计人员未充分考虑各种因素对焊接质量的影响，致使连接焊缝疲劳强度不够；②焊接人员未严格遵照焊接工艺要求，焊缝未达到优质焊缝连接；③检验人员未按优质焊缝连接要求进行检验。因此工程技术人员在设计时应根据焊缝在塔机中所起的作用按照相关规范和标准进行疲劳强度验算，对其焊接工艺、焊接材料，结构方法进行科学合理地制定和选用，同时要加强对焊接人员的技术培训，严格遵守焊接工艺，如在施焊之前，焊道要刮光，焊缝边缘无咬边，焊缝中避免有未焊透，凹角等缺陷，优先采用自动焊以减少热影响区的范围等，在设计、制造、检验上严把焊接质量关，确保塔机安全。

（编辑 于 洋）

Tower crane fi xation based section reinforcement plate weld cracking reason analysis and countermeasure

YE Nan-xiang

TH213

B

1001-1366(2015)09-0074-03

2015-06－04