基于应力测试的门座起重机安全性能评估

丁东方

（福建省特种设备检验研究院，福建福州350008）

0 引言

门座起重机是随着港口事业的发展而发展起来的，在发展过程中，门座起重机还逐步推广应用到作业条件与港口相近的船台和水电站工地等处。随着我国经济的高速发展，目前门座起重机已广泛应用于港口件杂货、散货、集装箱、成套设备等货物的装卸作业，船厂和船坞在修、造船时结构分段拼装和机电设备安装等作业以及水利电力工程中混凝土吊运、浇筑、水工金属结构件吊装及火力发电工程中机电设备安装等作业[1]。

某企业一台门座起重机，在使用过程中发现门腿与下横梁连接部位出现焊缝开裂现象，本文通过对整机进行静态和动态应力测试完成整机的安全性能评估，并依据测试结果提出了改进方案。

1 门座起重机介绍

门座起重机依据用途和适用场合可以分为港口门座起重机、船厂门座起重机和水利电力门座起重机[1]。门座机的机构主要由大车行走机构、起升机构、变幅机构和回转机构组成，主要技术参数有额定起重量、起升速度、起升高度、大车速度、回转速度、幅度等。本文研究对象的技术参数如表1所示。

表1 门座起重机技术参数表

2 主要金属结构静态应力测试

目的是检测门座机主要金属结构在载荷作用下承受静态载荷的能力[2]。测点的布置主要考虑对称布置和整机重要结构件全面覆盖[3]，比如臂架、人字架、转台、圆筒、下横梁以及门腿等部位，测试工况：（1）空载工况：臂架摆动平面平行于轨道；臂架由最小幅度至最大幅度；最小幅度时仪器置“0”，最大幅度时读数。（2）额载工况：臂架摆动平面位于两门腿中间且平行于大车轨道；臂架位于额载时的最大幅度；载荷落地时仪器置“0”，起升后读数。测试结果和测点布置如表2所示。

3 主要金属结构动态应力测试

目的是检测门座机在载荷作用下主要金属结构承受动态载荷的能力，测点选择参照静态应力值较大的测点和主要金属结构均覆盖的原则进行，故选择测试C2、D2、E1、F1、G1和H。测试结果如表3所示。

测试工况：臂架平行轨道，最小幅度空载时仪器置“0”，提升额定载荷，变幅到额定载荷允许的最大幅度做上升、制动，下降、制动动作，然后载荷回到起始位置[1]，仪器记录各测点动态应力曲线，如图1和图2所示。

表2 静态应力检测结果及测点布置 单位：MPa

表3 动态应力测试结果 单位：MPa

4 检测结果分析与建议

经静态应力测试，较大应力呈现在人字架D2测点、转台后伸距根部E2测点及圆筒下部G1测点。空载变幅产生的应力值分别为-73.9 MPa、+83.1 MPa及-87.5 MPa；臂架位于额载最大幅度，起吊额载静止时，上述部位的应力值分别为-43.6 MPa、+61.1 MPa及-80.8 MPa，以上各测试部位的应力值均未超过材料的许用应力值（材料为Q235），但门机处于较高应力状态。

图1 门座起重机动载应力记录曲线（1）

图2 门座起重机动载应力记录曲线（2）

经动态应力测试，各测点的应力峰值均未超过材料的许用应力值，对比值也在正常范围内。但圆筒下部G1测点的最大应力峰值为-130.0 MPa，接近材料许用应力值的上限。建议在以后的使用过程中加强检查，发现问题及时处理，如果焊缝开裂，应严格按照相关焊接工艺进行处理[4]。

该门座机门腿与下横梁结合部位虽然经过了加固处理，但依旧处于高应力（接近材料的许用应力值上限）状态下工作，在这种高应力状态下工作易对结构件产生损伤。建议对横梁再做加固处理，建议如下：横梁两边各加宽0.5 m，共加宽1 m，结合部局部采用的钢板厚度至少比原来横梁采用的钢板加厚1/3；加宽后的横梁内部加筋板，加筋方式与原横梁内部保持一致；去掉门腿上部的三角形加固件，并在门腿内部加横隔板，横隔板位置与横梁加宽后位置保持在同一个截面，采用的钢板厚度与横梁加宽采用的钢板厚度相同；同时对圆筒下部以圆心为基准，加纵筋进行加固处理。