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歐式單梁起重機檢驗案例分析

2021-04-15

傳統的電動單梁起重機結構形式源于前蘇聯設計,主梁為箱梁加工字鋼的組合結構,配CD/MD 型電動葫蘆,電動葫蘆小車運行于工字鋼下翼緣板上,這種主梁的結構和制造工藝較復雜,機械化生產難度較大,且電動葫蘆運行平穩性也相對較差。近年來逐漸增多的歐式電動單梁起重機(見圖1),主梁采用箱形結構,電動葫蘆小車運行于主梁下翼緣板上,彌補了傳統電動單梁起重機的不足。本文以兩個典型案例來分析歐式電動單梁起重機的結構和受力特點,試圖對設計和生產過程提出一些有益建議。

圖1 歐式單梁起重機

1 案例介紹

1)案例1

葫蘆小車走到某些位置時出現打滑、左右扭動、無法順利前進等現象,特別是由停止狀態起動時尤其明顯。

2)案例2

對大隔板的處理方式有:將大隔板與上蓋板焊接(見圖2a);大隔板與下翼緣板焊接(見圖2b);將大隔板設計成四周滿焊,大隔板與上蓋板的焊縫則是封箱后用塞焊焊接(見圖2c)等。

圖2 主梁截面示意圖

2 案例分析

2.1 案例1

現場檢查案例1 的葫蘆式起重機運行機構工作正常。用全站儀測量主梁的旁彎和預拱,發現主梁的扭轉變形較大,用板尺靠下翼緣板,發現翼緣板兩側向上翹曲明顯,如圖3 所示,由此判斷葫蘆小車運行不暢是由主梁軌道變形導致。

主梁下翼緣板既為承載結構,又為運行軌道,有一定特殊要求:一是下翼緣板形位公差要求較高,局部變形不能過大;二是下翼緣板輪壓處局部強度需滿足設計規范要求。這些要求一般通過設計和工藝保證。

圖3 下翼緣板變形示意圖


在設計時, 下翼緣板采用厚板, 厚度通常為25 ~ 30 mm,校核跨中位置輪壓作用點的局部應力和主梁整體應力的合應力應小于材料許用應力。此外,應盡量減少下翼緣板上的焊縫數量。在主梁制作時,工藝上需要注意的是:

1)下翼緣板拼焊前要校直、校平;

2)下翼緣板與腹板的兩條角焊應同時施焊,使兩邊焊接變形互相抵消,減小主梁扭曲;3)進行角焊縫焊接前,在下翼緣板下部點焊一些輔助定位塊,如圖4 所示。焊縫冷卻后去除,這樣處理可有效避免焊接導致的軌道變形。

該案例的樣機是安裝在工廠試驗臺上的,型式試驗人員現場與公司負責人溝通交流后,公司決定拆除重新制作主梁。事后經過與公司技術人員和工人交流,發現只關注了下翼緣板的角焊縫要焊牢、焊透,對于軌道變形的問題沒有重視,按照新的工藝制作的主梁未再發生問題。

圖4 焊接位塊示意圖


2.2 案例2

傳統的工字鋼組合梁結構是大隔板與上蓋板和工字鋼焊接在一起,而歐式單梁的主梁是將大隔板與下翼緣板焊接在一起或四周滿焊,如圖2b、圖2c 所示。此外,還有人認為載荷懸掛在下翼緣板上,下翼緣板與腹板的兩條角焊縫受力太大,會拉裂焊縫,如果將大隔板與下翼緣板焊接起來,能分擔一部分載荷拉力。

根據GB/T 3811—2008《起重機設計規范》(以下簡稱設計規范),對于起重機主梁結構應滿足剛度、強度和穩定性條件,其中剛度條件主要針對定位精度而言的,對于結構本身安全不是關鍵點,故在此不做贅述。計算表明,大隔板四周滿焊的結構(見圖2c)剛度比其他兩種結構稍好一些。

穩定性條件主要是指受壓區的局部薄板穩定性和結構整體穩定性,其中整體穩定性與水平剛度有關,一般通過限制主梁高寬比確保整體穩定性,與大隔板設置無關。而薄板穩定性與大隔板有緊密關系, 單梁起重機的主梁是壓彎梁,主梁的上部分為受壓區,下部分為受拉區,受壓區的薄板容易失穩,導致災難事故,為了提高局部穩定性,最經濟的方式是在內部增加隔板[2]。如果大隔板不與上蓋板焊接,對上蓋板就起不到增加穩定性的作用。

強度條件是指靜強度和疲勞強度滿足材料使用要求。部分設計人員不采用圖2a 所示結構,主要是擔心下翼緣板的角焊縫的受力大,強度不夠。

主梁的工作載荷力流為:輪壓作用點→軌道→整個結構,計算的關鍵點為輪壓對下翼緣板和焊縫的局部影響,梁結構的整體應力與隔板設置無關,本文不予考慮。建立圖5 所示的主梁局部1/4 對稱模型,下翼緣板厚24 mm,腹板厚8 mm,上蓋板厚10 mm,梁高1 000mm,梁寬500 mm,大隔板與下翼緣板的距離為100mm。采用20 節點實體單元,輪壓點載荷30 000 N,以面壓力形式施加在50 mm 長度范圍內[3],左側端面約束Y 向位移,其余設置對稱邊界條件。

計算結果由圖5 可知,左圖為等效應力結果,最大應力95 MPa,位置在輪壓點的角焊縫處。右圖為三個方向的單向應力云圖,X 向拉應力最大值為69 MPa,位于輪壓點角焊縫處,壓應力最大值為43 MPa,位于翼緣板底部;Y 向最大拉應力值為107 MPa,位于輪壓點角焊縫處,最大壓應力31 MPa,處于同一位置腹板兩側;Z 向的最大應力值為輪壓作用點,最大值為52MPa。

圖5 輪壓處主梁局部應力計算結果

設計規范規定起重機材質最低等級為Q235B,則30 mm 厚板材許用應力大約為225/1.34=168 MPa,焊縫處等效應力為95 MPa,有豐富的余量,即使疊加整體應力,焊縫處合應力也不會超過設計規范的許用值。從單向應力計算結果可以更清楚看出這一點,主導焊縫處等效應力的是X 向應力,其他兩個方向值很小,而整體應力的方向為Z 方向,所以疊加整體應力后,按強度理論計算焊縫處等效應力值變化不會太大[4]。

Y 向高應力區主要是由于隔板限制了腹板的變形,增加了局部剛性導致的,并不是由于結構受力過大造成的。可以預見,如果將大隔板與下翼緣板的間距設置的再大些,Y 向應力會進一步減小。

由前述分析可知,即使大隔板與下翼緣板不焊接在一起,輪壓作用點的焊縫強度也完全滿足設計要求,而且隔板尺寸減小,反而會減小應力集中,減小結構最大應力。

從現有計算結果可以推出,大隔板四周滿焊設計雖可使梁的剛度略有提高,但制作工藝復雜,隔板位置剛度增強導致應力集中嚴重;大隔板只與下翼緣板焊接設計,對薄板受壓區的穩定性不利,同樣輪壓附近剛度的增加導致應力集中嚴重。

文獻[5] 進行了圖2a、圖2b 兩種截面主梁的應力測試和疲勞試驗,結果表明圖2b 形式的主梁比圖2a 形式的應力大,抗疲勞性能差,與本文的分析和計算一致。

3 總結

1) 應該重視軌道變形對整機性能的影響,制作時下翼緣板拼焊前要校直、校平,兩條角焊應同時施焊,可適當設置輔助定位塊;

2) 將大隔板與上蓋板焊接在一起是一種比較理想的方式,其工藝簡單,局部穩定性好,抗疲勞性能好,靜強度滿足要求。

以上就是小編今天要說的,關于歐式單梁起重機檢驗案例分析,如果您還有其他雙梁起重機,門式起重機,懸掛式起重機等需要的話,都可以聯系我們杭州江岳機械有限公司!!!

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