橋式起重機卡軌、啃軌原因分析與解決方法研究

虞 強，劉國江，譚 軍

（攀鋼集團有限公司攀枝花鋼釩有限公司，四川 攀枝花 617000）

0 引言

基于現(xiàn)有研究資料，并結(jié)合作者現(xiàn)場排查結(jié)果，發(fā)現(xiàn)冶金行業(yè)諸類廠房起重機隨著使用年限的推進，95%以上的起重機均出現(xiàn)不同程度的卡軌、啃軌現(xiàn)象（如圖1所示），大車車輪輪緣和軌道很快就會磨損到報廢程度，車體也可能發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，增加了起重機安全檢修的維護費用[1]。如不及時發(fā)現(xiàn)并進行處理，勢必造成起重機脫軌事故，難以保證起重機安全正常運行。

調(diào)查表明，任何（電動）橋式起重機，由于不可避免的幾何誤差以及外力作用，都會使起重機偏離軸線運行，即啃軌問題是客觀存在的，且引起啃軌的卡軌力不容忽視，這種卡軌力將在起重機軌道和起重機梁中產(chǎn)生附加彎矩[2]。換言之，起重機梁系統(tǒng)除了需要承受大車輪壓偏心作用及小車水平剎車力作用引起的彎矩外，同時還需要承受大車卡軌力形成的附加彎矩?？ㄜ壛Φ拇笮≈饕Q于起重機橋架本身的剛度、橋架與車輪安裝尺寸的精度、軌距偏差及軌道高度差、軌道歪斜程度、起重機工作制等。

圖1 起重機軌道跨外側(cè)出現(xiàn)嚴重啃軌現(xiàn)象

鑒于上述情況，本文將結(jié)合現(xiàn)場檢測結(jié)果，全面、詳細分析了起重機大車出現(xiàn)卡軌、啃軌現(xiàn)象的可能原因，并提出了相應的解決方案。

1 現(xiàn)象描述及成因分析

由于廠房建設年代不同，起重機軌道及起重機梁間的連接方式一般有“螺栓壓板約束軌道”和“彈簧扣件約束軌道”兩種形式。不論采用何種連接形式，都或多或少存在諸如安裝偏差等影響起重機平順運行的不利因素，引起大車發(fā)生卡軌、啃軌，對廠房結(jié)構(gòu)的安全正常使用帶來隱患。大車車輪、起重機軌道及吊車梁間的位置關(guān)系如圖2所示。

圖2 大車車輪、起重機軌道及吊車梁間的位置關(guān)系

根據(jù)《起重設備安裝工程施工及驗收規(guī)范（GB50278-2010）》及《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準（GB50144-2008）》的相關(guān)規(guī)定[3-5]，當實測軌距與設計軌距之差的絕對值不大于15 mm，則認為起重機軌道的平行度滿足要求?；诂F(xiàn)有研究成果[6-7]，本文給出了實測軌距與設計軌距差值ΔL區(qū)間劃分，詳見表1。由表可知，當-15 mm≤ΔL≤15 mm時，起重機運行基本不會出現(xiàn)啃軌現(xiàn)象；當 ΔL＜-15 mm或 ΔL＞15 mm時，難以確保起重機運行的平順性，甚至出現(xiàn)卡軌現(xiàn)象。

表1 實測軌距與設計軌距差值ΔL區(qū)間劃分

基于現(xiàn)有相關(guān)領(lǐng)域的研究成果，并結(jié)合作者多年來進行了起重機點檢工作經(jīng)驗，對冶金行業(yè)諸類廠房出現(xiàn)起重機運行時出現(xiàn)的卡軌、啃軌現(xiàn)象進行可能原因分析，具體有以下五個方面。

（1）起重機橋架平面內(nèi)下?lián)弦鸫筌囓囕啺惭b要求發(fā)生變化，致使車輪水平偏斜及垂直偏斜發(fā)生不同程度的變化，極易出現(xiàn)卡軌、啃軌現(xiàn)象。

（2）由于地基基礎的不均勻沉降和廠房結(jié)構(gòu)使用荷載的增加（如起重機噸位的增加），排架柱（或剛架柱）基礎發(fā)生側(cè)向滑移，下柱或?qū)l(fā)生不同程度的平面內(nèi)變形（傾斜），起重機梁系統(tǒng)隨之發(fā)生跨內(nèi)/跨外的整體移動，從而引起起重機大車軌道軌距超限，影響起重機安全平穩(wěn)運行。

（3）由于各方面安裝誤差的存在，在起重機大車車輪與軌道間形成不可忽略的卡軌力，給起重機梁及其輔助制動桁架系統(tǒng)施加不同程度的附加荷載，使諸類連接螺栓過早出現(xiàn)松動或損壞（如圖3所示）。起重機正常運行時，起重機梁或?qū)l(fā)生某種程度的平面外擺動，加之排架柱（剛架柱）受動力荷載的擾動而出現(xiàn)一定量的水平動位移，使得實際軌道水平方向位移量較大，出現(xiàn)卡軌、啃軌現(xiàn)象。

（4）軌道安裝質(zhì)量不滿足要求，致使兩列起重機軌道的軌距偏大（或兩列軌道同一截面高差過大），引起大車車輪出現(xiàn)卡軌、啃軌。

（5）驅(qū)動輪在啟動與剎車不同步或制動器松緊不等、兩端聯(lián)軸器的間隙過大、更換一個主動輪后造成輪直徑差過大等，都將或輕或重地引起車輪卡軌、啃軌。

起重機運行卡軌、啃軌往往是幾個因素綜合作用的結(jié)果。作者通過上述可能原因分析，有理由認為：當軌距過度超標時，主要是柱傾斜、柱基礎側(cè)移或起重機梁系統(tǒng)平面外擺動引起的；當軌距超限不大時，大多是由于安裝誤差或起重機本身硬性平面內(nèi)變形引起的。

圖3 軌道壓板螺栓出現(xiàn)銹蝕與松動

受到軌道軋制技術(shù)及運輸?shù)跹b設備的限制，往往需要將兩根或多根軌道進行連接，以便滿足起重機運行的需要。在連接軌道時，存在兩個函待解決的問題：1）如何避免連接處的自身缺陷；2）緩解諸如溫度、大車剎車力等因素引起的軌道縱向變形協(xié)調(diào)問題。

在實際工程中，很難同時解決這兩個問題，原因有二：1）當采用無縫焊接技術(shù)對兩段軌道進行焊接時，雖然可避免連接處自身缺陷對起重機動力荷載的放大，但無法有效緩解軌道縱向應力與應變，容易引起非連接處發(fā)生斷軌；2）但采用夾板連接方式對兩段軌道進行連接處理時（如圖4所示），雖能有效避免縱向應力、應變集中，但連接處的缺陷會給起重機、吊車梁系統(tǒng)、乃至整個廠房結(jié)構(gòu)產(chǎn)生額外的動力擾動，加速構(gòu)件出現(xiàn)疲勞問題。

圖4 采用夾板連接方式對兩段軌道的連接處進行處理

2 建議處理方法

通過關(guān)于起重機卡軌、啃軌的原因分析，認為可從三個方面來解決此類問題，具體如下。

（1）排架柱（剛架柱）平面內(nèi)靜態(tài)變形的糾正與柱基礎側(cè)移的復位?？紤]到施工難度、處理成本及保產(chǎn)需求等因素，一般不建議對排/剛架柱系統(tǒng)及基礎系統(tǒng)進行復位糾偏處理，除非傾斜率、滑移量已威脅到整體結(jié)構(gòu)（尤其是主要承重結(jié)構(gòu)體系）的正常載力、傳力。在出現(xiàn)上述情況時，僅通過調(diào)整軌道在吊車梁上翼緣的位置將無法使得平行度滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，需要采取以下措施：通過延伸排/剛架柱肩梁，并在剛架柱下柱位置外貼H型鋼（外貼鋼柱上頂肩梁、下至杯口頂面），隨后采用外包鋼板套箍內(nèi)填C30耐熱細石混凝土方案對基礎進行處理，以確保新增鋼柱柱腳與基礎連接可靠并穩(wěn)定。

（2）吊車梁及其輔助桁架系統(tǒng)的修復。更換所有松動或損壞的連接螺栓，以確保制動桁架系統(tǒng)對起重機梁有著良好約束，避免起重機梁發(fā)生平面外擺動，緩解起重機卡軌、啃軌。對于軌距超限較大的區(qū)段，應對整個吊車梁系統(tǒng)進行整體移動調(diào)整。

（3）起重機自檢與加固處理。適當提高橋式起重機橋架的抗彎剛度，可有效降低額定吊裝下橋架的平面內(nèi)下?lián)?，對消除減輕啃軌現(xiàn)象有著顯著效果。此外，還應提高起重機運行系統(tǒng)的同步性（起重機驅(qū)動、制動系統(tǒng)），保證驅(qū)動與制動器協(xié)調(diào)統(tǒng)一、松緊相等，檢修、更換車輪等部件時應嚴格按檢修規(guī)程實施，確保起重機各項技術(shù)指標符合國家有關(guān)起重機運行規(guī)程要求。

對于實測軌距與設計軌距差值尚未超過25 mm處的起重機梁系統(tǒng)暫可不進行調(diào)整，建議通過挖掘車輪內(nèi)槽寬度與軌道上翼緣寬度之間的差值，并涂抹或噴射油性潤滑劑[7]，經(jīng)過一段時間磨合使用，完全可以實現(xiàn)軌距差值超限不大情況下起重機的平穩(wěn)運行，以滿足生產(chǎn)需要和節(jié)省維護費用。

此外，在卡軌、啃軌出現(xiàn)初期，應加強對相關(guān)部件的排查，確保起重機的平順運行和廠房結(jié)構(gòu)在后續(xù)服役期間能被安全正常使用。

3 結(jié)語

基于上述對起重機出現(xiàn)卡軌現(xiàn)象的原因分析及解決方案的設計，得到如下幾點結(jié)論：

（1）啃軌問題是客觀存在的，且引起啃軌的卡軌力不容忽視，這種卡軌力將在起重機軌道和吊車梁中產(chǎn)生附加彎矩；

（2）排架柱或柱基礎相關(guān)技術(shù)指標超限、各類安裝誤差、吊車梁系統(tǒng)連接螺栓松動/損壞、起重機橋架抗彎剛度偏小、驅(qū)動輪在啟動與剎車不同步或制動器松緊不等、兩端聯(lián)軸器的間隙過大等原因是導致起重機發(fā)生卡軌、啃軌的主要原因；

（3）無論是采用無縫焊接技術(shù)還是采用夾板連接方式，均無法在避免連接處的自身缺陷的同時，緩解諸如溫度、大車剎車力等因素引起的軌道縱向變形協(xié)調(diào)問題；

（4）給出了解決起重機卡軌、啃軌問題的具體方案，并就正常檢修工作提出了相關(guān)建議。

［1］劉昌杞.關(guān)于吊車啃軌問題的調(diào)查與建議［J］.工業(yè)建筑，1985（07）：20-23.

［2］王福剛，王嘯.某廠房吊車卡軌原因檢測［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2002，28（9）：28-29.

［3］GB3811-2008.起重機設計規(guī)范［S］.

［4］GB50144-2008.工業(yè)建筑可靠性鑒定標準［S］.

［5］GB50278-2010.起重設備安裝工程施工及驗收規(guī)范［S］.

［6］黃中偉.6#耙式吊車大車輪緣異常磨損原因分析及處理措施［J］.攀枝花科技與信息，2002，27（4）：17-27.

［7］崔凱.油氣潤滑在吊車車輪及軌道上的應用［J］.機床與液壓，2006（7）：265-266.