塔機(jī)固定基礎(chǔ)節(jié)筋板焊縫開裂原因分析及對策

葉南祥

(江西省中天機(jī)械有限公司，江西 宜春 336000)

塔機(jī)固定基礎(chǔ)節(jié)筋板焊縫開裂原因分析及對策

葉南祥

(江西省中天機(jī)械有限公司，江西 宜春 336000)

針對固定基礎(chǔ)節(jié)在實際使用過程中該處發(fā)生的筋板焊縫開裂現(xiàn)象，采用鋼結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度計算的方法從理論上加以分析，并結(jié)合實際提出解決方案。

塔式起重機(jī)；焊縫開裂；分析；對策

1 結(jié)構(gòu)描述

塔機(jī)的固定基礎(chǔ)節(jié)是塔機(jī)的一個關(guān)鍵部件，它上與塔身相連，下與基礎(chǔ)相連，處于塔身的最底部，在塔身結(jié)構(gòu)中受力最為惡劣，特別是主弦桿與承重底板連接處，經(jīng)常承受不穩(wěn)定的交變應(yīng)力，隨著工作次數(shù)的增多，疲勞強(qiáng)度會逐步降低，如果我們在設(shè)計和制造時忽視疲勞破壞的影響，該處將存在較大的安全隱患。以某QTZ63塔機(jī)固定基礎(chǔ)節(jié)為例進(jìn)行分析。

該塔機(jī)固定基礎(chǔ)節(jié)是以4根方鋼管組成的空間桁架焊接結(jié)構(gòu)，中心截面尺寸為LA×LB＝1.51m×1.51m，每根主弦桿由2根125mm×125mm×12mm角鋼拼焊成方鋼管135mm×135mm×12mm，主弦桿與承重底板采用對接焊，焊高12mm，通過2塊筋板A及3塊筋板B加強(qiáng)，如圖1所示。

2 主弦桿受力分析

受拉力為正號，壓力為負(fù)號，經(jīng)計算，某QTZ63塔機(jī)工作時基礎(chǔ)節(jié)所承受的最大傾翻力矩M傾=132.7tm，塔機(jī)的自重引起的平衡力矩為M平=-42tm，則作用在基礎(chǔ)節(jié)上的最大合力矩為M合=M傾-M平＝90.7tm。塔機(jī)自重為F自＝-43t，最大起重量為F起＝-6t，則作用在基礎(chǔ)節(jié)上最大垂直力FV＝F自+F起＝-49t，此時吊臂與塔身呈45°角，基礎(chǔ)節(jié)主弦桿位于起重臂正下方的受壓，而位于平衡臂正下方的受拉，作用在主弦桿上的最大壓力為N壓，作用在主弦桿上最大拉力N拉，則

圖1 固定基礎(chǔ)節(jié)

1)在0°處，塔機(jī)裝料前空載

A主弦桿受拉力

B主弦桿受壓力

2)在0°處，塔機(jī)裝料加載

A主弦桿受壓力

B主弦桿受拉力

3)帶載回轉(zhuǎn)到90°處

A、B主弦桿受力

4)帶載回轉(zhuǎn)到180°處

A主弦桿受拉力

B主弦桿受壓力

5)在180°處卸載

A主弦桿受壓力

B主弦桿受拉力

6)空載回到90°處

A、B主弦桿受壓力

7)空載回到0°處，一次工作循環(huán)結(jié)束

A主弦桿受拉力

B主弦桿受壓力

塔機(jī)一個工作循環(huán)載荷分析圖如下(圖2)。

圖2 工作循環(huán)載荷圖

此工作循環(huán)可在塔身結(jié)構(gòu)中引起最大的循環(huán)應(yīng)力，對于其它工況的循環(huán)應(yīng)力可按本方法及結(jié)構(gòu)件工作級別來確定。

3 疲勞強(qiáng)度計算

從圖2可知：塔式起重機(jī)一個工作循環(huán)時在固定基礎(chǔ)節(jié)的主弦桿中應(yīng)力變化2次，一次大，一次小，現(xiàn)以應(yīng)力大的一次作為疲勞計算依據(jù)，這樣處理偏安全，即Fmin=30.3t，F(xiàn)max=-54.8t。

主弦桿與底板連接處焊縫計算面積SA＝82.3cm2,則其應(yīng)力為

塔機(jī)利用等級U4，而固定基礎(chǔ)節(jié)主弦桿與底板連接處的應(yīng)力反復(fù)次數(shù)為塔機(jī)總工作循環(huán)次數(shù)的2倍,因此其工作級別為E5(B5，S3),該處接構(gòu)為對接焊縫，焊縫垂直力的方向，以壓應(yīng)力為主，應(yīng)力集中等級為K4，查GB/T3811-2008《起重機(jī)設(shè)計規(guī)范》表33，得拉伸和壓縮疲勞許用應(yīng)力基本值

則壓縮疲勞許用應(yīng)力

上式表明采用圖1所示固定基礎(chǔ)節(jié)主弦桿與底板連接處焊縫不能滿足疲勞強(qiáng)度安全使用要求，存在設(shè)計缺陷。

4 對 策

將固定基礎(chǔ)節(jié)主弦桿與筋板B相連處增加2塊貼板，取消主弦桿對角線上的筋板A,貼板先與主弦桿及底板焊接，再將筋板與貼板及底板焊接，如圖3所示。

圖3 改進(jìn)后固定基礎(chǔ)節(jié)

主弦桿與底板連接處焊縫計算面積SA′＝92.2cm2,則其應(yīng)力為

上式表明該固定基礎(chǔ)節(jié)主弦桿與筋板連接處焊縫能夠滿足疲勞強(qiáng)度安全使用要求。通過以上方法改進(jìn)，在實際使用過程中固定基礎(chǔ)節(jié)主弦桿與筋板連接處焊縫沒有發(fā)生過開裂現(xiàn)象。

5 結(jié) 論

塔式起重機(jī)的固定基礎(chǔ)節(jié)是塔機(jī)中的關(guān)鍵部件，直接影響到塔機(jī)的安全及可靠性，該部件的連接焊縫應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)焊接（S.Q），一些塔機(jī)在安裝使用一段時間后出現(xiàn)固定基礎(chǔ)節(jié)筋板開裂現(xiàn)象，主要原因：①設(shè)計人員未充分考慮各種因素對焊接質(zhì)量的影響，致使連接焊縫疲勞強(qiáng)度不夠；②焊接人員未嚴(yán)格遵照焊接工藝要求，焊縫未達(dá)到優(yōu)質(zhì)焊縫連接；③檢驗人員未按優(yōu)質(zhì)焊縫連接要求進(jìn)行檢驗。因此工程技術(shù)人員在設(shè)計時應(yīng)根據(jù)焊縫在塔機(jī)中所起的作用按照相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度驗算，對其焊接工藝、焊接材料，結(jié)構(gòu)方法進(jìn)行科學(xué)合理地制定和選用，同時要加強(qiáng)對焊接人員的技術(shù)培訓(xùn)，嚴(yán)格遵守焊接工藝，如在施焊之前，焊道要刮光，焊縫邊緣無咬邊，焊縫中避免有未焊透，凹角等缺陷，優(yōu)先采用自動焊以減少熱影響區(qū)的范圍等，在設(shè)計、制造、檢驗上嚴(yán)把焊接質(zhì)量關(guān)，確保塔機(jī)安全。

（編輯 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