大噸位通用門(mén)式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法淺談

萬(wàn) 當(dāng)

（福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，福建 福州 350008）

大噸位通用門(mén)式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法淺談

萬(wàn) 當(dāng)

（福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，福建 福州 350008）

大噸位通用門(mén)式起重機(jī)是大型船廠(chǎng)作業(yè)的重要起重設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)的好壞直接影響船廠(chǎng)的運(yùn)營(yíng)效率和經(jīng)濟(jì)效益。文中以某船廠(chǎng)2臺(tái)160t、桁架式的通用門(mén)式起重機(jī)為樣機(jī)。根據(jù)其金屬結(jié)構(gòu)受力特征合理布點(diǎn)并進(jìn)行靜態(tài)應(yīng)力測(cè)試，并依據(jù)靜態(tài)應(yīng)力測(cè)試結(jié)果合理選擇測(cè)點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)應(yīng)力測(cè)試。并對(duì)金屬結(jié)構(gòu)主要焊縫進(jìn)行了無(wú)損檢測(cè)，對(duì)主梁上拱度及受載后的撓度進(jìn)行了測(cè)量。文中對(duì)各測(cè)試結(jié)果進(jìn)行剖析，旨在探討出大噸位通用門(mén)式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的科學(xué)檢測(cè)方法，以便高效、有針對(duì)性地開(kāi)展檢測(cè)，并為企業(yè)制定維護(hù)保養(yǎng)方案提供科學(xué)依據(jù)。

通用門(mén)式起重機(jī)；金屬結(jié)構(gòu)；應(yīng)力測(cè)試；無(wú)損檢測(cè)；桁架式

隨著全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，船舶業(yè)務(wù)快速增加；大噸位通用門(mén)式起重機(jī)作為船舶作業(yè)的重要起重設(shè)備，其應(yīng)用越來(lái)越廣。由于船廠(chǎng)所用的通用門(mén)式起重機(jī)結(jié)構(gòu)多為大型且桁架式的，其維護(hù)保養(yǎng)較為不便，在實(shí)際使用中一旦出現(xiàn)各種故障,難以較快的找到故障源頭，造成運(yùn)行中斷，從而給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失；而且，多數(shù)企業(yè)對(duì)該類(lèi)設(shè)備的日常維護(hù)保養(yǎng)常為宏觀檢查，對(duì)于人比較難達(dá)到的部位和肉眼識(shí)別不了的缺陷，僅宏觀檢查往往難以達(dá)到目的。

故文中以某船廠(chǎng)2臺(tái)160t、桁架式的通用門(mén)式起重機(jī)為樣機(jī)。根據(jù)其金屬結(jié)構(gòu)受力特征合理布點(diǎn)并進(jìn)行靜態(tài)應(yīng)力測(cè)試，并依據(jù)靜態(tài)應(yīng)力測(cè)試結(jié)果合理選擇測(cè)點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)應(yīng)力測(cè)試。并對(duì)金屬結(jié)構(gòu)主要焊縫進(jìn)行了無(wú)損檢測(cè)，對(duì)主梁上拱度及受載后的撓度進(jìn)行了測(cè)量。文中對(duì)各測(cè)試結(jié)果進(jìn)行剖析，旨在探討出大噸位通用門(mén)式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的科學(xué)檢測(cè)方法，以便高效、有針對(duì)性地開(kāi)展檢測(cè)，并為企業(yè)制定維護(hù)保養(yǎng)方案提供科學(xué)依據(jù)。

1 金屬結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法

文中涉及的金屬結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法有金屬結(jié)構(gòu)靜態(tài)應(yīng)力測(cè)試、金屬結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)應(yīng)力測(cè)試、結(jié)構(gòu)件重要焊縫無(wú)損探傷檢測(cè)、主梁上拱度及受載后的撓度測(cè)量。靜態(tài)應(yīng)力測(cè)試的目的是得知金屬結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點(diǎn)的受力情況，從而判斷測(cè)點(diǎn)處的靜強(qiáng)度是否滿(mǎn)足要求。動(dòng)態(tài)應(yīng)力測(cè)試的目的是判斷結(jié)構(gòu)動(dòng)強(qiáng)度是否滿(mǎn)足工作要求。無(wú)損檢測(cè)的目的是對(duì)結(jié)構(gòu)件重要焊縫進(jìn)行無(wú)損探傷抽查檢測(cè)，觀察有無(wú)疲勞開(kāi)裂等現(xiàn)象，以便采取修復(fù)加固等有效措施。對(duì)主梁上拱度及受載后的撓度的測(cè)量是為了判斷上拱和撓度值是否符合起重機(jī)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

2 通用門(mén)式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

2.1 應(yīng)力測(cè)試

根據(jù)主要結(jié)構(gòu)件受力特征，在主要結(jié)構(gòu)件上布置9個(gè)測(cè)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置如示意圖1所示，圖中測(cè)點(diǎn)位置以小三角框標(biāo)識(shí)。本次測(cè)試采用常見(jiàn)的金屬電阻應(yīng)變片，其工作原理是基于應(yīng)變片發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值發(fā)生變化。

樣機(jī)：某船廠(chǎng)兩臺(tái)通用門(mén)式起重機(jī)（1#、2#），型號(hào)均為QLM80+80/10－95A4，均為溫州合力建設(shè)機(jī)械有限公司制造，2008年出廠(chǎng)。

2.1.1 靜態(tài)應(yīng)力測(cè)試

表1 應(yīng)力測(cè)試布點(diǎn)方案

圖1 金屬結(jié)構(gòu)靜態(tài)應(yīng)力測(cè)試布點(diǎn)示意圖

表2 1#通用門(mén)式起重機(jī)靜態(tài)應(yīng)力測(cè)試結(jié)果

表3 2#通用門(mén)式起重機(jī)靜態(tài)應(yīng)力測(cè)試結(jié)果

2.1.2 動(dòng)態(tài)應(yīng)力測(cè)試

表4 1#通用門(mén)式起重機(jī)動(dòng)態(tài)應(yīng)力測(cè)試結(jié)果

表5 2#通用門(mén)式起重機(jī)動(dòng)態(tài)應(yīng)力測(cè)試結(jié)果

2.2 無(wú)損檢測(cè)

圖2 通用門(mén)式起重機(jī)無(wú)損檢測(cè)位置示意圖

表6 通用門(mén)式起重機(jī)無(wú)損檢測(cè)工藝及技術(shù)要求

表7 1#通用門(mén)式起重機(jī)無(wú)損檢測(cè)記錄

表8 2#通用門(mén)式起重機(jī)無(wú)損檢測(cè)記錄

2.3 主梁上拱度及受載后的撓度測(cè)量

門(mén)式起重機(jī)主梁上拱度是指主梁預(yù)制的，由水平線(xiàn)算起的向上拱起量；撓度是指在額定載荷下，小車(chē)在主梁跨中向下產(chǎn)生的彈性變形量，從加載前實(shí)際位置算起。[1]

表9 通用門(mén)式起重機(jī)主梁上拱度及受載后的撓度記錄

3 結(jié)果分析

3.1 應(yīng)力測(cè)試結(jié)果分析

由表2的應(yīng)力結(jié)果來(lái)看，1#起重機(jī)在滿(mǎn)載作用下，最大應(yīng)力值出現(xiàn)在跨中截面下弦桿的測(cè)點(diǎn)4，測(cè)試載荷在跨中時(shí)，該測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力值為52.736MPa。由表3的應(yīng)力結(jié)果來(lái)看，2#起重機(jī)最大應(yīng)力值出現(xiàn)在跨中截面上弦桿的測(cè)點(diǎn)8，測(cè)試載荷在跨中時(shí)，由負(fù)載引起的應(yīng)力最大值為-48.822MPa。該起重機(jī)主弦桿采用Q235材質(zhì)，當(dāng)安全系數(shù)n=1.33時(shí)，其材料許用應(yīng)力為176MPa。起重機(jī)在不同檢測(cè)工況下結(jié)構(gòu)各測(cè)點(diǎn)的靜態(tài)應(yīng)力在所用材料許用應(yīng)力范圍內(nèi)，在測(cè)試工況下，主要承載結(jié)構(gòu)件測(cè)點(diǎn)處的的靜強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。

由表4的應(yīng)力曲線(xiàn)結(jié)果可以看出，該起重機(jī)動(dòng)態(tài)最大應(yīng)力值出現(xiàn)在跨中的測(cè)點(diǎn)4，該處應(yīng)力值為64.6MPa。由表5的應(yīng)力曲線(xiàn)結(jié)果可以看出，該起重機(jī)動(dòng)態(tài)最大應(yīng)力值出現(xiàn)在跨中的測(cè)點(diǎn)8，該處應(yīng)力值為-48.8MPa。在動(dòng)載應(yīng)力測(cè)試中，起重機(jī)各測(cè)點(diǎn)的動(dòng)載應(yīng)力最大峰值均在正常范圍內(nèi)，在動(dòng)載應(yīng)力測(cè)試工況下，結(jié)構(gòu)動(dòng)強(qiáng)度滿(mǎn)足工作要求。1#起重機(jī)測(cè)點(diǎn)4的動(dòng)載系數(shù)為64.6/52.736=1.22, 2#起重機(jī)測(cè)點(diǎn)8的動(dòng)載系數(shù)為-48.8/-48.822=1.00，這表明2號(hào)起重機(jī)運(yùn)行較為平穩(wěn)。

3.2 無(wú)損測(cè)試結(jié)果分析

如圖2所示，對(duì)1#、2#起重機(jī)的主要焊縫部位進(jìn)行了無(wú)損測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示未發(fā)現(xiàn)缺陷。受條件所限，這次的無(wú)損測(cè)試方法僅采用了磁粉探傷，主要是針對(duì)金屬結(jié)構(gòu)表面和近表面的缺陷，對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部比較深的缺陷無(wú)法探測(cè)。

建議使用單位對(duì)重要部位焊縫進(jìn)行全面的無(wú)損測(cè)試，若結(jié)構(gòu)未探測(cè)出裂紋等缺陷，也應(yīng)定期巡檢，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在缺陷。

3.3 主梁上拱度及受載后的撓度測(cè)量結(jié)果分析

GB/T 14406-2011通用門(mén)式起重機(jī)規(guī)定“主梁應(yīng)有上拱度，上拱度最高點(diǎn)應(yīng)在跨度中部S/10范圍內(nèi)，其值不應(yīng)小于0.7S/1000”。[2]TSG Q7016-2016起重機(jī)械安裝改造重大修理監(jiān)督檢驗(yàn)規(guī)則與TSG Q7015-2016起重機(jī)械定期檢驗(yàn)規(guī)則對(duì)額定載荷下的撓度要求：對(duì)A1～A3級(jí)，撓度不大于S/700；對(duì)A4～A6級(jí)，撓度不大于S/800；對(duì)A7、A8級(jí)，撓度不大于S/1000。[3-4]

經(jīng)檢測(cè)和計(jì)算，兩臺(tái)設(shè)備的主梁上拱度及受載后的撓度測(cè)量結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)。

4 檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)探討

通過(guò)對(duì)樣機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的檢測(cè)剖析，得到經(jīng)驗(yàn)如下：

（1）桁架式的通用門(mén)式起重機(jī)的危險(xiǎn)截面一般在主梁跨中、支腿上。應(yīng)變片一般應(yīng)粘貼在危險(xiǎn)截面。在使用頻繁和經(jīng)常重載的截面以及應(yīng)力集中區(qū)，懷疑有裂紋的區(qū)域也應(yīng)考慮粘貼應(yīng)變片。[5]

（2）靜態(tài)應(yīng)力測(cè)試的目的是得知金屬結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點(diǎn)的受力情況，從而判斷測(cè)點(diǎn)處的的靜強(qiáng)度是否滿(mǎn)足要求。動(dòng)態(tài)應(yīng)力測(cè)試的目的是判斷結(jié)構(gòu)動(dòng)強(qiáng)度是否滿(mǎn)足工作要求，確定動(dòng)態(tài)應(yīng)變隨時(shí)間變化的規(guī)律，根據(jù)測(cè)試結(jié)果還可進(jìn)行剩余壽命評(píng)估。動(dòng)態(tài)測(cè)點(diǎn)的選取方法一般為：金屬結(jié)構(gòu)靜態(tài)應(yīng)力值較大的測(cè)點(diǎn)。根據(jù)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)試結(jié)果，還可以算出危險(xiǎn)截面測(cè)點(diǎn)的動(dòng)載系數(shù)，從而進(jìn)一步了解設(shè)備的運(yùn)行狀況。

（3）無(wú)損檢測(cè)的目的是發(fā)現(xiàn)金屬結(jié)構(gòu)的裂紋等缺陷。根據(jù)桁架式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，一般主弦桿及與斜撐桿連結(jié)處焊縫作為重點(diǎn)檢測(cè)部位。在經(jīng)常重載的截面、應(yīng)力集中區(qū)及金屬結(jié)構(gòu)腐蝕相對(duì)嚴(yán)重的區(qū)域也應(yīng)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。在腐蝕相對(duì)嚴(yán)重的區(qū)域，MT檢測(cè)方法由于自身局限性可能造成漏檢，建議結(jié)合超聲波或其他適合探測(cè)結(jié)構(gòu)內(nèi)部比較深的缺陷的檢測(cè)方法進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。

（4）主梁上拱度和撓度的測(cè)量目的是估算小車(chē)運(yùn)行軌道坡度。若主梁上拱度合適，當(dāng)重載時(shí)，主梁上拱度彌補(bǔ)下?lián)希≤?chē)軌道較平，運(yùn)行阻力較小；當(dāng)輕載時(shí)，撓度小，主梁因上拱致使坡度較大，但因負(fù)載小，運(yùn)行阻力仍較小。當(dāng)主梁上拱度不合適時(shí)，會(huì)造成小車(chē)爬坡和溜坡，出現(xiàn)啃軌現(xiàn)象，所以主梁上拱度與撓度的測(cè)量極有意義。

文中的檢測(cè)結(jié)果涉及面廣，可以作為企業(yè)制定維護(hù)保養(yǎng)方案的有力依據(jù)。建議使用單位應(yīng)將主梁跨中截面作為巡檢重點(diǎn)，對(duì)重要部位焊縫進(jìn)行全面的無(wú)損測(cè)試，主梁上拱度與撓度可定期檢測(cè)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在缺陷和運(yùn)行故障。

參考文獻(xiàn)

[1]王央央,黃群.關(guān)于對(duì)橋(門(mén))式起重機(jī)主梁上拱度、撓度測(cè)量的幾點(diǎn)思考[J]. 裝備制造技術(shù),2012(10):216-217.

[2] GB/T 14406-2011,通用門(mén)式起重機(jī)[S].

[3] TSG Q7015-2016,起重機(jī)械定期檢驗(yàn)規(guī)則[S].

[4] TSG Q7016-2016,起重機(jī)械安裝改造重大修理監(jiān)督檢驗(yàn)規(guī)則[S].

[5] 洪正,王松雷.門(mén)式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)力測(cè)試及分析[J].機(jī)械研究與應(yīng)用,2012(6):81-83.

Discussion of Test Methods of Metal Structure in Big Tonnage General Purpose Gantry Crane

WAN Dang
( Fujian Special Equipment Inspection and Research Institute, Fuzhou 350008, Fujian, China)

The big tonnage general purpose gantry crane is one of the important lifting equipments in large-scale shipyard work. The stand or fall of its running state directly affects the operating eff ciency and economic benef ts of shipyard. In this paper, the two 160-ton truss general purpose gantry cranes of shipyard are prototypes. According to the mechanic characteristics of metal structure, the test points are arranged reasonably . On the basis of static stress test results ,the measuring points are selected reasonably for dynamic stress test. The work of the main welding lines NDT of metal structure and the measurement of the camber and def ection is done.The test results are analyzed in order to f nd out the scientif c and effective testing methods of large-tonnage general purpose gantry cranes metal structure. This can provide scientif c basis for enterprise making maintenance plans.

General purpose gantry crane; Metal structure; The stress test; Nondestructive testing; Truss

2016-11-08

萬(wàn) 當(dāng)，男，福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院,工程師