基于應(yīng)力測試的門座起重機(jī)安全性能評(píng)估

丁東方

（福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，福建福州350008）

0 引言

門座起重機(jī)是隨著港口事業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來的，在發(fā)展過程中，門座起重機(jī)還逐步推廣應(yīng)用到作業(yè)條件與港口相近的船臺(tái)和水電站工地等處。隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，目前門座起重機(jī)已廣泛應(yīng)用于港口件雜貨、散貨、集裝箱、成套設(shè)備等貨物的裝卸作業(yè)，船廠和船塢在修、造船時(shí)結(jié)構(gòu)分段拼裝和機(jī)電設(shè)備安裝等作業(yè)以及水利電力工程中混凝土吊運(yùn)、澆筑、水工金屬結(jié)構(gòu)件吊裝及火力發(fā)電工程中機(jī)電設(shè)備安裝等作業(yè)[1]。

某企業(yè)一臺(tái)門座起重機(jī)，在使用過程中發(fā)現(xiàn)門腿與下橫梁連接部位出現(xiàn)焊縫開裂現(xiàn)象，本文通過對(duì)整機(jī)進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)應(yīng)力測試完成整機(jī)的安全性能評(píng)估，并依據(jù)測試結(jié)果提出了改進(jìn)方案。

1 門座起重機(jī)介紹

門座起重機(jī)依據(jù)用途和適用場合可以分為港口門座起重機(jī)、船廠門座起重機(jī)和水利電力門座起重機(jī)[1]。門座機(jī)的機(jī)構(gòu)主要由大車行走機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成，主要技術(shù)參數(shù)有額定起重量、起升速度、起升高度、大車速度、回轉(zhuǎn)速度、幅度等。本文研究對(duì)象的技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 門座起重機(jī)技術(shù)參數(shù)表

2 主要金屬結(jié)構(gòu)靜態(tài)應(yīng)力測試

目的是檢測門座機(jī)主要金屬結(jié)構(gòu)在載荷作用下承受靜態(tài)載荷的能力[2]。測點(diǎn)的布置主要考慮對(duì)稱布置和整機(jī)重要結(jié)構(gòu)件全面覆蓋[3]，比如臂架、人字架、轉(zhuǎn)臺(tái)、圓筒、下橫梁以及門腿等部位，測試工況：（1）空載工況：臂架擺動(dòng)平面平行于軌道；臂架由最小幅度至最大幅度；最小幅度時(shí)儀器置“0”，最大幅度時(shí)讀數(shù)。（2）額載工況：臂架擺動(dòng)平面位于兩門腿中間且平行于大車軌道；臂架位于額載時(shí)的最大幅度；載荷落地時(shí)儀器置“0”，起升后讀數(shù)。測試結(jié)果和測點(diǎn)布置如表2所示。

3 主要金屬結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)應(yīng)力測試

目的是檢測門座機(jī)在載荷作用下主要金屬結(jié)構(gòu)承受動(dòng)態(tài)載荷的能力，測點(diǎn)選擇參照靜態(tài)應(yīng)力值較大的測點(diǎn)和主要金屬結(jié)構(gòu)均覆蓋的原則進(jìn)行，故選擇測試C2、D2、E1、F1、G1和H。測試結(jié)果如表3所示。

測試工況：臂架平行軌道，最小幅度空載時(shí)儀器置“0”，提升額定載荷，變幅到額定載荷允許的最大幅度做上升、制動(dòng)，下降、制動(dòng)動(dòng)作，然后載荷回到起始位置[1]，儀器記錄各測點(diǎn)動(dòng)態(tài)應(yīng)力曲線，如圖1和圖2所示。

表2 靜態(tài)應(yīng)力檢測結(jié)果及測點(diǎn)布置 單位：MPa

表3 動(dòng)態(tài)應(yīng)力測試結(jié)果 單位：MPa

4 檢測結(jié)果分析與建議

經(jīng)靜態(tài)應(yīng)力測試，較大應(yīng)力呈現(xiàn)在人字架D2測點(diǎn)、轉(zhuǎn)臺(tái)后伸距根部E2測點(diǎn)及圓筒下部G1測點(diǎn)?？蛰d變幅產(chǎn)生的應(yīng)力值分別為-73.9 MPa、+83.1 MPa及-87.5 MPa；臂架位于額載最大幅度，起吊額載靜止時(shí)，上述部位的應(yīng)力值分別為-43.6 MPa、+61.1 MPa及-80.8 MPa，以上各測試部位的應(yīng)力值均未超過材料的許用應(yīng)力值（材料為Q235），但門機(jī)處于較高應(yīng)力狀態(tài)。

圖1 門座起重機(jī)動(dòng)載應(yīng)力記錄曲線（1）

圖2 門座起重機(jī)動(dòng)載應(yīng)力記錄曲線（2）

經(jīng)動(dòng)態(tài)應(yīng)力測試，各測點(diǎn)的應(yīng)力峰值均未超過材料的許用應(yīng)力值，對(duì)比值也在正常范圍內(nèi)。但圓筒下部G1測點(diǎn)的最大應(yīng)力峰值為-130.0 MPa，接近材料許用應(yīng)力值的上限。建議在以后的使用過程中加強(qiáng)檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，如果焊縫開裂，應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)焊接工藝進(jìn)行處理[4]。

該門座機(jī)門腿與下橫梁結(jié)合部位雖然經(jīng)過了加固處理，但依舊處于高應(yīng)力（接近材料的許用應(yīng)力值上限）狀態(tài)下工作，在這種高應(yīng)力狀態(tài)下工作易對(duì)結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生損傷。建議對(duì)橫梁再做加固處理，建議如下：橫梁兩邊各加寬0.5 m，共加寬1 m，結(jié)合部局部采用的鋼板厚度至少比原來橫梁采用的鋼板加厚1/3；加寬后的橫梁內(nèi)部加筋板，加筋方式與原橫梁內(nèi)部保持一致；去掉門腿上部的三角形加固件，并在門腿內(nèi)部加橫隔板，橫隔板位置與橫梁加寬后位置保持在同一個(gè)截面，采用的鋼板厚度與橫梁加寬采用的鋼板厚度相同；同時(shí)對(duì)圓筒下部以圓心為基準(zhǔn)，加縱筋進(jìn)行加固處理。