大车轨道变形对桥架金属结构的影响分析

【摘 要】我国钢铁类企业最主要的起重设备是桥架类起重机，起重机在使用过程中由于厂房大车轨道高低差变化的原因，会使起重机在运行时出现“三条腿”现象，使起重机桥架金属结构产生对称疲劳循环载荷，会破坏桥架主梁、端梁的焊缝，因此我们研究桥架主梁、端梁连接结构形式及受力情况分析是非常有必要。

【关键词】轨道高低；桥架金属结构；“三条腿”现象；疲劳循环载荷；焊缝开裂

大车运行轨道有垂直方向的高低差变化，会使起重机在运行时出现“三条腿”现象，致使起重机桥架金属结构产生对称疲劳循环载荷，许用应力较小，因此在大车轨道安装和使用时要严格控制此项指标。

桥架是起重机的主要金属结构件，主要有主梁、端梁、走台等组成，其结构形式主要有两类：一类起重机为端梁采用螺栓组连接主梁，组成整个桥架在垂直方向的刚性连接，起重机桥架有四个支点支撑桥架（见图1）：

图1

一类起重机为端梁采用销轴连接主梁，组成桥架在垂直方向的铰接，此时起重机每个主梁有四支点支撑（见图2）：

图2

无论采用以上哪种起重机金属结构，都比须保证起重机每个支点能充分支撑载荷，此时起重机主梁、端梁都主要承受脉动循环载荷；然而，当有因素引起大车轨道垂直方向的高低变化，会使起重机运行时出现“三条腿”现象，此时对起重机主梁、端梁的载荷情况和产生的影响进行研究和分析是很有必要的。

国内山东省某大型钢铁集团公司轧钢厂出坯跨板坯下线搬运起重机在使用不到一年时间内，先后有两台起重机设备桥架出现端梁与主梁连接焊缝开裂，每台起重机端梁八条焊缝，有六条出现裂纹，出现焊缝质量问题，，从而产生安全隐患。因此该起重机需要维修，大车轨道安装需要检修，影响企业的正常生产作业。

该起重机运行于板坯跨，用于热轧钢坯下线、堆垛；现场环境温度较高，厂房四周全封闭，厂房纵向300米，跨度37米，起重机大车轨道波浪度很大，变形严重，初步测量一侧大车轨道50米长，高低差有3.5厘米，在6米长轨道区域，高低差最大处达到2.5厘米；大车车轮轮缘磨损严重，达到报废标准，轨道有纵向滑移，滑移量达到4～5厘米，部分区段轨道下有悬空。

以上两台桥式起重机均为桥架刚性结构（如图1），正常载荷时，端梁在起重量、小车自重、大车运行自重和桥架自重等载荷作用时，主要承受弯矩，上盖板受压应力，下盖板受拉应力，当小车在跨度内移动时，应力大小会发生变化，属于脉动循环应力。经过计算，端梁端梁最大拉应力58MPa，强度许用拉应力为159MPa，疲劳许用拉应力为85MPa，（焊缝质量等级按最差情况考虑），端梁焊缝许用应力可达到无限次寿命；

然而由于轨道的变形，使起重机运行至轨道高低差较大区域时，出现“三条腿”现象，即有一点车轮不能与轨道充分接触，此时这一侧端梁在主梁自重和一角大车运行机构自重等载荷作用下将会产生附加弯矩，方向与正常载荷时相反，上盖板受拉应力，下盖板受压应力，上下盖板由脉动循环应力状态变为交变循环应力状态，交变循环疲劳应力为33MPa，小于端梁最大拉应力，焊缝产生疲劳裂纹，焊缝开裂。

同理，起重机主梁在这种工况也会产生交变循环应力，降低使用寿命。

按照常规来说此种工况是不允许出现的，但是有些企业的工艺流程不能避免这种现象出现；因此要加强对起重机大车轨道的日常维护，消除或降低引起大车轨道变形的各种因素，或增加金属结构强度；但是，从起重机结构上考虑解决此问题，可以节约成本，减少维护费用，将会获益更多。

如图1所示桥式起重机桥架金属结构，桥架整体刚性，大车轮距一般较大，在轮距范围内轨道的高低差对主梁、端梁的影响较大，起重机大车轨道的安装精度要求较高。

如图2所示桥式起重机桥架金属结构，端梁采用连接主梁，组成桥架在垂直方向上的铰接，此时主梁每端有两个支点支撑，支点距离相对较小；对桥式起重机桥架来说，大车轮距范围内的变形可以通过铰接点来平衡，使中间端梁部承受交变载荷；而且因主梁一端有两个支点距离相对较小，大车轨道在较短距离时，自身刚度较大，不宜产生过大的高低差，对主梁、端梁影响不大。

因此，当我们在设计大吨位大跨度桥式起重机时，起重机桥架尽量采用如图2所示桥式起重机桥架金属结构，起重机或当影响轨道变形的外在因素不易解决时，采用如图2所示桥式起重机桥架金属结构会较大的提高桥架金属寿命。

【参考文献】

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[3]杨达夫.金属结构设计[M].北京：水利电力出版社，1995.

[4]王光远.应用分析动力学[M].北京：人民教育出版社，1981.

[责任编辑：王静]