吳 磊 上海鐵路局蚌埠皖鐵起重機械有限公司

橋式起重機是我國現(xiàn)代化建設(shè)的重要設(shè)備，廣泛應用于各類生產(chǎn)車間，用以完成物料的空間轉(zhuǎn)移?，F(xiàn)在橋式起重機備已被列為特種設(shè)備，其安全性十分重要。主梁是橋式起重機的最重要受力構(gòu)件，直接承受工作載荷。由于主梁是一種彈性鋼結(jié)構(gòu)件，承受載荷時，會出現(xiàn)向下?lián)锨冃?，增加了小車運行阻力，因此為了使用安全，橋式起重機制造完成后，主梁應具有上拱度。GB14405-1993標準規(guī)定橋式起重機主梁上拱度應在0.9S/1000～1.4S/1000范圍之內(nèi)（S是跨度）。主梁上拱度過大或過小，都會造成小車運行爬坡和溜車現(xiàn)象，特別是主梁拱度過小，會造成主梁過早出現(xiàn)下?lián)?，縮短起重機的使用壽命。因此，生產(chǎn)企業(yè)必須保證主梁有正確的上拱度。

要使主梁有正確合理的上拱度，首先要從產(chǎn)品設(shè)計上來保證主梁有足夠強度。現(xiàn)在5～50t橋式起重機已為成熟產(chǎn)品，其圖紙已經(jīng)通用化。簽于此，本文只從主梁制造過程的各個階段，闡述如何保證橋式起重機具有合理的拱度。

1 正確計算腹板下料拱度

橋式起重機主梁一般為箱形結(jié)構(gòu)，上部焊縫數(shù)量多于下部，所以主梁焊接后易產(chǎn)生下?lián)?。由于主梁是長而細的構(gòu)件，自重也會引起主梁下?lián)?，因此主梁腹板下料拱度不能僅按技術(shù)要求規(guī)定計算。腹板下料拱度的大小應按主梁的結(jié)構(gòu)形式、制造工藝進行理論計算或估算。

1.1 腹板下料拱度的理論計算法

（1）腹板下料拱度的理論計算

依據(jù)鋼結(jié)構(gòu)件焊接變形原理，計算主梁焊接撓曲量，計算公式如下。

式中：

fg--GB14405-1993標準要求上拱值，fj=0.9S/1000～1.4S/1000，S 為跨度。

fh--焊接對主梁產(chǎn)生的撓曲量總和，等于焊接主梁肋板、角鋼、四道角焊縫以及焊接走臺、軌道壓板時主梁產(chǎn)生的撓曲值之和?？v向焊縫的撓曲量按公式-θZξK2L2/J計算，等距離橫向焊縫的撓曲量按公式-rK2(n+1)nZξdb/2J計算。以上公式中，Z為主梁截面形心到焊縫的距離，J為主梁截面慣性矩，θ為縱向焊縫工藝系數(shù)，K為焊腳尺寸，L為縱向焊縫長度，ξ焊縫重疊系數(shù)，r為橫焊縫工藝參數(shù)，b為橫向焊縫長度，d為橫焊縫間距，n為主梁一半跨度橫焊縫數(shù)量。

fz--自重引起的主梁下?lián)狭?，對于橋式起重機可按fz=-5qL4/384EJ計算，其中q為單位長度重量，E為材料彈性模量，L為起重機跨度。

K--調(diào)整系數(shù)，對于通用橋式起重機正軌箱形梁，K值為5～15mm，偏軌箱形梁K值為5～10mm。

（2）計算焊接撓曲變形fh的注意事項

腹板下料拱度計算前，應確定焊接工藝參數(shù)和∏形梁的拼裝方法，以保證計算結(jié)果準確性。另外，因為主梁制作的不同階段，其截面形心坐標和慣性矩會有所變化，因此需要按照主梁制作工序分步計算，先計算∏形梁焊接撓曲值，再計算箱形梁焊接撓曲值，最后算焊接走臺和軌道壓板撓曲值。腹板下料拱度計算完成后，要記錄每道工序結(jié)束后主梁應有的拱度值，以便指導制造過程。

（3）計算實例

現(xiàn)以本公司制造的QD16t-25.5m雙梁橋式起重機為例，進行腹板下料拱度的計算。該起重機主梁截面如圖1所示，自重5930 kg，有大肋板12塊，間距2000 mm，小肋板33塊，間距500 mm，兩側(cè)腹板上各焊接2根∠502×5角鋼。

圖1 主梁截面

①計算截面形心坐標和慣性矩。根據(jù)主梁截面尺寸，以左側(cè)腹板左下角為坐標原點，計算得到形心軸y軸和截面對y軸的慣性矩如下：

∏形梁形心軸y軸坐標為86.1 cm，截面對y軸慣性矩形為477707 cm4。

箱形梁形心軸y軸坐標為72.5 cm，截面對y軸慣性矩形為730020 cm4。

②計算腹板下料拱度。分別選用CO2氣體保護焊和手工電弧焊作為焊接設(shè)備，經(jīng)計算，得到數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 腹板下料拱度計算表 單位：cm

③計算結(jié)果分析。從表1中數(shù)據(jù)得出，用CO2氣保焊機作為焊接設(shè)備，主梁腹板下料的拱度值約為60 mm，小于用手工電弧焊焊接，這是由手工電弧焊焊接變形大造成。另外，表中數(shù)據(jù)是假定沿主梁截面形心軸z軸對稱的焊縫兩側(cè)同時施焊，以保證焊后兩腹板拱度一致；如兩側(cè)不能同時施焊，應考慮兩次施焊對主梁撓曲量的影響，采取措施，防止焊后兩腹板拱度不一樣，致使主梁出現(xiàn)"塌肩"現(xiàn)象。

1.2 下料拱度的估算法

腹板下料拱度的理論計算考慮了制作過程中的多種因素，計算過程較為復雜。在實際生產(chǎn)中，主梁腹板的下料拱度也可根據(jù)圖紙、工藝過程以及生產(chǎn)經(jīng)驗，估算主梁腹板下料拱度值。仍按QD16 t-25.5 m雙梁橋吊為例，腹板下料拱度按S/350比例估算，跨中拱度值約為73 mm。由于估算法主要根據(jù)以往生產(chǎn)經(jīng)驗，很難顧全制造過程中的各種因素，估算值沒有按理論計算準確。企業(yè)可根據(jù)自身情況，綜合利用兩種方法，不斷修正拱度估算值的準確性，提高工作效率。

2 選擇正確的上拱度曲線

橋式起重機主梁承載時會產(chǎn)生彈性下?lián)?，此時小車運行情況如圖2所示。當小車位于x處，由于主梁彈性下?lián)?，主梁和軌道在該處于傾角α，從而使小車在向支點方向運行時產(chǎn)斜坡阻力。為了減少這種斜坡阻力，理想上拱度曲線應使小車在任何位置時，實際傾角為0。如以跨中作為坐標原點，理想拱度曲線為y=f中（1-4X2/L2）2。

雖然主梁腹板可按理想曲線下料，但由于焊接變形和自重引起下?lián)系挠绊?，實際這種拱度曲線很難達到，實際使用的拱度曲線有二次拋物線、正弦曲線、三拆線和四次曲線幾種。采用三折線焊后接近梁端易出現(xiàn)最低點，二次拋物線焊后兩端坡度大，軌道與上蓋板有間隙，這兩種曲線對小車兩端運行不利，一般不選用。對于橋式起重機偏軌箱形梁，焊接下?lián)献冃涡?，選用四次曲線y=f中（1-4X2/L2）2較為合適；對于正軌箱形梁，焊接下?lián)献冃瘟枯^大，主梁腹板下料最佳由線為四次曲線+二次拋物線即：y=1.3L/1000 （1-4X2/L2）2+（f中-1.3L/1000）（1-4X2/L2）。

圖2 主梁承載下?lián)锨€

3 改進腹板下料工藝

腹板下料基本方法是拱度曲線直接號料法。在沿長度排列的鋼板上畫出基準線，找出跨中位置，由跨中向兩端標出等分點，過各等分點作基準線的垂線，按選定的拱度曲線算出各等分點對應拱度值，標在垂線上，連接各垂線上的標點可得到近似的拱度曲線。等分點越多，連線就越接近拱度曲線。如批量生產(chǎn)，可制作拱度樣板來畫拱度曲線。

現(xiàn)在很多起重機制造企業(yè)都配備數(shù)控切割機，可用AutoLisp語言編程，生產(chǎn)腹板拱度曲線，導入FastCAM等數(shù)控編程軟件，生成腹板下料程序，在數(shù)控切割機工作臺上完成腹板的切割，可以得到準確的拱度曲線，對于批量生產(chǎn)，質(zhì)量和效率均大為提高。

4 采用正確的焊接組裝方法

主梁的各個板件下料完成后，可進行主梁的拼裝、焊接。箱形主梁通常由上蓋板、腹板和肋板焊接成 形梁，然后組裝下蓋板，最后焊四道角焊縫。

4.1 ∏形梁拼裝方法選擇

∏形梁在我普遍采用平臺組裝工藝，分為以蓋板為基準組裝和以腹板為基準組裝兩種。以蓋板為基準組裝，采用上蓋板先與肋板組裝，再組裝腹板。如果主梁高度過大，組裝困難，可用以主腹板為基準的組裝方法。組裝方法選擇主要根據(jù)主梁高度，但要考慮到，以腹板為基準的組裝方法，肋板與蓋板不能在∏形梁組裝前焊接，組裝后焊接會增加主梁下?lián)献冃?，因此腹板下料拱度要比以上蓋板為基準組裝的大些。

4.2 組裝箱形梁時的拱度調(diào)整

（1）箱形梁組裝方法。先用吊具將下蓋板放在平臺上，按圖樣畫出跨度中心線和大肋板的位置線和腹板定位線。如果∏形梁拱度值偏大，在下蓋板兩端大肋板處墊支承座，其他地方每隔1 m左右放置槽鋼，支承應比槽鋼高。將∏形梁用吊具吊放在下蓋板上進行裝配。注意跨中和跨端下蓋板上的腹板定位線應與腹板重合，并使∏形梁跨度中心線對準蓋板跨度中心線。在跨中S/4左右上蓋板的大肋板處掛螺旋拉緊器加壓，使∏形梁產(chǎn)生下?lián)?，然后焊接。拼裝方法如圖3所示。

圖3用加壓方法調(diào)整主梁上拱度

如果∏形梁拱度值偏小，應在跨中S/4左右上蓋板的大肋板加支承座，在跨端兩側(cè)大肋板處用拉緊器加壓，使∏形梁產(chǎn)生上拱，然后焊接。拼裝方法如圖4所示。

圖4用上頂?shù)姆椒ㄕ{(diào)整主梁上拱度

∏形梁加壓或上頂后即可組裝焊接下蓋板。

（2）主梁壓頂量的計算

為了主梁焊接后有正確的拱度值，加壓或上頂?shù)墓岸茸兓繎词終i(f∏-fX)計算。式中：Ki為彈塑性系數(shù)，取經(jīng)驗數(shù)值 2～2.8；f∏為∏形梁實測拱度值；fX為箱形梁拱度值。上例中QD16-25.5m橋式起重機，用CO2氣保焊焊接，主梁組裝下蓋后拱度fX應為49.7 mm，∏形梁實測拱度值 f∏為 56mm，Ki取值為 2.4，則組裝時，∏形梁拱度值壓下量2.4×（56-49.7）=15 mm。

4.3 四條角焊縫施焊順序選擇

因為受拉狀態(tài)下的焊接變形小于受壓狀態(tài)，四條角焊縫焊接順序?qū)χ髁汗岸纫灿杏绊?。對于主梁拱度偏小的應先焊接下蓋板與腹板的焊縫，使上蓋板與腹板角焊縫在受拉狀態(tài)施焊，增加主梁拱度；如主梁拱度偏大，則應先焊接上蓋板與腹板的角焊縫。

5 制定合理的存儲、吊運、安裝方案

采用正確的制造工藝，橋架組裝后會有合理的拱度，但是橋式起重機不合理存放、吊運、安裝，也將影響主梁拱度。由于起重機橋架系長大結(jié)構(gòu)件，彈性較大，不合理的存放、吊運和安裝都會引起橋架變形。因此為了保證主梁有合理的拱度，應根據(jù)結(jié)構(gòu)特點，按橋式起重機的重心和受力情況，制定正確的存儲、吊運、安裝方案。

總之，主梁拱度是橋式起重機重要的技術(shù)參數(shù)。正確合理的主梁拱度能減輕小車運行阻力，保證橋式起重機的使用壽命。要保證起重機有正確合理拱度是完整性、系統(tǒng)性過程，需要從產(chǎn)品設(shè)計、制造工藝以及運輸、安裝多方面綜合考慮。腹板下料拱度值的計算和拱度曲線的選擇是保證主梁拱度最重要環(huán)節(jié)，在計算前就基本確定主梁的焊接參工藝數(shù)、焊接順序以及組裝方法，經(jīng)過計算可得出主梁在各個階段應有的拱度值，其值的準確性直接影響整個主梁制造過程。另外，每個階段制造工藝對主梁拱度均有影響，要結(jié)合主梁各階段計算拱度，根據(jù)實際情況采用正確工藝，注重過程檢測，最終可得到合理的主梁拱度。