張志剛

太重集團(tuán)科技開發(fā)公司 山西太原 030000

近些年來，隨著我國工業(yè)生產(chǎn)活動的不斷開展，以橋式起重機(jī)為首的機(jī)械設(shè)備逐漸成為工業(yè)生產(chǎn)活動常用的設(shè)備之一。從運(yùn)行應(yīng)用角度上來看，橋式起重機(jī)通過橫架于車間、倉庫以及料場上空，可實(shí)現(xiàn)物料吊運(yùn)過程。一般來說，橋式起重機(jī)可利用橋架下面的空間對物料進(jìn)行吊運(yùn)處理，在這一過程中不會受到地面設(shè)備的阻礙影響。不難看出，橋式起重機(jī)在靈活度以及安全性方面表現(xiàn)較強(qiáng)。其中，司機(jī)室作為橋式起重機(jī)結(jié)構(gòu)體系的重要組成部分一定程度上可以保障起重機(jī)械運(yùn)輸質(zhì)量安全的作用[1]。結(jié)合以往的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)來看，司機(jī)室通常會按照人機(jī)工程學(xué)原理進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期可以保障橋式起重機(jī)運(yùn)行質(zhì)量安全。然而結(jié)合實(shí)際情況來看，橋式起重機(jī)在運(yùn)行過程中容易受到較多不確定因素的影響，導(dǎo)致活動司機(jī)室在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中存在質(zhì)量缺陷問題。針對于此，建議研究人員應(yīng)該加強(qiáng)司機(jī)室結(jié)構(gòu)動態(tài)特性問題的研究分析，盡量減少運(yùn)行質(zhì)量問題。

1 某橋式起重機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

某55t×34m橋式起重機(jī)主要采用活動司機(jī)室結(jié)構(gòu)形式，引進(jìn)于德國某公司設(shè)計(jì)與制造。最開始該活動司機(jī)室吊掛在空間框架結(jié)構(gòu)的懸臂端位置，其中，該空間框架結(jié)構(gòu)主要有懸臂、立桿以及斜撐組成，立桿與斜撐結(jié)構(gòu)的另一端主要與小車架下橫梁底部相連。在應(yīng)用過程中，不少操作人員反映該活動司機(jī)室振動問題明顯，且在操作過程中常常有墜落的感覺。為及時改善這一問題，相關(guān)人員對該活動司機(jī)室進(jìn)行了重點(diǎn)改造，主張將懸臂延長并增設(shè)斜撐結(jié)構(gòu)。改造處理之后，該活動司機(jī)室振動感明顯減弱，在一定程度上消除了操作人員作業(yè)期間的風(fēng)險(xiǎn)性。但是經(jīng)過幾年的運(yùn)行之后，操作人員反映該司機(jī)室又出現(xiàn)明顯下沉現(xiàn)象，并且在下沉過程中伴隨著劇烈振動。顧慮到該起重機(jī)設(shè)備已經(jīng)應(yīng)用近20年，且長期承擔(dān)著較重的生產(chǎn)任務(wù)。針對于此，相關(guān)單位對該起重機(jī)設(shè)備進(jìn)行了全面檢測與性能評估，并重點(diǎn)針對其活動司機(jī)室結(jié)構(gòu)動態(tài)特性問題進(jìn)行了研究與分析。

2 橋式起重機(jī)結(jié)構(gòu)測試與分析

2.1 主要焊縫探傷

焊縫探傷基本上可以視為橋式起重機(jī)結(jié)構(gòu)測試體系的重要組成部分。為進(jìn)一步加強(qiáng)對橋式起重機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的測試分析，操作人員針對主梁下蓋板對接焊縫以及腹板角焊縫等進(jìn)行了磁粉探傷，根據(jù)探傷反饋結(jié)果來看，并未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)裂紋[2]。

2.2 幾何測試

幾何測試主要圍繞上拱度、靜剛度以及水平旁彎度等參數(shù)變量問題進(jìn)行精準(zhǔn)測量，結(jié)合上述幾何變形參數(shù)測量結(jié)果來看，因經(jīng)過多年的使用，其上拱度已經(jīng)不在允許范圍之內(nèi)。但是該車已經(jīng)使用近20年的時間，其上拱度仍可以保持18.5mm以及15.5mm，基本上可以認(rèn)為符合要求。與此同時，靜剛度也符合設(shè)計(jì)要求。需要注意的是，當(dāng)滿載小車處于跨中時，其兩根主梁會出現(xiàn)微小的下?lián)犀F(xiàn)象。在水平旁彎度方面，主梁水平旁彎度可以達(dá)到外凸1mm，大體上可以滿足預(yù)期設(shè)計(jì)要求。

2.3 主梁跨中應(yīng)力測試

在主梁跨中應(yīng)力測試方面，操作人員主要將應(yīng)力測試點(diǎn)選在西主梁跨中位置，也就是上蓋板內(nèi)側(cè)上表面位置。其中，測點(diǎn)應(yīng)該避開焊縫位置以及加強(qiáng)筋板位置。在測試儀器的選擇上，可利用動態(tài)應(yīng)變儀實(shí)現(xiàn)對測試過程的全周期管理。在測試分析過程中，操作人員可以讓空載小車停在主梁一端，此時儀器應(yīng)該調(diào)零；大車與空載小車應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整位置，直到吊具處位置之后吊起吊具；空載小車在移進(jìn)跨中位置時，應(yīng)該停留片刻；大車與空載小車調(diào)整位置之后，應(yīng)該放下吊具并吊起荷重；滿載小車移動到跨中位置時，整機(jī)將會處于靜止上狀態(tài)[3]。

此時，操作人員應(yīng)該測量靜剛度；吊具吊著荷重反復(fù)做下降制動以及上升制動操作，并做好動剛度測試，根據(jù)測試反饋結(jié)果，判斷其中運(yùn)行情況；大車以及滿載小車應(yīng)該做復(fù)合運(yùn)動，并在運(yùn)動過程中緩緩移動到荷重停放處，此時，空載小車應(yīng)該回到主梁端部，停止上述測試。根據(jù)現(xiàn)場反饋情況來看，這一測試過程持續(xù)了40分鐘左右，操作人員從中測取動應(yīng)力信號。

2.4 主梁動剛度

橋式起重機(jī)在提升荷重的瞬間會產(chǎn)生較大的激振力，而產(chǎn)生的激振力會引發(fā)金屬結(jié)構(gòu)垂直振動問題。一般來說，這種振動效應(yīng)并不會對結(jié)構(gòu)承載能力造成直接影響，卻會對其中運(yùn)行性能產(chǎn)生一定影響，如可能會惡化結(jié)構(gòu)件的受力條件。在實(shí)踐研究過程中，操作人員通常會以橋架自振頻率也就是我們常說的動剛度作為衡量因素，在完成動態(tài)應(yīng)力測試之后，操作人員可截取主梁跨中應(yīng)力信號表現(xiàn)情況以及起升制動片段，完成傅立葉變換過程，獲取主梁動剛度數(shù)值[4]。結(jié)合現(xiàn)場測量情況來看，主梁動剛度為1.8Hz。按照《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》來看，主梁動剛度應(yīng)該超過2Hz。也就是說，該起重機(jī)主梁難以滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，也就是動剛度要求。因此可以理解其中基礎(chǔ)量無法滿足動剛度要求，是導(dǎo)致司機(jī)室劇烈振動的重要因素。

3 橋式起重機(jī)活動司機(jī)室結(jié)構(gòu)測試分析

3.1 關(guān)鍵部位應(yīng)力測試

因司機(jī)室連接框架受力特點(diǎn)相對特殊，操作人員在應(yīng)力測試分析方面只選取關(guān)鍵部位，如懸臂與立桿連接點(diǎn)、立桿與小車架連接點(diǎn)。結(jié)合現(xiàn)場應(yīng)力信號圖反饋情況來看，懸臂上表面應(yīng)力變化比較明顯，其中，比較明顯的靜應(yīng)力一般多集中體現(xiàn)在跨中工況當(dāng)中，如空鉤小車靠近跨中位置以及滿載小車位于跨中位置。根據(jù)應(yīng)力數(shù)值反饋情況來看，位于南側(cè)位置的測點(diǎn)在空鉤工況應(yīng)力數(shù)值的表現(xiàn)上主要為17.1MPa；北側(cè)應(yīng)力數(shù)值為20.6MPa。

按照規(guī)范要求來看，滿載工況的應(yīng)力應(yīng)該表示為16.3MPa。從客觀角度上來講，在某些工況條件的影響下，應(yīng)力變化趨勢可能會存在較大波動問題，這也可以從側(cè)面反映出司機(jī)室在移動過程中存在豎直剛度不足，引發(fā)司機(jī)室整體偏轉(zhuǎn)的問題。因此在信號圖反饋上，可以明顯看出兩側(cè)懸臂一個處于受拉狀態(tài)，一個處于松弛狀態(tài)。并且一個始終處于增大狀態(tài)，另一個始終處于減少狀態(tài)[5]。

需要注意的是，小車架下橫梁應(yīng)力變化并不是很明顯，在幅值變化方面基本上可以滿足一定要求。另外，在整個靜剛度測試過程中，整臺起重機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)。但是對于小車架下橫梁表面而言，其應(yīng)力存在漸變趨勢，側(cè)面反映出司機(jī)室豎直方向存在剛度不足的問題。

3.2 振動分析

根據(jù)起重機(jī)不同運(yùn)動工況表現(xiàn)，現(xiàn)場操作人員主張將測試過程分為多個短時間段進(jìn)行測試分析。其中，在分析過程中，操作人員需要對每一個時間段的應(yīng)力信號進(jìn)行傅立葉變換，目的在于獲得不同方向的特征頻率。在具體處理過程中，操作人員需要對每一次計(jì)算取前5階，根據(jù)數(shù)值反饋結(jié)果確定能量最集中的主頻區(qū)域。一般來說，我們可以將這一主頻區(qū)域視為其對應(yīng)方向的固有頻率。從整體上來看，結(jié)合相關(guān)數(shù)值可以發(fā)現(xiàn)小車運(yùn)行對立桿上端以及小車架連接部位所產(chǎn)生的振動影響并不是很大，但是對于懸臂上對稱位置而言，所產(chǎn)生的振動影響較為明顯。同時，在大車運(yùn)行以及吊鉤起吊測點(diǎn)位置方面，所產(chǎn)生的振動問題比較明顯，與起重機(jī)操作人員感覺一致，存在明顯下沉且振動現(xiàn)象。

對于同一部位而言，不同工況在頻率方面存在較大差異。究其原因，主要是因?yàn)椴煌r對起重機(jī)產(chǎn)生的激勵效果存在一定差異。對于同種結(jié)構(gòu)對稱部位測點(diǎn)而言，在頻率分布表現(xiàn)上基本上可以呈現(xiàn)出相似特點(diǎn)。但是在某些特殊情況下也會存在差異問題，可以從側(cè)面說明其振動形態(tài)并不是完全一致的。除此之外，在吊鉤起升以及下降過程中，吊鉤曾經(jīng)著地。針對這一現(xiàn)象問題，操作人員可對著地前后兩個時間段進(jìn)行測試分析[6]。根據(jù)分析反饋結(jié)果，確定主梁著地前后的振動頻率。結(jié)合司機(jī)室立桿傅立葉變換結(jié)果來看，在豎直方向振動頻率的表現(xiàn)上主要以1.8Hz與2Hz為主。結(jié)合《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》來看，該活動司機(jī)室在振動性能方面不符合要求，導(dǎo)致操作人員在操作過程中會感受到明顯的振動問題。從水平方向上來看，其振動頻率大于3Hz，基本合格。

4 結(jié)果分析

結(jié)合上述幾何測試表明，該橋式起重機(jī)在上拱度以及靜剛度方面都存在不同程度的薄弱問題，同時水平旁彎度也存在薄弱問題。但是從橋式起重機(jī)使用功能上來看，上述數(shù)值可基本符合要求。經(jīng)應(yīng)力測試顯示，該橋式起重機(jī)在主梁以及司機(jī)室關(guān)鍵連接部位方面所表現(xiàn)出的應(yīng)力情況并不是很明顯，同時應(yīng)力幅值也并不是很大，基本上可以滿足設(shè)計(jì)要求。但是需要注意的是，司機(jī)室連接框架所顯現(xiàn)出的對稱布置中的測點(diǎn)應(yīng)力變化并不是完全一致。足以說明，該對稱結(jié)構(gòu)在受力特點(diǎn)方面并不完全對稱。在復(fù)合運(yùn)動的工況條件下，司機(jī)室豎直方向所呈現(xiàn)出的振動頻率多次出現(xiàn)波動問題，導(dǎo)致操作人員在司機(jī)室內(nèi)可以感受明顯振動。再加上動剛度嚴(yán)重不足，可能會對其中操作人員安全操作構(gòu)成威脅，并且容易引發(fā)安全生產(chǎn)事故。

5 相關(guān)建議

為確保橋式起重機(jī)始終處于高效穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，建議操作人員應(yīng)該在不增加工作強(qiáng)度的條件下，對其進(jìn)行定期的維護(hù)保養(yǎng)。以本文所研究的橋式起重機(jī)為例，操作人員可在不增加工作強(qiáng)度的條約下繼續(xù)使用。同時,管理人員應(yīng)該對其金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行定期性能測試與評估，且日常點(diǎn)檢工作也應(yīng)該落實(shí)到位。另外，司機(jī)室連接結(jié)構(gòu)應(yīng)該進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，必須按照人機(jī)工程學(xué)原理，提高司機(jī)室與小車架之間的連接剛性。需要注意的是，操作人員應(yīng)該嚴(yán)格規(guī)范個人的操作行為，嚴(yán)格按照橋式起重機(jī)操作規(guī)范要求，避免橋式起重機(jī)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)質(zhì)量隱患問題[7]。

6 結(jié)語

總而言之，通過本文對橋式起重機(jī)活動司機(jī)室結(jié)構(gòu)動態(tài)特性的研究與分析，不難看出，引發(fā)橋式起動機(jī)活動司機(jī)室振動問題的因素較多，在具體排除與管理過程中，操作人員應(yīng)該主動結(jié)合問題的具體成因以及表現(xiàn)，采取針對性措施加以規(guī)避處理。與此同時，在選用橋式起重機(jī)的過程中，操作人員應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)需求以及工藝流程內(nèi)容，選擇質(zhì)量達(dá)標(biāo)的橋式起重機(jī)進(jìn)行應(yīng)用。除此之外，對于存在老化問題的橋式起重機(jī)應(yīng)進(jìn)行定期維護(hù)與保養(yǎng)。情況嚴(yán)重時，應(yīng)進(jìn)行及時更換，從根本上橋式起重機(jī)活動司機(jī)室運(yùn)行質(zhì)量安全。