雷海東 肖建豪

1 廣州港南沙港務有限公司 2 武漢開銳海洋起重技術有限公司

1 引言

門座起重機(以下簡稱門機)裝卸集裝箱時，時常出現(xiàn)貨物重量與門機額定起重量接近的情況。門機在高負荷、高利用率的工況下長期使用，其金屬結構會出現(xiàn)疲勞裂紋或開裂，發(fā)生部位主要集中在臂架中部、圓筒立柱和人字架頂?shù)群缚p處[1]。

廣州港一臺MQ4535單臂架帶吊具門座起重機是碼頭一款常見的通用型集裝箱門機，設備設計壽命20年，目前已使用13年，裝卸箱作業(yè)過程中所承受載荷長期接近額定工作載荷，每年設備的綜合利用率都保持在80%以上。維保人員在設備的例行檢查中發(fā)現(xiàn)，人字架后立柱及其下部出現(xiàn)焊縫和金屬結構開裂現(xiàn)象，因此需要對人字架及附近金屬結構進行檢測，找出開裂的原因。

2 門機金屬結構檢測

對MQ4535單臂架門座起重機人字架及附近金屬結構進行檢測，采用應力測試法，測試點選擇人字架前、后立柱的左右側對稱布置共4個測點(見圖1中1/2/3/4)及立柱連接轉(zhuǎn)臺上的左右側對稱布置共4個測點(圖1中5/6/7/8)。

圖1 測點的布置示意圖

應力測試點布置完成后，在不同的載荷和幅度下進行應力測試。測試將選取空載、35 t、40 t和44 t這4種載荷，臂架從最小幅度到最大幅度依次進行應力測試[2]。為減小誤差，每次檢測前在臂架最小幅度且空載時儀器清零，同時在測試過程中各動作之間停留約30 s，便于收集測試數(shù)據(jù)。為保證數(shù)據(jù)的準確性，需要按照表1中動作過程依次動作，并將所有的動作重復6次。

表1 人字架應力測試工況表

通過對人字架及回轉(zhuǎn)平臺上的6個應力測點數(shù)據(jù)進行分析，可得出以下結論：

(1)人字架立柱內(nèi)部多處變形、開裂。

(2)整機結構動、靜強度未超出材料許用應力，但結構受力不對稱，結構受力平衡性被破壞。

(3)人字架結構受壓箱梁的受力對稱，受拉箱梁右側受力大于左側，已出現(xiàn)回轉(zhuǎn)平臺及人字架結構失穩(wěn)現(xiàn)象。

3 金屬結構修復工藝

對人字架和回轉(zhuǎn)平臺的結構變形、開裂處進行修復處理，整機的金屬結構應力將會改善，從而提高人字架的局部和整體穩(wěn)定性，延長設備使用壽命。建立MQ4535的立柱的有限元分析模型，并使用最大載荷44 t進行加載，尋找人字架立柱在最危險工況下應力最大的部位。通過其結構有限元分析應力云圖(見圖2)可知，人字架下端立柱箱梁與回轉(zhuǎn)平臺的結合面的應力最大，計算結果與原焊縫的開裂位置相符。

圖2 人字架最危險工況下的應力云圖

為消除人字架及回轉(zhuǎn)平臺連接處金屬結構裂紋，保證港區(qū)設備的生產(chǎn)安全，需要對人字架下端立柱箱梁與回轉(zhuǎn)平臺的結合面進行修復加強。主要修復方案如下：

(1)對人字架立柱箱梁與回轉(zhuǎn)平臺結合面的焊縫進行探傷檢測，判斷原焊縫是否存在缺陷和裂紋情況。

(2)刨開箱形立柱在回轉(zhuǎn)平臺面的4條焊縫，打磨到鈍邊為2 mm，再進行焊接施工，角焊縫高度不小于14 mm，確保焊縫焊透。焊接完成后，按照GB11345-89標準對焊縫進行無損探傷檢測，焊縫達到Ⅱ級要求。

(3)將原加強貼板改短與回轉(zhuǎn)平臺縱梁對筋焊接，焊縫達到Ⅱ級要求，回轉(zhuǎn)平臺面連接焊接完成后補漆。

完成修復加強后，再次對人字架及回轉(zhuǎn)平臺上的6個測點進行應力檢測。為驗證修復后的效果，按照4個不同時長在工況3下進行檢測，檢測結果見表2。

表2 檢測時長及檢測結果表

從表2可以看出：修復后的人字架下端立柱與回轉(zhuǎn)平臺的金屬結構受力均勻，焊縫及鋼板目測無開裂現(xiàn)象，受力部位應力檢測無異常。結果表明，本次的修復方案能夠顯著的改善人字架金屬結構上存在的疲勞損傷。

4 結語

該門機金屬結構疲勞檢測及修復工藝方法，結合了應力檢測方法，提出人字架下端立柱箱梁與回轉(zhuǎn)平臺的結合面出現(xiàn)裂紋后的修復加強方案，可有效解決該部位焊縫和金屬結構疲勞開裂的問題，具有一定的工程應用及推廣價值。