李紅熙

(新疆德勤互力工業(yè)技術(shù)有限公司)

1 問題的提出

八鋼公司煉鋼廠120t轉(zhuǎn)爐產(chǎn)線精煉跨(E-F 跨)安裝了1#、2#、3#220/63/25t行車。其中，1# 220/63/20t行車于2005年7月投入使用，1#220/62/20t行車原設(shè)計(jì)主起升起重能力為200t，于2008年10月升級(jí)改造為220t行車；2# 220/63/20t行車于2007年10月投入使用；3#220t/63/20t行車于2008年7月投入使用。以上3部鑄造起重機(jī)主要承擔(dān)二煉鋼120t轉(zhuǎn)爐精煉鋼水的倒運(yùn)和吊運(yùn)，上連鑄機(jī)回轉(zhuǎn)平臺(tái)作業(yè),作為重要鋼水罐吊運(yùn)起重機(jī)，其運(yùn)轉(zhuǎn)頻率高。自2019年以來1#、2# 220t冶金鑄造起重機(jī)頻繁出現(xiàn)端梁鋼結(jié)構(gòu)母材開裂的現(xiàn)象，開裂部位主要集中在端梁與副梁連接部位，且開裂焊縫長(zhǎng)度達(dá)到400mm以上，存在端梁斷裂的開裂風(fēng)險(xiǎn)，雖經(jīng)多次焊補(bǔ)處理，處理效果不理想，未徹底解決端梁開裂的隱患。

為此，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)起重機(jī)端梁的受力情況進(jìn)行分析，針對(duì)存在的設(shè)備隱患制定解決方案。

2 現(xiàn)狀調(diào)查及分析

該鑄造起重機(jī)采用四梁四軌雙小車結(jié)構(gòu)，主梁與副梁之間采用4處鉸接連接結(jié)構(gòu)形式。由主、副小車、橋架、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、 220t龍門吊具、吊鉤裝置，司機(jī)室裝置、附屬鋼結(jié)構(gòu)和電氣設(shè)備等構(gòu)成。起重機(jī)端梁在起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)中起到連接行車主梁，保持起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)整體矩形框架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定運(yùn)行的作用。將主梁自重、小車自重、載荷重量傳遞至對(duì)應(yīng)的支承輪組上，再通過軌道將承載傳遞到行車軌道梁上。在起重機(jī)運(yùn)行中，主要承受拉壓應(yīng)力及副起升機(jī)構(gòu)承載及卸載后的彎曲變形應(yīng)力，受力情況較為復(fù)雜。

2.1 現(xiàn)狀調(diào)查

2019年6月發(fā)現(xiàn)2#220t行車端梁開裂隱患，同年11月14日利用同步檢修，行車制造廠售后服務(wù)技術(shù)人員對(duì)2#220t行車端梁裂縫進(jìn)行了焊接處理。

處理完畢投入使用，2020年2月初點(diǎn)檢此部位處于正常狀態(tài)。2020年2月24日點(diǎn)檢員在做復(fù)產(chǎn)前準(zhǔn)備、隱患排查時(shí)發(fā)現(xiàn)2#220t行車轉(zhuǎn)爐側(cè)端梁產(chǎn)生三條焊縫裂紋，均為貫穿性裂紋，并且有延展現(xiàn)象。端梁母材及焊縫裂紋主要集中發(fā)生在端梁與副梁連接過渡部位，依據(jù)設(shè)備制造廠家出具的處理方案未能徹底消除端梁母材及焊縫開裂的的隱患，因此對(duì)端梁進(jìn)行測(cè)量及受力分析，以制定針對(duì)性的解決方案。

圖1所示為端梁四分之一結(jié)構(gòu)部分，其中通過2處連接板將一側(cè)端梁連接成整體。端梁鋼板材質(zhì)為Q345-B，端梁結(jié)構(gòu)件鋼板厚度16mm，發(fā)生開裂的端梁部位均在端梁與副主梁連接過渡部位，共計(jì)4處。

圖1 2#220t行車端梁開裂部位示意圖

2.2 原因分析

鑒于以上情況，結(jié)合已采取的措施對(duì)端梁開裂的原因進(jìn)行追溯：

(1)自2019年2月26日起，值班電工每班跟蹤監(jiān)測(cè)2#220t行車空載運(yùn)行4個(gè)大車電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行電流并記錄，未見異常，排除4角驅(qū)動(dòng)不同步原因造成的行車橋架運(yùn)行過程中的扭動(dòng)對(duì)橋架造成的損傷(檢查記錄略)。

(2)在端梁腹板及上翼緣板開裂部位左右各200mm范圍內(nèi)，打磨鋼板母材表面油漆，采用超聲檢測(cè)(UT),檢測(cè)結(jié)果顯示端梁北側(cè)上部鋼板存在內(nèi)部裂紋缺陷，外側(cè)腹板手孔下部有247mm裂紋，其余部位檢測(cè)無質(zhì)量缺陷，母材存在疲勞裂紋缺陷。

(3)端梁的水平度測(cè)量檢查。在同一軌道梁、同一根軌道上，以軌道梁上平面為基準(zhǔn)對(duì)端梁下平面進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)如2所示。

圖2 2#220t行車 端梁高度差測(cè)量值

測(cè)量結(jié)果顯示，軌道梁北側(cè)高，南側(cè)低，最大差值15mm，且端梁有上下起伏現(xiàn)象，認(rèn)為是端梁制造出廠時(shí)存在的制造誤差。

(4)使用水準(zhǔn)儀測(cè)量端梁上平面標(biāo)高，同樣顯示北側(cè)高、南側(cè)低的情況，數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 2#220t行車端梁內(nèi)外側(cè)水平度差測(cè)量值

測(cè)量結(jié)果顯示，起重機(jī)端梁水平度存在偏差，內(nèi)外側(cè)最大差值12mm，長(zhǎng)度方向最大差值12mm，嚴(yán)重超出±2mm制造標(biāo)準(zhǔn)，且端梁存在向內(nèi)傾斜現(xiàn)象，因此判定起重機(jī)端梁制造出廠存在制造誤差。

綜合測(cè)量結(jié)果，并結(jié)合起重機(jī)輪壓分布圖進(jìn)行受力分析，見圖4。

圖4 2#220t起重機(jī)輪壓分布圖

起重機(jī)輪壓分布顯示，起重機(jī)最大輪壓505kN,最小輪壓330kN，其中最大輪壓505kN主要作用于主梁8組支承輪組上；最小輪壓330kN主要作用于副梁4組支承輪組上。端梁一側(cè)產(chǎn)生最大輪壓一般發(fā)生副小車位于主梁兩側(cè)極限位置且吊運(yùn)滿載情況下發(fā)生。

起重機(jī)正常運(yùn)行狀態(tài)下，起重機(jī)端梁可以看成是一個(gè)拉、壓桿件，4角大車驅(qū)動(dòng)電機(jī)同步的情況下，水平方向F1、F2、F3、F4相互作用，作用力很小，忽略不計(jì)，只有在兩側(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)不同步的情況下，端梁承受較大的拉、壓應(yīng)力。同時(shí)副梁將小車自重、主梁自重、載荷重量通過端梁下方的2組支承輪組傳遞至軌道梁，承受主梁向內(nèi)側(cè)的較大彎矩，同時(shí)承受載荷垂直向下的正壓力及輪組的方向支承力(大小相等，方向相反)。

圖5 2#220t起重機(jī)端梁受力分析

為了保證輪壓均衡，行車設(shè)計(jì)的端梁鉸接連接結(jié)構(gòu)，內(nèi)部的橢圓形襯套長(zhǎng)軸垂直方向具備一定的補(bǔ)償量，可以平衡因軌道不平或起重機(jī)制造誤差度造成的一側(cè)輪壓超值的情況，即端梁結(jié)構(gòu)可以隨著軌道在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)垂直方向上下起伏運(yùn)行，以滿足一側(cè)12組車輪組的輪壓平衡。

原設(shè)計(jì)端梁鉸接軸孔橢圓形軸套的補(bǔ)償量只有±5mm，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，通過端梁的長(zhǎng)度方向水平度的檢查發(fā)現(xiàn)端梁兩端存在15mm的高低差(北高南低)，大于鉸接軸套±5mm最大補(bǔ)償量，高低差值造成輪壓不均，端梁的受力情況發(fā)生變化，在端梁開裂部位產(chǎn)生較大的彎矩，造成載荷垂直向下的正壓力大于輪組的垂直向上方向的支承力，因此，端梁不但承受載荷傳遞作用，而且產(chǎn)生了較大的彎矩，長(zhǎng)期運(yùn)行，在運(yùn)行過程中振動(dòng)沖擊及交變應(yīng)力的反復(fù)作用下，最終產(chǎn)生疲勞斷裂，是造成端梁開裂的主要原因。

3 解決方案

通過分析，結(jié)合日常維修制度，制定解決方案。

(1)制定專項(xiàng)施工方案對(duì)精煉跨行車軌道進(jìn)行一次全面測(cè)量，利用檢修停機(jī)時(shí)間，對(duì)軌道進(jìn)行檢修，調(diào)整軌距，并對(duì)部分軌道進(jìn)行焊接處理，將軌道高低差控制在軌道±2mm安裝標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，消除軌道的不平度對(duì)起重機(jī)運(yùn)行鋼結(jié)構(gòu)的沖擊。

(2)對(duì)端梁經(jīng)常性疲勞開裂部位的進(jìn)行局部切除更換，重新制作鋼結(jié)構(gòu)端梁，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)切割、拼接、焊接，4處端梁外側(cè)加裝“回”形加強(qiáng)板，增強(qiáng)新舊端梁的連接強(qiáng)度，端梁切除、更換安裝如圖6所示。

圖6 起重機(jī)端梁更換裝配焊接圖

(3)改進(jìn)設(shè)計(jì)端梁鉸接部位軸孔的補(bǔ)償量，將原橢圓形軸套長(zhǎng)軸±5mm調(diào)整至±10mm，消除行車端梁制造誤差及軌道水平度誤差對(duì)行車端梁處產(chǎn)生的附加彎矩，從根本上消除端梁承受較大彎矩的受力狀態(tài)，使端梁在行車正常運(yùn)行過程中只承受原設(shè)計(jì)拉壓應(yīng)力。

4 實(shí)施效果

通過對(duì)端梁母材開裂的原因分析，制定了針對(duì)性的端梁局部更換專項(xiàng)施工技術(shù)方案，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)新預(yù)制端梁更換在線使用驗(yàn)證，消除了端梁頻繁開裂的事故隱患；通過改進(jìn)設(shè)計(jì)加大橢圓形軸套垂直方向的襯套的補(bǔ)償量，消除了行車端梁出廠的制造誤差及軌道水平度誤差造成的端梁消除端梁承受較大彎矩的受力狀態(tài)，使行車端梁的受力狀態(tài)達(dá)到原設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了原設(shè)計(jì)要求，此次端梁修復(fù)設(shè)計(jì)方案達(dá)到了預(yù)期效果。