周繼紅

（太原重工股份有限公司技術(shù)中心， 山西 太原 030024）

引言

鑄造起重機(jī)是冶金生產(chǎn)線中承擔(dān)繁重物料搬運(yùn)工作的特種設(shè)備，需要日常維護(hù)和周期性安全檢測(cè)。在作業(yè)頻率較高或使用年限較長(zhǎng)的情況下，結(jié)構(gòu)部件的安全性以及設(shè)備重要技術(shù)指標(biāo)都會(huì)呈現(xiàn)逐步下降趨勢(shì)。另一方面起重機(jī)械在長(zhǎng)期使用過(guò)程中會(huì)遇到作業(yè)環(huán)境改變、負(fù)荷變化較大、異常載荷沖擊等狀況，由于這些因素造成設(shè)備使用一定年限后，金屬結(jié)構(gòu)的疲勞損傷陸續(xù)顯現(xiàn)。

1 鑄造起重機(jī)概況

該YZS220/63/20t-27m 鑄造起重機(jī)產(chǎn)品系由太原重工股份有限公司2004 年設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造，2005年投入使用，目前已工作16 年。該批起重機(jī)一共三臺(tái)處于同一跨間，分別命名為：1 號(hào)、2 號(hào)、3 號(hào)起重機(jī)，2 號(hào)起重機(jī)位于1 號(hào) 和3 號(hào)起重機(jī)之間，由于位置情況較為特殊2 號(hào) 起重機(jī)使用最為頻繁，三臺(tái)起重機(jī)使用頻繁程度是2 號(hào)>1 號(hào)>3 號(hào)。根據(jù)用戶提供的信息，煉鋼廠配置的是3 臺(tái)120 t 的轉(zhuǎn)爐，鋼包重80 t，每年3—10 月生產(chǎn)任務(wù)較為飽滿，三個(gè)轉(zhuǎn)爐同時(shí)工作，11 月至來(lái)年2 月氣溫較低各類基建工作基本處于停頓狀態(tài)，一般是兩個(gè)轉(zhuǎn)爐同時(shí)工作，每臺(tái)起重機(jī)每?jī)蓚€(gè)月檢修12 h。在工作時(shí)2 號(hào)起重機(jī)45 min 一次工作循環(huán)，其工作主要內(nèi)容是上滿包、下空包，每次載荷約200～210 t，由于其處于特殊位置常年處于滿載工作狀態(tài)。

2 起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)裂紋情況

隨著起重機(jī)使用年限的增加，廠房牛腿的不均勻沉降以及起重機(jī)司機(jī)操作的不規(guī)范出現(xiàn)了一系列問題：

1）由于廠房牛腿的不均勻沉降導(dǎo)致起重機(jī)軌道在軌道接頭處超差嚴(yán)重，最大高低差不小于2 mm，使得起重機(jī)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)車輪平衡架體出現(xiàn)4 次45°角斜向上的開裂，開裂情況如圖1 所示。

圖1 平衡架體開裂情況

2）自2018 年5 月起1 號(hào)、2 號(hào)起重機(jī)開始出現(xiàn)端梁鋼結(jié)構(gòu)裂紋隱患，端梁開裂情況如圖2 所示。

圖2 端梁開裂

3）2019 年9 月點(diǎn)檢時(shí)發(fā)現(xiàn)1 號(hào)、2 號(hào)起重機(jī)主梁進(jìn)門孔和檢修吊裝孔鋼結(jié)構(gòu)多處出現(xiàn)裂紋，1 號(hào)起重機(jī)2 個(gè)吊裝孔和4 個(gè)主梁進(jìn)門孔出現(xiàn)9 處裂紋，2 號(hào)起重機(jī)2 個(gè)吊裝孔和4 個(gè)主梁進(jìn)門孔出現(xiàn)12 處裂紋，進(jìn)門孔開裂情況如圖3 所示。

圖3 進(jìn)門孔開裂情況

4）2020 年2 月2 號(hào)起重機(jī)端梁又出現(xiàn)裂紋。與原始設(shè)計(jì)單位溝通后依據(jù)修復(fù)方案進(jìn)行了修復(fù)，加固后監(jiān)控運(yùn)行。

3 起重機(jī)剩余壽命計(jì)算

針對(duì)上述起重機(jī)開裂情況，設(shè)計(jì)單位摒棄了應(yīng)力計(jì)算、應(yīng)力檢測(cè)等常規(guī)技術(shù)手段，采用了起重機(jī)疲勞壽命分析的方法對(duì)起重機(jī)進(jìn)行了壽命評(píng)估。

根據(jù)2 號(hào)起重機(jī)原始技術(shù)協(xié)議，工作級(jí)別為A7，主起升機(jī)構(gòu)額定起重量220 t，每天工作均為滿載吊運(yùn)，根據(jù)表1，載荷譜系數(shù)Kp=1，對(duì)應(yīng)的載荷狀態(tài)級(jí)別為Q4；根據(jù)表2，載荷狀態(tài)級(jí)別為Q4、工作級(jí)別對(duì)應(yīng)的起重機(jī)使用等級(jí)為U5；根據(jù)表3，使用等級(jí)為對(duì)應(yīng)起重機(jī)總工作循環(huán)次數(shù)2.5×105≤CT≤5×105，當(dāng)Kp=1，起重機(jī)設(shè)計(jì)的總工作循環(huán)次數(shù)為CT=2.5×105[1]。

表1 起重機(jī)的載荷狀態(tài)級(jí)別及載荷譜系數(shù)

表2 起重機(jī)整機(jī)的工作級(jí)別

表3 起重機(jī)的使用等級(jí)

按照上述情況針對(duì)2 號(hào)起重機(jī)進(jìn)行分析計(jì)算。2號(hào)起重機(jī)于2005 年投入使用，因其45 min 一個(gè)工作循環(huán)，其1 d 兌鐵水24×60÷45=32 爐，1 年兌鐵水32×（365-3）=11584 爐，即每臺(tái)起重機(jī)每年工作循環(huán)次數(shù)為11584 次。

現(xiàn)2 號(hào)起重機(jī)已使用的工作次數(shù)Cs=11584×（2021-2005）=11584×16=185344 次。

根據(jù)表4 規(guī)定，“根據(jù)生產(chǎn)線年產(chǎn)量數(shù)據(jù)，估算工作循環(huán)數(shù)和載荷譜?！辫T造起重機(jī)設(shè)計(jì)壽命折減系數(shù)為0.8。

表4 鑄造起重機(jī)設(shè)計(jì)壽命折減系數(shù)

因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)的軌道狀態(tài)不好，根據(jù)表5，軌道接頭高低差為2 mm，剩余壽命的影響度為0.32。

表5 軌道接頭軌道高低差、運(yùn)行沖擊系數(shù)及對(duì)疲勞剩余壽命的影響度D

則起重機(jī)可使用壽命C=0.8×（1-0.32）×CT=0.8×0.68×2.5×105=136000 次。

由以上可以看出，起重機(jī)可使用壽命小于起重機(jī)已實(shí)際使用的工作次數(shù)。根據(jù)GB/T 36697—2018《鑄造起重機(jī)報(bào)廢條件》第4.1.4 條的內(nèi)容描述，“起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)件預(yù)期剩余壽命小于18 個(gè)月時(shí)，應(yīng)報(bào)廢”。煉鋼廠220 t 鑄造起重機(jī)已經(jīng)滿足報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，不宜超壽命使用，應(yīng)給予報(bào)廢[2]。

4 結(jié)論

1）原設(shè)計(jì)單位將該起重機(jī)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的復(fù)核審查，經(jīng)審核原始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及各個(gè)截面的應(yīng)力計(jì)算值均能夠滿足GB/T 3811—2008《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》的各項(xiàng)要求。

2）在2010 年以前由于國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)處于寒冬狀態(tài)，起重機(jī)使用不頻繁，2 號(hào)起重機(jī)尚且能夠滿足A7 的工作狀態(tài)。但是隨著近些年鋼鐵行業(yè)的回暖，2號(hào)起重機(jī)使用頻率越來(lái)越高，超出了A7 工作級(jí)別所能夠承受的繁重程度。即2 號(hào)起重機(jī)原始設(shè)計(jì)的工作級(jí)別A7 已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)前的工作狀態(tài)。

3）目前2 號(hào)起重機(jī)已經(jīng)使用16 年，但總的工作循環(huán)次數(shù)Cs=185344 已經(jīng)超出了該類起重機(jī)所允許的極限值C=136000，即處于危險(xiǎn)運(yùn)行狀態(tài)。

4）根據(jù)GB/T 36697—2018《鑄造起重機(jī)報(bào)廢條件》第4.1.4 條規(guī)定，“起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)件達(dá)到報(bào)廢條件和起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)件預(yù)期剩余壽命小于18 個(gè)月，兩者滿足以上條件之一，應(yīng)報(bào)廢。”現(xiàn)使用的220 t 鑄造起重機(jī)同時(shí)滿足以上兩個(gè)條件，已達(dá)到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)，不宜帶病使用；

5）考慮企業(yè)實(shí)際使用情況，220 t 鑄造起重機(jī)不能立即停止工作，建議盡快采取臨時(shí)性補(bǔ)救措施進(jìn)行加固修復(fù)，并在投入使用前聘請(qǐng)專業(yè)評(píng)估機(jī)構(gòu)對(duì)鑄造起重機(jī)的剩余壽命進(jìn)行評(píng)估。在使用過(guò)程中，加強(qiáng)點(diǎn)檢維護(hù)，以免造成安全事故；

6）采用新焊接工藝將起重機(jī)軌道焊成整根或者調(diào)整現(xiàn)有軌道，使其滿足GB/T 10183.1—2005《起重機(jī)車輪及大車和小車軌道公差第一部分：總則》的相關(guān)要求，以降低軌面差對(duì)車輪平衡架乃至起重機(jī)結(jié)構(gòu)的沖擊載荷，延長(zhǎng)起重機(jī)的使用壽命；

7）更換與現(xiàn)有工作狀態(tài)相一致的工作級(jí)別為A8的起重機(jī)橋架或者更換工作級(jí)別為A8 整臺(tái)起重機(jī)。