桥式起重机主梁下挠原因分析及应对对策

龚徐科 缪秋祥

（宁波市特种设备检验研究院，浙江 宁波 315048）

桥式起重机由于具有起重量大、结构简单、操纵方便、使用效率高等特点，正越来越广泛的应用于工矿企业中。在实际使用过程中，起重机主梁起到了非常重要的作用，它不仅使起重机小车沿着一定的轨迹运行，同时也起到了起重机承重和传力机构的作用。当小车沿主梁轨道运行时，起重机吊运载荷和小车自重通过小车车轮和小车轨道传递给主梁，主梁又通过桥架结构、大车车轮和大车轨道将这些载荷与起重机自重传递给厂房承重结构。因此，由于不合理使用造成的主梁变形对起重机的安全运行有着举足轻重的影响。正确分析造成主梁下挠的各种因素及后果，及时采取有效的矫正措施，对桥式起重机的安全运行起着非常关键的作用。

1 影响主梁下挠的原因

1.1 超载使用的影响

由于桥式起重所吊货物的不确定性，在实际使用过程中极容易造成超载，这也是造成起重机主梁下挠的重要原因之一。大量的实践证明，长时间的静力超载是造成起重机主梁下挠的主要原因。因此在使用过程中应严格防止将超重货物长时间悬吊于起重机主梁下，同时在起重机不工作时应当把小车开到起重机的两端，以便减少小车自重对起重机主梁产生的不利影响。

1.2 主梁结构内应力的影响

主梁的箱形结构是一种超静定焊接结构，在主梁的制作过程中，存在着大量的焊接过程，这些焊接造成了焊缝及其附近热影响区金属的收缩，从而产生了大量的残余应力。当残余应力和工作应力叠加在一起并超过主梁材料的屈服极限时就会导致主梁的严重塑性变形。另一方面，由于自然时效效应的影响，存在于箱形主梁结构中的残余应力也会逐步消失，并由此导至主梁出现永久变形，从而使主梁上拱度减小或产生下挠。

1.3 高温工作环境的影响

在高温场合使用的桥式起重机，由于其所处工作环境的因素，主梁长期受到高温辐射的影响，使主梁上下盖板间产生了一定程度的温度应力，并降低了金属材料的屈服极限。一方面由于主梁上、下盖板受热程度不同，下盖板的辐射温度比上盖板的辐射温度要高出很多，因此下盖板的伸长量比上盖板要大很多，从而导致主梁向下弯曲；另一方面主梁的工作应力和温度应力相叠加后会达到甚至超过材料的屈服极限，并最终导至主梁下挠。

1.4 各种气割、焊接对主梁下挠的影响

在主梁上盖板上进行各种焊接和气焊操作时会使主梁向下弯曲，当在走台侧进行上述操作时，则会使主梁向内旁弯，所以我们应尽量减少在主梁金属结构上的各种气割和焊接操作。如重新调整小车轨道时，，不应用气割的方法去除压板，而应用铲子铲下压板，焊接无法避免时应采取适合措施防止主梁产生变形。

1.5 起重机不合理存放、吊装

由于起重机桥架结构比较庞大，存放、吊装时引起的弹性变形量也很大，一旦弹性变形超过塑性变形区，就会引起桥架的永久变形。通过调查我们发现，由于制造场地的限制，许多新起重机主梁在制造过程中被随处安放，且没有采取一定措施防止桥架变形；有些新起重机主梁在吊装过程中，由于吊装方法过于简单没有考虑到桥架重心和各种受力情况，采取野蛮施工的方法。这些都是引起起重机主梁产生下挠的原因。

2 主梁下挠的危害

2.1 对小车运行的影响

当主梁出现永久下挠变形，并在水平线下时，小车轨道会产生一定坡度，从而影响小车的正常运行。当小车由中间向两端运行时，由于爬坡现象造成了运行阻力的加大，增加了电机负载，严重时甚至会烧坏电机；当小车由端部向中间运行时，由于重力加速度的影响将出现“溜车”、速度失控和小车就位精度的降低等现象，甚至导致安全事故的发生。当小车满载运行时上述影响会更加明显。

2.2 对大车运行的影响

特别是对于大车驱动方式采用集中驱动的起重机，由于传动轴通过轴承固定在主梁上，当主梁下挠时传动轴也会跟着下移，并最终造成传动轴弯曲。当传动轴弯曲到一定程度时，就会引起联轴器断齿、连接螺栓断裂等现象，严重时会造成传动轴被扭断。

2.3 对小车的影响

当两根主梁的下挠程度不同时，小车轨道将不在同一个平面内，这时小车的四个车轮无法同时与轨道相接触，从而形成小车“三条腿”现象。在主梁下挠的同时主梁也会逐渐向内弯曲，这时小车轨距会逐渐减少，当轨距减小到一定程度时，外侧单轮缘小车将会造成脱轨，双轮缘小车会出现运行过程中的夹轨现象，情况严重时会出现车轮爬出轨道的情况。

2.4 对主梁结构的影响

当主梁出现永久变形并直接导致严重下挠时，分布在主梁腹板和下盖板的受拉区的应力往往已达到材料的屈服极限，这时主粱下盖板和腹板附近特别是对接焊缝附近将出现焊缝开裂、脱焊等现象，随着裂缝的扩展最后导致起重机不能正常使用。

3 主梁变形的矫正方法

目前，主梁变形的矫正方法有很多，比较常用的方法有“火焰矫正法”、“预应力法”、“重复施焊法”、“截断法”及“局部切垫法”等，具体采用什么方法，要根据实际情况而定，不能千篇一律，因此我们只有认真分析各种矫正方法的特点、综合各方面的因素，合理选择矫正施工方案，才能取得较为理想的矫正效果，使起重机继续发挥“余热”。

3.1 火焰矫正法

火焰矫正法是我们经常采用的一种主梁矫正方法，其基本原理就是在主梁金属结构上采用局部加热方法，并达到一定的温度，使主梁金属结构的某些部位被“塑性压缩”，当冷却到常温以后，残余的局部收缩应力就会起作用，从而达到矫正主梁变形的目的。上拱度不足或主梁下挠时，可在下盖板矩形区及腹板下侧三角形区进行加热，上翘度不足时，则应在悬臂腹板上侧三角形区及上盖板矩形区进行加热。加热点的多少、大小及位置，应根据主梁的实际变形情况而定。在矫正过程中应注意以下几个方面：

3.1.1 加热温度应控制在700～800℃之间，加热温度既不能太高也不能太低。当在上述温度区间时，金属（低碳钢）的屈服极限接近于零，金属的“热塑性”处于最佳状态，能达到最好的矫正效果。

3.1.2 应避免在同一位置重复加热。重复加热不但会降低矫正效果，金属材料的金相组织也会遭到一定程度的破坏。

3.1.3 不应在危险断面处进行加热。因为经过矫正加热后，加热点部位的应力会被加大，相应的危险断面的极限应力也会达到最大值，从而使矫正变形失去效果。

3.1.4 加热点应尽量布置在隔板位置处。这样可以使腹板的波浪变形降至最底。

3.1.5 主梁变形矫正后，主梁应采取加固措施。一般加固方法是在主梁跨度范围内下盖板两侧用槽钢加强，槽钢下面再加一层下盖板，这样可以增大主梁截面积，从而达到增加主梁承载能力的目的。

3.2 预应力法

预应力法也是用得较多的一种主梁矫正方法，它的基本原理，就是在主梁下盖板两端接近端梁处焊接几个固定支座，用一定的预应力张拉多根筋钢或钢丝绳（钢筋或钢丝绳数量及直径可以通过计算主梁截面及跨度等因素来决定），使主梁持续受到一个恒定不变的弯矩（主梁下半部受压应力，上半部受拉应力），在这一弯矩的作用下，主梁上拱将逐渐恢复。主梁恢复上拱度后，张拉装置不应被拆除，由于主梁在起升载荷时，由工作产生的压应力恰好与张拉钢筋的预应力方向完全相反，这样张拉钢筋产生的预应力就可以抵消部分由工作产生的压应力，从而进一步提高了主梁的承载能力和稳定性。由于这种方法操作相对比较简单，因此得到了一定程度的应用。

3.3 重复施焊法

重复施焊法的基本原理，就是采用大电流在主梁焊缝上进行重复施焊，通过产生的焊接变形来矫正原变形，从而达到矫正主梁变形的目的。例如；当主梁上拱度不足时，可在主梁腹板与下盖板的角焊缝处进行重复施焊，由于焊缝冷却后会产生应力，产生的收缩应力使上拱度增大。如水平旁弯过大时，则可在上下盖板与腹板凸面的角焊缝处进行重复施焊，从而达到减小水平旁弯的目的。重复施焊的电流和长度，要根据实际主梁的变形程度而定，避免超过，否则需再反向矫正。

多年的实际应用证明，采用这种方法进行矫正效果最好，矫正后的主梁变形平滑，外观质量较高，特别是新制造主梁的矫正最适合此种方法，如上拱度和上翘度的矫正、水平旁弯的矫正以及桥式起重机两片主梁同一截面高低差偏大的矫正等。重复施焊法在实际操作中具有实用、快速、简单、经济等优点，但也存在一些不足之处，如在某处有较大硬弯时，往往达不到预期的效果，又如长期使用的，且主梁刚性又不足，变形量较大时，这种方法不适用。

3.4 其它矫正方法

除了上面介绍的三种矫正方法之外，还有截断法，局部加垫法等，除特殊情况之外，一般不推荐使用，因此，这里不再详细介绍。

结语

随着现代化大规模生产的发展和科学技术的进步，桥式起重机已经被越来越广泛地应用到各部门。经过多年的实践得出：虽然桥式起重机主梁变形对生产存在着很大的危害，但只要查找到变形产生的根本原因且能够及时采取一定的措施对主梁变形进行矫正，定期检测，合理维修，就能大大降低设备以及人身事故的发生，降低备品备件的消耗，更好的保持设备的完好率，使企业的经济效益得到显著提高。

[1]陈娟.桥式起重机的主梁变形及修复[J].化工设备与防腐蚀，2002，5（5）.

[2]吴安福.桥式起重机主梁下挠变形的检验及修复[J].科技与研讨，2002，12（6）.