桥式起重机上拱度对起重机影响的探讨

白剑波，庄伟伟

（南通润邦重机有限公司，江苏 南通 226013）

1 上拱度的由来

主梁沿长度方向以桥架大车中心线和主梁上盖板相对应的端点连线为基准，跨中的预制向上拱取值称为跨中上拱度，俗称主梁上拱度。

由于主梁在受载后要向下挠，如果没有上拱度，小车就会爬坡运行，为了使满载时的坡度在一个合理的范围，设置上拱度还是很有必要的。因此在制造主梁时，从下料开始就要对主梁的腹板制造出上拱度，不允许强制起拱。在起重机制造企业中，有许多是靠动火烤出来的上拱度，这种虚假的上拱度一旦内部应力时效消失，就会减小甚至消失上拱度，形成主梁下挠。

2 主梁的上拱度曲线

为了方便腹板的下料放样，一般将主梁的腹板制作成二次抛物线或四次抛物线的曲线，也有制作成正弦曲线的腹板。

主梁的腹板放样上拱弧线可由式（1）～式（3）表示（如图1 所示）。

图1 主梁的上拱度曲线

式中：f 为S/1 000，mm；ζ 为放样增大系数，1≤ζ≤2.25。

在主梁制作时，由于焊接的变形，主梁会在拼板、合梁、组装桥架、运输、现场安装中产生几次变形。主梁腹板的下料上拱度值一般都根据每个企业的工艺和制作水平取值，最后成型的主梁最大上拱度在新国家标准中都没有对上拱度上限作规定要求。那么上拱度上限对起重机会不会有影响呢？

3 上拱度的影响分析

《GB3811-2008 起重机设计规范》［1］和《GB3811-1983 起重机设计规范》［2］从头到尾没有提及桥式起重机上拱度这个名词和概念，但这并不是说，桥式起重机可以绕开或抛弃上拱度。

《GB/T14405-2011 通用桥式起重机》［3］有5 处地方分别提到了上拱度，《GB/T14405-1993 通用桥式起重机》［4］有3 处地方分别提到了上拱度，都没有给予上拱度的定义和度量的基准，但都给出了做完载荷的静载型式实验后，实有上拱度应不小于0.7S/1000，这个要求非常重要，这间接地提出了主梁的刚性要有一个尺度约束。但文献［4］中4.6 桥架部分提到：主梁应有上拱度，跨中主梁成型后的上拱度应为（0.9～1.4）S/1 000；文献［3］没有这样提。

文献［1］和文献［2］都提到了一个与上拱度有很近关系但没有本质联系的另一个概念名词——静态刚性。

文献［1］中规定，自行式小车位于桥架主梁跨中位置时，由额定起升载荷及自行式小车自重载荷在该处产生的垂直静挠度f 与起重机跨度S 的关系，推荐为：1）对低定位精度要求的起重机，或具有无级调速控制特性的起重机；采用低起升速度和低加速度能达到可接受定位精度的起重机，f≤S/500；2）使用简单控制系统能达到中等定位精度特性的起重机，f≤S/750；3）需要高定位精度特性的起重机，f≤S/1 000。

文献［2］中规定，当满载小车位于跨中时，主梁由于额定起升载荷和小车自重在跨中引起的垂直静挠度应满足下述要求：1）工作级别为A5 或A5 以下的起重机，YL≤L/700；2）工作级别为A6 的起重机，YL≤L/800；3）工作级别为A7、A8 的起重机，YL≤L/1 000。其中L 为起重机跨度。

文献［1］强调科学合理地考虑起重机主梁的刚性要求，既不能对起重机主梁的刚性不做任何规定，也不能把刚性看成是起重机主梁的唯一指标。文献［1］使设计人员不好具体操作，只要是采用变频调速的起重机，无论是A3起重机还是A8 起重机，都可以理解为f≤S/500；这显然对起重机的工作级别划分失去了部分意义，对A6 级以下起重机就失去了划分工作级别的作用，会为A8 起重机带来种种质量隐患，而且在实践中也经不起考验。相反，文献［2］对静态刚性描述得非常清晰，在操作时没有争议。

一台起重机的结构（主梁截面尺寸已定）就决定了起重机本身的刚性，反过来说一台什么样刚性的起重机就应该有一个什么样的主梁结构，但由于工作级别的不同，在使用过程中，不同工作级别的起重机使用程度不同，工作级别高的起重机和工作级别低的起重机设计成一样的刚性，肯定会出现因结构变形带来的结构质量问题。

上拱度与静态刚性没有直接联系，但静态刚性的体现是靠上拱度的间接测量来获得的。在做完型式实验后的起重机，一方面，有许多起重机是能达到实有上拱度不小于0.7S/1 000 的，在设计时静态刚性也是按f≤S/500控制的，但随着起重机较短时间的运行，起重机很快就达不到这个数据了，给起重机带来严重的结构质量问题，工作级别越高的起重机反映越严重。另一方面，如果一台起重机实有上拱度小于0.7S/1 000，从理论上讲，下料上拱度增大有助于主梁实有上拱度大于0.7S/1 000，在实践中也经常有人这样操作，这是新桥机的不足之处。

桥式起重机上拱度对起重机的整体性能有一定的影响，在制造起重机时需根据每一个企业的工艺情况设置相应的下料上拱度。本文从实际的产品统计情况分析出发，对桥式起重机上拱度进一步分析和探讨。

3.1 上拱度对结构的影响

假设主梁在做型式实验前的成型上拱度为ΔF，做完型式实验后的上拱度为ΔW，见式（4），主梁由于受型式实验载荷作用而下挠，做完型式实验后，主梁不能完全回复到ΔF 值，而只能达到ΔW，主梁结构的刚性越大，ΔFΔW 的值越小，ΔW 的值也会越大。但主梁再起吊最大额定起重量时，主梁在跨中下挠f 值（见式（5））只与主梁设计截面有关系，当卸载时上拱度要求回复到ΔW 值，特别强调是在弹性范围内工作。

式中，S 为起重机跨度，λ 为下挠系数。

式中：C 为常数，Ix与f 成反比。一个吨位参数的起重机一旦确定了吨位、跨度，其主梁就相应确定，其主梁设计能否达到设计规范要求，关键是看主梁的实际承载能力，上拱度对结构主梁没有实质的影响。

3.2 上拱度对小车运行机构的影响

小车运行机构的静功率由摩擦阻力Fm和坡道阻力Fp形成。

在式（7）中，文献［1］和文献［3］没有提及桥式起重机的tanα 取值约束，文献［6］提到了在设计计算运行机构时，tanα 为0.001。那么实际上拱度对小车运行机构有多大的影响呢？

以某100 t、跨度S=28 m、工作级别为A5 起重机为例来分析上拱度对小车运行机构的影响。假设在制造过程中，主梁的下挠变化已成固定的规律，不同的3 组上拱度来源于某企业的抽样统计分析数据（见表1），3 组数据的主梁截面不完全一样。

表1 某100 t、S=28 m、A5 起重机不同工况下的上拱度数据

在大量的实际产品设计中，上拱度的实际上拱角tanα都不会大于0.001。因此，上拱度不会对小车的运行机构造成影响。

4 结语

桥式起重机主梁的上拱度对主梁结构本身和小车运行机构不会造成实质的影响，但可帮助主梁在做完型式实验后符合达到实有上拱度不小于0.7S/1 000 的规定。在起重机的制造企业中按文献［1］、文献［2］设计的主梁截面相差非常大，这一方面对结构轻量化很有好处，另一方面也给起重机的结构带来各种问题并留下隐患。

［1］GB3811-2008 起重机设计规范［S］.北京：中国计量出版社，2009.

［2］GB3811-1983 起重机设计规范［S］.北京：中国计量出版社，1984.

［3］GB/T14405-2011 通用桥式起重机［S］.北京：中国计量出版社，2012.

［4］GB/T14405-1993 通用桥式起重机［S］.北京：中国计量出版社，1994.

［5］付荣柏.起重机钢结构制造工艺［M］.北京：中国铁道出版社，1997.

［6］张质文，王金诺，程文明，等.起重机设计手册［M］.北京：中国铁道出版社，2013.