大吨位通用门式起重机金属结构检测方法浅谈

万 当

（福建省特种设备检验研究院，福建 福州 350008）

大吨位通用门式起重机金属结构检测方法浅谈

万 当

（福建省特种设备检验研究院，福建 福州 350008）

大吨位通用门式起重机是大型船厂作业的重要起重设备，其运行状态的好坏直接影响船厂的运营效率和经济效益。文中以某船厂2台160t、桁架式的通用门式起重机为样机。根据其金属结构受力特征合理布点并进行静态应力测试，并依据静态应力测试结果合理选择测点进行动态应力测试。并对金属结构主要焊缝进行了无损检测，对主梁上拱度及受载后的挠度进行了测量。文中对各测试结果进行剖析，旨在探讨出大吨位通用门式起重机金属结构的科学检测方法，以便高效、有针对性地开展检测，并为企业制定维护保养方案提供科学依据。

通用门式起重机；金属结构；应力测试；无损检测；桁架式

随着全球经济的高速发展，船舶业务快速增加；大吨位通用门式起重机作为船舶作业的重要起重设备，其应用越来越广。由于船厂所用的通用门式起重机结构多为大型且桁架式的，其维护保养较为不便，在实际使用中一旦出现各种故障,难以较快的找到故障源头，造成运行中断，从而给企业造成巨大的经济损失；而且，多数企业对该类设备的日常维护保养常为宏观检查，对于人比较难达到的部位和肉眼识别不了的缺陷，仅宏观检查往往难以达到目的。

故文中以某船厂2台160t、桁架式的通用门式起重机为样机。根据其金属结构受力特征合理布点并进行静态应力测试，并依据静态应力测试结果合理选择测点进行动态应力测试。并对金属结构主要焊缝进行了无损检测，对主梁上拱度及受载后的挠度进行了测量。文中对各测试结果进行剖析，旨在探讨出大吨位通用门式起重机金属结构的科学检测方法，以便高效、有针对性地开展检测，并为企业制定维护保养方案提供科学依据。

1 金属结构检测方法

文中涉及的金属结构检测方法有金属结构静态应力测试、金属结构动态应力测试、结构件重要焊缝无损探伤检测、主梁上拱度及受载后的挠度测量。静态应力测试的目的是得知金属结构关键点的受力情况，从而判断测点处的静强度是否满足要求。动态应力测试的目的是判断结构动强度是否满足工作要求。无损检测的目的是对结构件重要焊缝进行无损探伤抽查检测，观察有无疲劳开裂等现象，以便采取修复加固等有效措施。对主梁上拱度及受载后的挠度的测量是为了判断上拱和挠度值是否符合起重机相关标准规定。

2 通用门式起重机金属结构检测结果对比

2.1 应力测试

根据主要结构件受力特征，在主要结构件上布置9个测点，结构应力测点布置如示意图1所示，图中测点位置以小三角框标识。本次测试采用常见的金属电阻应变片，其工作原理是基于应变片发生机械变形时，其电阻值发生变化。

样机：某船厂两台通用门式起重机（1#、2#），型号均为QLM80+80/10－95A4，均为温州合力建设机械有限公司制造，2008年出厂。

2.1.1 静态应力测试

表1 应力测试布点方案

图1 金属结构静态应力测试布点示意图

表2 1#通用门式起重机静态应力测试结果

表3 2#通用门式起重机静态应力测试结果

2.1.2 动态应力测试

表4 1#通用门式起重机动态应力测试结果

表5 2#通用门式起重机动态应力测试结果

2.2 无损检测

图2 通用门式起重机无损检测位置示意图

表6 通用门式起重机无损检测工艺及技术要求

表7 1#通用门式起重机无损检测记录

表8 2#通用门式起重机无损检测记录

2.3 主梁上拱度及受载后的挠度测量

门式起重机主梁上拱度是指主梁预制的，由水平线算起的向上拱起量；挠度是指在额定载荷下，小车在主梁跨中向下产生的弹性变形量，从加载前实际位置算起。[1]

表9 通用门式起重机主梁上拱度及受载后的挠度记录

3 结果分析

3.1 应力测试结果分析

由表2的应力结果来看，1#起重机在满载作用下，最大应力值出现在跨中截面下弦杆的测点4，测试载荷在跨中时，该测点的应力值为52.736MPa。由表3的应力结果来看，2#起重机最大应力值出现在跨中截面上弦杆的测点8，测试载荷在跨中时，由负载引起的应力最大值为-48.822MPa。该起重机主弦杆采用Q235材质，当安全系数n=1.33时，其材料许用应力为176MPa。起重机在不同检测工况下结构各测点的静态应力在所用材料许用应力范围内，在测试工况下，主要承载结构件测点处的的静强度满足要求。

由表4的应力曲线结果可以看出，该起重机动态最大应力值出现在跨中的测点4，该处应力值为64.6MPa。由表5的应力曲线结果可以看出，该起重机动态最大应力值出现在跨中的测点8，该处应力值为-48.8MPa。在动载应力测试中，起重机各测点的动载应力最大峰值均在正常范围内，在动载应力测试工况下，结构动强度满足工作要求。1#起重机测点4的动载系数为64.6/52.736=1.22, 2#起重机测点8的动载系数为-48.8/-48.822=1.00，这表明2号起重机运行较为平稳。

3.2 无损测试结果分析

如图2所示，对1#、2#起重机的主要焊缝部位进行了无损测试，测试结果显示未发现缺陷。受条件所限，这次的无损测试方法仅采用了磁粉探伤，主要是针对金属结构表面和近表面的缺陷，对结构内部比较深的缺陷无法探测。

建议使用单位对重要部位焊缝进行全面的无损测试，若结构未探测出裂纹等缺陷，也应定期巡检，以便及时发现潜在缺陷。

3.3 主梁上拱度及受载后的挠度测量结果分析

GB/T 14406-2011通用门式起重机规定“主梁应有上拱度，上拱度最高点应在跨度中部S/10范围内，其值不应小于0.7S/1000”。[2]TSG Q7016-2016起重机械安装改造重大修理监督检验规则与TSG Q7015-2016起重机械定期检验规则对额定载荷下的挠度要求：对A1～A3级，挠度不大于S/700；对A4～A6级，挠度不大于S/800；对A7、A8级，挠度不大于S/1000。[3-4]

经检测和计算，两台设备的主梁上拱度及受载后的挠度测量结果均在标准允许范围内。

4 检测经验探讨

通过对样机金属结构的检测剖析，得到经验如下：

（1）桁架式的通用门式起重机的危险截面一般在主梁跨中、支腿上。应变片一般应粘贴在危险截面。在使用频繁和经常重载的截面以及应力集中区，怀疑有裂纹的区域也应考虑粘贴应变片。[5]

（2）静态应力测试的目的是得知金属结构关键点的受力情况，从而判断测点处的的静强度是否满足要求。动态应力测试的目的是判断结构动强度是否满足工作要求，确定动态应变随时间变化的规律，根据测试结果还可进行剩余寿命评估。动态测点的选取方法一般为：金属结构静态应力值较大的测点。根据静态和动态测试结果，还可以算出危险截面测点的动载系数，从而进一步了解设备的运行状况。

（3）无损检测的目的是发现金属结构的裂纹等缺陷。根据桁架式起重机的结构特点，一般主弦杆及与斜撑杆连结处焊缝作为重点检测部位。在经常重载的截面、应力集中区及金属结构腐蚀相对严重的区域也应进行无损检测。在腐蚀相对严重的区域，MT检测方法由于自身局限性可能造成漏检，建议结合超声波或其他适合探测结构内部比较深的缺陷的检测方法进行无损检测。

（4）主梁上拱度和挠度的测量目的是估算小车运行轨道坡度。若主梁上拱度合适，当重载时，主梁上拱度弥补下挠，小车轨道较平，运行阻力较小；当轻载时，挠度小，主梁因上拱致使坡度较大，但因负载小，运行阻力仍较小。当主梁上拱度不合适时，会造成小车爬坡和溜坡，出现啃轨现象，所以主梁上拱度与挠度的测量极有意义。

文中的检测结果涉及面广，可以作为企业制定维护保养方案的有力依据。建议使用单位应将主梁跨中截面作为巡检重点，对重要部位焊缝进行全面的无损测试，主梁上拱度与挠度可定期检测，以便及时发现潜在缺陷和运行故障。

参考文献

[1]王央央,黄群.关于对桥(门)式起重机主梁上拱度、挠度测量的几点思考[J]. 装备制造技术,2012(10):216-217.

[2] GB/T 14406-2011,通用门式起重机[S].

[3] TSG Q7015-2016,起重机械定期检验规则[S].

[4] TSG Q7016-2016,起重机械安装改造重大修理监督检验规则[S].

[5] 洪正,王松雷.门式起重机金属结构应力测试及分析[J].机械研究与应用,2012(6):81-83.

Discussion of Test Methods of Metal Structure in Big Tonnage General Purpose Gantry Crane

WAN Dang
( Fujian Special Equipment Inspection and Research Institute, Fuzhou 350008, Fujian, China)

The big tonnage general purpose gantry crane is one of the important lifting equipments in large-scale shipyard work. The stand or fall of its running state directly affects the operating eff ciency and economic benef ts of shipyard. In this paper, the two 160-ton truss general purpose gantry cranes of shipyard are prototypes. According to the mechanic characteristics of metal structure, the test points are arranged reasonably . On the basis of static stress test results ,the measuring points are selected reasonably for dynamic stress test. The work of the main welding lines NDT of metal structure and the measurement of the camber and def ection is done.The test results are analyzed in order to f nd out the scientif c and effective testing methods of large-tonnage general purpose gantry cranes metal structure. This can provide scientif c basis for enterprise making maintenance plans.

General purpose gantry crane; Metal structure; The stress test; Nondestructive testing; Truss

2016-11-08

万 当，男，福建省特种设备检验研究院,工程师