塔式起重机在使用中上、下支座发出异常响声的原因分析和预防

娄周见,徐小亮, 吴治安,俞宏智

(1.浙江省建设工程质量检验站有限公司，浙江 杭州 310012;2.浙江省建设机械集团有限公司，浙江 杭州 310015)

塔式起重机是房屋建筑施工中最主要的物料运输设备,它主要包含了金属结构、工作机构和电气系统几部分。随着国民经济的高速发展,新生产、新安装的塔式起重机日益增多。有些新出厂安装的塔机在使用一段时间后,操作人员时常发现上、下支座附近,或在吊重回转及起重时会发出异常的声音。这类异常的响声会导致塔机司机在操作时产生恐惧心理,不利于安全生产。为确保使用安全,浙江省内专业的起重设备检验检测机构与塔机生产厂家共同派出专业技术人员,对这些发出异常声音的塔机进行了调查研究,确认了异常声音的存在以及发声位置。但在专业检验检测机构的检查后发现,发出异常声音的机构附近并没有发现机械破坏、钢结构损坏变形和焊缝破坏等危及塔机安全的明显现象。

1 异响产生的原因分析

针对塔机使用中出现的此类情况,检验检测机构与塔机生产厂家进行了深入的研究与分析,并对此现象采取了一系列的消除异响的措施,收到了较好的效果。产生这种异常响声的原因有多种,主要为以下几个方面：

1)钢结构存在焊接残余应力；

2)塔身、回转支承高强度连接螺栓拧紧力矩不够；

3)下支座的4根主弦杆不在同一平面上；

4)回转支承缺少润滑；

5)超载荷使用。

2 预防异响的措施及解决方法

2.1 钢结构存在焊接残余应力的情况下

塔机的上、下支座主要由上封板下封板和多处腹筋板等焊接构成,其内部结构复杂,在使用过程中受到交变应力。这个焊接过程是一种不均匀的加热和冷却过程,很容易产生内应力。在组焊成整体后,这些残余应力有可能集合成构件新的内应力,当结构受到较大交变应力时,这些应力开始释放,并产生异常的声音。

焊接时必然产生焊接应力,为了减少或消除这些应力,我们采取了以下一些方法 。

1)上、下支座在焊接成形后采用自然时效。就目前而言,自然时效是我们经常采用的方法,把钢构件放置露天,经过一段时间的风吹、日晒、雨淋和温度的变化,给构件多次造成反复的温度效应。在温度应力形成的过载下,促使残余应力发生松弛,使尺寸精度获得稳定。就塔机的上、下支座而言,我们改进后采用了在露天存放一星期以上的时间来消除残余应力,然后再进行切削加工。

2)选用对称焊接,对上、下支座内部的多处腹筋板采用对称焊接件,由2个焊接人员同时对称焊接,尽可能地选用电流、电压一致。这种焊缝位置对称于截面重心,焊后能使弯曲变形及焊接应力控制在最小的范围内。

3)使焊缝尺寸在不影响结构的强度与刚度的前提下,尽可能地减小焊缝截面尺寸或把连续角焊缝设计成断续角焊缝,以减小焊缝截面尺寸和长度,从而减少塑性变形区的范围,使焊接应力与变形减少。

2.2 塔身、回转支承高强度连接螺栓拧紧力矩不够的情况下

塔机在使用中,塔身、回转支承受到的是交变应力,又承受了很大的力,其采用高强度螺栓连接,在使用中很容易松动。根据国家标准《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副(GB/T 3632—2008)》的规定,使用高强度螺栓在第一次安装后,机器使用100 h应普遍均匀地检查拧紧,以后每工作500 h应检查一次。在检查中如发生螺母、螺栓松动或有螺纹部分损伤,应立即拧紧或更换螺栓或螺母。如果塔身、回转支承的连接螺栓拧紧力矩不够主要会产生以下几种情况:

1)塔身的整体晃动较大,使得标准节与标准节、标准节与下支座的连接平面产生摩擦响声,在声音较大时就会发出异常响声。

2)标准节接头或附近主弦杆产生疲劳裂纹。当连接螺栓的预紧力不够,则螺栓容易松动,即使塔身标准节接触而有微小的间隙,使塔身局部产生弯矩,造成构件局部破坏,导致事故发生。这种情况也经常发生在塔机基础十字梁或地下节的形式,塔机在安装过程中,其中4个平面有1个可能出现不平整现象的,应用薄的钢板将其垫实后再紧固其连接螺栓。

正确的塔身连接螺栓的紧固方法：塔式起重机在安装或空载状态下,塔身处在平衡臂一侧受压而吊臂一侧受拉,应先紧固受压一侧的所有塔身连接螺栓,然后回转180°,紧固另一侧的所有塔身连接螺栓(M24拧紧力矩为100 kg·m； M30 拧紧力矩为 200 kg·m)。

3)回转支承的连接一般由多个高强度的螺栓连接上、下支座,而其中有几个连接螺栓如有松动,则会造成上、下支座局部受力不均匀,紧固的螺栓的附近受力特别大,造成钢结构局部弹性变形,发出异常声音。有时这种异常声音会在塔机使用一段时间后逐步消失,笔者判断,等到了螺栓的松动达到了一致时,会出现上述现象,但这是不允许的。

2.3 下支座与回转齿圈的接触平面较小的情况下

下支座要严格按照工艺要求来加工。下支座的结构比较复杂,由多块小筋板组成,在加工过程中不仅要考虑它的焊接应力问题,还要考虑其在精加工过程中上平面的平面度、表面粗糙度。上平面的加工是以4根主弦杆的下底面为基准进行车削加工,来保证上平面与4根主弦杆下底面的平行度。对此,还应考虑上平面与大齿圈的连接孔,在加工过程中,有时会忽略对孔毛刺的处理,导致上平面的平面度受到一定的影响,从而影响齿圈与上平面的接触精度,使塔机在使用过程中受力不均匀,产生起重或回转时的异常响声。所以,下支座在精加工前要让它完全释放应力,还要注意精加工过程中细节问题的处理,如毛刺、铁屑等。

2.4 回转支承缺少润滑的情况下

回转支承采用不含树脂的非酸性轴承润滑脂进行润滑。润滑脂借助压力油枪通过压注油杯注入,然后令塔机转动约15°,再进行压注润滑脂并进行又一次回转约15°,如此需反复进行四五遍。当回转支承得不到润滑时,其滚道内部的滚珠就会产生干摩擦,加剧了滚珠磨损,久而久之导致滚珠之间的间隙逐渐增大。塔机使用过程中由于受力不均匀,在回转和起重时，特别是起吊重载荷时产生间断性响声。所以塔机在施工中每周(或50 h)进行润滑,以保证正常运行。

2.5 超载荷使用的情况下

在检测与调查中笔者还发现有些工地超载现象严重,某QTZ80(ZJ5710)塔式起重机,起重小车在大臂57 m处,额定起重量为1 t,在实际使用中,往往操作人员不顾额定起重量限制,肆意超载。更有些操作人员或非专业人员,擅自调大力矩限制器行程开关。有些工地塔机将一斗混凝土吊至幅度30～57 m处卸料,而一斗混凝土加吊具一般有1.5 t以上。还有些工地为了提高效率,用塔机将超过额定重量的钢筋和砖、石,吊至端部。这不仅会引起塔机钢结构异常声音,更会引起塔机的疲劳破坏或倒塌。从表面现象看,暂时的超载使用能提高工效又没有损坏塔机,有时仅仅发出一些异常声音,但是一旦达到了疲劳极限,就是在正常工作时塔机钢结构也会发生破坏,造成重大事故,这需要引起我们的高度重视。

3 结 语

本文通过对生产制造塔式起重机过程中钢结构的残余应力、制造工艺、各主要部件的螺栓连接、回转支撑及日常的使用情况进行的分析,取得了较好的预防效果。