探讨受损桥式起重机的检验

2023-02-28张荆莹

中国设备工程 2023年4期

张荆莹

（天津市特种设备监督检验技术研究院，天津 300192）

随着我国社会经济的快速发展，在城市化和工业化发展背景下，起重机这种特种设备被广泛应用到很多领域中。桥式起重机工作运行过程中，恶劣的工作环境以及频繁的运行，会导致起重机发生受损失效的现象，不仅影响起重机的使用寿命，更会导致重大安全事故的发生。因此，分析研究桥式起重机受损失效的原因、检验的方法及修复的措施，具有十分重要的意义。

1 桥式起重机受损的类型及原因分析

桥式起重机是现代工业生产及起重运输中重要的工具和设备，主要是由桥架、起升机构、小车、大车移行机构、操纵室、小车导电装置（辅助滑线）以及起重机总电源导电装置（主滑线）等部分组成（见图1）。这种起重机械在实际运行中，桥架和小车共同组成了一个在高空运行的矩形工作范围，这样就可以在高空进行物料的吊运，而不会受到地面其他设备及物料的阻碍。但在实际运用中，桥式起重机会受到天气因素的影响，加之运行时间较长，导致其不可避免会出现受损失效的现象。一般来说，桥式起重机常见的受损类型主要分为三种，分别是金属结构部分受损、运动机构部分受损和控制系统部分受损。下面，本文对这三种受损类型的原因进行一一阐述。

图1 室内NLH葫芦双梁桥式起重机

1.1 桥式起重机金属结构部分受损失效的类型及原因分析

在桥式起重机构成中，金属结构部分占据很大的比重，其中，极易发生受损失效的部位主要是小车和桥架两个部位。在桥式起重机运行过程中，桥架主要是顺着轨道纵向运行，而小车则是顺着轨道横向运行。在长时间运行吊装货物的过程中，小车和桥架容易出现裂纹以及断裂等不同程度的受损失效问题，大致可以分为两种：一种是内在原因导致的，另一种则是外在原因导致的。其中，内在原因导致的受损失效主要是因为交变应力造成桥式起重机金属构造过于疲劳，从而在交变应力的影响下，导致金属结构部分逐渐发生破裂的现象，而且，这种破裂现象导致金属结构裂缝会在交变应力的作用不断延伸，逐渐演变为肉眼可见的较大的裂纹，而当这种裂纹达到一定程度后，在吊运货物时就会发生金属结构断裂的现象；而外在原因主要是桥式起重机连续运行时间过长，或者是经常超载导致的。众所周知，桥式起重机主要运用在室内外仓库、厂房、码头以及露天贮料场等场所，这些场所需要调运的货物或物料相对较多，其中还有很多超重的物料。而桥式起重机金属结构的承载能力并不是无限制的，而是具有一定的弹性限度。因此，当交变应力超过金属材料本身弹性的最大限度时，就会导致该金属材料发生一定的形变，无法恢复到之前的形状，时间一长，就会引发金属结构的裂纹及断裂现象。

1.2 桥式起重机运动机构部分受损失效的类型及原因分析

桥式起重机在长时间运行后，不仅金属结构会发生受损失效的问题，其运动机构部分也会出现受损失效的问题。具体来说，桥式起重机的运动机构部分受损主要分为3种受损类型：（1）钢丝绳受损失效。在长时间运行后，桥式起重机的钢丝绳会逐渐出现变形、断丝甚至断裂的现象。而导致这种受损现象发生的主要原因分为两种：一种是因为长时间使用而造成的磨损，另一种则是在运行过程中经常超载导致的应变力损伤。（2）桥式起重机的制动器发生受损失效现象。主要包括3种类型：一是制动器失灵，二是制动器的制动力不足，三是制动器的制动臂伸张不开。而导致这些故障问题发生的原因则是长期的磨损、构件中的弹簧发生变形导致失效。（3）桥式起重机的车轮与轨道出现受损失效问题。车轮与轨道故障问题主要表现为打滑以及啃轨。而导致车轮和轨道出现打滑、啃轨故障问题的原因，一方面，是在安装时存在操作失误导致的；另一方面，则是在桥式起重机长期运行中因为超载等原因导致车轮和轨道发生不均匀的磨损造成的。

1.3 桥式起重机控制系统部分受损失效的类型及原因分析

桥式起重机在长时间运行后，还极易出现控制系统部分受损失效的问题。具体来说，桥式起重机控制系统部分受损失效故障主要包括2种：一是电气系统出现受损失效故障，二是安全附件出现受损失效故障。其中，电气系统受损失效故障发生的原因主要是设备运行时间过长，导致电气系统发热从而发生故障，或者是长时间的运行使用导致电气设备逐渐老化，从而导致受损失效问题的发生；而安全附件受损失效故障问题发生的原因主要是操作人员操作失误导致的，或者是人为拆解造成的，此外，还可能是在桥式起重机运行过程中缺乏合理有效的维修保养造成的。

2 受损桥式起重机的检验方式及检验重点分析

目前，针对受损桥式起重机进行检验时，检验人员主要是基于逆向工程原理进行检验。具体来说，逆向工程原理时参考该产品以往的零件原型构造产品及零件的工程设计模型，然后以此为前提条件进行对比分析，从而了解该零部件受损的情况。目前，逆向工程技术已经逐步变成开发快速产品的一种关键性的支撑技术，涵盖了数据搜集和测量技术、离散信息的预处理技术、细分造型技术、误差研究策略、逆向工程软件技术、后解决与仿真检验技术、优化策略选择等多种技术。在对受损桥式起重机进行检验时，检验人员应主要针对设备的金属结构、运动机构以及控制系统进行细致的检验、检查。具体来说，针对金属结构部分进行检验时，主要是针对桥架和小车部位进行健康状况检查以及疲劳程度检验；而针对运动机构部分受损失效故障问题进行检验时，检验人员应主要针对钢丝绳、制动器以及车轮和轨道部位进行细致的检验，如针对钢丝绳，检验其是否存在严重磨损，或者钢丝断裂的现象，制动器则检验其是否存在制动器失灵、制动力不足以及制动臂伸张不开的现象，而车轮和轨道则检验其是否存在打滑以及啃轨的现象；而针对控制系统进行检验时，检验人员则要重点关注电气设备及安全附件。如电气设备，需要细致检查是否存在其他电气故障问题，而安全附件则需要检查其是否存在安全隐患问题。

3 受损桥式起重机的修复措施

对受损桥式起重机进行检验后，明确了受损失效故障发生的原因，就可以进行针对性修复。一般来说，对受损失效桥式起重机进行修复，主要采用的手段就是针对受损部位进行修复，或者是直接进行零部件的更换。下面，本文进行详细的阐述。

（1）针对裂纹的修复。对于桥式起重机而言，裂纹是一种危害性极大的严重缺陷问题，要及时进行修复。但因为桥式起重机的生产厂家不同、结构不同，而且使用的材质和制造工艺也具有一定的差异，导致其金属结构上出现纵向、横向等多种多样的裂纹。而且，金属结构上的裂纹所处的位置也具有较大差异，有的会出现在焊缝表面，有的会出现在焊接热影响区，有的出现在焊缝内部，有的裂纹是宏观的，肉眼可见，有的裂纹是微观的，必须借助显微镜才能查看。针对裂纹的修复，应根据缺陷的材质、板厚、缺陷部位及尺寸等予以清除干净，必要时可采用表面探伤检查确认。如果是金属结构断裂，应将断裂处用砂轮机打磨光滑后，用同材质的钢板进行焊接。（2）对于运动机构受损失效故障进行修复，主要是采用零部件更换的方式，而针对车轮打滑和啃轨问题，如果是安装原因导致，要对其进行相应的调整，就可以有效避免。（3）对电气控制系统故障问题进行修复，应整体进行更换，从而确保桥式起重机的安全、稳定运行。

4 受损桥式起重机修复后的检验分析

在对受损桥式起重机修复后，还要进行进一步的检验。在这一环节，检验工作人员要进行以下几个步骤。

4.1 探伤检查

针对桥式起重机存在的裂纹及断裂问题，检验人员应对相应部位及其他主要部位进行探伤检查。这样操作主要是为了查看金属结构中是否存在为微观裂纹。因为一旦金属结构中出现了微观裂纹，时间一长，裂纹就会逐渐演变成裂缝，最终导致金属结构发生断裂。在进行探伤检查时，检验人员可以运用磁粉探伤法和超声波探伤法，检验的位置主要包括对主梁下盖板的对接焊缝、腹板与下盖板连接的主要焊缝处。

4.2 安全性能试验

检验人员需要对桥式起重机的安全性能进行试验。一般来说，检验人员需要先对受损桥式起重机进行探伤检查，确定其金属结构的内部没有微观裂纹等缺陷的存在后，才能对其进行安全性能的试验检测。在具体操作时，检验人员首先需要测量桥式起重机的上拱度及静刚度等几何参数，然后对测量的数据进行全面分析，以准确判定受损桥式起重机实际的承载能力。其次，检验人员还要通过一系列试验来检测桥式起重机危险部位的应力水平及金属结构在运行中的性能，从而科学、准确地判定该设备的实际动态性能。

4.3 有限元计算

检验人员需要对桥式起重机进行有限元计算。进行这种计算主要是检验受损的桥式起重机的金属结构能否继续进行安全运行。在实际操作中，检验人员需要先构建有限元模型，然后基于模型套用相应的数据进行计算，根据计算的结果分析该设备的实际受力情况，并准确判断裂纹产生的原因，然后进行修复作业，完成修复后，再运用有限元计算分析经过修复后金属结构的实际受理情况，从而准确判断修复的结果。