论文部分内容阅读
摘要：针对行车大梁变形进行了强度分析，并制定方案进行了检修
关键词：强度分析 大梁变形 修复
中图分类号：TH215 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）30-0129-02
Repairing of the crane's girder with double beams
Abstract： In the light of the crane's girder deformation，proceeding strength analysis， and drawing up the repair plans.
Keywords： strength analysis； Girder deformation； Repairing
1 前言：
QZ10t-34.5m双梁桥式抓斗起重机是三安钢铁公司焦炭料场的主要设备之一，负责焦炭的卸车及装斗工作，因该行车长期满负荷工作，导致大梁变形、端梁角形弯板90°位置与端梁腹板之间的焊缝出现裂纹、弯板变形、行车啃轨严重，急需检修。
2 修复前的测量：
为检修该行车，我司先将该行车拆除并对行车大梁进行了检测，其数据见下表：
上拱度（标高）
传动侧主梁
948 942 938 935 942 943 847
非传动侧
948 943 939 934 941 944 847
旁弯值
传动侧
0 1 2 2 4 3 2 0
非传动侧
0 1 2 3 4 2 2 0
分析：该行车出厂时拱度值F为跨距的1/1000，现F=13，已下沉21.5mm，旁弯基本消失，因此该行车急需检修。
3 行车大梁结构及强度计算
3.1行车受力图：
行车参数如下：
大车跨距L0：34.5m 大梁及其附件总重量G1：39079Kg
小车及抓斗重量G2：14670Kg 主钩起额定重量Q：10t
小车长度L2：3.2米 K1：自重起升系数
K2：动载荷系数
3.2为制定合理的检修方案，对该行车进行结构及强度计算如下：
3.2.1本行车两侧大梁为箱形结构，小车轨道位于大梁矩形截面的正中，承受静载荷G1产生的均布载荷q、G2及Q。当行车负重运行时，载荷为：K1G1+K2（G2+Q）。
3.2.2一侧大梁的受力简图如下：
P=1/4K2（G2+Q） P为一个小车车轮作用于大梁的力
3.2.3大梁各截面所受的弯矩M（x）及剪力Q（x）为：
如图1所示，当L1=L3时，即小车位于大梁中部时，弯矩和剪力达到最大：
3.2.4大梁自重q产生的弯矩和剪力如图：
弯矩：
剪力：
当x=L0/2时弯矩达到最大
当x=0时剪力达到最大
3.2.5大梁强度校核
从大梁弯矩图可知：CD段弯矩最大，即大梁的危险截面位于CD段，取截面分析如圖2：
则截面总惯性矩：
面板惯性矩：
抗弯模量：
则大梁截面在x轴、y轴方向所受应力分别为：
（因集中力P对截面未产生扭矩，因此为零）
那么大梁截面受到的最大总应力为：
（1）
代入数值计算：=196Nmm
经查厂家设计资料知大梁采用的是Q235钢板，即=235Nmm2许用应力，（n为安全系数，按我公司现场使用条件n=1.4），可知许需用应力为167 Nmm。
现>，因此可知大梁强度在此设定条件下抗弯正应力强度不够，需对大梁进行加固。
3.3加固方案的选择：
3.3.1由公式（1）可知，增大行车矩形梁的宽度B、高度H、加大内筋板的宽度及数量，均可以降低行车梁的抗弯正压力，但在现有条件下，如采用增加行车宽度、加大内筋板等方法，其工作量几乎比新制作一台大梁的工作量还大，选择此方案不可行；最经济的方法只能是增大行车高度H，即在尽可能降低大梁自重且不动到行车大梁内部结构的基础上，在大梁下部进行加固。根据公式（1）可推算出，大梁加高到220mm时，=163 Nmm<。
3.3.2加固该行车梁，抗弯能力强的钢材可用的有工字钢、H型钢及槽钢，如选用工字钢、H型钢，优点是钢材截面对称，同等高度下截面惯性矩大，缺点是重量大，其对称中心难以和大梁的腹板延长线重合，使用在大梁下整体受力结构不理想；如选择槽钢，则其主要受力可由槽钢腰部承担，可与腹板延长线重合，因此经比较选择22#槽钢加固，其加固方案见图A、图B。
4整改方案
4.1将行车拆下来，放置在预先搭设好的检修平台上，拉设警戒线，拆除端梁。
4.2准备好30t千斤顶3个、垫木若干块，如图所示：在大梁下面板中部将两片大梁分别顶起，在大梁腹板中部将大梁往外顶住，如图。
4.3由跨中向两端以1500mm为1格将主梁分成若干等分，用水平仪测量其上拱值或下挠值，并绘制出曲线图。根据曲线图选择烤火点，烤火区域设在大梁的长筋板处，千斤顶左右两侧各设两个烤火点，并在该处画出明显的等腰三角形，在设置加热面时，使内侧腹板的三角形加热面比外侧腹板的等腰三角形加热面大一些，且三角形底面内侧长度也比外侧的长一些。
4.4将两片大梁两段临时连接固定住，在主梁中心下部用千斤顶顶住，同时在两主梁端头设等重的配重，并将主梁腹板内侧顶住。
4.5由气焊工同时对主梁烤火点加热直到下盖板温度为700～800℃时，同时再烤腹板，另外要求一名气焊工给下盖板保温。
4.6腹板温度升至700～800℃时停止烤火，使被烤火点自然冷却15～20分钟，松开千斤顶。用水平仪测量上拱值是否达到要求，做好测量记录。决定是否进行第二次或第三次烤火，烤火方法和第一次相同。
4.7用卷尺测量主梁旁弯值，如果达不到，可在腹板内侧上方靠上盖板位置设置烤火点并进行火焰矫正，直到达到要求为止。
4.8待大梁完全矫正后进行主梁加固，加固部位详见下图：
加固时用夹具或打锲铁的办法，使槽钢与主梁下盖板结合紧密，其缝隙不得大于1.5毫米，并应注意使槽钢的腹板与主梁的腹板对齐，槽钢两端应割出的斜坡与主梁两端的斜坡吻合。下料时应保证在主梁跨中4米范围内不得对接接头。另外，每对槽钢的对接接头应相互错开至少200mm。槽钢下面应再焊接断续的联接板，其板厚为8mm，宽200mm，长大于槽钢外缘200mm，其联接间距为1000mm。
5、整改完毕后检测及载荷试验
5.1整改完毕行车的拱度及旁弯
拱度值（标高）
传动侧主梁
848 836 817 801 815 835 847
非传动侧
846 834 816 802 817 836 848
旁弯值
传动侧
0 3 6 8 6 2 0
非传动侧
0 3 6 9 7 3 0
6结果
行车整改完毕安装后，对行车进行1.25倍额定负荷的静载试验，1.1倍额定负荷的动载试验均合格。在监护条件下使用了两周，发现大梁无变形、行车啃轨现象消失。
参考文献
【1】 王文斌 机械设计手册 北京：机械工业出版社 2004，8
【2】 陈道南 起重运输机械 冶金工业出版社 1988，4
【3】 苏炜 工程力学 武汉理工大学出版社 2005.8
关键词：强度分析 大梁变形 修复
中图分类号：TH215 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）30-0129-02
Repairing of the crane's girder with double beams
Abstract： In the light of the crane's girder deformation，proceeding strength analysis， and drawing up the repair plans.
Keywords： strength analysis； Girder deformation； Repairing
1 前言：
QZ10t-34.5m双梁桥式抓斗起重机是三安钢铁公司焦炭料场的主要设备之一，负责焦炭的卸车及装斗工作，因该行车长期满负荷工作，导致大梁变形、端梁角形弯板90°位置与端梁腹板之间的焊缝出现裂纹、弯板变形、行车啃轨严重，急需检修。
2 修复前的测量：
为检修该行车，我司先将该行车拆除并对行车大梁进行了检测，其数据见下表：
上拱度（标高）
传动侧主梁
948 942 938 935 942 943 847
非传动侧
948 943 939 934 941 944 847
旁弯值
传动侧
0 1 2 2 4 3 2 0
非传动侧
0 1 2 3 4 2 2 0
分析：该行车出厂时拱度值F为跨距的1/1000，现F=13，已下沉21.5mm，旁弯基本消失，因此该行车急需检修。
3 行车大梁结构及强度计算
3.1行车受力图：
行车参数如下：
大车跨距L0：34.5m 大梁及其附件总重量G1：39079Kg
小车及抓斗重量G2：14670Kg 主钩起额定重量Q：10t
小车长度L2：3.2米 K1：自重起升系数
K2：动载荷系数
3.2为制定合理的检修方案，对该行车进行结构及强度计算如下：
3.2.1本行车两侧大梁为箱形结构，小车轨道位于大梁矩形截面的正中，承受静载荷G1产生的均布载荷q、G2及Q。当行车负重运行时，载荷为：K1G1+K2（G2+Q）。
3.2.2一侧大梁的受力简图如下：
P=1/4K2（G2+Q） P为一个小车车轮作用于大梁的力
3.2.3大梁各截面所受的弯矩M（x）及剪力Q（x）为：
如图1所示，当L1=L3时，即小车位于大梁中部时，弯矩和剪力达到最大：
3.2.4大梁自重q产生的弯矩和剪力如图：
弯矩：
剪力：
当x=L0/2时弯矩达到最大
当x=0时剪力达到最大
3.2.5大梁强度校核
从大梁弯矩图可知：CD段弯矩最大，即大梁的危险截面位于CD段，取截面分析如圖2：
则截面总惯性矩：
面板惯性矩：
抗弯模量：
则大梁截面在x轴、y轴方向所受应力分别为：
（因集中力P对截面未产生扭矩，因此为零）
那么大梁截面受到的最大总应力为：
（1）
代入数值计算：=196Nmm
经查厂家设计资料知大梁采用的是Q235钢板，即=235Nmm2许用应力，（n为安全系数，按我公司现场使用条件n=1.4），可知许需用应力为167 Nmm。
现>，因此可知大梁强度在此设定条件下抗弯正应力强度不够，需对大梁进行加固。
3.3加固方案的选择：
3.3.1由公式（1）可知，增大行车矩形梁的宽度B、高度H、加大内筋板的宽度及数量，均可以降低行车梁的抗弯正压力，但在现有条件下，如采用增加行车宽度、加大内筋板等方法，其工作量几乎比新制作一台大梁的工作量还大，选择此方案不可行；最经济的方法只能是增大行车高度H，即在尽可能降低大梁自重且不动到行车大梁内部结构的基础上，在大梁下部进行加固。根据公式（1）可推算出，大梁加高到220mm时，=163 Nmm<。
3.3.2加固该行车梁，抗弯能力强的钢材可用的有工字钢、H型钢及槽钢，如选用工字钢、H型钢，优点是钢材截面对称，同等高度下截面惯性矩大，缺点是重量大，其对称中心难以和大梁的腹板延长线重合，使用在大梁下整体受力结构不理想；如选择槽钢，则其主要受力可由槽钢腰部承担，可与腹板延长线重合，因此经比较选择22#槽钢加固，其加固方案见图A、图B。
4整改方案
4.1将行车拆下来，放置在预先搭设好的检修平台上，拉设警戒线，拆除端梁。
4.2准备好30t千斤顶3个、垫木若干块，如图所示：在大梁下面板中部将两片大梁分别顶起，在大梁腹板中部将大梁往外顶住，如图。
4.3由跨中向两端以1500mm为1格将主梁分成若干等分，用水平仪测量其上拱值或下挠值，并绘制出曲线图。根据曲线图选择烤火点，烤火区域设在大梁的长筋板处，千斤顶左右两侧各设两个烤火点，并在该处画出明显的等腰三角形，在设置加热面时，使内侧腹板的三角形加热面比外侧腹板的等腰三角形加热面大一些，且三角形底面内侧长度也比外侧的长一些。
4.4将两片大梁两段临时连接固定住，在主梁中心下部用千斤顶顶住，同时在两主梁端头设等重的配重，并将主梁腹板内侧顶住。
4.5由气焊工同时对主梁烤火点加热直到下盖板温度为700～800℃时，同时再烤腹板，另外要求一名气焊工给下盖板保温。
4.6腹板温度升至700～800℃时停止烤火，使被烤火点自然冷却15～20分钟，松开千斤顶。用水平仪测量上拱值是否达到要求，做好测量记录。决定是否进行第二次或第三次烤火，烤火方法和第一次相同。
4.7用卷尺测量主梁旁弯值，如果达不到，可在腹板内侧上方靠上盖板位置设置烤火点并进行火焰矫正，直到达到要求为止。
4.8待大梁完全矫正后进行主梁加固，加固部位详见下图：
加固时用夹具或打锲铁的办法，使槽钢与主梁下盖板结合紧密，其缝隙不得大于1.5毫米，并应注意使槽钢的腹板与主梁的腹板对齐，槽钢两端应割出的斜坡与主梁两端的斜坡吻合。下料时应保证在主梁跨中4米范围内不得对接接头。另外，每对槽钢的对接接头应相互错开至少200mm。槽钢下面应再焊接断续的联接板，其板厚为8mm，宽200mm，长大于槽钢外缘200mm，其联接间距为1000mm。
5、整改完毕后检测及载荷试验
5.1整改完毕行车的拱度及旁弯
拱度值（标高）
传动侧主梁
848 836 817 801 815 835 847
非传动侧
846 834 816 802 817 836 848
旁弯值
传动侧
0 3 6 8 6 2 0
非传动侧
0 3 6 9 7 3 0
6结果
行车整改完毕安装后，对行车进行1.25倍额定负荷的静载试验，1.1倍额定负荷的动载试验均合格。在监护条件下使用了两周，发现大梁无变形、行车啃轨现象消失。
参考文献
【1】 王文斌 机械设计手册 北京：机械工业出版社 2004，8
【2】 陈道南 起重运输机械 冶金工业出版社 1988，4
【3】 苏炜 工程力学 武汉理工大学出版社 2005.8