如何保证桥式起重机主梁的合理拱度

吴磊

【摘 要】拱度是桥式起重机重要技术参数,直接影响起重机使用安全和使用寿命.保证桥式起重机具有正确合理的拱度是一个系统性的过程,除采用合理设计外,需要从制造、运输、安装全过程综合考虑.本文从腹板下料拱度值计算,拱度曲线选择,箱形梁拼装焊接等方面,阐述如何确保桥式起重机具有正确合理的拱度.

【期刊名称】《上海铁道科技》

【年(卷),期】2011(000)001

【总页数】3页(P132-133,143)

【关键词】保证;桥式起重机;合理拱度

【作 者】吴磊

【作者单位】上海铁路局蚌埠皖铁起重机械有限公司

【正文语种】中 文

桥式起重机是我国现代化建设的重要设备，广泛应用于各类生产车间，用以完成物料

的空间转移。现在桥式起重机备已被列为特种设备，其安全性十分重要。主梁是桥式起重机的最重要受力构件，直接承受工作载荷。由于主梁是一种弹性钢结构件，承受载荷时，会出现向下挠曲变形，增加了小车运行阻力，因此为了使用安全，桥式起重机制造完成后，主梁应具有上拱度。GB14405-1993标准规定桥式起重机主梁上拱度应在0.9S/1000～1.4S/1000范围之内（S是跨度）。主梁上拱度过大或过小，都会造成小车运行爬坡和溜车现象，特别是主梁拱度过小，会造成主梁过早出现下挠，缩短起重机的使用寿命。因此，生产企业必须保证主梁有正确的上拱度。

要使主梁有正确合理的上拱度，首先要从产品设计上来保证主梁有足够强度。现在5～50t桥式起重机已为成熟产品，其图纸已经通用化。签于此，本文只从主梁制造过程的各个阶段，阐述如何保证桥式起重机具有合理的拱度。

1 正确计算腹板下料拱度

桥式起重机主梁一般为箱形结构，上部焊缝数量多于下部，所以主梁焊接后易产生下挠。由于主梁是长而细的构件，自重也会引起主梁下挠，因此主梁腹板下料拱度不能仅按技术要求规定计算。腹板下料拱度的大小应按主梁的结构形式、制造工艺进行理论计算或估算。

1.1 腹板下料拱度的理论计算法

（1）腹板下料拱度的理论计算

依据钢结构件焊接变形原理，计算主梁焊接挠曲量，计算公式如下。

式中：

fg--GB14405-1993标准要求上拱值，fj=0.9S/1000～1.4S/1000，S 为跨度。

fh--焊接对主梁产生的挠曲量总和，等于焊接主梁肋板、角钢、四道角焊缝以及焊接走台、轨道压板时主梁产生的挠曲值之和。纵向焊缝的挠曲量按公式-θZξK2L2/J计算，等距离横向焊缝的挠曲量按公式-rK2(n+1)nZξdb/2J计算。以上公式中，Z为主梁截面形心到焊缝的距离，J为主梁截面惯性矩，θ为纵向焊缝工艺系数，K为焊脚尺寸，L为纵向焊缝长度，ξ焊缝重叠系数，r为横焊缝工艺参数，b为横向焊缝长度，d为横焊缝间距，n为主梁一半跨度横焊缝数量。

fz--自重引起的主梁下挠量，对于桥式起重机可按fz=-5qL4/384EJ计算，其中q为单位长度重量，E为材料弹性模量，L为起重机跨度。

K--调整系数，对于通用桥式起重机正轨箱形梁，K值为5～15mm，偏轨箱形梁K值为5～10mm。

（2）计算焊接挠曲变形fh的注意事项

腹板下料拱度计算前，应确定焊接工艺参数和∏形梁的拼装方法，以保证计算结果准确性。另外，因为主梁制作的不同阶段，其截面形心坐标和惯性矩会有所变化，因此需要按照主梁制作工序分步计算，先计算∏形梁焊接挠曲值，再计算箱形梁焊接挠曲值，最后

算焊接走台和轨道压板挠曲值。腹板下料拱度计算完成后，要记录每道工序结束后主梁应有的拱度值，以便指导制造过程。

（3）计算实例

现以本公司制造的QD16t-25.5m双梁桥式起重机为例，进行腹板下料拱度的计算。该起重机主梁截面如图1所示，自重5930 kg，有大肋板12块，间距2000 mm，小肋板33块，间距500 mm，两侧腹板上各焊接2根∠502×5角钢。

图1 主梁截面

①计算截面形心坐标和惯性矩。根据主梁截面尺寸，以左侧腹板左下角为坐标原点，计算得到形心轴y轴和截面对y轴的惯性矩如下：

∏形梁形心轴y轴坐标为86.1 cm，截面对y轴惯性矩形为477707 cm4。

箱形梁形心轴y轴坐标为72.5 cm，截面对y轴惯性矩形为730020 cm4。

②计算腹板下料拱度。分别选用CO2气体保护焊和手工电弧焊作为焊接设备，经计算，得到数据如表1所示。

表1 腹板下料拱度计算表 单位：cm?

③计算结果分析。从表1中数据得出，用CO2气保焊机作为焊接设备，主梁腹板下

料的拱度值约为60 mm，小于用手工电弧焊焊接，这是由手工电弧焊焊接变形大造成。另外，表中数据是假定沿主梁截面形心轴z轴对称的焊缝两侧同时施焊，以保证焊后两腹板拱度一致；如两侧不能同时施焊，应考虑两次施焊对主梁挠曲量的影响，采取措施，防止焊后两腹板拱度不一样，致使主梁出现\"塌肩\"现象。

1.2 下料拱度的估算法

腹板下料拱度的理论计算考虑了制作过程中的多种因素，计算过程较为复杂。在实际生产中，主梁腹板的下料拱度也可根据图纸、工艺过程以及生产经验，估算主梁腹板下料拱度值。仍按QD16 t-25.5 m双梁桥吊为例，腹板下料拱度按S/350比例估算，跨中拱度值约为73 mm。由于估算法主要根据以往生产经验，很难顾全制造过程中的各种因素，估算值没有按理论计算准确。企业可根据自身情况，综合利用两种方法，不断修正拱度估算值的准确性，提高工作效率。

2 选择正确的上拱度曲线

桥式起重机主梁承载时会产生弹性下挠，此时小车运行情况如图2所示。当小车位于x处，由于主梁弹性下挠，主梁和轨道在该处于倾角α，从而使小车在向支点方向运行时产斜坡阻力。为了减少这种斜坡阻力，理想上拱度曲线应使小车在任何位置时，实际倾角为0。如以跨中作为坐标原点，理想拱度曲线为y=f中（1-4X2/L2）2。

虽然主梁腹板可按理想曲线下料，但由于焊接变形和自重引起下挠的影响，实际这种拱度曲线很难达到，实际使用的拱度曲线有二次抛物线、正弦曲线、三拆线和四次曲线几

种。采用三折线焊后接近梁端易出现最低点，二次抛物线焊后两端坡度大，轨道与上盖板有间隙，这两种曲线对小车两端运行不利，一般不选用。对于桥式起重机偏轨箱形梁，焊接下挠变形小，选用四次曲线y=f中（1-4X2/L2）2较为合适；对于正轨箱形梁，焊接下挠变形量较大，主梁腹板下料最佳由线为四次曲线+二次抛物线即：y=1.3L/1000 （1-4X2/L2）2+（f 中 -1.3L/1000）（1-4X2/L2）。

图2 主梁承载下挠曲线

3 改进腹板下料工艺

腹板下料基本方法是拱度曲线直接号料法。在沿长度排列的钢板上画出基准线，找出跨中位置，由跨中向两端标出等分点，过各等分点作基准线的垂线，按选定的拱度曲线算出各等分点对应拱度值，标在垂线上，连接各垂线上的标点可得到近似的拱度曲线。等分点越多，连线就越接近拱度曲线。如批量生产，可制作拱度样板来画拱度曲线。

现在很多起重机制造企业都配备数控切割机，可用AutoLisp语言编程，生产腹板拱度曲线，导入FastCAM等数控编程软件，生成腹板下料程序，在数控切割机工作台上完成腹板的切割，可以得到准确的拱度曲线，对于批量生产，质量和效率均大为提高。

4 采用正确的焊接组装方法

主梁的各个板件下料完成后，可进行主梁的拼装、焊接。箱形主梁通常由上盖板、腹板和肋板焊接成 形梁，然后组装下盖板，最后焊四道角焊缝。

4.1 ∏形梁拼装方法选择

∏形梁在我普遍采用平台组装工艺，分为以盖板为基准组装和以腹板为基准组装两种。以盖板为基准组装，采用上盖板先与肋板组装，再组装腹板。如果主梁高度过大，组装困难，可用以主腹板为基准的组装方法。组装方法选择主要根据主梁高度，但要考虑到，以腹板为基准的组装方法，肋板与盖板不能在∏形梁组装前焊接，组装后焊接会增加主梁下挠变形，因此腹板下料拱度要比以上盖板为基准组装的大些。

4.2 组装箱形梁时的拱度调整

（1）箱形梁组装方法。先用吊具将下盖板放在平台上，按图样画出跨度中心线和大肋板的位置线和腹板定位线。如果∏形梁拱度值偏大，在下盖板两端大肋板处垫支承座，其他地方每隔1 m左右放置槽钢，支承应比槽钢高。将∏形梁用吊具吊放在下盖板上进行装配。注意跨中和跨端下盖板上的腹板定位线应与腹板重合，并使∏形梁跨度中心线对准盖板跨度中心线。在跨中S/4左右上盖板的大肋板处挂螺旋拉紧器加压，使∏形梁产生下挠，然后焊接。拼装方法如图3所示。

图3用加压方法调整主梁上拱度

如果∏形梁拱度值偏小，应在跨中S/4左右上盖板的大肋板加支承座，在跨端两侧大肋板处用拉紧器加压，使∏形梁产生上拱，然后焊接。拼装方法如图4所示。

图4用上顶的方法调整主梁上拱度

∏形梁加压或上顶后即可组装焊接下盖板。

（2）主梁压顶量的计算

为了主梁焊接后有正确的拱度值，加压或上顶的拱度变化量应按式Ki(f∏-fX)计算。式中：Ki为弹塑性系数，取经验数值 2～2.8；f∏为∏形梁实测拱度值；fX为箱形梁拱度值。上例中QD16-25.5m桥式起重机，用CO2气保焊焊接，主梁组装下盖后拱度fX应为49.7 mm，∏形梁实测拱度值 f∏为 56mm，Ki取值为 2.4，则组装时，∏形梁拱度值压下量2.4×（56-49.7）=15 mm。

4.3 四条角焊缝施焊顺序选择

因为受拉状态下的焊接变形小于受压状态，四条角焊缝焊接顺序对主梁拱度也有影响。对于主梁拱度偏小的应先焊接下盖板与腹板的焊缝，使上盖板与腹板角焊缝在受拉状态施焊，增加主梁拱度；如主梁拱度偏大，则应先焊接上盖板与腹板的角焊缝。

5 制定合理的存储、吊运、安装方案

采用正确的制造工艺，桥架组装后会有合理的拱度，但是桥式起重机不合理存放、吊运、安装，也将影响主梁拱度。由于起重机桥架系长大结构件，弹性较大，不合理的存放、吊运和安装都会引起桥架变形。因此为了保证主梁有合理的拱度，应根据结构特点，按桥式起重机的重心和受力情况，制定正确的存储、吊运、安装方案。

总之，主梁拱度是桥式起重机重要的技术参数。正确合理的主梁拱度能减轻小车运行

阻力，保证桥式起重机的使用寿命。要保证起重机有正确合理拱度是完整性、系统性过程，需要从产品设计、制造工艺以及运输、安装多方面综合考虑。腹板下料拱度值的计算和拱度曲线的选择是保证主梁拱度最重要环节，在计算前就基本确定主梁的焊接参工艺数、焊接顺序以及组装方法，经过计算可得出主梁在各个阶段应有的拱度值，其值的准确性直接影响整个主梁制造过程。另外，每个阶段制造工艺对主梁拱度均有影响，要结合主梁各阶段计算拱度，根据实际情况采用正确工艺，注重过程检测，最终可得到合理的主梁拱度。

参考文献

【相关文献】

[1}《]起重机钢结构焊接制造技术》，付荣柏编，2010年第1版，机械工业出版社.

[2}《]工程力学》，刘颖主编，2010年第1版，化学工业出版社.

[3}《]起重机设计手册》，张质文主编，1998年第1版，中国铁道出版社.

[4}《]焊接手册第1篇 焊接方法与设备》，中国机械工程学会焊接学会，2001年第2版，机械工业出版社.