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          關于電動單梁起重機主梁的預制上拱度

          來源:中國起重機械網
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          雷金柱 金慶好 楊孟虎

          紐科倫(新鄉)起重機有限公司 長垣 453424

          摘 要:文中對電動單梁起重機主梁預制上拱度進行了研究和分析,并進行了數據歸納,提出了主梁最大上拱度值可以降低的觀點。

          關鍵詞:單梁起重機;預制上拱度;下撓

          中圖分類號:TH211+. 3 文獻標識碼:A 文章編號:1001-0785(2020)15-0098-03

          0 引言

          起重機主梁制作時要設置上拱度,用以補償主梁自重引起的撓度,以減小小車運行阻力。JB/T 1306—2008《電動單梁起重機》第4.6.2 條規定“主梁最大上拱度應位于跨度中部S/10 范圍內,未做靜載試驗前,主梁上拱度F 推薦值為(1/1 000 ~ 1.4/1 000)S”,第4.3.2條規定主梁做靜載試驗后,“主梁實際上拱度不應小于0.8S/1 000”。

          對通用橋式起重機而言,GB/T 14405—2011《通用橋式起重機》第5.3.9 條規定主梁做靜載試驗后,主梁上拱度值“不應小于0.7S/1 000”,且標準對試驗前主梁上拱度數值未做規定。

          電動單梁起重機(以下簡稱單梁)工作級別比通用橋式起重機(以下簡稱橋機)低,且主梁自重輕,通過標準內容對比,單梁行標對主梁的要求比橋機國標對主梁的要求要高。

          文獻[3] 對橋架型起重機上拱度的由來、重要性及控制值進行了研究,提出了保留上拱度是有益的,并“建議當S > 20 m 時,取S/1 000 作為上拱度的上限值,取消下限的要求,針對不同機型,具體設計制造由廠家和用戶共同商討確定”。

          文獻[4] 闡述了靜剛度設計各影響因素,認為主梁塑性變形大時,小車爬坡度將會更大,對于新設備,則存在設備驗收不合格的風險。

          文獻[5] 認為國際標準ISO 22986:2007 和國家標準GB/T 3811—2008,提出“以定位精度對橋式起重機的靜態剛性和控制系統完善程度的要求,完全放棄與工作級別的聯系,使得定位精度、靜態剛性、控制系統完善程度的相關性既不明確也不直觀”,提出通過建立定位精度、靜態剛性和控制系統相關完善程度的相關聯系,為橋式起重機的剛性設計提供新途徑。

          文獻[6] 對橋式起重機上拱度的由來、曲線和影響進行了分析,認為“橋式起重機主梁的上拱度對主梁結構本身和小車運行機構不會造成實質的影響”。以上均是對起重機問題的整體研究,未對某一類具體結構的起重機上拱度進行研究。文中將對單梁起重機主梁上拱度問題進行一定的研究與探討。

          1 橋機主梁上拱度要求的變化

          現行的《通用橋式起重機》標準為2011 版,代替1993 版。1993 版中第4.6.1 條規定“主梁應有上拱,跨中上拱度為(0.9/1 000 ~ 1.4/1 000)S”,起重機在經過靜載試驗后, “ 主梁實際上拱度不應小于0 . 8 S / 1 000”。此處要求與現行單梁標準要求相同,均要求了主梁制作時的上拱度數值。

          依據起重機標委會出版的《GB/T 14405—2011 和GB/T 14406—2011< 通用橋式和門式起重機> 釋義與應用》,該條款在審查時,所有用戶和絕大多數代表認為:“對起重機在制造過程中的上拱度指標可以不作具體的規定,由制造商根據企業自身的制造工藝水平進行控制,在標準中只規定起重機靜載試驗后主梁的上拱度不應小于0.7S/1 000”??梢?,橋機此條款的修改是依據用戶實踐經驗的總結,且在近幾年來的實施過程中,起重機未出現使用問題。

          2 單梁主梁結構分析

          單梁起重機主梁有多種結構形式,以工字鋼做葫蘆運行軌道的五邊形主梁結構是目前國內銷量最大的一種主梁結構形式?,F以該結構單梁作為分析對象。該單梁五邊形主梁結構有兩種形式,U 形槽結構和拼槽結構,見圖1。

          (a)U 形槽結構 (b)拼槽結構

          圖1 主梁結構

          U 形槽結構主梁有4 道主焊縫,為斜蓋板與U 形槽和工字鋼間的焊縫,焊縫位置位于主梁截面中下部;拼槽結構主梁有6 道主焊縫,為斜蓋板與腹板和工字鋼間的焊縫以及腹板與蓋板間的焊縫,4 道焊縫位置位于主梁截面中下部,2 道焊縫位于主梁上部。故單梁主梁在正常焊接完成后,即會出現上拱現象。

          橋機主梁結構上部焊縫數量多于下部,主梁焊后易產生下撓。故單梁主梁腹板下料做預制上拱度數值應小于橋機主梁的要求。

          3 撓度補償分析

          五邊形主梁結構的單梁起重機額定起重量范圍為1 t ~ 20 t,跨度范圍為4 m ~ 31.5 m。通過對所有系列起重機主梁自重產生的最大下撓數值計算,可得到下撓數值與相應跨度值的一個比值,關系如圖2 所示。

          圖2 主梁自重引起的下撓和相應跨度的比值與相應跨度的關系

          1)隨著額定起重量的增大,同跨度主梁自重引起的下撓量變小。雖然主梁自重增大了,但主梁截面所產生的影響較大;

          2)同一個額定起重量下,跨度的增大使得主梁自重引起的下撓量變大。曲線拐點位置為主梁截面變化的位置;

          3)所有噸位和跨度中,只有額定起重量1 t,跨度S ≥ 22 m 的范圍內,主梁自重引起的下撓度數值在(1/1000 ~ 1.4/1 000)S 間,其余均小于標準要求的上拱度值的下限S/1 000,尤其16 t 和20 t,下撓數值要小于0.5S/1 000。

          依據起重機標委會出版的《GB/T 3811—2008< 起重機設計規范> 釋義與應用》,“橋架型起重機主梁應作向上預拱和懸臂梁應作向上的預翹,以抵消自重引起撓度和試驗載荷后產生的殘余變形等”,單梁起重機主梁自重引起的下撓量較小,故標準規定的主梁預制上拱度值有較大的余量。

          4 坡道載荷及最佳預拱度值分析

          GB/T 3811—2008 中規定起重機“軌道坡度不超過0.5% 時不考慮坡道載荷”。國內現行單梁主梁是按照垂直靜撓度f ≤ S/750 的要求設計和驗收的??紤]單梁主梁在無拱度的理想狀態下,主梁垂直靜撓度為S/750,如圖3 所示,軌道坡度

          因此,小車運行不用考慮坡道載荷。圖3 主梁撓度達到S /750 時,小車運行軌道坡度根據GB/T 30561—2014《起重機剛性橋式和門式起重機》(ISO 22986:2007),主梁預制上拱度“可采取將起重機主梁的斜率范圍(最大、最小斜率的差)分為數值大致相等的正、負兩部分或減小斜率最大值的預設拱度方法”,見圖4。

           

          圖4 理想情況下主梁預拱度狀態

          主梁按照簡支梁模型考慮,跨中額定載荷引起的下撓量為

          。則主梁在靜載試驗后,跨中最佳拱度值應為額定載荷引起的下撓量的一半,即

          。

          (文獻[11] 對起重機主梁理想上拱度曲線方程進行了推演,主梁跨中理想上拱度值亦為

          )。

          對五邊形主梁結構的單梁所有起重量和跨度的數據進行統計,可得到圖5 所示拱度值占跨度的千分比與跨度的曲線。

          圖5 主梁預提度值和相應跨度的比值與相應跨度的關系

          圖中曲線拐點為主梁截面變化處。從中可發現,所有跨度中,最大拱度值不超過0.65S/1 000;大部分跨度的拱度值在0.5S/1 000 以下,其中起重量1 ~ 5t 拱度值均在0.5S/1 000 范圍內,故單梁行標中對主梁靜載試驗后的上拱度值要求偏高。

          5 建議

          1)可參照橋式起重機標準,對單梁起重機在制造過程中的上拱度指標不作具體的規定,僅對起重機靜載試驗后主梁的上拱度指標進行規定。

          2)對工字鋼結構主梁的單梁起重機,可取消上拱度值的下限要求,并取0.7S/1 000 作為上拱度值的上限要求。

          3)工字鋼結構主梁在制作時,因焊后可自然起拱,故可減小下料預制拱度或不做下料預制拱度。

          參考文獻

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