桥式起重机的整形加固.doc

桥式起重机的整形加固 高云生 摘要：本文简述了桥机整形加固原理，加固件的设计计算方法，整形加固工作程序，及在其它方面的应用。是一项颇具经济效益而值得推广的技术。关键词：桥机 主梁 预应力拉杆 上拱 下挠1 概述 桥式起重机（简称桥机）是各行业都得到广泛应用的起重设备，它主要用于厂房内重物的起吊与运输。为保证桥机在负载时能正常运行，我国桥机制造技术条件规定：空载时，主梁应有L/1000的拱度；在达到最大允许负载时主梁下挠不应超过 L/700。桥机在运行过程中，工作条件不良，操作不善，超载或使用期过长，都会引起主梁拱度减小，甚至变为下挠。致使小车工作条件恶化，出现“爬坡”或制动后仍滑移即“溜车”现象，此时可能发生小车运行电机烧毁，联轴节牙齿折断，传动轴扭弯等故障。主梁刚性变差，应力加大，甚至可能产生裂纹，也可能导至车轮咬道。桥机在运行中，也可能发生不应有的撞车事故，致使整个车梁变形，影响桥机正常运行。 桥机在最大允许负载条件下，主梁下挠超过 L/700时，应停止使用，进行恢复性大修（在八十年代中期以前不少桥机因此报废或降载使用）。 目前我国桥机拱度的修复方法有两种，一种为火焰矫正法（即热桥），另一种为预应力拉杆加固法（即冷矫）、前者系用氧炔焰局部烧烤主梁，利用残留热应力使主梁上拱。此法工艺较复杂，桥机需落地或搭支承架，费用大，停车时间长，而且只能矫正一次。此法目前已很少使用；后者用预应力拉杆加固主梁，工艺简单，桥机不需落地或搭架，费用小，停车时间短，可进行多次修复。后一种方法不仅可修拱度，而且还可矫正主梁的水平旁弯。据有关资料介绍，至目前，国内用后一种方法已矫正桥机数百台，效果都很好。笔者也曾用此法恢复桥机主梁的拱度，也取得了满意的效果，使这台桥机的使用寿命又延长了八年之久。2 预应力拉杆整形加固桥机原理如图1 ，在桥机主梁下面两端焊上支座2，安上拉杆3，拉杆张紧后用螺母紧固，此时的拉杆即为预应力拉杆。预应力拉杆通过支座给主梁以偏心压力 N，在偏心压力的作用下，主梁变形，发生上拱，此主梁上面产生拉应力，下面为压应力。当主梁工作负载时，所产生的变形及应力正好与预应力拉杆产生的变形及应力方向相反，从而抵消了一部分由工作负载所产生的主变形及应力。即预应力拉杆使主梁恢复了拱度，降低了工作应力，从而恢复和提高了主梁的承载能力。 安装了预应力拉杆的主梁，已不再是一个梁式构件，而成为由主梁及预应力拉杆组成的复合体系，主梁的弯曲变形受到预应力拉杆的限制，实质上增大了主梁刚度，使主梁得到加固。3 加固零件的设计计算3.1 预应力拉杆计算 拉杆所受拉力由两部分力合成：一部分是为恢复主梁上拱施加偏心压力而受到的压力（z）;加一部分是在主梁负载时拉杆所受的静不定力（x）。 (1) 使主梁产 生上拱拉杆所受的力z (图2). 在预应力拉杆的作用下，主梁跨中所产生的fc为： (1) 式中： Lk主梁长度，m Lg二支座外端板距离，m 主梁二端转角，均为，rad E 主梁材料的弹性模量，Pa Jx主梁断面惯性矩，m4 M 主梁弯矩，即为偏心力矩M=Nze Nz预应力拉杆之拉力，N e 主梁重心与拉杆轴心线之距离，m将MLg/(2EJx), M=Nze 代入式(1)并整理得： 由(2)式可得，使主梁上拱量为fc时拉杆的拉应力为： (2) (3) (2) 主梁负载时拉杆所受的静不定力 Nx (图3)桥机主梁负载,即主梁受起吊小车车轮的压力P作用。此时主梁与预应力拉杆共同工作，拉杆受静不定力Nx拉伸作用。 Nx可用下式（推导从略）求得： (4) 式中：P 小车轮对主梁的压力，N Ad主梁横截面积，m2 Ag预应力拉杆横截面积，m2 Eg预应力拉杆弹性模量，Pa 其余符号意义同式(1) (3) 拉杆所受总拉力N： N=Nz+kNx (5) 式中：k动力常数，通常取 K=1.3 (4) 拉杆数量n： 拉杆总截面积：A=N/ (6) 式中：拉杆材料许用应力，45钢=170MPa 拉杆数量： 在计算n 以前，先选某一直径的拉杆，据截面积算出根数 n，可再变换拉杆直径，直至与要求数量符合为止。拉杆在主梁下面的排布方式，据 n大小，可单排布置，也可双排布置。3.2 支座计算 预应力拉杆支座采用图4形式焊接。 (1) 联接板计算 联接板厚度，取等于或小于主梁下盖板厚度，其宽度应稍宽于主梁下盖板，每侧应不小于焊缝 hf的1.5倍，其长度lf可按钢结构设计规范规定，通过计算焊缝所受剪应力来确定。 (7)式中：N 拉杆拉力，N Wf焊缝受弯断面系数，m3 Af焊缝受剪截面面积，m2 ef拉杆轴心线与联接板上面距离，m 单排拉杆取0.2m，双排拉杆取0.3m 剪切许用应力，对Q235 钢板=0.707120 =84.8 MPa 为简化设计计算，可先试定尺寸lf、bf和的值，算出Wf和Af，代入式 (7)验算，当接近并小于时，即可确定lf、bf和的值。 (2)支座端板计算 支座端板厚度S，可用下式验算： Mg/W160 MPa (8) 式中：W 二筋板之间的端板弯曲断面系数，m3 Mg二筋板之间的端板所受弯矩，N-m Mg=0.17Qt2=0.17 N/n t2，式中 Q，单排为一根杆拉力；双排为二根杆拉力，t为拉杆间距。3.3 拉杆托架 由于拉杆较长，其自重会引起下挠，增大拉杆的应力和变形。为防止此况发生，沿拉杆长度方向焊若干托架，以防止拉杆下挠。其形状如图 5所示，用=8mm钢板铣制。拉杆装好后，将托架焊在主梁下盖板上。 (3) 支座筋板可采用与联接板同厚度。 3.4 计算实例 以我厂磷肥车间 3号双梁桥机整形加固实例进行设计计算。已知数据如下： (1)跨距L=19.5m,主梁长Lk=20m，据实际情况确定二支座端板间距Lg=14.15m (图2,图3). (2)允许最大起重量10t（包括抓斗自重），小车自重9t，对主梁的压力共为19t。小车每个轮对主梁的压力为: P=194=4.75t=46.55 N (3)据测量，需使主梁上拱fc=18mm。 (4)预应力拉杆选用直径为 35mm的45号圆钢其弹性模量E=2.1 105MPa,其横截面积Ad=9.616m2,材料许用应力 =170MPa. (5)拉杆轴心线与主梁重心的距离 e=800mm (6)主梁横截面见图6，其截面惯性矩为： Jx=(bh3-b1h13)/12=(0.51.175-0.481.155)/12 =5.96110-3 m4横截面积：A=331cm2=0.0331m2 1 预应力拉杆计算 (1)恢复主梁上拱fc所需的拉力Nz（见图2）:由式(3)得: =586685 (N) (2)在最大允许负载时的静不定力Nx（见图3） 由式(4)得: =176763 (N) (3)拉杆受总拉力N：由式(5)得：n=Nz+1.3Nx=586685+1.3176763=816477(N) (4)拉杆数量：由式(6)得拉杆总截面积A=N/=816477/1.7108 =4.80310-3 m2=48.03 cm2 拉杆数量：n = A/Ag= 48.03/9.616= 4.99 取n=5,即每梁用5根，二梁共用10根。 2 支座计算（见图4） (1)支座联接板：取厚度=10mm，lf=600mm，bf=550mm，算出 Wf=3.284710-3 m3，Af=0.01626 m2. 由式(7)得： 70.66106Pa70.66MPa=84.8MPa 可以看出焊缝强度足够，所取lf、bf、可行。 (2) 端板：试取厚度S=18mm，t=100mm,用式(8) =Mg/W160 MPa 校核 Mg=0.17N/nt2=0.17816477/50.12=277.6 (N-m) W=1.7810-6 m3 =277.6/(1.7810-6)=155.96106 Pa=155.96 MPa160 MPa 所以端板厚度可取 S=18mm (3)筋板厚度取与联接板厚度相同，即=10mm.4 整形加固操作程序 (1)制作拉杆10套，支座4件，托架8件。 (2)将桥机置于下面有硬地坪处，准备必要的小工作平台，以备焊接支座、托架和张紧拉杆时用。准备二根顶杆，长度可据主梁下盖板与地坪距离定，以备顶起主梁用。 (3)焊接4个支座，穿上10根预应力拉杆，并拧上螺母。 (4)用二个20 吨千斤顶置于主梁稍偏中心的位置，利用顶杆将二主梁一端同时稍稍顶离轨道面。主梁由于弹性变形，中部向上拱起。配合水准仪测量，使主梁拱起18mm。如有条件可用张拉机将拉杆张紧，使主梁拱起，更为简便。 (5)拧紧螺母并锁紧。 (6)落下千斤顶，用水准仪复测主梁上拱度。 (7)若测得结果合乎要求,整形加固工作即结束。若结果不在要求范围内，重复(4),(5),(6)项工作,直支合乎要求为止。 (8)测量桥机4轮轮距，据测量结果增减垫片，调整轮距。 (9)进行空试及负荷试车，并测量主梁变形量。 (10)整理各项记录,作出整形加固总结，归入该机设备档案。5 预应力拉杆加固技术的其它应用 预应力拉杆加固技术，除用于桥机整形外，还可以处理桥机主梁裂缝，也可用于提高主梁的承截能力。 桥机超截使用，主梁变形超出弹性限度，除使主梁拱度减小外，还可能使主梁盖板产生裂缝（多为下盖板）。主梁出现裂缝的桥机只能降截使用。用预应力拉杆加固主梁，可使主梁刚度增大，应力降低。加固后再对裂缝进行焊接修补，能得到可靠的修复。 在老企业改造中，有时生产能力需扩大，桥机的承截能力也需加大，用预应力拉杆加固桥机，可提高其承截能力，不需更新设备即能满足要求。可以看出，用预应力拉杆加