李紅熙

(新疆德勤互力工業(yè)技術有限公司)

1 問題的提出

八鋼公司煉鋼廠120t轉爐產(chǎn)線精煉跨(E-F 跨)安裝了1#、2#、3#220/63/25t行車。其中，1# 220/63/20t行車于2005年7月投入使用，1#220/62/20t行車原設計主起升起重能力為200t，于2008年10月升級改造為220t行車；2# 220/63/20t行車于2007年10月投入使用；3#220t/63/20t行車于2008年7月投入使用。以上3部鑄造起重機主要承擔二煉鋼120t轉爐精煉鋼水的倒運和吊運，上連鑄機回轉平臺作業(yè),作為重要鋼水罐吊運起重機，其運轉頻率高。自2019年以來1#、2# 220t冶金鑄造起重機頻繁出現(xiàn)端梁鋼結構母材開裂的現(xiàn)象，開裂部位主要集中在端梁與副梁連接部位，且開裂焊縫長度達到400mm以上，存在端梁斷裂的開裂風險，雖經(jīng)多次焊補處理，處理效果不理想，未徹底解決端梁開裂的隱患。

為此，結合現(xiàn)場實際情況對起重機端梁的受力情況進行分析，針對存在的設備隱患制定解決方案。

2 現(xiàn)狀調查及分析

該鑄造起重機采用四梁四軌雙小車結構，主梁與副梁之間采用4處鉸接連接結構形式。由主、副小車、橋架、大車運行機構、小車運行機構、 220t龍門吊具、吊鉤裝置，司機室裝置、附屬鋼結構和電氣設備等構成。起重機端梁在起重機鋼結構中起到連接行車主梁，保持起重機鋼結構整體矩形框架結構穩(wěn)定運行的作用。將主梁自重、小車自重、載荷重量傳遞至對應的支承輪組上，再通過軌道將承載傳遞到行車軌道梁上。在起重機運行中，主要承受拉壓應力及副起升機構承載及卸載后的彎曲變形應力，受力情況較為復雜。

2.1 現(xiàn)狀調查

2019年6月發(fā)現(xiàn)2#220t行車端梁開裂隱患，同年11月14日利用同步檢修，行車制造廠售后服務技術人員對2#220t行車端梁裂縫進行了焊接處理。

處理完畢投入使用，2020年2月初點檢此部位處于正常狀態(tài)。2020年2月24日點檢員在做復產(chǎn)前準備、隱患排查時發(fā)現(xiàn)2#220t行車轉爐側端梁產(chǎn)生三條焊縫裂紋，均為貫穿性裂紋，并且有延展現(xiàn)象。端梁母材及焊縫裂紋主要集中發(fā)生在端梁與副梁連接過渡部位，依據(jù)設備制造廠家出具的處理方案未能徹底消除端梁母材及焊縫開裂的的隱患，因此對端梁進行測量及受力分析，以制定針對性的解決方案。

圖1所示為端梁四分之一結構部分，其中通過2處連接板將一側端梁連接成整體。端梁鋼板材質為Q345-B，端梁結構件鋼板厚度16mm，發(fā)生開裂的端梁部位均在端梁與副主梁連接過渡部位，共計4處。

圖1 2#220t行車端梁開裂部位示意圖

2.2 原因分析

鑒于以上情況，結合已采取的措施對端梁開裂的原因進行追溯：

(1)自2019年2月26日起，值班電工每班跟蹤監(jiān)測2#220t行車空載運行4個大車電動機的運行電流并記錄，未見異常，排除4角驅動不同步原因造成的行車橋架運行過程中的扭動對橋架造成的損傷(檢查記錄略)。

(2)在端梁腹板及上翼緣板開裂部位左右各200mm范圍內，打磨鋼板母材表面油漆，采用超聲檢測(UT),檢測結果顯示端梁北側上部鋼板存在內部裂紋缺陷，外側腹板手孔下部有247mm裂紋，其余部位檢測無質量缺陷，母材存在疲勞裂紋缺陷。

(3)端梁的水平度測量檢查。在同一軌道梁、同一根軌道上，以軌道梁上平面為基準對端梁下平面進行測量，數(shù)據(jù)如2所示。

圖2 2#220t行車 端梁高度差測量值

測量結果顯示，軌道梁北側高，南側低，最大差值15mm，且端梁有上下起伏現(xiàn)象，認為是端梁制造出廠時存在的制造誤差。

(4)使用水準儀測量端梁上平面標高，同樣顯示北側高、南側低的情況，數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 2#220t行車端梁內外側水平度差測量值

測量結果顯示，起重機端梁水平度存在偏差，內外側最大差值12mm，長度方向最大差值12mm，嚴重超出±2mm制造標準，且端梁存在向內傾斜現(xiàn)象，因此判定起重機端梁制造出廠存在制造誤差。

綜合測量結果，并結合起重機輪壓分布圖進行受力分析，見圖4。

圖4 2#220t起重機輪壓分布圖

起重機輪壓分布顯示，起重機最大輪壓505kN,最小輪壓330kN，其中最大輪壓505kN主要作用于主梁8組支承輪組上；最小輪壓330kN主要作用于副梁4組支承輪組上。端梁一側產(chǎn)生最大輪壓一般發(fā)生副小車位于主梁兩側極限位置且吊運滿載情況下發(fā)生。

起重機正常運行狀態(tài)下，起重機端梁可以看成是一個拉、壓桿件，4角大車驅動電機同步的情況下，水平方向F1、F2、F3、F4相互作用，作用力很小，忽略不計，只有在兩側電機驅動不同步的情況下，端梁承受較大的拉、壓應力。同時副梁將小車自重、主梁自重、載荷重量通過端梁下方的2組支承輪組傳遞至軌道梁，承受主梁向內側的較大彎矩，同時承受載荷垂直向下的正壓力及輪組的方向支承力(大小相等，方向相反)。

圖5 2#220t起重機端梁受力分析

為了保證輪壓均衡，行車設計的端梁鉸接連接結構，內部的橢圓形襯套長軸垂直方向具備一定的補償量，可以平衡因軌道不平或起重機制造誤差度造成的一側輪壓超值的情況，即端梁結構可以隨著軌道在標準范圍內垂直方向上下起伏運行，以滿足一側12組車輪組的輪壓平衡。

原設計端梁鉸接軸孔橢圓形軸套的補償量只有±5mm，現(xiàn)場實測，通過端梁的長度方向水平度的檢查發(fā)現(xiàn)端梁兩端存在15mm的高低差(北高南低)，大于鉸接軸套±5mm最大補償量，高低差值造成輪壓不均，端梁的受力情況發(fā)生變化，在端梁開裂部位產(chǎn)生較大的彎矩，造成載荷垂直向下的正壓力大于輪組的垂直向上方向的支承力，因此，端梁不但承受載荷傳遞作用，而且產(chǎn)生了較大的彎矩，長期運行，在運行過程中振動沖擊及交變應力的反復作用下，最終產(chǎn)生疲勞斷裂，是造成端梁開裂的主要原因。

3 解決方案

通過分析，結合日常維修制度，制定解決方案。

(1)制定專項施工方案對精煉跨行車軌道進行一次全面測量，利用檢修停機時間，對軌道進行檢修，調整軌距，并對部分軌道進行焊接處理，將軌道高低差控制在軌道±2mm安裝標準范圍內，消除軌道的不平度對起重機運行鋼結構的沖擊。

(2)對端梁經(jīng)常性疲勞開裂部位的進行局部切除更換，重新制作鋼結構端梁，進行現(xiàn)場切割、拼接、焊接，4處端梁外側加裝“回”形加強板，增強新舊端梁的連接強度，端梁切除、更換安裝如圖6所示。

圖6 起重機端梁更換裝配焊接圖

(3)改進設計端梁鉸接部位軸孔的補償量，將原橢圓形軸套長軸±5mm調整至±10mm，消除行車端梁制造誤差及軌道水平度誤差對行車端梁處產(chǎn)生的附加彎矩，從根本上消除端梁承受較大彎矩的受力狀態(tài)，使端梁在行車正常運行過程中只承受原設計拉壓應力。

4 實施效果

通過對端梁母材開裂的原因分析，制定了針對性的端梁局部更換專項施工技術方案，經(jīng)現(xiàn)場新預制端梁更換在線使用驗證，消除了端梁頻繁開裂的事故隱患；通過改進設計加大橢圓形軸套垂直方向的襯套的補償量，消除了行車端梁出廠的制造誤差及軌道水平度誤差造成的端梁消除端梁承受較大彎矩的受力狀態(tài)，使行車端梁的受力狀態(tài)達到原設計要求，達到了原設計要求，此次端梁修復設計方案達到了預期效果。