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關于電動單梁起重機主梁的預制上拱度

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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(guī)定“主梁***大上拱度應位于跨度中部S/10 范圍內(nèi)，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(guī)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(guī)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(shù)值未做規(guī)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(nèi)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(tài)剛性和控制系統(tǒng)完善程度的要求，完全放棄與工作級別的聯(lián)系，使得定位精度、靜態(tài)剛性、控制系統(tǒng)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(tài)剛性和控制系統(tǒng)相關完善程度的相關聯(lián)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(jié)構(gòu)本身和小車運行機構(gòu)不會造成實質(zhì)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(jié)構(gòu)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(xiàn)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(guī)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(jīng)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(xiàn)行單梁標準要求相同，均要求了主梁制作時的上拱度數(shù)值。

依據(jù)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(shù)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(guī)定，由制造商根據(jù)企業(yè)自身的制造工藝水平進行控制，在標準中只規(guī)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(jù)用戶實踐經(jīng)驗的總結(jié)，且在近幾年來的實施過程中，起重機未出現(xiàn)使用問題。

2 單梁主梁結(jié)構(gòu)分析

單梁起重機主梁有多種結(jié)構(gòu)形式，以工字鋼做葫蘆運行軌道的五邊形主梁結(jié)構(gòu)是目前國內(nèi)銷量***大的一種主梁結(jié)構(gòu)形式?，F(xiàn)以該結(jié)構(gòu)單梁作為分析對象。該單梁五邊形主梁結(jié)構(gòu)有兩種形式，U 形槽結(jié)構(gòu)和拼槽結(jié)構(gòu)，見圖1。

（a）U 形槽結(jié)構(gòu) （b）拼槽結(jié)構(gòu)

圖1 主梁結(jié)構(gòu)

U 形槽結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(xiàn)上拱現(xiàn)象。

橋機主梁結(jié)構(gòu)上部焊縫數(shù)量多于下部，主梁焊后易產(chǎn)生下?lián)稀９蕟瘟褐髁焊拱逑铝献鲱A制上拱度數(shù)值應小于橋機主梁的要求。

3 撓度補償分析

五邊形主梁結(jié)構(gòu)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(chǎn)生的***大下?lián)蠑?shù)值計算，可得到下?lián)蠑?shù)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?lián)虾拖鄳缍鹊谋戎蹬c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?lián)狭孔冃?。雖然主梁自重增大了，但主梁截面所產(chǎn)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?lián)狭孔兇?。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(nèi)，主梁自重引起的下?lián)隙葦?shù)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?lián)蠑?shù)值要小于0.5S/1 000。

依據(jù)起重機標委會出版的《GB/T 3811—2008< 起重機設計規(guī)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(chǎn)生的殘余變形等”，單梁起重機主梁自重引起的下?lián)狭枯^小，故標準規(guī)定的主梁預制上拱度值有較大的余量。

4 坡道載荷及***佳預拱度值分析

GB/T 3811—2008 中規(guī)定起重機“軌道坡度不超過0.5% 時不考慮坡道載荷”。國內(nèi)現(xiàn)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(tài)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(jù)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（***大、***小斜率的差）分為數(shù)值大致相等的正、負兩部分或減小斜率***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(tài)

主梁按照簡支梁模型考慮，跨中額定載荷引起的下?lián)狭繛?/span>

。則主梁在靜載試驗后，跨中***佳拱度值應為額定載荷引起的下?lián)狭康囊话?，?/span>

（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(jié)構(gòu)的單梁所有起重量和跨度的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)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(fā)現(xiàn)，所有跨度中，***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(nèi)，故單梁行標中對主梁靜載試驗后的上拱度值要求偏高。廣告展示輪胎吊 - 副本

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關于電動單梁起重機主梁的預制上拱度