輪胎式集裝箱門式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)裂紋分析與修復(fù)

1、 起重運(yùn)輸機(jī)械 2008(7輪胎式集裝箱門式起重機(jī) 鋼結(jié)構(gòu)裂紋分析與修復(fù)深圳市特種設(shè)備安全檢驗(yàn)研究院 卜廣強(qiáng) 劉敬東 曹利維 鄒小峰 摘 要 :, 嚴(yán)重開裂的原因作了多方面的深層次分析 , , 以及修復(fù)加強(qiáng) 后使用管理 、 檢測(cè)跟蹤情況 , 供設(shè)計(jì) 、 制造 、 使用 、 關(guān)鍵詞 :輪胎式集裝箱門式起重機(jī) ; Abstract:A tyred is leading t o severe crack in steel structure are dis 2cussed 1Several t repairing are pointed out, aswell as usage manage men

2、t and ins pec 2ti on trace It a t o designers, manufacturers, users, rebuilding pers onnel and ins pect ors 1gantry crane; crack in steel structure; cause analysis; repair constructi on 輪胎式集裝箱門式起重機(jī)是集裝箱專用碼頭堆場(chǎng)作業(yè)使用的主要設(shè)備 , 具有高效率低成本裝 卸 、 轉(zhuǎn)運(yùn) 、 堆放集裝箱的功能 , 采用輪胎觸地?zé)o 軌道運(yùn)行 , 以一組柴油機(jī)發(fā)電 , 再由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 操作吊運(yùn) 。該類型起重機(jī)具有 “

3、堆五過六 ” 裝卸 集裝箱的能力 , 電氣控制主要采用交流變頻調(diào)速 技術(shù) 、 全數(shù)字 P LC 技術(shù)和 C MS 起重機(jī)管理系統(tǒng) 。1 鋼結(jié)構(gòu)裂紋情況2003年 11月 , 深圳某公司從香港某集裝箱碼頭有限公司購(gòu)買了 2臺(tái)由日本某菱株式會(huì)社 1988年制造的輪胎式集裝箱門式起重機(jī) 。經(jīng)深圳市特 種設(shè)備安全檢驗(yàn)研究院檢測(cè)發(fā)現(xiàn) :這 2臺(tái)起重機(jī) 鋼結(jié)構(gòu)重要構(gòu)件 (主梁 母材分別出現(xiàn)多處裂紋 , 大量雨水通過主梁裂紋滲入箱體結(jié)構(gòu)內(nèi) , 裂紋大 都被油污局部遮蓋 。經(jīng)著色滲透探傷證實(shí) :CG2號(hào)輪胎式集裝箱 門式起重機(jī)右側(cè)主梁存在 5處裂紋 , 左側(cè)主梁存 在 4處裂紋 ; 右側(cè)主梁上翼緣板完全斷裂且

4、錯(cuò)位 達(dá) 2mm , 同截面處內(nèi)側(cè)腹板靠上 3/4高度開裂 , 外側(cè)腹板靠上局部開裂 , 截面 斷裂累 計(jì)已 接近 50%。 CG1號(hào)輪胎式集裝箱門式起重機(jī)裂紋情況 與 CG2號(hào)基本類似 。2 鋼結(jié)構(gòu)裂紋原因分析目前 , 該類型起重機(jī)大都運(yùn)用能充分利用材 料各項(xiàng)性能 , 減輕自重 , 提高產(chǎn)品性能的有限疲 勞壽命設(shè)計(jì)方法 。其鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作級(jí)別一般為 A6、 A7, 理論設(shè)計(jì)使用壽命為 20年 (高周疲勞壽 命主要指鋼結(jié)構(gòu)危害性裂紋萌生壽命 。該輪胎式 集裝箱門式起重機(jī)的實(shí)際高周疲勞壽命為 15年甚 至更短 , 依據(jù)裂紋主要集中分布在主梁上翼緣內(nèi) 側(cè)和內(nèi)側(cè)腹板上部 (小車驅(qū)動(dòng)齒條固定區(qū)域附近

5、的分布特征及其他情況 , 得出多 個(gè)產(chǎn) 生裂紋 的 原因 。211 齒條與主梁之間的間斷連接焊縫的缺陷因小車驅(qū)動(dòng)齒條與主梁的材質(zhì)不一致 , 在進(jìn) 行齒條與主梁上翼緣板之間焊接連接時(shí) , 部分焊 接部位的焊前預(yù)熱和焊后保溫工藝在現(xiàn)場(chǎng)控制不 穩(wěn)定及不規(guī)范的起弧 、落弧操作都能引起焊接部 位局部應(yīng)力過度集中 , 成為 “ 疲勞源 ” , 經(jīng)長(zhǎng)期使 用后即連接焊縫在低于焊縫和母材屈服極限的交 變應(yīng)力反復(fù)作用下 , 首先在應(yīng)力集中部位萌生疲 勞微裂紋 , 并在一定條件下繼續(xù)擴(kuò)展 , 這些部位 首先出現(xiàn)小裂紋 。212 齒條與主梁上翼緣固定連接方式的缺陷采用將小車驅(qū)動(dòng)齒條直接焊接到主梁上翼緣 上的技術(shù)工藝

6、 , 焊接固定的齒條相對(duì)阻礙了該位 置的變形 , 導(dǎo)致主梁在實(shí)際承載時(shí)所產(chǎn)生的彈性 變形在齒條焊接部位得不到充分滿足 , 從而容易 在齒條與主梁上翼緣板焊接處裂開 , 尤其是分段49 起重運(yùn)輸機(jī)械 2008(7齒條未焊接連接的接頭處 。 213 齒輪與齒條嚴(yán)重磨損的缺陷由于齒輪與齒條的嚴(yán)重磨損 , 導(dǎo)致起動(dòng) 、制 動(dòng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生較大沖擊 , 結(jié)構(gòu)相關(guān)部位附加 應(yīng)力顯著增加 , 加劇了疲勞破壞 。 214 檢修工作的失誤這些部位剛出現(xiàn)小裂紋時(shí) , 未得到及時(shí)發(fā)現(xiàn) 和修復(fù) , 裂 紋不 斷擴(kuò)展 , 致使 到了目 前 的 危 險(xiǎn) 地步 。 215 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模和實(shí)際情況間存在差異裂位置處存在

7、較大的應(yīng)力幅 , 特別加強(qiáng) , 3 311 施工準(zhǔn)備(1 將起重機(jī)移至修理作業(yè)地點(diǎn)固定并作防風(fēng)錨固 , 設(shè)置作業(yè)范圍安全警示標(biāo)識(shí) ;(2 將小車移至裂紋少 、修復(fù)工作量較少的 端部固定 , 吊具放置地面 , 起升鋼絲繩處于自由 懸掛狀態(tài) ;(3 搭設(shè)維修施工作業(yè)平臺(tái) , 保證牢靠并覆 蓋所有作業(yè)范圍 。312 修復(fù)施工(1 測(cè)量門架主梁 、小車驅(qū)動(dòng)齒條和小車軌道在修復(fù)前的有關(guān)參數(shù) , 采樣分析齒條和箱梁的 材質(zhì) , 確定選用的材料和焊接工藝 ;(2 在箱梁翼緣板和腹板各焊接 2000mm ×18mm 的工藝加強(qiáng)筋和鋼結(jié)構(gòu)架 , 防止修理過程中主梁的變形和意外斷裂 ;(3 用機(jī)械方法冷

8、拆除維修區(qū)段的齒條 ;(4 拆除維修區(qū)段前后各 4m 左右的小車軌 道壓板 , 將小車軌道吊起懸空約 350mm , 并可靠 支承住 ;(5 清理需維修部位及附近的油漆 、油污 、 鐵銹和雜物 ;(6 用著色滲透方法檢測(cè)裂紋的長(zhǎng)度和位置 ; (7 在裂紋的兩端頭鉆直徑 8mm 內(nèi)徑圓滑的 止裂孔 , 防止裂紋繼續(xù)擴(kuò)展 ;(8 根據(jù)需要 , 可以在裂縫附近位置的腹板 上開直徑 500mm 工藝孔 , 磨光孔口四周 ;(9 右側(cè)主梁大裂紋上翼緣板整體挖割 、更換母材 , 其他小裂紋用機(jī)械的方法將裂紋磨成 V 型坡口 , 露出金屬光澤 , 表面達(dá) ST3級(jí) , 重新施 焊磨平 ;(10 焊接前對(duì)焊接

9、部位進(jìn)行 200 預(yù)熱 , 焊 后用石棉布包扎進(jìn)行 300 保溫 015h 以上 ; 焊接 完成 4h 以后 , 對(duì)焊縫進(jìn)行超聲波探傷 ;(11 , 另在裂紋處增 ;(12 , 焊 , ;(、 焊縫達(dá)到要求后 , 對(duì)相關(guān)部 、 噴砂 、噴涂油漆 , 油漆為底漆 1道 、 2道 , 檢查油漆表面質(zhì)量 、漆膜厚度 、附著 力和顏色并作記錄保存 。由于是舊機(jī)修理 , 只要 求后補(bǔ)的顏色與原來顏色接近就可以了 ;(14 拆除上翼緣的工藝加強(qiáng)筋板 、鋼結(jié)構(gòu)架 和檢修平臺(tái) , 腹板工藝加強(qiáng)筋板可以保留 ;(15 將拆除的齒條安裝到位 , 確保齒條的間 距 、 直線度和橫向同截面高低差符合要求 , 并用 合

10、適的焊條對(duì)齒條支承位置進(jìn)行焊接 , 焊接前對(duì) 焊材進(jìn)行烘干 , 對(duì)齒條進(jìn)行預(yù)熱 200 , 焊后用 石棉布包扎齒條進(jìn)行 300 保溫 015h 以上 ;(16 將小車軌道輕輕放下 , 調(diào)整小車軌道中 心線與上翼緣板安放小車軌道定位線的偏差 、小 車軌道距離偏差 、小車軌道側(cè)向直線度和橫向同 截面高低差等參數(shù) , 確認(rèn)符合要求后 , 用力矩扳 手按要求緊固小車軌道壓板螺栓 ;(17 將小車固定物拆除 , 升起吊具 ;(18 小車先慢速運(yùn)行多次確認(rèn)無異響后 , 再 快速運(yùn)行多次還是無異響后即可 ;(19 測(cè)量主梁跨度中部的上拱度 、主梁水平 方向彎曲 、主梁腹板局部平面度 、上翼緣板的水 平偏斜

11、、主梁腹板垂直偏斜 、門架對(duì)角線差等參 數(shù) , 并作記錄保存 , 用于后續(xù)跟蹤監(jiān)測(cè) ;(20 測(cè)量小車軌道中心線與上翼緣板安放小 車軌道定位線的偏差 、小車軌道距離偏差 、小車 軌道側(cè)向直線度 、小車軌道橫向同截面高低差 、 小車軌道頂部局部平面度 , 并作記錄保存 , 用于 后續(xù)跟蹤監(jiān)測(cè) ;(21 將施工過程中所涉及的技術(shù)工藝 、資格 證 、 合格證 、 試驗(yàn)記錄 、檢查記錄等資料整理成 冊(cè) , 作為設(shè)備修理改造的資料存檔備查 。59 起重運(yùn)輸機(jī)械 2008(7313 施工注意事項(xiàng)(1 用風(fēng)機(jī)對(duì)箱梁內(nèi)部通風(fēng) 1h 以上 , 確認(rèn)安全后 , 至少安排 2人以上協(xié)同監(jiān)護(hù)進(jìn)入作業(yè) ;(2 將修理用

12、焊接材料按要求烘干并用保溫 桶保溫 ; 焊接位置打磨光順 , 安裝焊接引弧板后 進(jìn)行焊接 ;(3 焊接或火工校正作業(yè)前應(yīng)拆除受影響區(qū) 域的電線 、 電纜等 ;(4 檢查確認(rèn)箱梁有無凹陷等變形 , 若有 , 則需校正 。4 鋼結(jié)構(gòu)裂紋修復(fù)效果(1 額外承受的附加載荷 (2 、兩側(cè)腹板 確保該處的強(qiáng)度和剛度得 到足夠保證 。在下翼緣板與上翼緣板大裂紋對(duì)齊位置增加 2塊 2000mm ×18mm 加強(qiáng)筋板 ; 在兩側(cè)腹板與上 翼緣板大裂紋對(duì)齊位置內(nèi)部各增加 2塊 400mm ×12mm 加強(qiáng)筋板 ; 箱體內(nèi)部靠近上翼緣板 100mm 處增加 2根 10號(hào)槽鋼 ; 并將貫穿大裂紋的

13、上翼緣 板局部區(qū)段切除 , 更換為 400mm ×14mm 的新鋼 板 , 與原上翼緣板采用對(duì)接焊接工藝 , 并與腹板 原對(duì)接焊縫及修復(fù)對(duì)接焊縫位置錯(cuò)開 200mm 以 上 , 糾正主梁上翼緣板 2mm 的錯(cuò)位 。(3 小車驅(qū)動(dòng)齒條通過齒條固定支座與主梁 焊接連接 , 減少了由于小車驅(qū)動(dòng)齒條直接與主梁 間斷焊接連接施工工藝不穩(wěn)定導(dǎo)致應(yīng)力集中的 概率 。由于該機(jī)型制造年代較早 , 對(duì)于還在用的同 類產(chǎn)品作了同樣的檢查 、修復(fù)和加強(qiáng) , 新機(jī)型已 較少使用這種直接焊接的連接方式 。(4 2臺(tái)起重機(jī)經(jīng)上述修復(fù)和加強(qiáng)后 , 主梁各 項(xiàng)參數(shù)有所改善 。為安全保險(xiǎn)起見 , 規(guī)定只用于 堆場(chǎng)裝卸

14、、 轉(zhuǎn)運(yùn)空集裝箱 , 不再吊運(yùn)重載集裝箱 。 該批起重機(jī)經(jīng)過上述修復(fù)和加強(qiáng)后 , 跟蹤檢測(cè)表 明 :除主梁上拱度明顯不足外 , 鋼結(jié)構(gòu)部分至今 未發(fā)現(xiàn)類似缺陷 , 一直可靠使用至今 。5 結(jié)束語綜上所述 , 特種設(shè)備存在的重大安全隱患既 有其規(guī)律性 , 也有其非常規(guī)性 , 檢驗(yàn)人員要針對(duì)設(shè)備的特點(diǎn) , 全面檢查 、重點(diǎn)檢驗(yàn) 、綜合評(píng)估 , 稍不留神 , 隱患就會(huì)從眼皮底下溜走 , 尤其是大 型起重機(jī)價(jià)值達(dá)幾千萬元之巨 在使用過程中一 、貨 損 , 。, 其先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù) 、豐富 、扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和崇高的敬業(yè)精神 是及時(shí)發(fā)現(xiàn)重大安全隱患的必要保證 。制造單位 在重大隱患的整改中 , 體會(huì)到了注意控制現(xiàn)場(chǎng)施 工工藝的重要性 ; 設(shè)計(jì)單位在整改方案和修復(fù)工 藝的制訂過程中 , 也完善了類似產(chǎn)品的局部細(xì)節(jié) 設(shè)計(jì) 。參 考 文 獻(xiàn)1王 福 綿 等 1起 重 機(jī) 械 技 術(shù) 檢 驗(yàn) 1北 京 :學(xué) 苑 出 版社 , 20002 王仲生等 1無損檢測(cè)診斷現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用技術(shù) 1北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 , 20023 張質(zhì)文等 1起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè) 1北京 :中國(guó)鐵道出版社 , 19984 王金諾 1起重運(yùn)輸機(jī)械金屬結(jié)構(gòu) 1北京 :中國(guó)鐵道出