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【摘 要】桥式起重机是起重机械中应用最为广泛的一类特种设备，因为桥式起重机的工作环境复杂，在使用过程中很容易会受到某些损伤，尤其是服役多年的桥式起重机械，如是受损后没有及时发现，一旦发生事故，其后果将是难以想象的。本文以受损的桥式起重机为对象进行使用性能评估，对其进行应力测试和强度计算，并结合起重机的实际工况进行安全性测试和评估，从而为起重机可能的再服役时间进行判定。
【关键词】受损；桥式起重机；裂纹；应力；检验
引言
随着人类生产规模的不断扩大，起重机械广泛应用于农业、工业、建筑业和交通运输业等领域，完成了货物的水平及垂直移动，这使得起重机械在现代化的生产中占据着重要的地位。桥式起重机以间歇、重复的工作式通过吊具起升、下降，或升降与运移物料的机械设备[1]，其的工作环境通常比较恶劣，会受到吊重物种类、风、雪、雨、高温、腐蚀性气体及自然灾害等的作用，影响到起重机械的使用寿命。起重机械是使用最为广泛的特种设备之一，其安全关系到广大人民群众的财产安全和生命安全，这也是社会日益关注的焦点之一。2014年颁布实施的《中华人民共和国特种设备安全法》更能说明特种设备安全使用的重要性。因此，对于起重机械的安全，尤其是使用数量较多的桥式起重机械的安全，更是应该严格检验，确保起重机械的安全。
1、桥式起重机受损情况研究分析
桥式起重机在工作过程中，受各种因素的影响，会产生不可预计的损伤，比如锈蚀、磨损、裂纹、断裂等，这对起重机的运行安全有着极为重大的影响。笔者在对一台10吨的电动单梁起重机进行监督检验时，就遇到主梁断裂的情况。因为使用单位错把16吨的载荷当成12.5吨，结果在吊起载荷约十几秒后，主梁突然断裂，致使载荷坠落，该事故虽然没有造成人员伤亡，但是却对起重机的主梁、主梁内的电气控制系统和小车机构造成了破坏。
笔者在检验中发现，裂纹是服役多年桥式起重机经常出现的一种损伤形式，这主要包括起重机的金属和零部件。金属结构最容易出现裂纹的部位主要集中两个地方：一是主梁横向大隔板与主腹板的连接焊缝处；二是主腹板与下盖板的翼缘焊缝处[2]，因这两个部位是起重机工作时主要的受力点，所以如果这两处出现裂纹将直接影响到起重机的安全性能。GB3811-2008《起重机设计规范》规定：E4级以上的结构件应该校核其疲劳强度[3]。所以对于工作级别较高的起重机应校核疲劳强度。对于零部件的裂纹，通常发生在卷筒、联轴器等部件上，零部件上一旦发现有裂纹出现，应及时更换，以保证起重机的运行安全。
如果起重机的金属结构出现裂纹，而又不没及时发现，在起重机的使用过程中将会发生疲劳断裂的情况。金属结构的疲劳是指在某点或某些点承受扰动应力，并且在循环次数达到一定值时的扰动作用之后形成裂纹，以及完全断裂的材料中所发生的局部永久性结构变化的发展过程。疲劳断裂发生的过程依先后顺序可分为：疲劳微裂缝形成、疲劳裂纹扩展和最终的失效断裂。疲劳微裂缝通常发生在金属结构的表面上最大局部应力或者最小截面积处，或者因材料差异导致的强度最弱的地方，以及由于内部缺陷导致的强度较低的地方。一旦微裂缝形成，裂缝将会在循环几千次的扰动作用下，沿高剪切应力平面（PSB）方向扩展，然后沿垂直应力的方向扩展。裂缝的扩展速率与扩展方向为局部应力集中的状况及裂缝尖端的材料性质所控制。当疲劳裂纹达到临界长度时，金属结构材料本身剩下的截面积将无法承受所施加的负荷，会突然进入最终失效断裂阶段而产生异常快速且具有毁灭性的材料失效。疲劳断裂阶段裂纹的扩展比较快，对寿命的影响相对而言较小，可以忽略掉，因此疲劳裂纹总寿命包括裂纹形成寿命和裂纹扩展寿命两部分[4]。疲劳断裂力学理论中，疲劳裂纹扩展最重要的区域是从可无损检测到的最小裂纹长度到临界裂纹长度之间，其示意所图1所示：
2、受损桥式起重机的检验探讨
桥式起重机一旦受到损伤，其安全性能将受到极大的影响，所以对于使用年限较长的起重机应严格检验，防止危害事故的发生。
第一，对出现裂纹或者发现断裂的部位，以及其它主要受力部位进行探伤检查。进行探伤检验主要是为了查看金属结构中是否存在微观裂纹。对主梁下盖板的对接焊缝、腹板与下盖板连接的主要焊缝进行磁粉和超声波探伤[5]。
第二，对修复后的受损起重机进行安全性能试验。受损桥式起重机进行完探伤后，确定不存在裂纹等危险缺陷，或者受损修复后，应进行安全性能试验，首先对对上拱度、静刚度等几何参数进行测量，从而判定受损起重机的承载能力，同时，还应该对危险部位的应力水平以及金属结构在运行中的性能进行检验，实施空载、额载、动载和静载试验，以判定受损起重机的动态性能。
第三，有限元计算。对受损的起重机应进行有限元计算，其目的是确定起重机的金属结构是否能够满足安全生产的要求。利用有限元建模技术，可以分析起重机的受力情况，以及裂纹所产生的原因[6]；通过对修复后的金属结构进行有限元分析，可以对修复的结果进行有效地预测，从而判断其修复的质量。
第四，动应力测试。从理论上而言，桥式起重机最危险部位位于跨中截面，因此，在两个主梁跨中位置的上盖板内侧各设置一个单片测点进行动应力测试，其目的是为了获取主梁受到的弯曲应力的动态变化信息。
第五，整体地安全性能检验。在上述四项检验完成并确认合格后，然后依据TSG Q7016-2008《起重机械安装改造重大维修监督检验规则》和TSG Q7015-2008《起重机械定期检验规则》，对所涉及到的项目进行检验。主要包括起重机的制造、安装等资料，作业环境和外观、金属结构、大车小车轨道、电气系统、安全保护装置、主要零部件以及载荷试验等，然后根据各项目的检验结果综合判定修复后的桥式起重机是否合格。
3、总结
本文对使用最为广泛的桥式起重机受损形式进行分析，并详细研究了针对受损桥式起重机的检验方法，同时为使起重机能够更好的继续服务，提出了有效的修复方法，从而在安全上、经济上实现双赢。
参考文献：
[1]王福绵.起重机械技术检验[M].北京：学苑出版社，2000.12.
[2]王启先.起重机箱形主梁上应力检测点位置的选择[J].北京：铁道技术监督，2008.36（11）：9-11.
[3]GB3811-2008，起重机设计规范[S].
[4]张新峰.起重机桁架臂疲劳全寿命评估与分析[D].大连：2013.6.
[5]魏国前，罗会信.桥式起重机主梁端部受损原因分析与修复处理[J]北京：建筑机械，2009.10.09.
[6]陈灭资.受损桥式起重机的检验[J].北京：科技与企业，2013.02.22.
【关键词】受损；桥式起重机；裂纹；应力；检验
引言
随着人类生产规模的不断扩大，起重机械广泛应用于农业、工业、建筑业和交通运输业等领域，完成了货物的水平及垂直移动，这使得起重机械在现代化的生产中占据着重要的地位。桥式起重机以间歇、重复的工作式通过吊具起升、下降，或升降与运移物料的机械设备[1]，其的工作环境通常比较恶劣，会受到吊重物种类、风、雪、雨、高温、腐蚀性气体及自然灾害等的作用，影响到起重机械的使用寿命。起重机械是使用最为广泛的特种设备之一，其安全关系到广大人民群众的财产安全和生命安全，这也是社会日益关注的焦点之一。2014年颁布实施的《中华人民共和国特种设备安全法》更能说明特种设备安全使用的重要性。因此，对于起重机械的安全，尤其是使用数量较多的桥式起重机械的安全，更是应该严格检验，确保起重机械的安全。
1、桥式起重机受损情况研究分析
桥式起重机在工作过程中，受各种因素的影响，会产生不可预计的损伤，比如锈蚀、磨损、裂纹、断裂等，这对起重机的运行安全有着极为重大的影响。笔者在对一台10吨的电动单梁起重机进行监督检验时，就遇到主梁断裂的情况。因为使用单位错把16吨的载荷当成12.5吨，结果在吊起载荷约十几秒后，主梁突然断裂，致使载荷坠落，该事故虽然没有造成人员伤亡，但是却对起重机的主梁、主梁内的电气控制系统和小车机构造成了破坏。
笔者在检验中发现，裂纹是服役多年桥式起重机经常出现的一种损伤形式，这主要包括起重机的金属和零部件。金属结构最容易出现裂纹的部位主要集中两个地方：一是主梁横向大隔板与主腹板的连接焊缝处；二是主腹板与下盖板的翼缘焊缝处[2]，因这两个部位是起重机工作时主要的受力点，所以如果这两处出现裂纹将直接影响到起重机的安全性能。GB3811-2008《起重机设计规范》规定：E4级以上的结构件应该校核其疲劳强度[3]。所以对于工作级别较高的起重机应校核疲劳强度。对于零部件的裂纹，通常发生在卷筒、联轴器等部件上，零部件上一旦发现有裂纹出现，应及时更换，以保证起重机的运行安全。
如果起重机的金属结构出现裂纹，而又不没及时发现，在起重机的使用过程中将会发生疲劳断裂的情况。金属结构的疲劳是指在某点或某些点承受扰动应力，并且在循环次数达到一定值时的扰动作用之后形成裂纹，以及完全断裂的材料中所发生的局部永久性结构变化的发展过程。疲劳断裂发生的过程依先后顺序可分为：疲劳微裂缝形成、疲劳裂纹扩展和最终的失效断裂。疲劳微裂缝通常发生在金属结构的表面上最大局部应力或者最小截面积处，或者因材料差异导致的强度最弱的地方，以及由于内部缺陷导致的强度较低的地方。一旦微裂缝形成，裂缝将会在循环几千次的扰动作用下，沿高剪切应力平面（PSB）方向扩展，然后沿垂直应力的方向扩展。裂缝的扩展速率与扩展方向为局部应力集中的状况及裂缝尖端的材料性质所控制。当疲劳裂纹达到临界长度时，金属结构材料本身剩下的截面积将无法承受所施加的负荷，会突然进入最终失效断裂阶段而产生异常快速且具有毁灭性的材料失效。疲劳断裂阶段裂纹的扩展比较快，对寿命的影响相对而言较小，可以忽略掉，因此疲劳裂纹总寿命包括裂纹形成寿命和裂纹扩展寿命两部分[4]。疲劳断裂力学理论中，疲劳裂纹扩展最重要的区域是从可无损检测到的最小裂纹长度到临界裂纹长度之间，其示意所图1所示：
2、受损桥式起重机的检验探讨
桥式起重机一旦受到损伤，其安全性能将受到极大的影响，所以对于使用年限较长的起重机应严格检验，防止危害事故的发生。
第一，对出现裂纹或者发现断裂的部位，以及其它主要受力部位进行探伤检查。进行探伤检验主要是为了查看金属结构中是否存在微观裂纹。对主梁下盖板的对接焊缝、腹板与下盖板连接的主要焊缝进行磁粉和超声波探伤[5]。
第二，对修复后的受损起重机进行安全性能试验。受损桥式起重机进行完探伤后，确定不存在裂纹等危险缺陷，或者受损修复后，应进行安全性能试验，首先对对上拱度、静刚度等几何参数进行测量，从而判定受损起重机的承载能力，同时，还应该对危险部位的应力水平以及金属结构在运行中的性能进行检验，实施空载、额载、动载和静载试验，以判定受损起重机的动态性能。
第三，有限元计算。对受损的起重机应进行有限元计算，其目的是确定起重机的金属结构是否能够满足安全生产的要求。利用有限元建模技术，可以分析起重机的受力情况，以及裂纹所产生的原因[6]；通过对修复后的金属结构进行有限元分析，可以对修复的结果进行有效地预测，从而判断其修复的质量。
第四，动应力测试。从理论上而言，桥式起重机最危险部位位于跨中截面，因此，在两个主梁跨中位置的上盖板内侧各设置一个单片测点进行动应力测试，其目的是为了获取主梁受到的弯曲应力的动态变化信息。
第五，整体地安全性能检验。在上述四项检验完成并确认合格后，然后依据TSG Q7016-2008《起重机械安装改造重大维修监督检验规则》和TSG Q7015-2008《起重机械定期检验规则》，对所涉及到的项目进行检验。主要包括起重机的制造、安装等资料，作业环境和外观、金属结构、大车小车轨道、电气系统、安全保护装置、主要零部件以及载荷试验等，然后根据各项目的检验结果综合判定修复后的桥式起重机是否合格。
3、总结
本文对使用最为广泛的桥式起重机受损形式进行分析，并详细研究了针对受损桥式起重机的检验方法，同时为使起重机能够更好的继续服务，提出了有效的修复方法，从而在安全上、经济上实现双赢。
参考文献：
[1]王福绵.起重机械技术检验[M].北京：学苑出版社，2000.12.
[2]王启先.起重机箱形主梁上应力检测点位置的选择[J].北京：铁道技术监督，2008.36（11）：9-11.
[3]GB3811-2008，起重机设计规范[S].
[4]张新峰.起重机桁架臂疲劳全寿命评估与分析[D].大连：2013.6.
[5]魏国前，罗会信.桥式起重机主梁端部受损原因分析与修复处理[J]北京：建筑机械，2009.10.09.
[6]陈灭资.受损桥式起重机的检验[J].北京：科技与企业，2013.02.22.