白劍波，莊偉偉

（南通潤邦重機(jī)有限公司，江蘇 南通 226013）

1 上拱度的由來

主梁沿長度方向以橋架大車中心線和主梁上蓋板相對(duì)應(yīng)的端點(diǎn)連線為基準(zhǔn)，跨中的預(yù)制向上拱取值稱為跨中上拱度，俗稱主梁上拱度。

由于主梁在受載后要向下?lián)希绻麤]有上拱度，小車就會(huì)爬坡運(yùn)行，為了使?jié)M載時(shí)的坡度在一個(gè)合理的范圍，設(shè)置上拱度還是很有必要的。因此在制造主梁時(shí)，從下料開始就要對(duì)主梁的腹板制造出上拱度，不允許強(qiáng)制起拱。在起重機(jī)制造企業(yè)中，有許多是靠動(dòng)火烤出來的上拱度，這種虛假的上拱度一旦內(nèi)部應(yīng)力時(shí)效消失，就會(huì)減小甚至消失上拱度，形成主梁下?lián)稀?/p>

2 主梁的上拱度曲線

為了方便腹板的下料放樣，一般將主梁的腹板制作成二次拋物線或四次拋物線的曲線，也有制作成正弦曲線的腹板。

主梁的腹板放樣上拱弧線可由式（1）～式（3）表示（如圖1 所示）。

圖1 主梁的上拱度曲線

式中：f 為S/1 000，mm；ζ 為放樣增大系數(shù)，1≤ζ≤2.25。

在主梁制作時(shí)，由于焊接的變形，主梁會(huì)在拼板、合梁、組裝橋架、運(yùn)輸、現(xiàn)場安裝中產(chǎn)生幾次變形。主梁腹板的下料上拱度值一般都根據(jù)每個(gè)企業(yè)的工藝和制作水平取值，最后成型的主梁最大上拱度在新國家標(biāo)準(zhǔn)中都沒有對(duì)上拱度上限作規(guī)定要求。那么上拱度上限對(duì)起重機(jī)會(huì)不會(huì)有影響呢？

3 上拱度的影響分析

《GB3811-2008 起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》［1］和《GB3811-1983 起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》［2］從頭到尾沒有提及橋式起重機(jī)上拱度這個(gè)名詞和概念，但這并不是說，橋式起重機(jī)可以繞開或拋棄上拱度。

《GB/T14405-2011 通用橋式起重機(jī)》［3］有5 處地方分別提到了上拱度，《GB/T14405-1993 通用橋式起重機(jī)》［4］有3 處地方分別提到了上拱度，都沒有給予上拱度的定義和度量的基準(zhǔn)，但都給出了做完載荷的靜載型式實(shí)驗(yàn)后，實(shí)有上拱度應(yīng)不小于0.7S/1000，這個(gè)要求非常重要，這間接地提出了主梁的剛性要有一個(gè)尺度約束。但文獻(xiàn)［4］中4.6 橋架部分提到：主梁應(yīng)有上拱度，跨中主梁成型后的上拱度應(yīng)為（0.9～1.4）S/1 000；文獻(xiàn)［3］沒有這樣提。

文獻(xiàn)［1］和文獻(xiàn)［2］都提到了一個(gè)與上拱度有很近關(guān)系但沒有本質(zhì)聯(lián)系的另一個(gè)概念名詞——靜態(tài)剛性。

文獻(xiàn)［1］中規(guī)定，自行式小車位于橋架主梁跨中位置時(shí)，由額定起升載荷及自行式小車自重載荷在該處產(chǎn)生的垂直靜撓度f 與起重機(jī)跨度S 的關(guān)系，推薦為：1）對(duì)低定位精度要求的起重機(jī)，或具有無級(jí)調(diào)速控制特性的起重機(jī)；采用低起升速度和低加速度能達(dá)到可接受定位精度的起重機(jī)，f≤S/500；2）使用簡單控制系統(tǒng)能達(dá)到中等定位精度特性的起重機(jī)，f≤S/750；3）需要高定位精度特性的起重機(jī)，f≤S/1 000。

文獻(xiàn)［2］中規(guī)定，當(dāng)滿載小車位于跨中時(shí)，主梁由于額定起升載荷和小車自重在跨中引起的垂直靜撓度應(yīng)滿足下述要求：1）工作級(jí)別為A5 或A5 以下的起重機(jī)，YL≤L/700；2）工作級(jí)別為A6 的起重機(jī)，YL≤L/800；3）工作級(jí)別為A7、A8 的起重機(jī)，YL≤L/1 000。其中L 為起重機(jī)跨度。

文獻(xiàn)［1］強(qiáng)調(diào)科學(xué)合理地考慮起重機(jī)主梁的剛性要求，既不能對(duì)起重機(jī)主梁的剛性不做任何規(guī)定，也不能把剛性看成是起重機(jī)主梁的唯一指標(biāo)。文獻(xiàn)［1］使設(shè)計(jì)人員不好具體操作，只要是采用變頻調(diào)速的起重機(jī)，無論是A3起重機(jī)還是A8 起重機(jī)，都可以理解為f≤S/500；這顯然對(duì)起重機(jī)的工作級(jí)別劃分失去了部分意義，對(duì)A6 級(jí)以下起重機(jī)就失去了劃分工作級(jí)別的作用，會(huì)為A8 起重機(jī)帶來種種質(zhì)量隱患，而且在實(shí)踐中也經(jīng)不起考驗(yàn)。相反，文獻(xiàn)［2］對(duì)靜態(tài)剛性描述得非常清晰，在操作時(shí)沒有爭議。

一臺(tái)起重機(jī)的結(jié)構(gòu)（主梁截面尺寸已定）就決定了起重機(jī)本身的剛性，反過來說一臺(tái)什么樣剛性的起重機(jī)就應(yīng)該有一個(gè)什么樣的主梁結(jié)構(gòu)，但由于工作級(jí)別的不同，在使用過程中，不同工作級(jí)別的起重機(jī)使用程度不同，工作級(jí)別高的起重機(jī)和工作級(jí)別低的起重機(jī)設(shè)計(jì)成一樣的剛性，肯定會(huì)出現(xiàn)因結(jié)構(gòu)變形帶來的結(jié)構(gòu)質(zhì)量問題。

上拱度與靜態(tài)剛性沒有直接聯(lián)系，但靜態(tài)剛性的體現(xiàn)是靠上拱度的間接測量來獲得的。在做完型式實(shí)驗(yàn)后的起重機(jī)，一方面，有許多起重機(jī)是能達(dá)到實(shí)有上拱度不小于0.7S/1 000 的，在設(shè)計(jì)時(shí)靜態(tài)剛性也是按f≤S/500控制的，但隨著起重機(jī)較短時(shí)間的運(yùn)行，起重機(jī)很快就達(dá)不到這個(gè)數(shù)據(jù)了，給起重機(jī)帶來嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)質(zhì)量問題，工作級(jí)別越高的起重機(jī)反映越嚴(yán)重。另一方面，如果一臺(tái)起重機(jī)實(shí)有上拱度小于0.7S/1 000，從理論上講，下料上拱度增大有助于主梁實(shí)有上拱度大于0.7S/1 000，在實(shí)踐中也經(jīng)常有人這樣操作，這是新橋機(jī)的不足之處。

橋式起重機(jī)上拱度對(duì)起重機(jī)的整體性能有一定的影響，在制造起重機(jī)時(shí)需根據(jù)每一個(gè)企業(yè)的工藝情況設(shè)置相應(yīng)的下料上拱度。本文從實(shí)際的產(chǎn)品統(tǒng)計(jì)情況分析出發(fā)，對(duì)橋式起重機(jī)上拱度進(jìn)一步分析和探討。

3.1 上拱度對(duì)結(jié)構(gòu)的影響

假設(shè)主梁在做型式實(shí)驗(yàn)前的成型上拱度為ΔF，做完型式實(shí)驗(yàn)后的上拱度為ΔW，見式（4），主梁由于受型式實(shí)驗(yàn)載荷作用而下?lián)希鐾晷褪綄?shí)驗(yàn)后，主梁不能完全回復(fù)到ΔF 值，而只能達(dá)到ΔW，主梁結(jié)構(gòu)的剛性越大，ΔFΔW 的值越小，ΔW 的值也會(huì)越大。但主梁再起吊最大額定起重量時(shí)，主梁在跨中下?lián)蟜 值（見式（5））只與主梁設(shè)計(jì)截面有關(guān)系，當(dāng)卸載時(shí)上拱度要求回復(fù)到ΔW 值，特別強(qiáng)調(diào)是在彈性范圍內(nèi)工作。

式中，S 為起重機(jī)跨度，λ 為下?lián)舷禂?shù)。

式中：C 為常數(shù)，Ix與f 成反比。一個(gè)噸位參數(shù)的起重機(jī)一旦確定了噸位、跨度，其主梁就相應(yīng)確定，其主梁設(shè)計(jì)能否達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求，關(guān)鍵是看主梁的實(shí)際承載能力，上拱度對(duì)結(jié)構(gòu)主梁沒有實(shí)質(zhì)的影響。

3.2 上拱度對(duì)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的影響

小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的靜功率由摩擦阻力Fm和坡道阻力Fp形成。

在式（7）中，文獻(xiàn)［1］和文獻(xiàn)［3］沒有提及橋式起重機(jī)的tanα 取值約束，文獻(xiàn)［6］提到了在設(shè)計(jì)計(jì)算運(yùn)行機(jī)構(gòu)時(shí)，tanα 為0.001。那么實(shí)際上拱度對(duì)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)有多大的影響呢？

以某100 t、跨度S=28 m、工作級(jí)別為A5 起重機(jī)為例來分析上拱度對(duì)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的影響。假設(shè)在制造過程中，主梁的下?lián)献兓殉晒潭ǖ囊?guī)律，不同的3 組上拱度來源于某企業(yè)的抽樣統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)（見表1），3 組數(shù)據(jù)的主梁截面不完全一樣。

表1 某100 t、S=28 m、A5 起重機(jī)不同工況下的上拱度數(shù)據(jù)

在大量的實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，上拱度的實(shí)際上拱角tanα都不會(huì)大于0.001。因此，上拱度不會(huì)對(duì)小車的運(yùn)行機(jī)構(gòu)造成影響。

4 結(jié)語

橋式起重機(jī)主梁的上拱度對(duì)主梁結(jié)構(gòu)本身和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)不會(huì)造成實(shí)質(zhì)的影響，但可幫助主梁在做完型式實(shí)驗(yàn)后符合達(dá)到實(shí)有上拱度不小于0.7S/1 000 的規(guī)定。在起重機(jī)的制造企業(yè)中按文獻(xiàn)［1］、文獻(xiàn)［2］設(shè)計(jì)的主梁截面相差非常大，這一方面對(duì)結(jié)構(gòu)輕量化很有好處，另一方面也給起重機(jī)的結(jié)構(gòu)帶來各種問題并留下隱患。

［1］GB3811-2008 起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國計(jì)量出版社，2009.

［2］GB3811-1983 起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國計(jì)量出版社，1984.

［3］GB/T14405-2011 通用橋式起重機(jī)［S］.北京：中國計(jì)量出版社，2012.

［4］GB/T14405-1993 通用橋式起重機(jī)［S］.北京：中國計(jì)量出版社，1994.

［5］付榮柏.起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)制造工藝［M］.北京：中國鐵道出版社，1997.

［6］張質(zhì)文，王金諾，程文明，等.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊［M］.北京：中國鐵道出版社，2013.