曾繁路

起重機(jī)作為一種代替人力勞動(dòng)用于物料搬運(yùn)的工程的機(jī)械產(chǎn)品，隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，對其需求量越來越大，對其性能的要求也越來越高。主梁作為起重機(jī)重要承載構(gòu)件之一，直接影響起重機(jī)的作業(yè)能力，而疲勞破壞又是起重機(jī)箱形主梁常見的破壞形式。因此研究起重機(jī)箱形主梁的疲勞壽命就顯得尤為重要，這樣能對起重機(jī)箱形主梁結(jié)構(gòu)抗疲勞性能的提高做好充足的理論準(zhǔn)備。

主梁是起重機(jī)主要承載構(gòu)件，它同時(shí)承受垂直載荷和水平載荷。除小起重量的主梁外都均采用焊接組合梁，由腹板和上下翼緣板組焊成工字型主梁或箱型主梁。對有限分析理論在起重機(jī)可靠性因素上做出可靠因素分析。

針對傳統(tǒng)的斷裂力學(xué)和疲勞強(qiáng)度分析起重機(jī)主梁安全性評估中存在的不安全因素來說，起重機(jī)主梁的可靠性主要來源于其金屬的脆斷、疲勞和應(yīng)力腐蝕。

金屬材料在循環(huán)應(yīng)力和應(yīng)變作用下，在一處或幾處產(chǎn)生局部永久性累計(jì)損傷，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的過程叫做疲勞。疲勞破壞：由于構(gòu)件內(nèi)部微觀組織中位錯(cuò)的存在，在外部交變載荷作用下，裂紋萌生、裂紋擴(kuò)展直至發(fā)生破壞的過程。起重機(jī)主梁的疲勞和脆斷，都表現(xiàn)為在某一處的開裂。而且，其裂源點(diǎn)總是在缺口處。缺口，就是指結(jié)構(gòu)截面在傳力途中的各種不連續(xù)。它們是可以由機(jī)械加工所形成的內(nèi)部孔洞、邊緣切口、截面寬度或厚度在傳力途中的突變，也可以是由焊接所形成的幾何缺陷，還可以是由冶金或軋制工藝所形成的質(zhì)量不高，有了缺口就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中和應(yīng)變集中，就會(huì)使其處沒有裂紋到出現(xiàn)裂紋。接著裂紋會(huì)擴(kuò)大，會(huì)在主梁中進(jìn)行，這過程可以叫行裂或裂縫擴(kuò)展。

最后針對起重機(jī)可靠性的因素，做出優(yōu)化改善，針對主梁焊接方法。梁在正常工作應(yīng)力下的疲勞破壞，多半是焊縫缺陷周圍的應(yīng)力集中引起的。疲勞破壞是焊接結(jié)構(gòu)破壞最普通的形式。焊接裂紋和不完全溶合對疲勞強(qiáng)度有明顯的影響

一、起重機(jī)分類

1.輕小起重設(shè)備

（1）電動(dòng)葫蘆

它具有結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧、安全可靠、零部件通用程度大，互換性強(qiáng)、起重能力高、維修方便等特點(diǎn)，是用途廣泛，深受歡迎的輕型起重設(shè)備。

2.橋架起重機(jī)

可在長方形場地及其上空作業(yè)，多用于車間、倉庫、露天堆場等處的物品裝卸，有梁式起重機(jī)、橋式起重機(jī)、纜索起重機(jī)、運(yùn)載橋等。

（1）梁式起重機(jī)

梁式起重機(jī)主要包括單梁橋式起重機(jī)和雙梁橋式起重機(jī)

（2）橋式起重機(jī)橋式起重機(jī)是橋架在高架軌道上運(yùn)行的一種橋架型起重機(jī)，又稱天車。

普通橋式起重機(jī)一般由起重小車、橋架運(yùn)行機(jī)構(gòu)、橋架金屬結(jié)構(gòu)組成。起重小車又由起升機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)和小車架三部分組成。

3.臂架起重機(jī)

臂架式起重機(jī)的特點(diǎn)與橋式起重機(jī)基本相同?？稍趫A形場地及其上空作業(yè)，多用于露天裝卸及安裝等工作，有門座起重機(jī)、浮游起重機(jī)、桅桿起重機(jī)、壁行起重機(jī)和甲板起重機(jī)等。

臂架式起重機(jī)包括：起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。依靠這些機(jī)構(gòu)的配合動(dòng)作，可使重物在一定的圓柱形空間內(nèi)起重和搬運(yùn)。臂架式起重機(jī)多裝設(shè)在車輛上或其他形式的運(yùn)輸（移動(dòng)）工具上，這樣就構(gòu)成了運(yùn)行臂架式旋轉(zhuǎn)起重機(jī)。如汽車式起重機(jī)、輪胎式起重機(jī)、塔式起重機(jī)、門倉式起重機(jī)、浮式起重機(jī)、鐵路起重機(jī)等。

二、起重機(jī)主梁結(jié)構(gòu)

起重機(jī)（crane）運(yùn)行機(jī)構(gòu)一般只用四個(gè)主動(dòng)和從動(dòng)車輪，如果起重量很大，常用增加車輪的辦法來降低輪壓。當(dāng)車輪超過四個(gè)時(shí)，必須采用鉸接均衡車架裝置，使起重機(jī)的載荷均勻地分布在各車輪上。

主梁是起重機(jī)主要承載構(gòu)件，它同時(shí)承受垂直載荷和水平載荷。除小起重量的主梁外都均采用焊接組合梁，由腹板和上下翼緣板組焊成工字型主梁或箱型主梁。梁的合理截面應(yīng)當(dāng)具有兩個(gè)對稱主軸，材料盡量遠(yuǎn)離 中心軸分布以獲得較大的抗彎剛度。組合梁近似薄壁結(jié)構(gòu)，腹板很薄，腹板的高度常是板厚的200倍以上。

主梁常見的幾種結(jié)構(gòu)類型：

（1）中軌箱型主梁

它是由上下翼緣板和兩塊腹板組成，梁上除布置有橫向大加強(qiáng)板外，還有梁全長范圍內(nèi)布置的小加強(qiáng)板。以增強(qiáng)上翼緣板和腹板承壓區(qū)的局部剛度。

（2）偏軌箱形主梁

偏軌箱形主梁多采用寬翼緣形式，由上、下翼緣板和主、副腹板組合成箱型。主梁的副腹板分為空腹、實(shí)腹兩種?？崭闺m可節(jié)省鋼材，但因增加了開孔。鑲?cè)捅ＷC主梁兩側(cè)上拱的一致性而而增加了工藝上的困難。

（3）半偏軌箱形主梁

半偏軌箱形主梁是將軌道布置在主腹板上方的內(nèi)側(cè)。它是普通箱型主梁和寬翼緣箱型主梁上均有采用，常在輕、中載荷的起重機(jī)主梁上采用。

（4）工字型主梁

工字型主梁又稱單腹板主梁，由上、下翼緣板組成，軌道放在腹板的正上方。工字型主梁因?yàn)槠渌絼偠炔?，在橋架結(jié)構(gòu)中較少采用。實(shí)際使用發(fā)現(xiàn)，工字梁和增強(qiáng)翼緣間兩側(cè)焊縫的收縮無法緊密貼合，在輪壓反復(fù)作用下，焊縫a疲勞開裂，且開裂后難以修復(fù)。為增加工字型主梁的水平剛度，結(jié)合行架結(jié)構(gòu)形式，將主梁設(shè)計(jì)成空腹行架結(jié)構(gòu)的復(fù)合主梁。

三、起重機(jī)疲勞壽命

金屬材料在循環(huán)應(yīng)力和應(yīng)變作用下，在一處或幾處產(chǎn)生局部永久性累計(jì)損傷，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的過程叫做疲勞。疲勞破壞：由于構(gòu)件內(nèi)部微觀組織中位錯(cuò)的存在，在外部交變載荷作用下，裂紋萌生、裂紋擴(kuò)展直至發(fā)生破壞的過程。不同的外部加載方式造成了不同的疲勞破壞形式，因此學(xué)術(shù)界將疲勞分為：

（1）機(jī)械疲勞 僅有外加應(yīng)力或應(yīng)變波動(dòng)造成的疲勞失效；

（2）蠕變疲勞 在高溫下循環(huán)載荷引起的疲勞失效；

（3）熱機(jī)械疲勞 循環(huán)載荷和循環(huán)溫度共同引起的疲勞失效；

（4）腐蝕疲勞 在侵蝕性化學(xué)介質(zhì)或致脆介質(zhì)的環(huán)境中施加循環(huán)載荷引起的疲勞失效；

（5）滑動(dòng)接觸疲勞和滾動(dòng)接觸疲勞 載荷的反復(fù)作用與材料間的滾動(dòng)和滑動(dòng)接觸共同造成的疲勞失效；

（6）微動(dòng)疲勞 脈動(dòng)應(yīng)力與表面間的來回相對運(yùn)動(dòng)和摩擦滑動(dòng)共同作用產(chǎn)生的疲勞失效。