（浙江省特种设备检验科学研究院 浙江杭州 310000）
摘要：起重机是一种不受地面活动干扰的机械式搬运设备，起重机金属结构是起重机的机械骨架，起着承受和传递起重机所负担载重及其自重的作用，是起重机的主要组成部分。长期以来，起重机金属结构多采用以古典力学和数学为基础的半理论、半经验的设计方法，设计过程反复多，周期长，精度差。随着计算机技术和现代设计理论的不断发展，出现了许多跨学科的现代设计方法。这些方法与起重机结合，使起重机金属结构设计进入了新的高质量、高效率阶段。
关键词：门式起重机；金属结构；应力测试；分析
引言
应力测试是验证起重机金属结构承载能力的最直接、最有效的手段，通过在金属结构危险截面粘贴应变片，应用应变片变形与阻值变化的关系，从而得出金属结构产生的应力，与屈服强度的比值可得出承载能力的结论。通过门式起重机危险截面的探讨、测点布置的介绍和测试结果的分析，为门式起重机应力测试提供理论依据，为门式起重机的安全使用提供技术保障。
一、门式起重机金属结构概述
门式起重机是重要的物品搬运设备，是桥式起重机的一种引申形式，通过将桥架架设于一根或两根支腿之上，形成一种门架结构，以此得名，亦称“龙门起重机”，通过这种形式的改变扩大了其适用场合范围，目前门式起重机广泛应用于由于铁路货场装卸货物、港口码头装卸集装箱、水电站起吊大坝闸门、建筑工地进行施工作业、贮木场堆积木材等，由于门式起重机服务于不同行业，因此依据不同行业对于起重机的不同要求，龙门起重机结构形式从参数、规格到结构形式也是各式各样的，以适应不同场合的需求。钢铁、机械制造业的新技术不断涌现，对起重运输机械的性能也提出了更高的要求，主要设计要求包括，提高的作业装卸效率、降低工人劳动强度、制造及使用时节能环保、工作寿命周期内的安全可靠等。
金属结构是通过金属材料轧制成的型钢或板材按一定规则通过焊、铆、栓的方式连接构成，因其计算方法准确，设计方法成熟的特点，且具有较高的负载自重比，制造和安装方便，多用于建筑、桥梁与机械装备制造行业。门式起重机外形以金属结构为“骨架”构成，依据制造形式，主要分为格构型式和实腹型式，其主要作用是承受和传递结构自重、负载以及一些随机自然载荷，直接决定了门式起重机的工作能力。
二、危险截面的确定
门式起重机其金属结构的应力危险截面如下。
1.跨中下盖板位置
指跨度中心线两侧1/4小车轴距的位置，当小车运行到跨度中部时，此处的弯矩最大，由于跨内梁的截面尺寸相等，此处将出现最大正应力，主应力方向和主梁方向一致，上盖板受挤压，下盖板受拉伸。小车位于跨中时，主梁弯矩图如图1所示。
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2.1/6～1/4跨位置
主腹板与上盖板的焊缝处，是出现最大应力幅值的地方，即最大应力减去最小应力(拉伸取正值，挤压取负值)，它是小车处于有效悬臂位置时在跨度内部引起的正弯矩产生的应力，如图2所示，该应力减去小车在跨度中部引起的负弯矩广义影响线数值最大位置的应力，曲线上该点的切线斜率与小车在有效悬臂时在跨内引起的弯矩斜率相同，如图3所示。在这个位置有弯曲正应力，车轮通过的挤压应力，剪应力也很大。
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图3 负弯矩
3.悬臂根部位置
当小车运行到有效悬臂处时，悬臂根部出现最大弯矩，此截面应力最大的点是小车轨道附近，此处有弯曲正应力，车轮通过的挤压应力，此处的剪应力也是最大的，主应力方向和主梁方向一致，上盖板受拉伸，下盖板受挤压。
4.支腿部位
对于在两个方向上都呈线性变化的变截面支腿，离支腿下端2/3高处的截面是支腿计算截面，该截面内受压和受弯，应力较大，且受力复杂。支腿下截面是整个起重机及载荷的支撑面，也是与下横梁连接的平面，该截面的强度关系着整个起重机的承载能力和稳定性。
5.单箱形主梁门式起重机
对于有水平轮的单箱形主梁门式起重机，水平轮轨道在主腹板与下盖板焊缝处的主腹板外表面上如图4所示，有很大的弯曲拉应力，包括水平轮通过的局部挤压应力，以及由于水平轮没有对准下盖板，在主腹板上形成的局部弯曲应力。
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图4 水评论轨道位置
6.下横梁
下横梁承受起重机工作和非工作状态的压、拉和弯曲应力，主应力方向变化。下横梁在支腿法兰座截面产生压应力、剪应力和弯曲应力;跨中截面受到拉应力、弯矩应力和扭曲产生的剪应力。
三、动态测试
动态应力测试是为了检验起重机在动态载荷作用下主要承载金属结构的动应力水平，确定构件强度、刚度。本次测试进行40t动载试验，采用TMＲ－200小型多通道动态数据采集仪记录下门式起重机各种操作过程的动态应力监测结果。测试的工况为:空载小车在左支腿取平衡→轨道处(4号测点)加载并进行起升及下降→开往左悬臂→左悬臂处起升及下降→开往左支腿→左支腿处起升及下降→开往跨中→在跨中起升与下降→开往5号测点焊缝处→5号测点焊缝处起升及下降→开往右支腿→右支腿处起升及下降→开往右悬臂→右悬臂处起升及下降→返回卸载。动载检测结果见下表，图5为所有测点中出现应变、应变副为最值的应变历程，最大应力值为114.15MPa，应力幅为174.27MPa，测试结果显示该处易产生疲劳损伤，为危险区域，应引起重视，需定期检查，在操作过程中，小车应尽可能地缓慢通过该处，避免在该处进行快速的起升、制动及启动。
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结语
通过危险截面的分析和典型案例总结如下。首先门式起重机的危险截面一般在主梁跨中、跨端、1/4跨度附近、支腿、小车架、下横梁上。其次应变片一般应粘贴在危险截面，同时根据实际工况，在使用频繁和经常超载的截面以及应力集中区，怀疑有裂纹的区域均应考虑粘贴应变片。最后根据应力测试结果和分析，能够验证金属结构的承载能力、发现金属结构的裂纹等故障、帮助事故分析、指导故障修复、为优化和改进设计提供技术支撑。
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图5 5号测点应变历程
参考文献
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