张志刚

太重集团科技开发公司 山西太原 030000

近些年来，随着我国工业生产活动的不断开展，以桥式起重机为首的机械设备逐渐成为工业生产活动常用的设备之一。从运行应用角度上来看，桥式起重机通过横架于车间、仓库以及料场上空，可实现物料吊运过程。一般来说，桥式起重机可利用桥架下面的空间对物料进行吊运处理，在这一过程中不会受到地面设备的阻碍影响。不难看出，桥式起重机在灵活度以及安全性方面表现较强。其中，司机室作为桥式起重机结构体系的重要组成部分一定程度上可以保障起重机械运输质量安全的作用[1]。结合以往的应用经验来看，司机室通常会按照人机工程学原理进行优化设计，以期可以保障桥式起重机运行质量安全。然而结合实际情况来看，桥式起重机在运行过程中容易受到较多不确定因素的影响，导致活动司机室在运转过程中存在质量缺陷问题。针对于此，建议研究人员应该加强司机室结构动态特性问题的研究分析，尽量减少运行质量问题。

1 某桥式起重机应用现状分析

某55t×34m桥式起重机主要采用活动司机室结构形式，引进于德国某公司设计与制造。最开始该活动司机室吊挂在空间框架结构的悬臂端位置，其中，该空间框架结构主要有悬臂、立杆以及斜撑组成，立杆与斜撑结构的另一端主要与小车架下横梁底部相连。在应用过程中，不少操作人员反映该活动司机室振动问题明显，且在操作过程中常常有坠落的感觉。为及时改善这一问题，相关人员对该活动司机室进行了重点改造，主张将悬臂延长并增设斜撑结构。改造处理之后，该活动司机室振动感明显减弱，在一定程度上消除了操作人员作业期间的风险性。但是经过几年的运行之后，操作人员反映该司机室又出现明显下沉现象，并且在下沉过程中伴随着剧烈振动。顾虑到该起重机设备已经应用近20年，且长期承担着较重的生产任务。针对于此，相关单位对该起重机设备进行了全面检测与性能评估，并重点针对其活动司机室结构动态特性问题进行了研究与分析。

2 桥式起重机结构测试与分析

2.1 主要焊缝探伤

焊缝探伤基本上可以视为桥式起重机结构测试体系的重要组成部分。为进一步加强对桥式起重机内部结构的测试分析，操作人员针对主梁下盖板对接焊缝以及腹板角焊缝等进行了磁粉探伤，根据探伤反馈结果来看，并未发现超标裂纹[2]。

2.2 几何测试

几何测试主要围绕上拱度、静刚度以及水平旁弯度等参数变量问题进行精准测量，结合上述几何变形参数测量结果来看，因经过多年的使用，其上拱度已经不在允许范围之内。但是该车已经使用近20年的时间，其上拱度仍可以保持18.5mm以及15.5mm，基本上可以认为符合要求。与此同时，静刚度也符合设计要求。需要注意的是，当满载小车处于跨中时，其两根主梁会出现微小的下挠现象。在水平旁弯度方面，主梁水平旁弯度可以达到外凸1mm，大体上可以满足预期设计要求。

2.3 主梁跨中应力测试

在主梁跨中应力测试方面，操作人员主要将应力测试点选在西主梁跨中位置，也就是上盖板内侧上表面位置。其中，测点应该避开焊缝位置以及加强筋板位置。在测试仪器的选择上，可利用动态应变仪实现对测试过程的全周期管理。在测试分析过程中，操作人员可以让空载小车停在主梁一端，此时仪器应该调零；大车与空载小车应该根据实际情况调整位置，直到吊具处位置之后吊起吊具；空载小车在移进跨中位置时，应该停留片刻；大车与空载小车调整位置之后，应该放下吊具并吊起荷重；满载小车移动到跨中位置时，整机将会处于静止上状态[3]。

此时，操作人员应该测量静刚度；吊具吊着荷重反复做下降制动以及上升制动操作，并做好动刚度测试，根据测试反馈结果，判断其中运行情况；大车以及满载小车应该做复合运动，并在运动过程中缓缓移动到荷重停放处，此时，空载小车应该回到主梁端部，停止上述测试。根据现场反馈情况来看，这一测试过程持续了40分钟左右，操作人员从中测取动应力信号。

2.4 主梁动刚度

桥式起重机在提升荷重的瞬间会产生较大的激振力，而产生的激振力会引发金属结构垂直振动问题。一般来说，这种振动效应并不会对结构承载能力造成直接影响，却会对其中运行性能产生一定影响，如可能会恶化结构件的受力条件。在实践研究过程中，操作人员通常会以桥架自振频率也就是我们常说的动刚度作为衡量因素，在完成动态应力测试之后，操作人员可截取主梁跨中应力信号表现情况以及起升制动片段，完成傅立叶变换过程，获取主梁动刚度数值[4]。结合现场测量情况来看，主梁动刚度为1.8Hz。按照《起重机设计规范》来看，主梁动刚度应该超过2Hz。也就是说，该起重机主梁难以满足设计规范要求，也就是动刚度要求。因此可以理解其中基础量无法满足动刚度要求，是导致司机室剧烈振动的重要因素。

3 桥式起重机活动司机室结构测试分析

3.1 关键部位应力测试

因司机室连接框架受力特点相对特殊，操作人员在应力测试分析方面只选取关键部位，如悬臂与立杆连接点、立杆与小车架连接点。结合现场应力信号图反馈情况来看，悬臂上表面应力变化比较明显，其中，比较明显的静应力一般多集中体现在跨中工况当中，如空钩小车靠近跨中位置以及满载小车位于跨中位置。根据应力数值反馈情况来看，位于南侧位置的测点在空钩工况应力数值的表现上主要为17.1MPa；北侧应力数值为20.6MPa。

按照规范要求来看，满载工况的应力应该表示为16.3MPa。从客观角度上来讲，在某些工况条件的影响下，应力变化趋势可能会存在较大波动问题，这也可以从侧面反映出司机室在移动过程中存在竖直刚度不足，引发司机室整体偏转的问题。因此在信号图反馈上，可以明显看出两侧悬臂一个处于受拉状态，一个处于松弛状态。并且一个始终处于增大状态，另一个始终处于减少状态[5]。

需要注意的是，小车架下横梁应力变化并不是很明显，在幅值变化方面基本上可以满足一定要求。另外，在整个静刚度测试过程中，整台起重机处于静止状态。但是对于小车架下横梁表面而言，其应力存在渐变趋势，侧面反映出司机室竖直方向存在刚度不足的问题。

3.2 振动分析

根据起重机不同运动工况表现，现场操作人员主张将测试过程分为多个短时间段进行测试分析。其中，在分析过程中，操作人员需要对每一个时间段的应力信号进行傅立叶变换，目的在于获得不同方向的特征频率。在具体处理过程中，操作人员需要对每一次计算取前5阶，根据数值反馈结果确定能量最集中的主频区域。一般来说，我们可以将这一主频区域视为其对应方向的固有频率。从整体上来看，结合相关数值可以发现小车运行对立杆上端以及小车架连接部位所产生的振动影响并不是很大，但是对于悬臂上对称位置而言，所产生的振动影响较为明显。同时，在大车运行以及吊钩起吊测点位置方面，所产生的振动问题比较明显，与起重机操作人员感觉一致，存在明显下沉且振动现象。

对于同一部位而言，不同工况在频率方面存在较大差异。究其原因，主要是因为不同工况对起重机产生的激励效果存在一定差异。对于同种结构对称部位测点而言，在频率分布表现上基本上可以呈现出相似特点。但是在某些特殊情况下也会存在差异问题，可以从侧面说明其振动形态并不是完全一致的。除此之外，在吊钩起升以及下降过程中，吊钩曾经着地。针对这一现象问题，操作人员可对着地前后两个时间段进行测试分析[6]。根据分析反馈结果，确定主梁着地前后的振动频率。结合司机室立杆傅立叶变换结果来看，在竖直方向振动频率的表现上主要以1.8Hz与2Hz为主。结合《起重机设计规范》来看，该活动司机室在振动性能方面不符合要求，导致操作人员在操作过程中会感受到明显的振动问题。从水平方向上来看，其振动频率大于3Hz，基本合格。

4 结果分析

结合上述几何测试表明，该桥式起重机在上拱度以及静刚度方面都存在不同程度的薄弱问题，同时水平旁弯度也存在薄弱问题。但是从桥式起重机使用功能上来看，上述数值可基本符合要求。经应力测试显示，该桥式起重机在主梁以及司机室关键连接部位方面所表现出的应力情况并不是很明显，同时应力幅值也并不是很大，基本上可以满足设计要求。但是需要注意的是，司机室连接框架所显现出的对称布置中的测点应力变化并不是完全一致。足以说明，该对称结构在受力特点方面并不完全对称。在复合运动的工况条件下，司机室竖直方向所呈现出的振动频率多次出现波动问题，导致操作人员在司机室内可以感受明显振动。再加上动刚度严重不足，可能会对其中操作人员安全操作构成威胁，并且容易引发安全生产事故。

5 相关建议

为确保桥式起重机始终处于高效稳定的运行状态，建议操作人员应该在不增加工作强度的条件下，对其进行定期的维护保养。以本文所研究的桥式起重机为例，操作人员可在不增加工作强度的条约下继续使用。同时,管理人员应该对其金属结构进行定期性能测试与评估，且日常点检工作也应该落实到位。另外，司机室连接结构应该进行优化设计，必须按照人机工程学原理，提高司机室与小车架之间的连接刚性。需要注意的是，操作人员应该严格规范个人的操作行为，严格按照桥式起重机操作规范要求，避免桥式起重机在运行过程中出现质量隐患问题[7]。

6 结语

总而言之，通过本文对桥式起重机活动司机室结构动态特性的研究与分析，不难看出，引发桥式起动机活动司机室振动问题的因素较多，在具体排除与管理过程中，操作人员应该主动结合问题的具体成因以及表现，采取针对性措施加以规避处理。与此同时，在选用桥式起重机的过程中，操作人员应该根据现场生产需求以及工艺流程内容，选择质量达标的桥式起重机进行应用。除此之外，对于存在老化问题的桥式起重机应进行定期维护与保养。情况严重时，应进行及时更换，从根本上桥式起重机活动司机室运行质量安全。