大型起重机桁架臂断裂的修复

一台德国利勃海尔公司生产的LGl200型桁架式汽车起重机(额定起重量为200t)，在一次作业中，因吊钩回荡撞击在吊臂第一节的斜撑杆上，造成2根斜撑杆弯曲变形、2根斜撑杆断裂，严重地影响了该节吊臂的刚度和结构稳定性，必须进行修复。

　　1.修复方案
　　本着经济实用的原则,经现场查看认为，对4根弯曲变形及断裂的斜撑杆，可去除断裂和严重弯曲部分，剩余部分可再利用，去除部分可采用与之性能相近的无缝钢管代替，即用角向砂轮切去其断裂和严重弯曲的部分(避免因用氧乙炔焰切割而影响主杆)，并对主杆上的斜撑杆余段的焊口进行仔细的打磨。4根斜撑杆的杆长分别为L1=1310mm、L2=1430mm、L3=1530mm、L4=1640mm，横截面直径均为44.5mm，壁厚均为2.8mm。损坏的斜撑杆的分布情况如图1所示。

　　经对桁架吊臂主杆的测量，发现主杆变形很小，直线度的偏差≤2mm/m；横截面直径为80mm，壁厚为2.8mm。可采用冷校的办法使其恢复原状。

　　对换用杆件的材料，应尽可能地选与其原件相同或强度相似的材料。从切割下的斜撑杆中截取可再用直材，用砂轮切割机切割，得到4段长度分别为500、800、900、1100mm的直杆，再将它们用内衬套管两两对接。将长度为800mm和900mm的两杆对接作为L4=1640mm杆的材料；用长度为500mm和1100mm的两杆对接作为L3=1530mm杆的材料。

　　　对其余2根，比较了国内外多种钢管材料，选用横截面直径为43mm、壁厚为2.2mm的日本石川岛管材作为L1=1310 mm、L2=1430 mm杆的材料，其化学成分与原件相似，屈服点ρs达到395 N/mm2。

　　2.修复工艺
　　(1)焊接
　　采用AX-300型直流焊机，选用奥地利OERLIKONTenacito 75~牌、型号为DIN 8529EY6975Mn2NiCrMoB的碱性焊条(其ρs=700 N/mm2，横截面直径为3.25mm)。

　　对焊缝要求：对接焊缝的坡口型式，按现行GB985-88《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本型式与尺寸》的要求执行。施焊时配管按原位配置，4杆均采用角焊。L1和L2杆的衬管紧配压入，选用的内衬套管为厚度ρ=4mm的A3钢管。两两对接的原管材之间留2-3mm的空隙，使焊接时能将3件管材同时焊牢。环焊后冷作矫直。焊缝情况如图2所示。

　　工艺要求：焊前将焊口部分预热至150℃；焊条放入烘箱在300-350℃下烘焙1-2h后放入保温筒，随用随取。焊前将工件坡口及两侧各20mm范围内的锈污清除干净。焊接时电流控制为90-100A。焊后需保温；用电热板加热，石棉纤维布包裹后保温。用型号XCT-101热工仪表和传感器将温度控制在150-180℃之间，逐步降到环境温度，保温时间为20h左右。

　　(2)焊缝质量检验
　　去除焊渣后，检测焊缝质量，外观检视后，经X射线拍片探伤检验，焊缝质量合格。焊缝应力计算桁架式吊臂结构受变载荷作用，能会发生疲劳破坏。符合1级或2级准的横向对接焊缝、纵向对接焊缝及不同厚度或宽度的横向对接焊缝会发生疲劳破坏。对接焊缝附近的体金属会发生疲劳破坏，但这是结的疲劳问题。因此，对接焊缝无需作疲劳强度计算，所以只作焊缝应力计算，公式为：ρw=N/tLw≤[ρw] (1)式中 N--轴心拉力或压力t--焊缝宽度Lw--焊缝有效长度[ρw]--对接焊缝的拉伸、压缩许用应力 [ρw]=ρs/n式中n为安全系数。按《起重机设计规范》(GB3811-83)规定，在结构强度计算时，n=1.25，由此得出[ρw]=395/1.25=316N／mm2。

　　首先，对L1、L2杆作应力计算。
　　由图3知，此两杆的最大应力位于与主杆相交的端点处，而每根主杆上的力分别是0.25p 则N1=0.25P(COSα COSα1)，由余弦定律可求出COSα和COSα1的数值。

　　参照厂商提供的性能手册，在起重工况为Ⅰ和Ⅱ时的主杆轴向压力户为1134350N。

　　将数据代入，可得N1=0.25x1134350×(0.2862 0.5183)≈228146N。

　　同理得出，N2≈208250N。
　　由图2可知，除了两杆的轴心压力N不同之外，它们的焊缝宽度和有效长度均相同。

　　t=12 mm；Lw=∏d，考虑到加工相关线的关系，再乘上系数1.1，最后可得Lw=1.1x3.14x43≈148.52mm。

　　将所有数据代入公式(1)，可得 ρw1=128.01 N/mm2<[ρw]，满足强度要求；ρw≈116.85 N/mm2<[ρw]，满足强度要求。

　　再来讨论由断裂的斜撑杆对接的L3、L4两杆的应力计算。此两杆的最大应力位于对接处，除了两杆的轴心压力N不同之外，它们的焊缝宽度和有效长度均相同。

　　N3=0.25P(cosγ cosγ1），由余弦定律可求出cosγ和COSγl的数值。将所有数据代入，可得N3=0.25x1134 350X(0.2389 0.4282)≈189 181N。

　　同理得出，N4≈183 358N。 t=12mm； Lw=丌d=3.14x44.5=139.73mm 将数据代入公式(1)，可得ρw≈112.82 N/mm2<[ρw]，满足强度要求；ρw≈109.35 N/mm2<[ρw]，满足强度要求。

　　通过这次对大型进口起重机的桁架式吊臂的修复，我们认为，重点在于材料和焊条的选用，只要严格控制焊缝的质量、规范焊接工艺，就能解决修理中的难点。通过实际使用，证明修复后的吊臂性能完全符合要求。这样的修复工艺快捷有效，为修复同类机器提供了借鉴。