大起重量悬挂运输设备轨道梁计算分析

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火电厂 中大量辅机设备需要通过悬挂运输设备检修维护，随着机组容量的加大，辅机设备质量越来越大，悬挂运输设备的起重质量越来越大，最大达到了 45 t。悬挂运输轨道梁断面-般在 I28aI63c之间选取，工字钢的断面符合 GB/T 706-2008(热轧型钢》的要求，目前最大的断面只能到I63c[1]，如果选用其他型式的型钢则不能满足悬挂运输设备安装的要求。以往多注重轨道梁整体弯曲应力的计算，而忽视在巨大的轮压作用下轨道梁下翼缘合成应力的计算。对于大起重量的悬挂运输设备轨道梁，下翼缘 的合成应力往往起控制作用，限定 的工字钢断面能否满足要求需重点计算。

1 轨道梁的整体弯曲应力某火电项目引风机检修单轨电动吊车，起重量Q-450 kN，悬挂运输设备 自重 G≈30 kN，悬挂运输设备共有 8组车轮，轮距见图 1(图中单位为mm)。轨道梁在 I45aI63e之间选用。

计算时，电动梁式吊车或电动葫芦的动力系数取为 1.O5[ 。轨道梁直接承受吊车轮行驶，计算强度时，钢材的强度设计值和截面惯性矩应分别乘以磨损折减系数 0.9。设计时轨道梁的吊点间距取3 m，轨道梁采用 I63c，单位自重 gk为 1.4 kN/m。

轨道梁材质为 Q235B，钢材的抗弯强度设计值 / -205 N/mm 。在进行整体内力计算时，对于移动荷载，考虑到 2组 车轮 的问距较小 ，按 1个集 中力考虑。计算简图见图 2(图中单位为 mm)。

P -(QG)/4-120 kN，考 虑荷载的分项 系数 1.4及动力系数 1.O5，经过计算 ，轨道跨 内最大弯矩设计值 M -344 kN ·1TI。

整体变曲应力 Mm /7式中：y 为对 轴的截面塑性发展系数，对于承受动力荷载时，宜取 1.0；f为轨道的磨损折减系数，取 0.9；W 为对 z轴的净截面抵抗矩(截面系数)，查 GB/T 7O6-2O08为 3 248.9×10。mrn。。

则 d：-117.6 N/mm < /184.5 N/mm ，整体弯曲应力满足要求。整体弯曲应力主要与轮压及收稿日期：2012-10-30作者简介：刘天英(1975-)，男，高级工程师，从事火力发电厂结构设计工作。

·24 · 2013年 2月第41卷 第1期(总第224期)吉 林 电 力Jilin Electric PowerFeb.2013Vo1.41 No.1(Ser.No.224)轨道梁图1 悬挂运输设备轨道梁立面及剖面图 2 计算简图梁的跨度有关，轮压由悬挂运输设备厂家提供，-般无法调整，如果整体弯曲应力不满足要求，可以考虑调整轨道梁的吊点间距。

2 轨道梁局部弯曲应力悬挂运输设备沿着轨道下翼缘行驶，轨道的下翼缘在产生整体弯曲应力的同时，也产生局部弯曲应力。影响轨道梁下翼缘局部弯曲应力的因素主要有轮压的大孝作用点的位置和翼缘的厚度[4]。工字钢轨道梁在悬挂运输设备轮压的作用下，危险点的位置为腹板根部、轮压作用点下表面及下翼缘靠近自由端处。这 3个位置的受力示意见图3，其局部弯曲应力计算如下。腹板根部 1点由翼缘在 XOZ平面内及 xoy平 面 的弯 曲 引 起 的应 力 分 别 为 仃 -- K1×2P /t ； ：l--K2×2P /。。轮压作用点2下表面由翼缘在XOZ及 xoy平面内弯曲引起的应力分别为 2- 3×2Pkmax/t2； 2-K ×2Pkmax/t 】近自由端的点 3由翼缘在 xoy平面内弯曲引起的应力 。K ×2Pkmax/t。。式中系数 K。、K2、K。、K 及K 通过查 K- 曲线求得 5]， 为轮压作用点位置比。t为距边缘(6- )/4处的翼缘厚度(mm)。下翼缘的局部弯曲应力计算时需要的有关尺寸见图 4。

图 4中a(6- )/2，i-口c-P。轮压比 ：轨道粱3图 3 轨道梁下翼缘轮压作用下受力示意图梁图 4 下翼缘尺寸关系- i/a式中：i为轮压作用点至腹板边的距离；12为轨道梁下翼缘悬壁板宽lC为轮缘与轨道梁翼缘边缘的距离，取 4 mm；6为轨道翼缘宽度； 为轨道梁腹板厚度；e为轮压作用点至轮缘边的距离。

· 25 2013年 2月第41卷 第 1期(总第 224期)吉 林 电 力Jilin Electric PowerFeb.2013VoI.41 No.1(Ser.No.224)因为轨道采用热轧工字钢，翼缘表面斜度为1/6，取 -0.164 R，R为车轮踏面曲率半径。本例中R-170 mm，则 -27.88 mm。按 GB/T 7O6-2008提供的数据，工字钢 I63c，b-180 mm，d-17 mm，t-22 mm。日-81.5 mm，i-57.62 mm，则-i/a：0.71。查 K- 图[5]，K1-0.6、K2-0.08、K3- 0.28、K4- 0.92、K 5- 0.82。

P -Yk(QG)/n式 中：k为轮压不均匀 系数，取为 1.4；Q为起 吊重量；G为悬挂运输设备自重；轮数 -16；y为分项系数 ，取为 1.4。

1点处的局部弯曲应力：--Kl×2P /t。--145.8 N/ram。；1--K 2X 2Pkmax/t --19.4 N/mm 。

2点处的局部弯曲应力：2-K3X 2Pkmax/t -68.0 N/ram ；：2-K ×2Pkmax/t -223.5 N/mm 。

3点处的局部弯曲应力：柏-K5×2Pkmax/t -199.2 N/mm 。

从以上计算可以看出，这几个位置的局部弯曲应力都很高。

3 轨道梁下翼缘合成应力下翼缘下表面各危险点的合成应力由整体弯曲应力和局部弯曲应力合成，可按第四强度理论计算。

1点处的合成应力 -[ ：I( ) -( 1口：)] ≤ 1f2点处的合成应力 -Ed ( ) - ：( )] ≤ /3点处的合成应力 口。- 。 ≤ f式中： 为合成应力计算时钢材强度设计值增大系数；当口 与( ：， 。)异号时，取为 1.2；当 ，与( 。 )同号时或 -0时，取为 1.1。本例中对于 1点处， 取为 1.2；对于 2、3点处， 取为 1.1。

经计算 l点处的合成应力 -212.6 N/ram <1.2/-246 N/ram 。

经计算 2点处的合成应力 -312.7 N/mm >1.if225.5 N/ram 。

经计算 3点处的合成应力 口。314.8 N/ram。>1.If225.5 N/ram。。

· 26·由上述计算可以看 出，2、3点处 的合成应力 已远远超过允许值，已经严重影响轨道梁的安全使用。

4 加强措施根据上述计算，如果截面不满足要求，而且没有更大截面可供选择的情况下，通过以下方式来解决：调整轨道梁吊点间距，减小整体应力；采用高强度钢材，Q235B改为 Q345B或更高；加大轨道梁下翼缘厚度。

调整轨道梁吊点的间距，确实可以减小整体弯曲应力，但当局部弯曲应力在合成应力中占有很大份额时，通过此方式降低合成应力，效果不明显。

如果采用更高强度等级的钢材，如 Q345B钢，抗弯强度设计值 /-295 N/mm。， 。f-324.5 N/mm ，较 Q235B的强度设计值大得多，非常容易满足下翼缘合成应力的要求，建议对大起重量悬挂运输设备轨道梁优先选用 Q345B材质，但 Q345B材质的热轧工字钢采购非常困难。

5 结论从轨道梁局部弯曲应力的计算可看出，影响局部弯曲应力主要是轮压值的大型翼缘的厚度。由于轮压值无法调整，只有采取增加翼缘的厚度，减小合成应力的方法。加强后的下翼缘厚度由原来的22 mm/JI大至 38 mm，有效地减小了下翼缘的局部弯曲应力。计算合成应力满足要求，经过多年运行，未发现问题，证明加强方式是可行的。