Sillan (portti)nosturin pääpalkin taipuman mittaus ja muodonmuutoksen korjausmenetelmät

[Tiivistelmä] Tässä artikkelissa käsitellään yritysten tuotantotoiminnassa usein esiintyviä tilanteita, joissa silta- (tai portaali-) nosturin pääpalkkiin ilmenee ongelmia, jotka johtavat esimerkiksi sen vääntymiseen, sekä näiden tilanteiden havaitsemista ja korjaamista. Artikkelissa esitellään muutamia toteutustapoja ja niiden ominaispiirteitä sekä selostetaan niiden soveltamisalaa.

Avainsanat: pääpalkin muodonmuutos, tarkastus, oikaisu, menetelmä

Pääpalkin muodonmuutosten havaitseminen ja korjaaminen on yleinen ongelma teollisuustuotannossa. Tässä artikkelissa esitellään silta- (portti-) nostureiden osalta useita menetelmiä muodonmuutosten havaitsemiseksi ja korjaamiseksi sekä selostetaan näiden menetelmien ominaispiirteitä ja soveltamisalaa.

I. Sillan (portti)nosturiPääpalkin taipumatarkastus

Sillan (portti)nosturin turvallisuustarkastuksen yhteydessä pääpalkin kaarevuuden mittaaminen on erittäin tärkeä osa tarkastusta. Standardissa GB/T 82 (Yleiset siltanosturien tekniset vaatimukset) määrätään selvästi, että pääpalkin keskikohdan yläkaarevuus F on yhtä suuri kuin L kerrottuna (0,9 – 1,4) ja jaettuna 1000:lla. Lisäksi suurin kaarevuus on pidettävä jännevälin keskikohdassa arvon L jaettuna 10:llä rajoissa. Nykyisin yleisesti käytettyjäHavaitsemismenetelmät, joihin kuuluvat perinteinen teräslangan menetelmä, nykyisin käytetty koukulla ripustettava mittanauha sekä magneettilla ripustettava mittanauha. Seuraavassa esitellään nämä menetelmät erikseen.

1. Teräslangan vetomenetelmä

Tämä teräslangan vetomenetelmä edellyttää kolmea tarkastajaa, joiden on noustava nosturin pääpalkille. Menetelmässä käytetään φ0,5 mm:n paksuista ohutta teräslankaa, teräslangan toinen pää kiinnitetään pääpalkin toiseen päähän, ja teräslanka kulkee ylälevyn korkeustasoittimien kautta, kun taas toinen pää liitetään pääpalkin toiseen päähän asennettuun 15 kg:n jousivaakaan. Seuraavaksi valitaan mittauspisteet, joissa mitataan teräslangan ja pääpalkin yläpinnan välinen pystysuora etäisyys, minkä jälkeen lasketaan kaarevuusarvo. Tällä menetelmällä on melko suuria rajoituksia, ja lisäksi tarkastajien korkealla työskentelyyn liittyy vaaroja. Sitä käytetään ainoastaan joidenkin laatikkomuotoisten kaksipalkkisten siltanosturien pääpalkkien kaarevuuden mittaamiseen, mutta yksipalkkisten siltanosturien (portaalinosturien) sekä aluslevyllä varustettujen laatikkomuotoisten kaksipalkkisten siltanosturien pääpalkkien kaarevuutta ei voida mitata tällä menetelmällä.

2. Koukun avulla mittaaminen

Koukku-mittausmenetelmässä 300 mm:n teräsmittanauha ripustetaan ylösalaisin koukkuun, I-palkkikiskoa pitkin liikkuva vaunu (sähköinen nostoköysi) käynnistetään ja maahan asennetun vesivaa’an avulla mitataan peräkkäin pääpalkin eri pisteiden korkeusarvot, minkä jälkeen lasketaan sen kaarevuusarvo. Tällä mittausmenetelmällä on suuri virhe, ja se voi toisinaan johtaa jopa vastakkaisiin tuloksiin. Mittaustarkkuuteen vaikuttavia tekijöitä ovat:

Vaunun pyörien säteissä on eroja, radan ajopinnan muodossa on poikkeamia ja vaunussa voi olla vain kolme jalkaa; nämä seikat näkyvät suoraan korkeuslukemissa, minkä seurauksena mitatut korkeuslukemat eivät ole todellisia, ja lopulta laskettu kaarevuusarvo on epätarkka.

3. Magneettinen ripustusmenetelmä

Käytetään φ0,5 mm:n paksuista ohutta teräslankaa, jonka toinen pää on kiinnitetty magneettiin ja toinen pää 0,5 kg:n painoon. Sen jälkeen teräslankaan kiinnitetään 300 mm:n pituinen teräsmittanauha, jonka asentoa voidaan säätää, sitten magneetti kiinnitetään erityisellä eristetyn sauvan avulla pääpalkin alalevyyn tai I-profiilisen kiskon alapintaan, jolloin muodostuu magneettinen mittausmenetelmä. Sen jälkeen valitaan kolme mittauspistettä pääpalkin molemmista päistä ja palkin keskeltä. Maahan asennetun vesivaa’an avulla luetaan magneetin ripustamasta mittalevystä arvot, joiden avulla lasketaan pääpalkin keskikohdan kaarevuusarvo. Kaava on seuraava:

Jännevälin kaarevuusarvo sijaitsee pääpalkissa, ja se on yhtä suuri kuin jännevälin keskikorkeus, josta on vähennetty puolet; tämä puolet on jännevälin korkeamman pään korkeuden ja matalamman pään korkeuden summa.

Kiinnitä teräsviivain etupuoli ylöspäin tuohon ohueen teräslankaan; jos mitattu tulos on positiivinen, kyseessä on ylöspäin kaareutuminen, ja jos tulos on negatiivinen, kyseessä on alaspäin taipuminen. Tällä menetelmällä voidaan mitata erilaisten nosturien pääpalkkien kaarevuutta. Menetelmä on yksinkertainen ja kätevä, ja sen avulla saadut tulokset ovat tarkkoja. Lisäksi se säästää aikaa ja vaivaa.

II. Sillan (portti)nosturin pääpalkin muodonmuutoksetKorjausmenetelmät

Sillan (portti)nosturin pääpalkki taipuu joustavasti sen oman painon ja kuorman vaikutuksesta, mikä lisää kuormankuljetusvaunun liikkumisen vastusta. Tämän tilanteen vuoksi pääpalkki on suunniteltu tiettyyn kaarevuuteen, jotta sen taipuma voidaan kompensoida. Siksi määritetyn yläkaarevuuden arvon varmistaminen – niin, että se ei ole liian suuri eikä liian pieni, vaan sopivalla alueella – on nosturin pääpalkin suunnittelu- ja valmistusprosessin avainkysymys.

Kuitenkin siltanosturin pääpalkkiin syntyy valmistusvaiheessa eriasteisia pysyviä muodonmuutoksia, ja sama pätee myös käyttövaiheessa. Jo pääpalkin valmistusvaiheessa – esimerkiksi siksi, että pääpalkin leikkausvaiheessa varattu kaarevuusarvo ei ole enää sopiva, tai lämpötilan vaikutuksesta, tai hitsausprosessin aikana syntyvien virheiden ja muiden tekijöiden vaikutuksesta – pääpalkin hitsauksen päätyttyä sen kaarevuus, kaarevuus, vaakasuora sivuttaisvääntyminen sekä vatsalevyn pystysuoruus – eli pääpalkin vääntymiset ja muut vastaavat muodonmuutokset – eivät välttämättä täytä kaikkia vaatimuksia, minkä vuoksi on tarpeen suorittaa oikaisutoimenpiteitä; Myös silloin, kun tietyn siltanosturin kahden pääpalkin tilanne on erilainen samalla poikkileikkauskorkeudella, on suoritettava oikaisutoimenpiteitä; Lisäksi nosturin käytön aikana pääpalkin riittämätön jäykkyys yhdistettynä pitkäaikaiseen täyskuormitukseen tai erittäin vaikeisiin käyttöolosuhteisiin voi aiheuttaa haitallisia vaikutuksia, jotka johtavat pääpalkin pysyviin muodonmuutoksiin. Heti kun kaarevuus ja kaarevuus laskee tiettyyn tasoon, on välttämätöntä suorittaa asianmukaiset korjaus- ja oikaisutoimenpiteet. Kuten kansallisessa standardissa GB-85, eli nostolaitteiden turvallisuusmääräyksissä, kohdassa 1.4.10 määrätään: “Tavallisten siltatyyppisten nosturien osalta, kun vaunu on jännevälin keskikohdassa ja nosturi on nimelliskuormituksella, pääpalkin keskikohdan taipuma vaakaviivan alapuolella saavuttaa arvon, joka on yksi seitsemäsosa jännevälin pituudesta, nosturi on poistettava käytöstä määräysten mukaisesti, ellei sitä voida korjata.” Siksi siltanosturien (portaalinosturien) valmistuksen ja käytön aikana pääpalkin oikaiseminen on välttämätöntä ja erittäin tärkeä toimenpide. Valittu oikaisumenetelmä vaikuttaa suoraan nosturin pääpalkin muodonmuutoksen oikaisutulokseen, oikaisukustannuksiin sekä pääpalkin ulkonäön laatuun ja nosturin turvalliseen käyttöön. Siksi järkevä ja oikea oikaisumenetelmä on erittäin tärkeä, eikä sitä saa missään nimessä laiminlyödä.

Nykyisissä olosuhteissa pääpalkin muodonmuutoksen korjaamiseen on olemassa seuraavia menetelmiä: “liekkikorjausmenetelmä”, “esijännitysmenetelmä”, “toistuva hitsausmenetelmä”, “leikkausmenetelmä” sekä “paikallinen leikkaus- ja aluslevymenetelmä”. Konkreettisen menetelmän valinta riippuu kunkin tilanteen erityispiirteistä, eikä yhtä ainoaa menetelmää voida vaatia kaikissa tapauksissa. Vain perehtymällä eri menetelmien ominaisuuksiin, soveltamisalueisiin ja keskeisiin seikkoihin voidaan valita tarkka ja asianmukainen oikaisumenetelmä ja saavuttaa siten suhteellisen ihanteellinen oikaisutulos.

1、Palon korjausmenetelmä

Liekkikorjausmenetelmän toimintaperiaate perustuu siihen, että metallirakennetta lämmitetään paikallisesti, jolloin sen tietyissä osissa syntyy “plastista puristumista”. Jäähdytyksen jälkeen jäljelle jäävä paikallinen kutistumisjännitys saa aikaan korjaavan muodonmuutoksen.

Pääpalkin kaarevuuden oikaisun lämmitysalue on esitetty kuvassa 1.

Jos kaarevuus on riittämätön, tarkastellaan lämmityslevyn alla olevaa kolmiomaista aluetta ja sen alapuolella olevan peitelevyn suorakulmaista aluetta; jos kohoaminen on riittämätöntä, tarkastellaan lämmityskannattimen vatsalevyn yläpuolella olevaa kolmiomaista aluetta ja sen yläpuolella olevan peitelevyn suorakulmaista aluetta. Paistopisteiden koko, lukumäärä ja sijainti on määritettävä muodonmuutoksen konkreettisen tilanteen perusteella. On kuitenkin ehdottomasti otettava huomioon seuraavat seikat:

Jos lämmityslämpötila on liian alhainen, se ei todellakaan ole sopiva; jos se on yli 800 ℃, se ei myöskään ole paras vaihtoehto; vain 700–800 ℃:n välillä lämpötila on sopivin. Kun lämpötila nousee tähän tasoon, matalahiilisen teräksen myötöraja lähestyy asteittain nollaa, jolloin metalli siirtyy niin sanottuun “kuumahiiliteräksen” tilaan, jolloin lopullinen oikaisutulos on ihanteellisin.

Samaa kohtaa ei saa lämmittää toistuvasti. Jos sitä lämmitetään toistuvasti, tulos ei ole hyvä, ja lisäksi se vahingoittaa metallin rakenneominaisuuksia.

(C) Lämmityskohdat tulisi sijoittaa väliseinien kohdalle. Näin voidaan vähentää vatsalevyn aaltoilua.

Lämmityskohdat on sijoitettava vaarallisten poikkileikkausten ulkopuolelle, sillä lämmityskorjauksen jälkeen lämmityskohdan jännitykset kasvavat, minkä seurauksena myös vaarallisten poikkileikkausten kuormitusjännitykset kasvavat, mikä voi helposti johtaa muodonmuutoksen epäonnistumiseen.

(E) Kun pääpalkki on vääntynyt, se on vahvistettava. Tämä johtuu siitä, että oikaisun jälkeen pääpalkkiin kohdistuu melko suuria jännityksiä. Vuosien käytön myötä metallimateriaali väsyy vähitellen, ja sen jäykkyys heikkenee. Jos vahvistusta ei suoriteta, oikaisun tulosta ei voida säilyttää, vaan muodonmuutos päinvastoin pahenee entisestään. Siksi oikaisun jälkeen vahvistus on välttämätöntä. Yleensä vahvistus tehdään pääpalkin jännevälin sisällä käyttämällä U-profiileja alalevyn molemmin puolin ja lisäämällä vatsalevyyn ylimääräinen alalevykerros pääpalkin poikkileikkauksen suurentamiseksi.

Liekin korjausmenetelmän etuja ovat:

Oikaisun tulokset ovat melko tyydyttäviä, ja se toimii hyvin erityisesti kovempien materiaalien mutkissa.

••••Rakennusmenetelmä on myös melko yksinkertainen.

Siksi liekkikorjausmenetelmää käytetään laajalti. Tällä korjausmenetelmällä on kuitenkin seuraavia puutteita:

Liekkikorjauksessa “puristusmuovausvaikutuksen” aikaansaamiseksi pääpalkin korjattava kohta on nostettava ylös, jotta kuumennusalueelle kohdistuu puristusjännitys; muuten vaikutusta ei synny, mikä puolestaan vaikeuttaa työn suorittamista.

Vaikka lämmitys tapahtuu väliseinän kohdalla, se voi silti aiheuttaa melko suurta aaltoilua vatsalevyyn ja kansilevyyn.

• Liekkikorjauksen jälkeen pääpalkkia on vahvistettava, muuten muodonmuutokset pahenevat.

Edellä esitetyn perusteella emme yleensä suosittele liekkikorjausmenetelmän käyttöä, paitsi paikallisten kovien taivutusten korjaamisessa. Suurikokoisten teräsprofiilien, kuten I-palkkien ja U-profiilien, suoristamisessa ja vastavääntämisessä liekkikorjausmenetelmä on kuitenkin ihanteellisin ratkaisu, sillä se ei vaadi suurten puristimien käyttöä, eikä liian tilavaa työaluetta. Teräspalkin taipuman asteen mukaan valitaan muutama kuumennuspiste: pystysuunnassa kolmion muotoon ja vaakasuunnassa suorakulmion muotoon. Kuumennuspisteiden koko ja lukumäärä määräytyvät vääntymisen asteen mukaan, jolloin oikaisu onnistuu välittömästi, vaivattomasti ja nopeasti.

2、Prestressing-menetelmä

Esijännitysmenetelmän periaate pääpalkin alaspäin taipuman korjaamisessa on seuraava: pääpalkin alla olevan peitelevyn molemmissa päissä kiinnitetään kiinteät tuet, ja esijännityksen avulla kiristetään useita teräsrautoja tai teräsköysiä, jolloin pääpalkkiin kohdistuu taivutusmomentti, Tämän taivutusmomentin vaikutuksesta pääpalkin yläosaan kohdistuu vetojännitys ja alaosaan puristusjännitys. Tämän taivutusmomentin avulla pääpalkki palautuu ylöspäin kaareutuneeseen muotoonsa. Rakenteen asennusvaiheet on esitetty kuvassa 2. Kun pääpalkkiin kohdistuu kuormitus, käyttöpaine on täsmälleen vastakkainen teräsraudoituksen esijännityksen suuntaan nähden. Tällöin teräsraudoituksen esijännitys kumoaa osan käyttöpaineesta, mikä puolestaan parantaa pääpalkin kantokykyä.

Kuva 2

Esijännitysmenetelmä on tehokas tapa korjata pääpalkin taipumaa. Sillä on seuraavat edut:

Korjauksen jälkeen yläkaarevuuden arvo on tarkentunut ja vakiintunut, ja sitä voidaan säätää milloin tahansa käytön aikana ilmenevien muutosten mukaan.

• Oikaisun jälkeen pääpalkin lujuus ja jäykkyys paranevat;

• Korjausmenetelmä on yksinkertainen, helppo toteuttaa, kestää lyhyen ajan ja on edullinen.

Sillä on kuitenkin myös seuraavat puutteet:

• Soveltuu ainoastaan silta- (portti-) nosturin kotelomaisen pääpalkin kaarevuuden korjaamiseen;

Tätä menetelmää ei voida soveltaa pääpalkin vaakasuuntaiseen taipumiseen, pääpalkin paikalliseen muodonmuutokseen eikä porttikurjen ulokkeen taipuman korjaamiseen.

• Korjauksen jälkeinen ulkonäkö ei ole esteettinen.

Jännitysmenetelmä soveltuu parhaiten, kun nosturilla on seuraavat edellytykset:

• Vuosia käytössä olleet nosturit;

• Pääpalkin jäykkyys on riittämätön, kantavuus heikko;

• nosturi toimii pitkään täydellä kuormalla;

• vaikeat työolosuhteet jne.

3. Toistuva hitsausmenetelmä

Toistuvan hitsauksen periaate on, että pääsaumaan käytetään suurta virtaa ja toistuvalla hitsauksella syntyvän hitsausmuodonmuutoksen avulla korjataan alkuperäinen muodonmuutos, jolloin saavutetaan muodonmuutoksen korjaaminen. Esimerkiksi kun pääpalkin kaarevuutta on lisättävä, toistohitsaus suoritetaan pääpalkin alapuolella olevan peitelevyn ja vatsalevyn kahdessa kulmahitsaussaumassa. Hitsaussauman jäähtyessä ja kutistuessa syntyvät jännitykset lisäävät yläkaarevuutta. Jos taas vaakasuuntaista sivutaivutusta halutaan vähentää, toistuva hitsaus suoritetaan kaksi kulmahitsaussaumaa, jotka sijaitsevat kuperan sivupalkin sekä ylä- ja alapalkin välissä, jolloin vaakasuuntaista sivutaivutusta voidaan vähentää. Hitsausvirran voimakkuus ja toistuvan hitsauksen pituus on määritettävä korjauksen laajuuden mukaan, jotta vältetään liiallinen korjaus, joka johtaisi päinvastaiseen vaikutukseen.

Vuosien käytännön kokemus on osoittanut, että tämä oikaisumenetelmä on paras mahdollinen: se on tarkka ja tehokas, muodonmuutos tapahtuu tasaisesti eikä se aiheuta ulkonäöllisiä vikoja. Tämä menetelmä soveltuu kaaren kohoamisen korjaamiseen, vaakasuuntaisen sivuttaisvääristymän korjaamiseen sekä esimerkiksi siltanosturin kahden pääpalkin välisen suurten korkeuserojen korjaamiseen samassa poikkileikkauksessa. Menetelmällä on lisäksi monia etuja, kuten käytännöllisyys, taloudellisuus, yksinkertaisuus, hyvä laatu ja nopeus. Tämä menetelmä ei kuitenkaan sovellu tilanteisiin, joissa laatikkopalkissa on jossain kohdassa jäykkä taivutus, tai tilanteisiin, joissa pääpalkin jäykkyys on heikentynyt pitkäaikaisen käytön seurauksena ja siinä on tapahtunut suuria muodonmuutoksia.

4. Leikkausmenetelmä

Aikaisempien pääpalkkien valmistuksen mukaisesti, kun yläkaarevuus muodostetaan hitsaussauman kutistumisjännityksen avulla, pääpalkin kaarevuutta voidaan parantaa hitsausmuodonmuutoksen avulla. Kuitenkin tarvittavan hitsausmuodonmuutoksen aikaansaamiseksi tarvitaan yleensä suuri hitsausvirta, mikä voi kuitenkin johtaa ylälevyn läpipalamiseen tai hitsausvirheisiin, kuten kutistumareikiin. Lisäksi hitsauslämmön aiheuttaman muodonmuutoksen avulla on vaikea hallita muodonmuutoksen suuruutta ja suuntaa, mikä voi helposti johtaa pääpalkin muiden teknisten parametrien poikkeamiseen sallituista rajoista.

Tietyissä olosuhteissa pääpalkin omapainon vaikutusta kaarevuuteen voidaan hyödyntää pääpalkin päälelevyn leikkaamiseksi. Leikkauksen jälkeen pääpalkin poikkileikkauksen taivutusmoduuli pienenee leikkauskohdassa, mikä heikentää pääpalkin taivutuskestävyyttä. Pääpalkin oman painon vaikutuksesta siihen syntyy mekaanista muodonmuutosta: keskikohdan yläkaarevuus pienenee, kun taas ulokepään yläkaarevuus kasvaa. Jos tätä menetelmää käytetään, koko korjausprosessia ja muodonmuutoksen suuruutta on suhteellisen helppo hallita. On kuitenkin huomioitava, että leikkauskohdan ympärillä sijaitsevien pää- ja apupalkkien osalta on välttämätöntä estää palkkien aaltoilun liiallinen virhe, sillä pääpalkkiin syntyy aksiaalista kiertomuodonmuutosta palkin poikkileikkaukseen nähden kohtisuoraan suuntaan.

Käytännön kokemukset ovat osoittaneet, että tämä menetelmä on toteuttamiskelpoinen, helppokäyttöinen ja helposti hallittavissa. Kun pääpalkki on kokenut pysyvän muodonmuutoksen, se pystyy yleensä säilyttämään alkuperäiset tekniset arvonsa melko hyvin, eikä se aiheuta suuria muutoksia teknisissä parametreissa vanhenemisen vuoksi sisäisten jännitysten vapautumisen tai lämpömuodonmuutoksen jälkeen. Siksi leikkausmenetelmä on varsin erinomainen tapa korjata uusi pääpalkki, kun sen kaarevuus poikkeaa sallituista rajoista huomattavasti. Tätä menetelmää voidaan käyttää myös korjaamaan liian korkea ulokepalkki (joka on sallitun rajan sisällä jännevälin sisällä), jännevälin liian suuren korkeuden (ulokkeen ollessa vaatimusten mukainen) tai muiden yläkaarevuuteen ja ylöspäin taipumiseen liittyvien virheiden korjaamiseen. Kun pääpalkkia tuetaan ilman tukea, valitsemalla eri tukikohdat ja leikkauskohdat voidaan saavuttaa halutut tulokset. On huomattava, että kun korjausmäärä on suuri, on ehdottomasti huolehdittava teknisistä toimenpiteistä, joilla estetään välilevyn muodonmuutokset.

Edellä mainittujen neljän menetelmän lisäksi muita menetelmiä, kuten paikallista lämmitystä, ei käsitellä tässä tarkemmin. Yhteenvetona voidaan todeta, että eri korjausmenetelmien valinta edellyttää korjattavan laitteen konkreettisen tilanteen kattavaa ja huolellista analysointia, jonka perusteella päätetään, mitä menetelmää käytetään tai miten useita menetelmiä yhdistellään, jotta saavutetaan paras mahdollinen tulos mahdollisimman lyhyessä ajassa ja mahdollisimman pienin kustannuksin.