李晓玲 LI Xiao-ling
（沈阳特种设备检测研究院，沈阳 110035）
摘要： 本文结合实际工作，详细介绍了在测量起重机主梁下挠变形中所用到的几种测量方法：拉钢丝测量法、水准仪（经纬仪）测量法、激光自动扫平仪测量法、全站仪测量法以及简易测量法等。同时总结、分析了各种方法的适用性和不足之处，提出了一种自创的检验电动单梁起重机主梁下挠变形的新方法，并分析比较了其可行性。对研究测量起重机主梁下挠变形方法具有实际意义。
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关键词 ： 起重机主梁；测量技术；新方法；可行性
中图分类号：O242.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）26-0093-04
作者简介：李晓玲（1966-），女，辽宁沈阳人，高级工程师，从事起重机检测技术研究多年。
0 引言
桥式起重机如果发生严重的下挠变形后仍正常使用，起重机结构必然发生恶化，继续使用不仅会影响使用性能，还有可能造成安全事故或使起重机提前报废。在对起重机检验的过程中，既要及时发现不合格的起重机，又要避免浪费，减少维修量，所以对起重机下挠变形值的判断就显得尤其重要。起重机设计规范中对起重机静刚度的要求解释，无论是手动小车还是电动葫芦，都是由额定载荷及小车自重共同作用下在跨中产生的垂直静挠度f，应该理解为相对于空载状态下主梁上拱度值为基点，在额定载荷和小车自重的共同作用下主梁变形量为定义中垂直静挠度f。根据这一定义，挠度的测量一般分为两个部分：一是空载时主梁跨中的上拱度；二是额定载荷时主梁的拱度变化值，即下挠变形值。在实际工作中，采取的测量桥式起重机下挠变形值的方法较多，根据工作环境及起重机结构特性的不同，可分别采取各自最适当的检测方法来测量起重机主梁的下挠量。常用到拉钢丝法、水准仪（经纬仪）法、激光自动扫平仪法、全站仪法等。
1 拉钢丝测量法
拉钢丝测量法适用于普通桥式起重机，其主要步骤为：①主梁空载，小车位于主梁一端。用2个等高块（高度为H），放置在桥式起重机主梁与端梁联接处的上盖板中心位置（若起重机已安装完结，小车轨道已经铺设完成时，钢丝允许偏离一段距离，但应辟开小车轨道压板）。用直径为0.49mm-0.52mm的钢丝，一端固定在起重机端梁上，绕过两等高块，另一端用弹簧称拉紧，拉力为150N，测量跨中处最高点与钢丝之间的距离H1（测量位置宜选在主梁大筋板处）。测量所用仪器设备如图1所示。
②小车停在跨中，起升额定载荷，重复上述操作，测量跨中处最高点与钢丝之间的距离H2。
钢丝绳自垂的修正值δ见表1。
计算方法：
①计算实测的主梁空载时的上拱度值，为：F1=H-H1-δ；
②计算主梁在额载时的主梁拱度值，为：F2=H-H2-δ；
③计算主梁的下挠值，为：F=F1-F2；
④判定。对照表1，如果得到的下挠值F不超过标准，则可判定该起重机下挠变形值一项为合格。
当空载时主梁上拱度为负时，说明主梁不但没有上拱度并已在水平线以下了。这种情况下，应密切注意该起重机的主梁下挠值是否超标，并建议使用单位尽快采取修复措施。若超标准不能修复则应判定该起得机报废。
拉钢丝法测量的不足：
①使用时钢丝绳容易弯折，造成测量误差，因而不能重复多次使用。
②许多场合现场操作难度较大：如电动单梁起重机无走台栏杆，检验人员在高空作用非常危险。
③露天作业的起重机，因跨度较大或风力较大，对钢丝绳的影响会造成较大的测量误差。
2 水准仪（经纬仪）测量法
地面测量法：地面测量法适用于电动单梁桥式起重机，其主要步骤有：①在地面选择合适的位置，以能一次性测量到起重机整个跨度范围内为宜，并应考虑光线较好，不反光的位置，将水准仪（经纬仪）固定好，并按仪器使用要求调平。②主梁空载时，小车位于主梁一端，选择I字梁选择两个最远点及跨中位置，用塔尺垂直靠在主梁的上盖板与地面之间，用水准仪（经纬仪）测量塔尺在各点的数据，并记录。③测量所选取的两远点的距离，并记录。④小车停在桥架中间，起升额定载荷，重复上述步骤②、③，测量各点数据，并记录。
桥上测量法：桥上测量法适用于普通双梁桥式起重机。
主要步骤有：①将三角架支在起重机主梁的走台上，有条件的最好将三角架安放在厂房的承载梁上或是检修通道上，将水准仪（经纬仪）安放在三角架上，按仪器使用要求调平。
②用塔尺垂直放置在主梁上翼缘板上，测量两端梁中心及跨中部位，测量点宜选上主梁大筋板处，并避开小车压板，用水准仪测量水平线至主梁上翼缘的距离。并记录数据。
③测量所选取的两远点的距离，并记录。
④将小车开至跨中，起吊额定载荷，重复上述步骤，测量跨中吊载后塔尺数据值，并记录。
作图法计算挠度值：
在坐标图上建立起相应的数学模型，即：主梁的拱度测量值与跨度之间的函数关系为y=f（x），如图3所示。
用水准仪（经纬仪）测量得到的数据a1-g1，通过关系式，计算出起重机真实的上拱度值F1。
起吊额定载荷后测量得到的数据a2-g2，通过关系式，计算出额载状态下起重机主梁的拱度值F2。
起重机下挠值F= F1-F2
水准仪（经纬仪）测量方法的不足：①起重机主梁的上拱度是从主梁上翼缘板的测量线与端梁的中心线算起的，而采用水准仪（经纬仪）法测量电动单梁起重机的主梁上拱度，在实际测量中是达不到两端的理论测量端点（如图4所示）。所测量的长度最多可以过到L1的范围内，而不是理论上的规定的跨度S范围内。这样，在计算时，就必须对测量的数据进行修正。
②采用地面测量法测量电动单梁起重机主梁的上拱度值时，受起重机高度限制太大。如果起重机安装位置较高（超过10m），塔尺长度不够就不能顶到主梁下盖板上，而不能完成测量。而且塔尺的垂直度是靠检验员人工完成的，因此误差会较大。
③起重机安装时，要求两轨道高低差不能超10mm，且轨道顶部平面理论高度差不超过±10mm[1-3]。但在工程实际中，由于轨道安装一般由用户来完成，还有一些是在原有的旧轨道上安装新的起重机，实际轨道高低差很难达到标准规定的要求。实际的工程测量中，如果桥式起重机轨道高低差过大，对测量结果的影响较大。不能用原来的函数关系式来计算起重机的拱度，而应如图5拱度计算的修正图所示进行修正计算，无形中增加了很多工作量。
④受厂地的限制。桥式起重机所安装的厂房内大多没有设置检修平台，若将水准仪安放在厂房的承载梁上，由于地方狭小，人无处站立，非常危险。若将水平仪放置在起重机走台上，受起重机的自振影响或邻近起重机工作的影响，水准仪上下跳动严重时可达±100mm，很难找到测量点。
⑤有些老旧的厂房内，车间照度较低，而水准仪是光学望远镜，远距离读数很困难，所以在实际测量中，一般跨度过大（超过22.5m），几乎就无法操作了。
3 激光自动扫平仪测量法
激光自动扫平仪是近两年投入检验检测工作中的新式测量工具，它具有自动调平功能，可以水平发射可见的激光光源，使用充电电池，具有体积小巧，携带方便的特点。
其原理与钢丝测量法的原理是相同的，只是用激光光线替代了钢丝绳而不再需要等高块和弹簧称等工具。
具体的测量步骤为：①将小车开至跨端，空载状态。将激光自动扫平仪安放在主梁的上翼缘板上，打开开关，待其动调平后，激光自动扫平仪发射出水平的一道激光束。②将接收器安放在塔尺上，用于接收自动扫平仪的激光束，当接收器接收到平光束时，接收器发出鸣响信号。此时接收器标志线对应的塔尺读数即为上翼缘板到水平激光束的垂直距离。记录数据。③按图3所示的作图法，计算主梁空载时的上拱度值F1。④将小车开至跨中，起吊额定载荷，重复上述步骤，得到主梁额定载荷及小车自重共同作用下主梁的拱度F2。⑤通过计算F=F1-F2，得到起重机主梁的挠度值F。
4 全站仪测量法
采用PENTAX-322N全站仪进行测量，其测角精度为2″，测距精度为2mm±2μm，型号中N表示可以实现免棱镜测距。首先粗调平，然后用电子水准器精确整平全站仪，全站仪整平后将仪器切换到免棱镜测距模式。然后建站，即建立坐标系，以支架下的对中激光点为坐标原点，建立XYZ坐标系，测量基准点为坐标原点，具体步骤为：①小车开至一端，打开激光指示器，输入点号，转动全站仪使激光点指向梁的跨中，手动粗调焦距，然后按下自动调焦按钮，待焦距自动调节完毕后，按下测距按钮，此时显示屏上显示了跨中点在XYZ坐标值的数据，将该点信息保存。同理可测得主梁其它点的坐标值，经计算可得起重机的拱度值F1。②将小车开至跨中，重复上述步骤，测得主梁各点数值，经计算可得F2。③F=F1-F2。全站仪测量法有如下优点：1）全站仪在测量中是直接测量主梁各点相对于原点坐标的距离，没有其它的中间环节，相对于其它的检验方法积累误差小。2）其它的测量方法基本上都需要两个以上的检验人员配合完成，而全站仪可由一个单独作业，测量速度有了极大的提高。并且无需登高作业，检验人员和仪器的安全有了改善。3）可以测量任何形式的起重机械，适应性好，不受场地、光线等条件的限制。
5 简易测量法
5.1 测距仪测量法
手持式激光测距仪，具有激光测距功能。在起重机实际检验中，经目测起重机主梁空载具有上拱时，可采取测距仪简便测量法。主要步骤有：①在地面适当位置（靠近主梁跨中下）安放好三角架，将激光测距仪安放在三角架上，调平。②将小车开至跨中，准备好额定载荷试验所用的额定载荷。③用测距仪测量主梁跨中上翼缘板（电动单梁起重机为下翼缘板）的垂直距离。④起吊额定载荷，重复步骤3。⑤两次测量距离的差值即为主梁下挠值。
该测量方法操作简单，无需繁琐的计算，可直接得到主梁的下挠变形值，现场即可做出结论。但该方法是一种简易作法，因为其不考虑小车自重引起的下挠变形量，虽然对大吨位起重机来说，小车的自重引起的变形值很小，但大吨位起重机由于起吊重物的体积较大，使测距仪无法放置在跨中位置，所以测量的下挠变形值即未考虑小车自重，又不是跨中部的下挠变形量，所以只是一个估计值。当主梁下挠变形值较大，接近允许下挠标准值时，不可采用此方法判定起重机静刚度值是否在标准范围内。
电动单梁起重机相对于双梁起重机来说，吨位较小，起吊用额载重物体积也可以较小，一般情况下使用该测量方法时可以基本接近主梁的跨中部，但由于其吨位相对较小，所以小车自重引起的下挠变形值就有影响。同理，当主梁下挠变形值较大，接近允许下挠标准值时，不可采用此方法判定起重机静刚度值是否在标准范围内。
5.2 经纬仪测量法
用经纬仪简易测量法测量起重机主梁下挠值的具体步骤为：①在适当位置安放三角架，将经纬仪安放在三角架上，按仪器使用要求调平。②小车开至跨中，准备好额定载荷。③在主梁跨中腹板接近上翼缘板处贴标尺，用经纬仪在标尺上找一基准点。④起吊额定载荷，测量基准点起吊额载前后的变化值，即为主梁跨中的下挠值。
用经纬仪简易测量法测量起重机主梁下挠值，与测距仪简易方法类似，都是不考虑小车自重引起的弹性变形量。当主梁下挠变形值较大，接近允许下挠标准值时，不可采用此方法判定起重机静刚度值是否在标准范围内。
电动单梁起重机是单主梁结构，没有走台，贴标尺工作非常危险。不宜采用此方法测量主梁下挠变形值。
6 测量方法的改进
电动单梁桥式起重机是近几年广泛应用的一种桥式起重机，具有制造工期短、造价低、操作简便等优点，受到广大用户的喜爱。目前，电动单梁桥式起重机的跨度越来越大，吨位越来越大，在很多场所取代了双梁桥式起重机。
但是电动单梁桥式起重机的单主梁形式，其刚性相比双梁桥式起重机而言，普遍较弱。尤其是大跨度电动单梁起重机，其弹性变形量较大，因此对其静刚的检验就显得尤为重要。相比电动单梁的广泛应用，针对电动单梁的检验方法就显得相对落后。目前常用的是前面介绍的水准仪地面测量法和测距仪简易测量法。但这两种方法都有无法克服的不足。全站仪是一种较为理想的测量仪器，但受实际条件的限制，在日常工作中并不能实现全站仪的配备。考虑到电动单梁起重机是单主梁形式，无走台，只能在地面操作测量，因此，采用了一种新的利用自动扫平仪和测距仪测量电动单梁起重机上拱度及挠度的检验方法。
该方法是利用激光自动扫平仪在地面制造一个水平测量线，用测距仪沿水平测量线测量到主梁上翼缘板（电动单梁为下翼缘板）的垂直距离，自制了一个安装测距仪的法兰，这样，将原来安装在塔尺上的接收器与测距仪形成一个测量体。具体操作方法如下：①将自动扫平仪安放在三角架上，自动调平。②将塔尺垂直放置，利用接收器上下接收自动扫平仪的激光信号，当接收器发出鸣响信号时，固定法兰。③选取跨中和两端梁的几个点，利用安装在法兰上的测距仪测量至下翼缘板的垂直距离。④经计算得到主梁的上拱度值和下挠变形值。
表2所列数据，是利用水准仪测量法、全站仪、自动扫平仪-测量距仪测量法分别测量电动单梁起重机下挠变形值的比较数据。
起重机参数：额定起重量10t，跨度16.5m，工作级别A4，生产车间使用3年。
由表2数据对比可看出，使用自动扫平仪-测距仪方法测量单梁主梁下挠变形量，其测量误差与水准仪法相比，不大，且在允许误差范围内，说明该方法是可行的。根据实际测量过程来看，也比较方便、快捷。
7 小结
本文对桥式起重机主梁下挠变形的测量技术和方法进行了分类，对不同测量方法的步骤进行了详细的论述，在对比各种测量方法的基础上，对主梁挠度测量方法的改进提供了一定的参考意见。利用不同的方法对主梁挠度进行了测量，并对测量数据进行了对比分析，从对比分析可以看出使用自动扫平仪-测距仪方法，在测量单梁主梁的下挠变形量时，测量误差较之水准仪法并不大，在允许误差范围内，可以认为是一种相对方便快捷的方法。
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参考文献：
[1]GB/T14405-1993，通用桥式起重机[S].
[2]《起重机设计规范》编写组.国家标准GB3811-83，起重机设计规范[S].北京，国家标准出版社，1983.
[3]GB10183-1998，桥式和门式起重机制造与轨道安装公差[S].