起重機(jī)械疲勞斷裂可靠性分析探究

張小麗

（西安特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測院，陜西 西安 710065）

起重機(jī)的工作方式屬于間接以及重復(fù)周期性質(zhì)的形式，利用吊鉤、電磁鐵、抓斗、吊具實(shí)施升降、起升、下降等工作的一種設(shè)備。通常情況下，一個(gè)工作循環(huán)周期在幾分鐘到半小時(shí)。在這期間，不同的機(jī)構(gòu)在不同的時(shí)間段，都會有比較短暫的停歇時(shí)間，由于需要對設(shè)備進(jìn)行反復(fù)的啟動以及制動，每個(gè)機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)所要承受的沖擊以及振動是非常強(qiáng)烈的。同時(shí)，荷載會正向以及反向交替產(chǎn)生作用。所以，很多非常關(guān)鍵的構(gòu)件，會對不穩(wěn)定的應(yīng)用作用進(jìn)行承受，對構(gòu)建而產(chǎn)生的影響作用是非常大的。其中機(jī)械設(shè)備的工作條件直接決定了他的疲勞強(qiáng)度，由于吊裝物的形狀以及重量等都會使起重機(jī)發(fā)生裂紋或者斷裂。因此，針對起重機(jī)產(chǎn)生斷裂的原因要有明確的了解，以便對疲勞斷裂可靠性分析方法進(jìn)行深入的探究和分析，盡最大程度保障起重機(jī)在工作過程當(dāng)中的安全性。

1 起重機(jī)疲勞斷裂產(chǎn)生原因分析

金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的疲勞為在某一點(diǎn)或某些點(diǎn)對擾動應(yīng)力進(jìn)行承受。同時(shí)，在達(dá)到一定循環(huán)次數(shù)時(shí)，在擾動作用下，便會產(chǎn)生一些裂紋或者出現(xiàn)完全發(fā)生斷裂的材料，這樣會導(dǎo)致局部形成永久性結(jié)構(gòu)變化。針對疲勞針對產(chǎn)生疲勞斷裂的主要原因和過程的相關(guān)研究工作，主要的目的便是對金屬結(jié)構(gòu)的應(yīng)用壽命進(jìn)行有效預(yù)測，以便使起重機(jī)的運(yùn)行安全得到進(jìn)一步提升和保障。其中，疲勞發(fā)生的條件為產(chǎn)生相應(yīng)的勞動應(yīng)力進(jìn)行集中，便產(chǎn)生了疲勞破壞。通常情況下，疲勞破壞會從應(yīng)力比較高的局部開始，在慢慢操作中漸漸進(jìn)行積累，最后發(fā)生了破壞問題。

通過這些分析可知，疲勞破壞產(chǎn)生的具體過程，便是先產(chǎn)生疲勞微裂縫，這種裂縫是非常小的，之后慢慢擴(kuò)展，直到斷裂失效。在對裂縫進(jìn)行觀察的過程中可以發(fā)現(xiàn)，裂縫一般會在金屬結(jié)構(gòu)的表面最大局部應(yīng)力中產(chǎn)生，同時(shí)也會在最小截面處產(chǎn)生。因?yàn)椴牧吓c材料之間的不同，所以會有強(qiáng)弱的差距。這些材料的內(nèi)部問題也導(dǎo)致的強(qiáng)度較低處，如果有微裂縫產(chǎn)生，在幾千次的擾動作用循環(huán)之下，微裂縫便會依照剪切應(yīng)力平面方向進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)展，之后再沿著垂直應(yīng)力的方向繼續(xù)進(jìn)行擴(kuò)展。其中，擴(kuò)展的速率以及具體方向是由局部應(yīng)力情況決定的，并且由材料性質(zhì)所控制。如果，疲勞而達(dá)到一定的程度時(shí)，金屬的材料本身剩下的橫截面便無法對這種負(fù)荷進(jìn)行承受，會快速進(jìn)入到最終的失效斷裂階段，這樣便會發(fā)生十分迅速并且?guī)в袣缧缘牟牧鲜?。處于疲勞斷裂?dāng)中的裂紋，由于擴(kuò)展的速度是非常迅速的，對壽命造成的影響相對來說會小一些，所以可以先將其進(jìn)行忽略。因此，疲勞裂紋的總壽命涵蓋了裂紋擴(kuò)展壽命以及形成壽命2 個(gè)部分。

在疲勞斷裂力學(xué)的相關(guān)理論研究當(dāng)中，疲勞裂紋發(fā)生擴(kuò)展最關(guān)鍵的地方便是從最小裂紋長度一直擴(kuò)展到臨界裂紋長度，如圖1 所示。

圖1 疲勞裂縫以及疲勞循環(huán)次數(shù)之間存在的聯(lián)系

2 提升起重機(jī)疲勞斷裂可靠性方法的研究發(fā)展現(xiàn)狀

在社會的全面建設(shè)中，起重機(jī)發(fā)揮了巨大的功能作用。由于，起重機(jī)的發(fā)展速度有所提升，規(guī)模也得到了迅速擴(kuò)大，所以，安全問題和保養(yǎng)問題等受到了人們的重視。相應(yīng)的制造工作，安裝工作，保養(yǎng)工作等需要在不同的機(jī)構(gòu)完成，并且在每一項(xiàng)步驟當(dāng)中，都需要很多工作人員共同配合，但是在各個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中，對于起重機(jī)疲勞斷裂的嚴(yán)重性，卻沒有給予相應(yīng)的重視，也沒有高度的認(rèn)識，對其進(jìn)行管理的方式有些落后，這便對起重機(jī)的正常安全運(yùn)行造成了一定影響。

在起重機(jī)出現(xiàn)疲勞斷裂失效時(shí)，根本原因是因?yàn)殚L期積累的損傷，通常情況下，在斷裂發(fā)生之前并不會有非常明顯的變形，對于損傷的存在也極難發(fā)現(xiàn)。因此，疲勞斷裂有著很強(qiáng)的突然性。所以產(chǎn)生的后果十分嚴(yán)重，所以在對疲勞斷裂可靠性進(jìn)行分析時(shí)，需要對裂紋擴(kuò)展機(jī)理進(jìn)行相應(yīng)研究，應(yīng)用最初的裂紋尺寸以及擴(kuò)展速率作為相應(yīng)的基礎(chǔ)，以便對金屬結(jié)構(gòu)的疲勞壽命進(jìn)行有效預(yù)測，之后便能推測出危險(xiǎn)位置的檢測周期，這是非常有效的一種手段。

當(dāng)前，我國對于起重機(jī)的應(yīng)用十分廣泛，但所以發(fā)生事故的概率有所提升，其中因?yàn)槠跀嗔旬a(chǎn)生的安全事故占整個(gè)工業(yè)事故的15%，所以針對疲勞斷裂可靠性的研究，對安全事故的預(yù)防有著重要的作用。

3 加強(qiáng)起重機(jī)械的社交性能

在對起重機(jī)機(jī)械疲勞斷裂的可靠性進(jìn)行提升當(dāng)中，需要針對起重機(jī)的相關(guān)設(shè)計(jì)給予一定程度的重視，并且針對其中的各個(gè)過程實(shí)施相應(yīng)的估算工作，以便在某種程度上將疲勞斷裂的可靠性進(jìn)行提升。其中需要應(yīng)用的流程方式為，在對疲勞斷裂可靠性進(jìn)行提升時(shí)，工作人員需要針對其中的每一項(xiàng)因素實(shí)施系統(tǒng)的了解和分析，在結(jié)合不同的運(yùn)行形態(tài)，制定相應(yīng)的解決方案。此外，在運(yùn)行起重機(jī)當(dāng)中，需要全面對機(jī)械制造進(jìn)行檢驗(yàn)，這樣可以全力對起重機(jī)的正常運(yùn)行給予保障。

在對機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要對正軌、半偏以及全篇等運(yùn)行狀態(tài)下所產(chǎn)生的強(qiáng)度差距實(shí)施相應(yīng)的分析，之后結(jié)合疲勞斷裂的曲線分析圖對其進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，這樣也可以幫助起重機(jī)，將疲勞斷裂可靠性進(jìn)行提升。此外，在設(shè)計(jì)中，還需要全面分析具體的應(yīng)用流程，并指導(dǎo)整個(gè)操作過程，這樣可對起重機(jī)的有序工作給予保障，使得工作安全性得到了提升。

4 強(qiáng)化對起重機(jī)疲勞程度的計(jì)算

針對疲勞斷裂可靠性的有效提升，是防止安全事故發(fā)生的關(guān)鍵性手段，所以，在對起重機(jī)疲勞斷裂可靠性進(jìn)行提升時(shí)，工作人員還需要全面分析和計(jì)算疲勞的程度。此外，在計(jì)算時(shí)需要結(jié)合有限元計(jì)算以及結(jié)構(gòu)計(jì)算等不同的形式，之后對系統(tǒng)進(jìn)行全面的了解，以便對相應(yīng)的解決措施進(jìn)行構(gòu)建，并將焊接結(jié)構(gòu)當(dāng)作相應(yīng)的系統(tǒng)。

此外，在對可靠性進(jìn)行提升時(shí)，一定要對系統(tǒng)進(jìn)行全面細(xì)致的分析和了解，利用具體的計(jì)算方式，可精準(zhǔn)計(jì)算出疲勞的程度以及失效的程度。同時(shí)，在提升可靠性時(shí)，還需要將實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中產(chǎn)生的全部問題進(jìn)行相應(yīng)的整理記錄和分析，結(jié)合這些有效數(shù)據(jù)對相應(yīng)的解決方案進(jìn)行制定，可以對運(yùn)行起到相應(yīng)的保障作用。所以，在機(jī)械設(shè)備運(yùn)行當(dāng)中，相關(guān)的驗(yàn)證工作還需要反復(fù)實(shí)施，這樣可最大程度的避免有疲勞斷裂的問題產(chǎn)生。

由于起重機(jī)所產(chǎn)生的疲勞斷裂形態(tài)是十分復(fù)雜的，有著很強(qiáng)的綜合性，所以在具體運(yùn)行的過程中，需要高度重視斷裂情況，對其進(jìn)行有效的控制和分析，并做好相應(yīng)的預(yù)防工作，這樣可以在一定程度上保證機(jī)械的有序運(yùn)轉(zhuǎn)，最大程度的對安全事故進(jìn)行避免。

5 結(jié)語

總之，起重機(jī)在長時(shí)間運(yùn)行之后，會產(chǎn)生疲勞斷裂，造成的后果十分嚴(yán)重。因此，需要對將產(chǎn)生疲勞斷裂的因素進(jìn)行深入的分析和探究，并且在設(shè)計(jì)形式當(dāng)中做好全面的檢查，以便對起重機(jī)的有序運(yùn)行給予保障。所以，針對起重機(jī)疲勞斷裂的可靠性發(fā)展形式要進(jìn)行詳細(xì)的分析，以便指定相應(yīng)的檢測預(yù)防措施，對安全事故進(jìn)行避免。