探究起重機(jī)機(jī)械疲勞可靠性分析的新進(jìn)展

權(quán)建紅

（甘肅省嘉峪關(guān)市產(chǎn)品質(zhì)量計(jì)量和特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)中心，甘肅 嘉峪關(guān) 753100）

1 研究背景

隨著國(guó)家工業(yè)化程度的不斷發(fā)展，前些年應(yīng)用的起重機(jī)械服役時(shí)間較長(zhǎng)，設(shè)備老齡化現(xiàn)象的出現(xiàn)導(dǎo)致了近年來(lái)起重機(jī)機(jī)械疲勞引發(fā)的事故頻發(fā)，為應(yīng)對(duì)這一問(wèn)題質(zhì)檢總局提出了起重機(jī)結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)，《起重機(jī)械定期檢驗(yàn)規(guī)則》（TSG Q7015－2016）和GB/T 28264-2012《起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》中對(duì)安全監(jiān)控進(jìn)行了明確要求，但是，市場(chǎng)上的監(jiān)控系統(tǒng)的功能大部分過(guò)于簡(jiǎn)單，或多或少均有不足之處，所以，可靠性分析成為解決檢測(cè)和評(píng)估疲勞開(kāi)裂的重要手段。

2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀對(duì)比

目前，國(guó)內(nèi)外的可靠性分析分為兩個(gè)方面：一種是對(duì)理論研究進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，提高預(yù)測(cè)方法的精準(zhǔn)度；第二種是對(duì)結(jié)構(gòu)的剩余疲勞壽命評(píng)估系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。國(guó)內(nèi)多是依據(jù)基礎(chǔ)理論并結(jié)合相關(guān)軟件進(jìn)行分析研究，國(guó)外研究更傾向于提高在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的工程運(yùn)用，對(duì)起重機(jī)疲勞壽命的實(shí)時(shí)評(píng)估。

3 起重機(jī)機(jī)械疲勞

金屬結(jié)構(gòu)承擔(dān)著整個(gè)起重機(jī)載荷的應(yīng)力與應(yīng)變，一旦發(fā)生損壞則只能修復(fù)或者報(bào)廢局部的更換則需對(duì)起重機(jī)進(jìn)行整體評(píng)估。因此，金屬結(jié)構(gòu)的使用壽命決定著整個(gè)起重機(jī)的使用安全。起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)大多為焊接結(jié)構(gòu)，焊機(jī)就易產(chǎn)生焊接缺陷，焊接缺陷點(diǎn)在受到交變載荷的長(zhǎng)期作用下容易造成疲勞裂紋的延伸。力學(xué)性能逐步退化，疲勞裂紋的出現(xiàn)，影響了起重機(jī)的日常工作安全，但并非一旦產(chǎn)生疲勞裂紋，起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)就達(dá)到了使用壽命。有時(shí)也可以根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行降噸使用。目前，也沒(méi)有相關(guān)的報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，所以，充分利用資源，降低客戶(hù)的使用成本，應(yīng)用科學(xué)合理的方法進(jìn)行決策，顯得尤為重要。

4 可靠性分析

4.1 結(jié)構(gòu)變形檢測(cè)

根據(jù)《通用門(mén)式起重機(jī)》（GB/t 14406-2011）中的相關(guān)要求，當(dāng)小車(chē)空載在主梁支腿處一側(cè)時(shí)主梁跨中上拱度允許值不應(yīng)小于0.7S/1000,懸臂端的上翹度不應(yīng)小于0.7L/350。運(yùn)用全站儀對(duì)上拱度進(jìn)行測(cè)量。

4.2 腐蝕檢測(cè)

經(jīng)宏觀檢查起重機(jī)的主梁、支撐腿，走臺(tái)底板、司機(jī)室底板等位置可能有腐蝕痕跡的地點(diǎn)。并在待測(cè)位置全長(zhǎng)范圍內(nèi)運(yùn)用電磁超聲等手段對(duì)壁厚進(jìn)行測(cè)厚檢測(cè)。在焊縫處做磁粉或超聲檢測(cè)，檢測(cè)前應(yīng)先將表面打磨。

4.3 靜剛度檢測(cè)

根據(jù)《起重機(jī)械定期檢驗(yàn)規(guī)則》（TSGQ7015-2016）中的相關(guān)要求，運(yùn)用測(cè)距儀器對(duì)不同級(jí)別的橋門(mén)式起重機(jī)，進(jìn)行檢測(cè)，過(guò)程為將小車(chē)停至主支腿，起升鋼絲繩處于松弛狀態(tài)，對(duì)主梁跨中測(cè)量點(diǎn)及兩個(gè)懸臂端測(cè)量點(diǎn)，記錄數(shù)據(jù)。將起重小車(chē)移至主梁跨中處，起升額定載荷，測(cè)量主梁跨中測(cè)量點(diǎn)處的數(shù)據(jù)。將起重小車(chē)分別移至兩個(gè)懸臂端測(cè)量點(diǎn)處，起升額定載荷，測(cè)量懸臂端測(cè)量點(diǎn)處的數(shù)據(jù)。繪制出曲線進(jìn)行分析。

4.4 應(yīng)力分析檢測(cè)

門(mén)式起重機(jī)可以在應(yīng)力分析檢測(cè)過(guò)程中檢測(cè)旋轉(zhuǎn)8個(gè)點(diǎn)，選點(diǎn)原則為主梁跨中下蓋板靠近軌道側(cè)，主梁跨中走臺(tái)側(cè)腹板下部，主梁上蓋板靠近主支腿1/5處，主梁上蓋板靠近副支腿1/5處，懸臂梁上部靠近主支腿側(cè)，懸臂梁上部靠近副支腿側(cè)，主支腿軌道側(cè)上2/3處，副支腿軌道側(cè)上2/3處。

4.5 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

對(duì)零部件、母材及焊縫內(nèi)部缺陷，可采取超聲或射線方法進(jìn)行檢測(cè)；而對(duì)于結(jié)構(gòu)表面的缺陷，可借助磁粉或滲透方法檢測(cè)。應(yīng)用疲勞損傷理論進(jìn)行計(jì)算，確定此損傷程度是否達(dá)到某一損傷臨界值或者接近損傷臨界值。決定是否可以繼續(xù)使用還是修復(fù)或報(bào)廢；同時(shí)可以估算出金屬結(jié)構(gòu)剩使用壽命，制定合理的使用方案。

5 工程實(shí)例

起重機(jī)為箱型主梁結(jié)構(gòu)，參數(shù)為20t,起升高度8m，跨度10-30-10，工作級(jí)別A5，使用材質(zhì)Q235，通過(guò)查表可得其屈服強(qiáng)度為：σs=235MPa，制造單位：常州礦山起重機(jī)。

首先，對(duì)其進(jìn)行宏觀目視檢測(cè)，由于其長(zhǎng)期處于潮濕環(huán)境下工作，金屬結(jié)構(gòu)表面有銹蝕現(xiàn)象，對(duì)其進(jìn)行外部腐蝕檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)起重機(jī)下橫梁底部有明顯的腐蝕情況和修補(bǔ)痕跡。因此對(duì)其重點(diǎn)部位進(jìn)行內(nèi)部腐蝕檢測(cè)，運(yùn)用手段為內(nèi)窺鏡檢測(cè)，經(jīng)過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部存在嚴(yán)重腐蝕情況。進(jìn)而采取對(duì)其橫梁內(nèi)側(cè)腹板進(jìn)行測(cè)厚檢測(cè)檢測(cè)，厚度分別為5.2mm，5.24mm.通過(guò)查閱資料去出廠的原始設(shè)計(jì)厚度為7mm.發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有2mm腐蝕減薄。運(yùn)用全站儀器對(duì)上拱度進(jìn)行測(cè)量，如下表1。

表1 拱度測(cè)量值

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T3811-2008《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》許用應(yīng)力：

運(yùn)用應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試儀對(duì)各工況最大應(yīng)力為拉應(yīng)力，應(yīng)力值為 41.8MPa，小于許用應(yīng)力[σ]。在該工況下，起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。

6 結(jié)語(yǔ)

本文具體的研究結(jié)果如下：

（1）文本介紹了檢測(cè)上拱度、靜剛度、應(yīng)力應(yīng)變、無(wú)損等檢測(cè)方法。

（2）從工程實(shí)例的角度出發(fā)，解決了實(shí)際問(wèn)題。

本文介紹了關(guān)于起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)疲勞壽命可靠性分析，但是，仍存在許多方面亟待改進(jìn)，需做進(jìn)一步研究：

（1）需要提高分析的實(shí)時(shí)性。

能夠同時(shí)記錄各種吊載和結(jié)構(gòu)狀態(tài)信息的電子監(jiān)控裝置，并且設(shè)計(jì)出監(jiān)測(cè)反饋信息實(shí)時(shí)預(yù)估系統(tǒng)，大幅度提高生產(chǎn)的安全性，預(yù)防重大事故發(fā)生，出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，提高起重機(jī)剩余壽命。

（2）提高起重機(jī)疲勞壽命預(yù)估方法的通用性。此分析方法更多地局限于單一類(lèi)型的起重機(jī)上，若能加強(qiáng)疲勞壽命理論研究，提出同類(lèi)型的起重機(jī)的分析方法更好。