基于應(yīng)力測(cè)試的岸邊集裝箱起重機(jī)事故分析研究

張博

摘 要：某港口一臺(tái)岸邊集裝箱起重機(jī)的小車軌道因泊岸船舶誤撞擊，致使小車軌道局部形變，為分析研究岸邊集裝箱起重機(jī)的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)以及繼續(xù)使用的可靠性，因此對(duì)起重機(jī)的主要承載構(gòu)件進(jìn)行靜態(tài)應(yīng)力分析和動(dòng)態(tài)應(yīng)力分析，對(duì)撞擊部位附近的相關(guān)焊縫進(jìn)行無(wú)損探傷檢測(cè)，對(duì)同一截面小車軌道高低差以及小車軌道側(cè)向直線度進(jìn)行檢測(cè)，最終完成對(duì)整機(jī)的安全性評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：岸邊集裝箱起重機(jī) 靜態(tài)應(yīng)力分析 動(dòng)態(tài)應(yīng)力分析 無(wú)損探傷 安全性評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：U653 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-3973（2013）006-023-03

1 岸邊集裝箱起重機(jī)

隨著我國(guó)與世界貿(mào)易的快速發(fā)展，各港口的年吞吐量不斷增長(zhǎng)，貨物集裝化的趨勢(shì)逐步加深，全球集裝箱的運(yùn)輸量也隨之不斷上漲，我國(guó)沿海大型綜合港口的集裝箱吞吐呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。為適應(yīng)船舶大型化的發(fā)展需求要，我國(guó)沿海眾多大型港口均為集裝箱裝卸業(yè)務(wù)配置了現(xiàn)代化的裝卸設(shè)備以應(yīng)對(duì)快速增長(zhǎng)的集裝箱吞吐量，其中高效率的岸邊集裝箱起重機(jī)應(yīng)用最為廣泛。岸邊集裝箱起重機(jī)簡(jiǎn)稱岸橋、橋吊，主要有起升機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)和變幅機(jī)構(gòu)組成，技術(shù)參數(shù)通常包括額定起重量、起升高度、起升速度、小車運(yùn)行速度、大車運(yùn)行速度、前伸距、后伸距、跨度等。本文研究的岸邊集裝箱起重機(jī)的技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 岸邊集裝箱起重機(jī)技術(shù)參數(shù)表

2 主要承載構(gòu)件靜載應(yīng)力測(cè)試及結(jié)果

對(duì)岸邊集裝箱起重機(jī)進(jìn)行靜載應(yīng)力測(cè)試的目的是為了檢驗(yàn)主要承載結(jié)構(gòu)件在額定載荷靜載作用下能否滿足靜強(qiáng)度要求。測(cè)試工況應(yīng)盡量模擬實(shí)際作業(yè)工況，具體測(cè)試工況如表2所示。測(cè)點(diǎn)選擇對(duì)于分析整機(jī)的受力至關(guān)重要，通過(guò)對(duì)岸邊集裝箱起重機(jī)結(jié)構(gòu)受力狀況分析與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際綜合分析，選定構(gòu)件的危險(xiǎn)應(yīng)力區(qū)作為應(yīng)力測(cè)試布點(diǎn)區(qū)域，即：a-均勻高應(yīng)力區(qū)；b-應(yīng)力集中區(qū)；c-彈性屈曲區(qū)，具體測(cè)點(diǎn)布置簡(jiǎn)圖如圖1所示。應(yīng)力測(cè)試結(jié)果如表3所示。

靜態(tài)應(yīng)力測(cè)試采用DH3819無(wú)線靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)，應(yīng)力測(cè)試采用箔式膠基應(yīng)變式電阻傳感器，粘貼間距取10mm，電阻值為119.9？.1 ，靈敏系數(shù)為2.07，片柵特性尺寸為5.8？.7mm，橋路連接方式為半橋橋路連接。

3 主要承載金屬結(jié)構(gòu)動(dòng)載應(yīng)力測(cè)試及結(jié)果

動(dòng)載應(yīng)力測(cè)試是為了檢驗(yàn)岸邊集裝箱起重機(jī)在額定載荷作用下主要承載金屬結(jié)構(gòu)動(dòng)載應(yīng)力能否滿足動(dòng)強(qiáng)度要求。動(dòng)態(tài)應(yīng)力測(cè)試原則上選擇每個(gè)主要受力構(gòu)件靜載應(yīng)力值較大，且能代表各主要承載構(gòu)件的應(yīng)力測(cè)點(diǎn)的點(diǎn)作為動(dòng)態(tài)應(yīng)力測(cè)試點(diǎn)，因此選取B3、B4、D1、D2、F1為動(dòng)載應(yīng)力測(cè)點(diǎn)。選擇的測(cè)試工況為：小車位于前后門(mén)框之間靠近后門(mén)框載荷未起升時(shí)儀器置“0”，起升額定重量試驗(yàn)載荷后，小車分別運(yùn)行至前伸臂端部、前伸臂簡(jiǎn)支段中部、前伸臂后部起升機(jī)構(gòu)作上升下降動(dòng)作，最后小車運(yùn)行至起始位置將載荷卸載。動(dòng)態(tài)應(yīng)力測(cè)試選用DH5908無(wú)線遙測(cè)動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)試分析系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果進(jìn)行多蹤時(shí)域分析，各測(cè)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力測(cè)試多蹤時(shí)域分析圖見(jiàn)圖2和圖3所示，應(yīng)力測(cè)試結(jié)果匯總表見(jiàn)表4所示。

4 金屬結(jié)構(gòu)件因撞擊造成的變形部位及相關(guān)部位焊縫無(wú)損探傷

為了解該起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)件重要焊縫的焊接質(zhì)量，對(duì)其重要可探測(cè)部位金屬結(jié)構(gòu)件焊縫進(jìn)行超聲波探傷抽檢。具體抽查部位如示意圖4和圖5所示。

5 小車軌道高低差和側(cè)向直線度測(cè)量及結(jié)果

5.1 同一截面小車軌道高低差測(cè)量

5.1.1 測(cè)點(diǎn)布置及測(cè)量方法

每條軌道共12個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖6。

測(cè)量方法為：將水準(zhǔn)儀支放在適當(dāng)位置，利用塔尺測(cè)量?jī)芍髁簩?duì)應(yīng)的大筋板處到軌道頂部的尺寸，測(cè)量所得的兩個(gè)尺寸之差即為實(shí)測(cè)值。

圖6 小車軌道高低差測(cè)點(diǎn)布置圖

5.1.2 測(cè)量結(jié)果

小車軌道頂面高低差檢測(cè)結(jié)果如圖7所示。（注：以司機(jī)操作方向分左右）

圖7 岸邊集裝箱起重機(jī)前伸臂小車軌道頂面高低差

5.2 小車軌道側(cè)向直線度測(cè)量

5.2.1 測(cè)點(diǎn)布置及測(cè)量方法

以前伸臂鉸點(diǎn)為起點(diǎn)每條軌道間隔4m一個(gè)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)7點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)布置示意圖如圖8所示。檢測(cè)方法為：將等高支架置于主梁端部第一塊大筋板處的軌道外側(cè)，用 0.5mm鋼絲繩拉緊，而后利用鋼直尺測(cè)量。

圖8 小車軌道側(cè)線直線度測(cè)點(diǎn)布置圖

5.2.2 檢測(cè)結(jié)果

小車軌道側(cè)向直線度測(cè)量結(jié)果如圖9所示。

圖9 小車軌道側(cè)向直線度測(cè)量結(jié)果

6 檢測(cè)結(jié)果分析

在額定載荷靜載作用下，當(dāng)載荷在前伸臂端部時(shí)最大應(yīng)力在前拉桿上（D2測(cè)點(diǎn)），由載荷產(chǎn)生的應(yīng)力為+69.4MPa，疊加由俯仰過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力+31.7MPa，和應(yīng)力值為+101.1MPa，未超出材料的許用應(yīng)力（該材料相當(dāng)于國(guó)產(chǎn)Q255鋼，其許用應(yīng)力約為180MPa），結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度滿足工作要求。

在額定載荷動(dòng)載作用下，該機(jī)最大應(yīng)力峰值呈現(xiàn)在B4測(cè)點(diǎn)上，其值為-76.0MPa。各測(cè)點(diǎn)動(dòng)載應(yīng)力峰值和對(duì)比值（應(yīng)力峰值/應(yīng)力穩(wěn)定值）均在正常范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)動(dòng)強(qiáng)度滿足工作要求。

經(jīng)對(duì)起重機(jī)6處重要部位焊縫超聲波探傷抽檢檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定兩根軌道的頂面高低差偏值不得大于軌距的0.15%，最大值不得超過(guò)10mm。小車軌距為6m，從圖7中可見(jiàn)測(cè)量所得前伸臂同一截面軌道高低差值最大為40mm，不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：每2m長(zhǎng)度內(nèi)的公差不大于1mm，在軌道全長(zhǎng)范圍內(nèi)，最大公差不大于10mm。從圖9中可見(jiàn)小車軌道側(cè)向直線度的最大值為33mm，不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求。

此外，對(duì)整機(jī)經(jīng)行檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)金屬結(jié)構(gòu)銹蝕多處，建議對(duì)銹蝕嚴(yán)重部位作防蝕處理；發(fā)現(xiàn)前伸臂左側(cè)桁架、起升卷筒下工字梁等部位存在可見(jiàn)裂紋，需立刻對(duì)開(kāi)裂部位嚴(yán)格按照焊接工藝進(jìn)行修復(fù)處理。

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