大型起重機(jī)械安全評(píng)估與壽命預(yù)測(cè)分析

卜永剛 喬偉

摘 要：大型起重機(jī)械是工業(yè)生產(chǎn)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的重要設(shè)備，大型期中機(jī)械設(shè)備的性能對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)的正常運(yùn)行具有重要意義。科學(xué)評(píng)估大型起重機(jī)械安全以及對(duì)其壽命做出針對(duì)性預(yù)測(cè)對(duì)于今后工業(yè)生產(chǎn)以及建設(shè)具有促進(jìn)意義。當(dāng)前我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷加快，加強(qiáng)對(duì)大型起重機(jī)械的研究，實(shí)現(xiàn)科學(xué)評(píng)估與預(yù)測(cè)具有重要意義。本文將重點(diǎn)分析大型起重機(jī)械的安全評(píng)估與壽命預(yù)測(cè)。

關(guān)鍵詞：起重機(jī)械；安全評(píng)估；壽命預(yù)測(cè)

大型起重機(jī)械作為重要的物料運(yùn)輸工具當(dāng)前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在經(jīng)濟(jì)社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，大型起重機(jī)械的作用也越來(lái)越重要。如今的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)離不開大型起重機(jī)械的使用了。大型起重機(jī)械設(shè)備已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中的必要設(shè)備。

在大型起重機(jī)械設(shè)備的作用越來(lái)越重要的背景下，起重機(jī)械設(shè)備的安全性能也顯得越來(lái)越重要。大型起重機(jī)械設(shè)備的長(zhǎng)期頻繁使用會(huì)對(duì)機(jī)械本身的性能造成一定損耗，在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中機(jī)械設(shè)備一旦出現(xiàn)問(wèn)題就會(huì)造成嚴(yán)重?fù)p失。因此要對(duì)大型起重機(jī)械設(shè)備進(jìn)行科學(xué)的安全評(píng)估和壽命預(yù)測(cè)。本文就以一臺(tái)運(yùn)行已經(jīng)十五年的大型造船用塔式起重機(jī)為例來(lái)進(jìn)行詳細(xì)分析。要想實(shí)現(xiàn)目的需要做到以下幾點(diǎn)：

1.外觀檢查與無(wú)損檢測(cè)

對(duì)于該大型起重機(jī)械設(shè)備的檢查，首先要對(duì)其外觀進(jìn)行詳細(xì)檢查。通過(guò)專業(yè)的檢查工作人員發(fā)現(xiàn)該機(jī)械受力部位均存在著不同程度的銹蝕問(wèn)題，在部分位置還存在著漏水孔堵塞導(dǎo)致積水的現(xiàn)象。外觀檢查的主要目的是要排查起重機(jī)整機(jī)的危險(xiǎn)源。

無(wú)損檢測(cè)。在對(duì)大型起重機(jī)械設(shè)備進(jìn)行觀察的時(shí)候還需要專門做無(wú)損檢測(cè)。無(wú)損檢測(cè)的主要工作有以下幾點(diǎn)：一是要對(duì)整個(gè)塔吊的主金屬結(jié)構(gòu)實(shí)際厚度進(jìn)行測(cè)量；二是對(duì)主要零部件進(jìn)行檢查，重點(diǎn)是要明確主要零部件是否存在裂紋危險(xiǎn)；三是對(duì)吊鉤記憶主要軸類件進(jìn)行磁粉探傷。通過(guò)詳細(xì)考察我們發(fā)現(xiàn)該大型起重機(jī)械門架總共的觀測(cè)數(shù)目是71個(gè)，但是不合格率就達(dá)到了21%。塔身的不合格率是25%，吊臂基本上是合格的，平衡臂的不合格率是11%?？偟牟缓细衤适?2.7%。經(jīng)過(guò)無(wú)損檢測(cè)工程人員就會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)前該機(jī)械設(shè)備存在著一系列問(wèn)題。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中必須要對(duì)上述問(wèn)題保持高度重視。

2.應(yīng)力測(cè)試

應(yīng)力測(cè)試的主要對(duì)象是針對(duì)該大型起重機(jī)械設(shè)備的關(guān)鍵部位進(jìn)行測(cè)試。在應(yīng)力測(cè)試過(guò)程中首先是要根據(jù)整機(jī)的關(guān)鍵位置和變截面位置來(lái)確定觀測(cè)點(diǎn)。本次應(yīng)力測(cè)試的測(cè)試點(diǎn)總共有27處。在確定了觀測(cè)點(diǎn)之后還需要應(yīng)用電阻式傳感器來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。最后是通過(guò)專業(yè)軟件來(lái)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理和分析。大型起重機(jī)械設(shè)備的荷載方式一般分為空載、中間載荷和大載荷三種形式。

通過(guò)對(duì)27個(gè)觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行專業(yè)分析，工程人員最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同工況下應(yīng)力曲線的針對(duì)性分析。工作人員經(jīng)過(guò)認(rèn)真仔細(xì)的分析后發(fā)現(xiàn)塔身成對(duì)布設(shè)的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出特定規(guī)律。平衡臂一側(cè)是拉應(yīng)力，吊臂一側(cè)是壓應(yīng)力。在調(diào)查中工作人員發(fā)現(xiàn)平衡臂與塔身鉸連接部位的應(yīng)力值是最大的。通過(guò)工程人員的專業(yè)分析該大型起重機(jī)械設(shè)備本身在起吊100t貨物到20m時(shí)盡管最大應(yīng)力沒有超出許用應(yīng)力，但是動(dòng)載系數(shù)卻已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了規(guī)定范圍。因而在今后實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中對(duì)于大噸位貨物必須要采取兩季聯(lián)吊的方式來(lái)進(jìn)行起吊。在實(shí)際應(yīng)用中要盡量減少大荷載起吊。

3.有限元計(jì)算

有限元數(shù)值模擬是實(shí)現(xiàn)對(duì)大型起重機(jī)械設(shè)備安全評(píng)估和科學(xué)預(yù)測(cè)的重要保證。在對(duì)大型起重機(jī)械設(shè)備進(jìn)行評(píng)估的時(shí)候由于時(shí)間條件等因素的限制，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際上只能對(duì)特定工況做出預(yù)測(cè)。要想實(shí)現(xiàn)對(duì)大型起重機(jī)械設(shè)備的全面評(píng)價(jià)和鑒別就需要依靠有限元數(shù)值模擬。這里有限元計(jì)算主要指的是結(jié)構(gòu)靜力學(xué)計(jì)算和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)計(jì)算兩種形式。

結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)計(jì)算。結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能對(duì)于大型其中機(jī)械設(shè)備性能具有非常的的影響。機(jī)械振動(dòng)會(huì)使得起重機(jī)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞破壞，同時(shí)還有可能產(chǎn)生共振和噪音。在考察起重機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能達(dá)到時(shí)候需要重點(diǎn)關(guān)注起重機(jī)結(jié)構(gòu)的模態(tài)頻率。工作人員主要是通過(guò)模態(tài)頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)起重機(jī)動(dòng)態(tài)性能的觀測(cè)的。

結(jié)構(gòu)靜力學(xué)計(jì)算。所謂結(jié)構(gòu)靜力學(xué)計(jì)算主要是在最大幅度下對(duì)整機(jī)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變做出科學(xué)預(yù)測(cè)。靜力學(xué)計(jì)算主要是通過(guò)建模計(jì)算來(lái)得到需用應(yīng)力要求。

4.壽命預(yù)測(cè)

對(duì)起重機(jī)壽命進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)對(duì)于提升起重機(jī)設(shè)備性能，對(duì)于實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)和基礎(chǔ)設(shè)施的正常運(yùn)行具有重要意義。當(dāng)前疲勞破壞是港口起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問(wèn)題的主要原因。長(zhǎng)期的疲勞破壞最終會(huì)使得機(jī)械零件，金屬結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同程度的損傷。這對(duì)于起重機(jī)使用是不利的。這對(duì)大型起重機(jī)械設(shè)備的壽命預(yù)測(cè)主要是通過(guò)累計(jì)損傷原理來(lái)進(jìn)行計(jì)算的。結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)際情況并進(jìn)行綜合分析與計(jì)算，工程人員最終得出結(jié)構(gòu)當(dāng)前使用的這臺(tái)大型起重機(jī)械設(shè)備的剩余壽命使用期限只有三年了。

大型起重機(jī)械設(shè)備的安全評(píng)估與壽命預(yù)測(cè)至關(guān)重要，本文以某大型起重機(jī)械設(shè)備為例詳細(xì)分析了當(dāng)前安全評(píng)估與壽命預(yù)測(cè)的各個(gè)環(huán)節(jié)和步驟。在今后工作過(guò)程中必須要加強(qiáng)對(duì)這方面的研究。

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