淺析大型起重機械安全評估與壽命預測

陳燦 狄義華

摘 要：在基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)以及工業(yè)生產(chǎn)當中，大型起重機械設(shè)備起到了非常大的作用，而對于大型起重機械的安全評估以及壽命預測也非常的必要。本文結(jié)合了起重機械的工作特點以及實例來對大型起重機械安全評估與壽命預測進行了詳細的分析與說明。

關(guān)鍵詞： 起重機械 安全評估 壽命預測

一、引言

在經(jīng)濟社會的各個領(lǐng)域當中，主要的物料運輸工具就是大型起重機械，對大型起重機械的應(yīng)用非常的廣泛，而大型起重機械的重要性也變得越來越大。尤其是在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及工業(yè)生產(chǎn)中，更是離不開對大型起重機械的使用，成為了必要設(shè)備。

在這個背景之下，大型起重機械的安全性也變得越來越重要。由于長期對大型起重機械設(shè)備進行頻繁的使用會損耗一部分機械本身的性能，而在實際的運行當中，一旦出現(xiàn)了問題就會造成嚴重的后果。因此對大型起重機械進行安全評估和壽命預測的分析是非常必要的。

二、起重機安全評估與壽命預測的主要考量指標

（1）金屬結(jié)構(gòu)評估

在對起重機進行多年的使用之后，起重機的金屬結(jié)構(gòu)難免會出現(xiàn)一定的故障，如變形、裂紋以及腐蝕等等，隨著金屬結(jié)構(gòu)的損害程度加大，起重機的安全性也會逐漸的降低。起重機的金屬結(jié)構(gòu)通常具有全局性，對整機的作業(yè)能力有著重要的影響，因此對于起重機金屬結(jié)構(gòu)的安全評估非常的重要。評估金屬結(jié)構(gòu)的時候主要包括整體評估和連接處的評估，需要注意是否有明顯的裂紋，大面積課件的腐蝕以及金屬結(jié)構(gòu)的主梁是否出現(xiàn)下?lián)系鹊?，這樣才能夠知道起重機的金屬結(jié)構(gòu)是否達到了安全標準。

（2）起升機構(gòu)評估

鋼絲繩、吊鉤以及滑輪和起升結(jié)構(gòu)的其它零部件是起重機起升機構(gòu)的重要組成部分，因此在對起升機構(gòu)進行安全評估的時候，應(yīng)該重點檢查以上部分。對于吊鉤，應(yīng)該檢查是否有裂紋和磨損等等，是否出現(xiàn)了疲勞變形等情況。對于壓板和繩卡等裝置也要仔細的檢查?；喲b置的轉(zhuǎn)動是否靈活和鋼絲繩有沒有扭結(jié)和斷絲的檢查也非常重要。對于其它零部件的檢查應(yīng)該把重點放在制動裝置是否能夠正常運行以及繩器是否完好等等。

（3）運行機構(gòu)評估

運行機構(gòu)評估主要是評估起重機運行機構(gòu)的零件和工作的情況。如零部件的表面是否出現(xiàn)磨損，制動器是否出現(xiàn)裂紋，傳動軸是否扭轉(zhuǎn)變形，減速器在工作過程中是否出現(xiàn)異常的振動和響動，車輪踏面和輪緣是否過度磨損以及聯(lián)軸器的連接處是否松動等等。

（4）電氣系統(tǒng)評估

起重機上較為復雜的部分就是電氣系統(tǒng)，在振動和沖擊情況下發(fā)生故障的概率比較高，安全評估重點放在控制裝置和電氣保護兩方面。

控制裝置。應(yīng)該檢查電器元件是否正確的安裝，供電電纜是否裸露和老化，電刷和螺栓觸頭等部位的連接是否可靠，電氣線路的絕緣是否達標等等。

電氣保護。應(yīng)該對起重機是否存在緊急斷電開關(guān)進行檢查，起重機的電源和其它機構(gòu)的安全保護設(shè)施是否可靠以及對電器電路卡祖現(xiàn)象的檢查也非常重要。

（5）安全裝置評估

力矩限制器、防風裝置、超載保護裝置、極限位置限制器、緩沖器、防后傾翻裝置、滑線防護板、通道口連鎖保護以及防護罩是構(gòu)成起重機安全裝置的九大組成部分，因此在評估安全裝置的時候一定要對每一部分都進行詳細的檢查。

（6）軌道評估

對于軌道的安全評估主要看運行有沒有異常的振動以及啃軌現(xiàn)象，螺栓和壓板是否齊全以及是否正確的安裝。

（7）試驗評估

應(yīng)該對起重機進行空載、額載、靜載以及動載試驗來檢查是否有異常情況發(fā)生。

（8）作業(yè)環(huán)境及外觀

起重機的明顯部分是否有額度起重量標志，以及是否有安全警示標示等等。

三、大型起重機械的安全評估與壽命預測實例

下面以一臺已經(jīng)運行了十五年的大型門式起重機作為例子，來對大型起重機械的安全評估和壽命預測進行詳細的分析，具體評估流程圖如下：

（1）外觀檢查與無損檢測

在對該大型起重設(shè)備進行檢查的時候，首先要進行的就是詳細檢查外觀。經(jīng)過專業(yè)的檢查工作人員檢查之后發(fā)現(xiàn)該機械的受力部位存在著一定程度的銹蝕，而在一些地方還存在著漏水孔堵塞導致積水的現(xiàn)象。進行外觀檢查的主要目的就是對起重機整機的危險源進行排查。

無損檢測。在觀察大型起重機械設(shè)備的時候，無損檢測也是必須要做的。無損檢測主要有一下幾點：一是要測量整個塔吊的主金屬結(jié)構(gòu)的實際厚度；二是要檢查主要的零部件，重點就是對主要的零部件是否存在裂紋危險進行明確；三是對吊鉤記憶主要軸類件進行磁粉探傷。通過詳細的檢測之后，可以知道該大型起重機械的門架所有的觀測數(shù)目是73，但不及格率達到了20%，吊臂基本及格，塔身的不及格率是23%，平衡臂的不及格率是10%，總的不及格率為23.6%。在無損檢測完成之后，該機械設(shè)備存在的一系列問題就會被工程人員發(fā)現(xiàn)，而在實際的生產(chǎn)過程當中，也必須非常重視上面所提到的問題。

（2）應(yīng)力測試

應(yīng)力測試主要就是對該設(shè)備的關(guān)鍵部位進行測試。在應(yīng)力測試的進行測試。在應(yīng)力測試的進行過程當中首先就是要根據(jù)整機的變截面為止以及關(guān)鍵位置來對觀測點進行確定。本次應(yīng)力測試的測試點有26處。在對觀測點進行確定之后還需要用電阻式傳感器來實時采集數(shù)據(jù)。最后就是通過計算機軟件來處理和分析原始數(shù)據(jù)。大型起重設(shè)備的荷載方式共有大載荷、中間載荷以及空載三種。

在對26個觀測點進行專業(yè)分析之后，發(fā)現(xiàn)塔身成對布設(shè)的測點數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出特定的規(guī)律。吊臂一側(cè)是壓應(yīng)力，平衡臂一側(cè)是拉應(yīng)力。經(jīng)過調(diào)查之后發(fā)現(xiàn)塔身和平衡臂的連接處的應(yīng)力值最大。經(jīng)過分析之后得出的結(jié)論是該設(shè)備在之后的使用過程當中在吊運大噸位貨物的時候必須要用兩機聯(lián)吊的方法來進行，對于大荷載起吊也要盡量的減少。

（3）有限元計算

要讓大型起重設(shè)備的安全評估和科學預測得到保證，有限元數(shù)值模擬是重要的方法。在評估大型起重機械設(shè)備的時候由于受到種種條件的限制，在現(xiàn)場只能預測特定的工況。而要想全面評價和鑒別大型起重機械設(shè)備就需要用到有限元數(shù)值模擬的方法，主要有結(jié)構(gòu)動力學計算和結(jié)構(gòu)靜力學計算兩種形式。

結(jié)構(gòu)靜力學計算。結(jié)構(gòu)靜力學計算就是在最大的幅度下科學預測出整機結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變，這個工作主要是通過建模計算來進行。本文對現(xiàn)場評估狀態(tài)以及設(shè)計狀態(tài)分別進行了有限元數(shù)值分析，計算的塔吊在最大幅度下的應(yīng)力應(yīng)變，這樣就可以得出最大幅度時該設(shè)備的符合制造材料的許用應(yīng)力要求，下圖為評估狀態(tài)下的應(yīng)力云圖。

結(jié)構(gòu)動力學計算。大型起重機械設(shè)備的性能會受到結(jié)構(gòu)動態(tài)性能的影響。起重機結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞破壞的重要原因就是機械振動，同時還可能產(chǎn)生噪音和共振。在對起重機結(jié)構(gòu)動力性能進行考察的時候需要對起重機結(jié)構(gòu)的模態(tài)頻率進行重點的關(guān)注。工作人員在觀測起重機動態(tài)性能的時候也是根據(jù)模態(tài)頻率來進行。

在對塔吊進行了模態(tài)分析之后，發(fā)現(xiàn)塔吊主結(jié)構(gòu)的前十階模態(tài)振動頻率都在1到2之間，高階模態(tài)也出現(xiàn)了局部模態(tài)，因此該設(shè)備在實際使用的時候應(yīng)該盡量避免頻繁的啟動，對于已變形的桿件也要修復和加強，讓塔吊的結(jié)構(gòu)局部避免出現(xiàn)失穩(wěn)破壞的情況。下圖是塔吊設(shè)計狀態(tài)和現(xiàn)場評估狀態(tài)下結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力圖。

（4）壽命預測

科學預測起重機的壽命對于讓起重機的設(shè)備性能提升以及讓基礎(chǔ)設(shè)施和工業(yè)生產(chǎn)能夠正常運行相當重要。目前港口起重機金屬結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題的主要原因就是疲勞破壞。長期的疲勞破壞會讓金屬結(jié)構(gòu)以及機械零件出現(xiàn)損傷。對大型起重機械設(shè)備的壽命預測的計算方法主要是通過對損傷原理的累計來進行。結(jié)合實際情況進行計算之后，最終得出當前的大型起重機械設(shè)備的剩余壽命只有四年。

四、結(jié)言

在基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)以及工業(yè)生產(chǎn)當中，大型起重機械設(shè)備起到的作用非常的大，而對大型起重機械設(shè)備的安全評估以及壽命預測也非常的重要，上面以某大型起重機械設(shè)備為例對安全評估和壽命預測的各個環(huán)節(jié)和步驟進行了詳細的說明，在今后對這方面工作的研究也必須要加強。

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作者簡介：

1.陳 燦（1998---），男，武漢人，武漢市第二十中學；

2.狄義華（1950---），男，武漢人，武漢紡織大學教師；