冶金起重機(jī)箱形主梁結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)評(píng)價(jià)體系研究

侯錦濤 王全先

摘? 要：冶金起重機(jī)用于高溫、多塵的惡劣環(huán)境中，安全要求嚴(yán)格。針對(duì)其箱型主梁的主要失效形式和工作性能要求，提出了基于安全性，適用性，耐久性的結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)評(píng)價(jià)體系，選擇了評(píng)價(jià)指標(biāo)和對(duì)應(yīng)的檢測(cè)方法，據(jù)此可得知主梁工作狀態(tài)的健康與否。

關(guān)鍵詞：冶金起重機(jī);箱型主梁;健康狀態(tài);評(píng)價(jià)體系

中圖分類號(hào)：TG231? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）05-0021-03

前言

冶金起重機(jī)是起重機(jī)的一種，是冶金業(yè)中最重要的設(shè)備，同時(shí)也是煉鋼過(guò)程中最重要的起重運(yùn)輸機(jī)械，參加著煉鋼、軋鋼、鍛造、熱處理等生產(chǎn)過(guò)程，具有自重大、載荷狀態(tài)重、沖擊負(fù)荷大等特點(diǎn)。因?yàn)楝F(xiàn)在工廠節(jié)奏的加快和對(duì)產(chǎn)品數(shù)量的需求，冶金起重機(jī)作業(yè)會(huì)更加頻繁，再加上工作環(huán)境極其惡劣（高溫、粉塵大等），經(jīng)常起動(dòng)和制動(dòng)，使得起重機(jī)中主梁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不斷衰退。如果不加強(qiáng)管理，一旦發(fā)生事故，將造成巨大的損失。因此，冶金起重機(jī)工作的可靠性，安全性受到人們的高度重視。本文主要進(jìn)行對(duì)冶金起重機(jī)主梁的檢測(cè)、評(píng)價(jià)與分析工作。

1 研究對(duì)象及惡劣工況

本文的研究對(duì)象為薄板箱型梁。箱型梁一般由蓋板、腹板、底板以及隔板組成。起重機(jī)上橋架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛性均由箱形主梁來(lái)保證。箱型梁的材質(zhì)為鋼。

冶金起重機(jī)在工作時(shí)的環(huán)境十分惡劣，包括：（1）高粉塵、高溫（最高時(shí)可達(dá)到300℃）、高負(fù)荷（重型或特重型）。（2）沖擊負(fù)荷大、特殊載荷多（如鉗子爐底的鋼渣等）。在頻繁作業(yè)時(shí)，主要機(jī)構(gòu)以及零部件之間的相互作用會(huì)對(duì)整個(gè)起重機(jī)的安全性能造成影響。同時(shí)，主要構(gòu)件在受到載荷不斷地強(qiáng)烈沖擊后，其強(qiáng)度、穩(wěn)定性都會(huì)逐漸降低，壽命也會(huì)隨著使用年限的增加而減少。在確定冶金起重機(jī)主梁結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)指標(biāo)時(shí)，要充分考慮各檢測(cè)方法在這種惡劣工況下的可行性，以便于更為全面、準(zhǔn)確的完成對(duì)主梁的評(píng)價(jià)。

2 失效形式及工作性能要求

2.1 起重機(jī)主梁金屬結(jié)構(gòu)失效形式

由于各種原因，主梁金屬結(jié)構(gòu)在使用時(shí)會(huì)出現(xiàn)不同形式的損傷。常見(jiàn)的失效形式如下：

（1）變形失效

變形失效是在工作過(guò)程中由于變形過(guò)大而導(dǎo)致的失效形式，包括彈性變形失效和塑性變形失效。彈性塑性變形失效發(fā)生在零件的可恢復(fù)彈性變形大到足以妨礙裝備正常功能時(shí)，產(chǎn)生的原因通常是構(gòu)件和零件剛性不足從而產(chǎn)生過(guò)量的彈性變形或彈性失穩(wěn)。當(dāng)外加應(yīng)力超過(guò)零件材料屈服極限時(shí)，會(huì)發(fā)生明顯的塑性變形，起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)（如主梁等）的塑性變形達(dá)到一定程度時(shí)，將發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)

象，導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)承載力下降，進(jìn)而影響其他部件，使起重機(jī)無(wú)法正常工作。

（2）斷裂失效

起重機(jī)中的零件在某些因素作用下發(fā)生局部開(kāi)裂或分裂為幾部分的現(xiàn)象叫做斷裂失效。斷裂失效是起重機(jī)械失效的基本模式之一，在起重機(jī)的作業(yè)中比較常見(jiàn)。斷裂失效是一種復(fù)雜的失效形式，不同的斷裂形式由不同的原因造成，例如韌性斷裂是指零件在受到超過(guò)自身強(qiáng)度極限的應(yīng)力時(shí)所發(fā)生的斷裂;在高溫持久應(yīng)力的作用下就會(huì)發(fā)生蠕變斷裂。斷裂失效按照斷裂性質(zhì)可分為疲勞斷裂、脆性斷裂等。疲勞斷裂在實(shí)際工作中出現(xiàn)的概率高，造成的危害大，并且是零件受到循環(huán)交變應(yīng)力而引起的斷裂，所以一直被作為重要的斷裂形式進(jìn)行分析和研究。

（3）表面損傷失效

表面損傷失效是起重機(jī)械中較為常見(jiàn)的一種失效形式，主要包括腐蝕失效、磨損失效等。由于冶金起重機(jī)的工作環(huán)境較為惡劣，不僅有很多的化學(xué)物質(zhì)，還需要在高溫下作業(yè)，所以金屬很容易與環(huán)境中的成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引起表面破壞，這種失效形式就叫腐蝕失效。同時(shí)起重機(jī)一般要實(shí)現(xiàn)多個(gè)運(yùn)動(dòng)，其中各個(gè)機(jī)構(gòu)所用到的部件（齒輪、軸承、梁體軌道等）大多為易損件，故磨損失效占據(jù)了起重機(jī)故障中的很大比重。

從以上可以看出，研究各種失效的原因，減少或者消除失效所帶來(lái)的影響，提高設(shè)備和零件的安全壽命是很有必要的。

2.2 工作性能要求

起重機(jī)械在作業(yè)時(shí)的工作性能要滿足使用要求，具體表現(xiàn)為以下三個(gè)方面[1]：

（1）安全性：即結(jié)構(gòu)在工作過(guò)程中對(duì)全部載荷的承載能力。

（2）適用性：即結(jié)構(gòu)在工作過(guò)程中的變形和動(dòng)態(tài)響應(yīng)要符合靜剛度、動(dòng)剛度條件。

（3）耐久性：即結(jié)構(gòu)在實(shí)際情況下的使用壽命要符合其設(shè)計(jì)壽命。

3 檢測(cè)內(nèi)容與檢測(cè)方法

檢測(cè)工作是進(jìn)行起重機(jī)健康狀態(tài)分析與評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，直接關(guān)系到機(jī)械生產(chǎn)使用能力。根據(jù)起重機(jī)主梁金屬結(jié)構(gòu)的實(shí)際使用情況，并結(jié)合全面、可信、可操作的原則，考慮到檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性、合理性，確定檢測(cè)內(nèi)容與檢測(cè)方法如表1所示。

4 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

對(duì)主梁金屬結(jié)構(gòu)檢測(cè)指標(biāo)結(jié)果進(jìn)行分析后，在此基礎(chǔ)上，需要對(duì)結(jié)構(gòu)的當(dāng)前工作狀態(tài)、安全性等提出結(jié)論性意見(jiàn)，并建立評(píng)價(jià)體系，最終完成對(duì)結(jié)構(gòu)健康的綜合評(píng)價(jià)。

4.4 綜合評(píng)價(jià)方法

評(píng)價(jià)采用一票否決制和線性加權(quán)法。

（1）一票否決制

冶金起重機(jī)作為特種設(shè)備之一，主梁又是其關(guān)鍵的一個(gè)結(jié)構(gòu)，安全性要求高，確保設(shè)備可繼續(xù)使用至關(guān)重要，所以，評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)極其嚴(yán)格。上述6個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)中，按照其中最差的一個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)定整個(gè)結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀態(tài)。即無(wú)論其他的指標(biāo)是優(yōu)秀還是良好，只要有一個(gè)指標(biāo)不能保證可以安全使用，結(jié)構(gòu)上有問(wèn)題但無(wú)法進(jìn)行修理或者沒(méi)有維修價(jià)值時(shí)，就應(yīng)當(dāng)報(bào)廢處理。如果可以維修，則將其定為待修狀態(tài)，在修復(fù)后需要進(jìn)行檢測(cè)，若檢測(cè)合格方可繼續(xù)使用。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)冶金起重機(jī)及其惡劣工況，其主梁金屬結(jié)構(gòu)的檢測(cè)指標(biāo)和相對(duì)應(yīng)的檢測(cè)方法，以及評(píng)價(jià)體系的建立作了介紹，并確定了各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，明確了評(píng)價(jià)方法，將結(jié)構(gòu)健康等級(jí)分為優(yōu)秀、良好、可用、維修、報(bào)警五個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)。

還需要說(shuō)明的是，本文所研究的內(nèi)容（比如應(yīng)變狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)），需要進(jìn)一步構(gòu)建檢測(cè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，并應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)，在反復(fù)的測(cè)試后進(jìn)行修正和優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

[1]陶德馨，劉剛.港口起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)技術(shù)狀態(tài)的檢測(cè)、評(píng)定與分析[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，1994（01）：25-29.

[2]AQ7011-2018.高溫熔融金屬吊運(yùn)安全規(guī)程[S].2018.

[3]GB50017-2017.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2017.

[4]起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1997.

[5]張澤宇.基于監(jiān)測(cè)的空間鋼結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)評(píng)價(jià)體系研究[D].浙江大學(xué)，2017.

[6]王金德.關(guān)于門式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)狀態(tài)的評(píng)價(jià)[J].鐵路采購(gòu)與物流，2009，4（11）：54-55.

[7]阮劍平.門座起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)價(jià)方法研究[J].中國(guó)水運(yùn)（下半年），2008（08）：140-142.

[8]GB/T25196.1-2010/ISO12482-1.起重機(jī)狀態(tài)監(jiān)控第1部分：總

則[S].1997.