大型港口起重機(jī)械輪壓檢測(cè)方法

徐曉陽　丁玉俊　居明春

摘 要：本文通過對(duì)巴克豪森噪音法應(yīng)力測(cè)試、間接應(yīng)力測(cè)試法、直接測(cè)試法等方法的比較，結(jié)合大型港口起重機(jī)械設(shè)計(jì)制造使用的實(shí)際，為大型港口起重機(jī)械車輪優(yōu)化設(shè)計(jì)及車輪的日常維護(hù)及檢測(cè)提供參考依據(jù)，為節(jié)約土建成本提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：巴克豪森噪音法;應(yīng)力;輪壓

目前隨著港口物流的需要以及經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，對(duì)于港口起重裝卸運(yùn)輸設(shè)備的噸位要求也在不斷的增加，從而使得港口起重機(jī)械也在朝著大型化的方向發(fā)展，而起重機(jī)的輪壓是大型起重機(jī)械設(shè)計(jì)、制造、安裝的關(guān)鍵重要參數(shù)，起重機(jī)械輪壓的最大值不僅對(duì)起重機(jī)的整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有影響，也是軌道基礎(chǔ)的主要設(shè)計(jì)依據(jù)，更是港口起重機(jī)機(jī)械的重要設(shè)計(jì)參數(shù)。目前傳統(tǒng)的根據(jù)經(jīng)典力學(xué)得到的經(jīng)驗(yàn)公式和數(shù)據(jù)，已經(jīng)不能滿足大型港口起重機(jī)械設(shè)計(jì)的效能最優(yōu)和輕量化要求，無法解決工程實(shí)際中因大車輪壓不均導(dǎo)致的各種問題。工程實(shí)踐需要更精確的起重機(jī)械最大輪壓值檢測(cè)方法，但是現(xiàn)在多數(shù)起重機(jī)輪壓分配是超靜定的，其分配與起重機(jī)的基礎(chǔ)剛度、結(jié)構(gòu)、軌道平度、制造精度和載荷工況有關(guān)，[1]因而理論計(jì)算往往非常困難，所以正確的選擇一種可以精確和便捷的測(cè)試大型港口起重機(jī)械最大輪壓的方法將有助于工程實(shí)踐。

1 影響輪壓的因素

港口起重機(jī)械的輪壓是指車輪對(duì)軌道的壓力，目前，多數(shù)港口起重機(jī)（如岸橋、軌道式集裝箱起重機(jī)、門座機(jī)）用的是四支點(diǎn)式的結(jié)構(gòu)，這種布置有良好的對(duì)稱性與工藝性，并且穩(wěn)定性也高。但是這種結(jié)構(gòu)的輪壓分配是超靜定的，輪壓的分配與結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的剛度、結(jié)構(gòu)的制造精度和軌道的平度有關(guān)。

其次起重機(jī)械在工作中的起升沖擊系數(shù)、起升動(dòng)載系數(shù)、突然卸載沖擊系數(shù)、運(yùn)行沖擊系數(shù)（帶載行走起重機(jī)械）、起升機(jī)構(gòu)加減速動(dòng)載系數(shù)，將會(huì)對(duì)起重機(jī)械的整體或者部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行沖擊，使部件之間裝配間隙過大或者磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致車輪輪壓不均。

除此之外風(fēng)載荷、軌道基礎(chǔ)沉降等也會(huì)對(duì)起重機(jī)械大車輪壓有一定的影響。

2 巴克豪森噪音應(yīng)力測(cè)試法

“巴克豪森效應(yīng)”是德國(guó)科學(xué)家巴克豪森（Barkhausen）教授于1919 年發(fā)現(xiàn)的一種鐵磁材料具有的物理特性。[2]他發(fā)現(xiàn)在鐵磁體內(nèi)可誘發(fā)出可測(cè)噪聲信號(hào)。

采用便攜式無損檢測(cè)鐵磁性材料的應(yīng)力儀能很方便的采集到靜態(tài)及動(dòng)態(tài)狀況下的大車車輪軸的應(yīng)力值，根據(jù)其應(yīng)力值可以轉(zhuǎn)化為大車輪壓值。

巴克豪森噪音應(yīng)力測(cè)試法具有檢測(cè)精度高，檢測(cè)速度快等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵磁材料應(yīng)力在瞬態(tài)、線、便攜、非定點(diǎn)的檢測(cè);但其檢測(cè)的精度受材料表面粗糙度、材料殘余應(yīng)力等影響，因此BN法與工程實(shí)踐的結(jié)合需要建立各鋼種的對(duì)比試驗(yàn)圖譜。

3 軌道間接電測(cè)法

軌道間接電測(cè)法基于起重機(jī)械大車車輪是起重機(jī)和大車軌道之間傳力的唯一零件，軌道上鉛垂方向的力來自于車輪，輪壓測(cè)定的原理就是根據(jù)起重機(jī)車輪壓過大車軌道時(shí)，作用于軌道上的鉛垂方向的力會(huì)使軌道產(chǎn)生應(yīng)變的特點(diǎn)，將電阻應(yīng)變片（簡(jiǎn)稱應(yīng)變片） 粘貼在被測(cè)車輪走過的軌道側(cè)面，當(dāng)車輪走過時(shí)應(yīng)變片隨著軌道一起變形，應(yīng)變片的電阻值將發(fā)生相應(yīng)的變化，動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)將電阻變化轉(zhuǎn)換成應(yīng)變值并且記錄下來，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室輪壓應(yīng)變標(biāo)定曲線將應(yīng)變?cè)贀Q算成輪壓，讓每個(gè)大車車輪都?jí)哼^布有應(yīng)變片的檢測(cè)點(diǎn)，由此就能測(cè)定每個(gè)車輪的輪壓。[3]

該方法通過軌道的應(yīng)變值來間接獲得輪壓值，操作方便，可使用于多車輪起重機(jī)的靜態(tài)輪壓及動(dòng)態(tài)輪壓檢測(cè)。但該方法需要測(cè)量起重機(jī)空載勻速通過測(cè)量點(diǎn)的應(yīng)變，從而獲得輪壓與應(yīng)變的標(biāo)定系數(shù);但由于振動(dòng)、軌道不平等原因此時(shí)測(cè)量的空載應(yīng)變往往不準(zhǔn)確且難以辨識(shí);而且該方法通過一個(gè)線性經(jīng)驗(yàn)公式把應(yīng)變轉(zhuǎn)換為輪壓，但由于輪軌接觸過程中不可避免要發(fā)生塑形變形，因此應(yīng)變與輪壓的關(guān)系往往不是線性的，隨著起重機(jī)重量和載荷的增大，此方法測(cè)量的準(zhǔn)確度將越來越低，因此需要建立基于彈塑性接觸理論的應(yīng)變—輪壓模型來修正輪壓值。

4 直接測(cè)量法

直接測(cè)量法是用千斤頂將車輪抬離軌道，使稱重傳感器置于車輪底部，連接輪壓參數(shù)采集儀，在大車不運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下，起重機(jī)械進(jìn)行空載、滿載起升、小車運(yùn)行、卸載等動(dòng)作，采集儀可以實(shí)時(shí)的采集到該工況下的輪壓值。

該方法只適用于大車不運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，并且輪壓值有可能會(huì)受起重機(jī)械在使用千斤頂抬離軌道面時(shí)重心變化而導(dǎo)致輪壓值得變化，需要多次測(cè)量取平均值。

5 小結(jié)

采用傳統(tǒng)計(jì)算的輪壓的方法將對(duì)設(shè)計(jì)、安裝及維護(hù)產(chǎn)生較大的偏差，本文通過對(duì)大型港口起重機(jī)械大車車輪輪壓的檢測(cè)方法：巴克豪森噪音應(yīng)力測(cè)試法、軌道間接電測(cè)法、直接測(cè)量法的比較，為客戶在大型港口起重機(jī)械大車車輪輪壓檢測(cè)選擇上提供參考依據(jù)，能夠根據(jù)適用的工程選擇合適的港口起重機(jī)械大車車輪輪壓檢測(cè)方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]傅燕鳴，徐大偉，馮贊寬.起重機(jī)最大輪壓的測(cè)定方法[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，1993（1）：46-48.

[2]馬咸堯，孫大千，李健萍.Barkhausen 技術(shù)測(cè)量鋼件應(yīng)力探討.華中理工大學(xué)材料工程，1994，3（5）：32-34.

[3]袁桂芳，張旻媛，張一輝，朱建康，李淑娟.簡(jiǎn)便實(shí)用的起重機(jī)大車輪壓測(cè)定方法[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2004（10）：26-30.