基于受損橋式起重機(jī)的檢驗(yàn)探討

羅澤宏

（湖北特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院恩施分院，湖北恩施 445000）

0 引言

隨著科技不斷發(fā)展，起重機(jī)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)的應(yīng)用范圍愈加廣泛。由于橋式起重機(jī)的生產(chǎn)環(huán)境較為惡劣，需要在高溫、高壓、高腐蝕、灰塵量大的環(huán)境中工作，嚴(yán)重影響起重機(jī)的使用壽命。起重機(jī)作為一種大型的電氣設(shè)備，受損的橋式起重機(jī)在應(yīng)用中會(huì)更容易造成安全事故問(wèn)題，這就需要加強(qiáng)受損橋式起重機(jī)的檢驗(yàn)工作，第一時(shí)間解決起重機(jī)已經(jīng)出現(xiàn)的問(wèn)題，保證起重機(jī)的運(yùn)行安全。本文首先提出起重機(jī)受損情況與類(lèi)型，分析現(xiàn)行的幾種檢驗(yàn)方法，包括逆向工程、有限元計(jì)算等，最后提出集中損傷解決方法，旨在降低起重機(jī)運(yùn)行中的安全隱患。

1 起重機(jī)受損情況分析

橋式起重機(jī)在實(shí)際工作當(dāng)中，由于會(huì)受到多種因素影響，可能會(huì)出現(xiàn)不可預(yù)計(jì)或隱性損傷，包括裂縫、銹蝕、磨損和斷裂，等等，這些受損因素會(huì)對(duì)起重機(jī)正常運(yùn)行帶來(lái)極大的影響。如果起吊設(shè)備吊運(yùn)的重物重量較大，一旦超出了起重機(jī)的承載范圍，會(huì)導(dǎo)致主梁斷裂，重物墜落。

1.1 金屬損壞

通過(guò)實(shí)踐調(diào)查可知，對(duì)于服役多年的起重機(jī)來(lái)說(shuō)，裂紋是最常見(jiàn)的問(wèn)題，主要是起重機(jī)的零部件與金屬結(jié)構(gòu)部分。金屬結(jié)構(gòu)最容易出現(xiàn)裂紋的位置主要表現(xiàn)在主梁橫向大隔板和主腹板、下蓋板翼緣焊縫位置。這兩個(gè)位置是主要受力點(diǎn)，如果這兩個(gè)地方出現(xiàn)了裂紋情況，則會(huì)直接影響起重機(jī)的使用安全。在我國(guó)《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》當(dāng)中提出，如果發(fā)現(xiàn)起重機(jī)金屬構(gòu)件出現(xiàn)裂紋問(wèn)題，需要第一時(shí)間更換，確保起重機(jī)的使用安全。

若起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋問(wèn)題，但沒(méi)有在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)，在起重機(jī)正常運(yùn)行中可能會(huì)產(chǎn)生疲勞斷裂情況，金屬結(jié)構(gòu)疲勞是指某點(diǎn)承受較大的應(yīng)力，并且循環(huán)達(dá)到一定次數(shù)時(shí)因擾動(dòng)而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變化。疲勞斷裂的發(fā)生順序可以劃分為疲勞輕微裂縫、疲勞裂紋擴(kuò)張和最終失效斷裂。一旦疲勞裂縫生成，裂縫在循環(huán)作用力擾動(dòng)下（圖1），沿著剪切應(yīng)力平面方向拓展，裂縫拓展速度和擴(kuò)展方向主要是由局部應(yīng)力集中情況確定的，需要著重關(guān)注。

圖1 疲勞循環(huán)函數(shù)關(guān)系

1.2 運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)部分

橋式起重機(jī)在多年的使用當(dāng)中，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障主要包括制動(dòng)器、鋼絲繩和車(chē)輪軌道等3 個(gè)方面。其中，吊鉤鋼絲繩故障主要表現(xiàn)在受力變形、裂紋、斷裂，主要是受到超載、磨損等因素影響。制動(dòng)器在實(shí)際應(yīng)用中可能會(huì)出現(xiàn)制動(dòng)不靈、制動(dòng)力不足、制動(dòng)輪溫度高、制動(dòng)臂無(wú)法張開(kāi)等，主要是因?yàn)橛臀?、磨損、彈簧失效等因素造成的。車(chē)輪與軌道的主要故障是啃軌和打滑。啃軌是因起重機(jī)安裝中出現(xiàn)跨度差，磨損是因承載偏移導(dǎo)致和機(jī)械結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期摩擦造成。

1.3 電氣控制系統(tǒng)問(wèn)題

電氣控制系統(tǒng)是操控起重機(jī)的主要構(gòu)件。電氣控制系統(tǒng)故障形勢(shì)豐富，檢測(cè)較為困難，導(dǎo)致電氣控制系統(tǒng)故障的主要因素是因?yàn)槠鹬貦C(jī)長(zhǎng)期負(fù)載運(yùn)行而產(chǎn)生的老化問(wèn)題。此外，控制系統(tǒng)還包括安全附件，包括高度限位器、行程限位器和重量限制器等。該類(lèi)型故障主要是人為因素造成，包括人為誤操作以及人為拆除，缺乏日常保養(yǎng)等。

2 受損橋式起重機(jī)的檢驗(yàn)

2.1 逆向工程檢測(cè)

受損橋式起重機(jī)檢驗(yàn)當(dāng)中，可以采用逆向工程原理進(jìn)行檢驗(yàn)，該方法可以找出起重機(jī)隱藏的故障隱患，還可以推導(dǎo)出起重機(jī)零部件的使用壽命。逆向工程原理最初是應(yīng)用在產(chǎn)品以及機(jī)械零部件和零件工程設(shè)計(jì)模型當(dāng)中，可以結(jié)合零部件現(xiàn)行參數(shù)為依據(jù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面剖析，在了解產(chǎn)品性能的情況下，進(jìn)行改善。逆向工程技術(shù)作為當(dāng)今產(chǎn)品檢驗(yàn)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，其中包含了數(shù)據(jù)收集、測(cè)量技術(shù)、離散信息預(yù)處理、細(xì)分造型技術(shù)、誤差研究技術(shù)、逆向工程軟件技術(shù)、優(yōu)化策略、仿真檢驗(yàn)，等等。逆向工程在制造領(lǐng)域、設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā)揮著十分重要的作用，但是在檢驗(yàn)領(lǐng)域中的應(yīng)用較少。結(jié)合逆向工程原理，將該技術(shù)應(yīng)用到橋式起重機(jī)檢驗(yàn)領(lǐng)域是完全可行的，可以有效檢測(cè)出起重機(jī)的內(nèi)部問(wèn)題，值得進(jìn)一步推廣。主要檢驗(yàn)方法如下。

（1）金屬結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)。在橋式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢驗(yàn)當(dāng)中，主要是結(jié)合金屬零部件實(shí)際情況、疲勞情況展開(kāi)檢測(cè)。在多次反復(fù)修改并建立規(guī)則之后，結(jié)合檢測(cè)規(guī)則對(duì)起重機(jī)實(shí)際表現(xiàn)情況展開(kāi)一系列的檢驗(yàn)，并參考各類(lèi)項(xiàng)目檢驗(yàn)的實(shí)際情況，確定起重機(jī)的安全性是否能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)受損起重機(jī)失效模式進(jìn)行總結(jié)、分析，監(jiān)測(cè)金屬結(jié)構(gòu)健康情況、疲勞情況，為后續(xù)檢修工作奠定基礎(chǔ)。

（2）運(yùn)動(dòng)機(jī)械部分。對(duì)于運(yùn)動(dòng)機(jī)械部分來(lái)說(shuō)，需要工作人員定期對(duì)零部件裂紋和磨損情況進(jìn)行檢查，特別是鋼絲繩，由于鋼絲繩出現(xiàn)故障問(wèn)題難以察覺(jué)，因此容易出現(xiàn)突然斷裂的情況，這就需要對(duì)鋼絲繩的磨損程度展開(kāi)檢測(cè)。此外，制動(dòng)器裂縫也是需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)制動(dòng)器裂縫，檢查表面是否堆積油污，定期對(duì)鋼軌、車(chē)輪進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和清理，保證整體的整潔性。對(duì)于啃軌問(wèn)題來(lái)說(shuō)，由于是安裝帶來(lái)的問(wèn)題，需要和生產(chǎn)廠家聯(lián)系重新進(jìn)行安裝和設(shè)計(jì)，主要是檢查跨度差異，修復(fù)跨度差異即可避免啃軌問(wèn)題發(fā)生。

（3）控制系統(tǒng)部分。結(jié)合上述的分析與研究，導(dǎo)致控制系統(tǒng)失效的主要因素就是人為因素，因此通過(guò)傳感器等檢測(cè)控制設(shè)備性能之外，還需要重點(diǎn)考慮機(jī)械監(jiān)管人員的質(zhì)量意識(shí)以及使用單位的安全生產(chǎn)體制。制定完善的起重機(jī)使用、檢驗(yàn)制度體系，要求工作人員嚴(yán)格按照制度標(biāo)準(zhǔn)展開(kāi)檢驗(yàn)工作。隨著檢驗(yàn)工作的持續(xù)運(yùn)行，需要大力加強(qiáng)機(jī)械安全工作的推廣與宣傳工作，對(duì)于特種設(shè)備來(lái)說(shuō)，特別是新型的特種設(shè)備，必須要對(duì)操作人員、管理人員展開(kāi)培訓(xùn)，這樣才能夠保證檢驗(yàn)質(zhì)量。

2.2 安全性能檢測(cè)方法

安全性能檢測(cè)方法需要對(duì)斷裂部位和受損部位進(jìn)行探傷檢查，主要是為了查找金屬結(jié)構(gòu)當(dāng)中是否存在微小裂縫問(wèn)題，還需要將主梁下蓋板對(duì)縫進(jìn)行焊接，腹板和下蓋板鏈接部位的焊縫采用超聲波、磁粉探傷。在受損橋式起重機(jī)探傷完畢且確定不是裂縫缺陷后，即可展開(kāi)起重機(jī)現(xiàn)場(chǎng)檢查工作，也就是進(jìn)行安全性能試驗(yàn)工作，主要是對(duì)拱度、靜態(tài)剛度等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，從而判定受損起重機(jī)的實(shí)際荷載能力。此外，還需要對(duì)危險(xiǎn)部位的應(yīng)力水平、金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)，判定起重機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中的各類(lèi)性能。理論來(lái)說(shuō)，起重機(jī)最危險(xiǎn)的部位實(shí)則就是位于跨中截面，所以要在兩個(gè)主梁跨中部位上的蓋板內(nèi)側(cè)設(shè)置一個(gè)單片檢測(cè)點(diǎn)，這樣可以獲得彎曲應(yīng)力動(dòng)態(tài)變化信息數(shù)據(jù)。

2.3 有限元計(jì)算

有限元計(jì)算方案的最終目的是檢測(cè)起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)是能夠達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)需求。通過(guò)開(kāi)展有限元計(jì)算方法，可以獲取起重機(jī)的運(yùn)行受力信息數(shù)據(jù)，以及判定出現(xiàn)裂紋的原因。通過(guò)對(duì)修復(fù)之后的金屬結(jié)構(gòu)展開(kāi)有限元分析，能夠有效預(yù)測(cè)最終的修復(fù)結(jié)果，確認(rèn)合格之后，結(jié)合《起重機(jī)械監(jiān)督檢驗(yàn)規(guī)程》，對(duì)檢驗(yàn)環(huán)節(jié)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，包括起重機(jī)制造、安裝資料、作業(yè)環(huán)境、金屬結(jié)構(gòu)、外觀、電氣系統(tǒng)、安全保護(hù)裝置、荷載試驗(yàn)等，結(jié)合項(xiàng)目有限元計(jì)算結(jié)果對(duì)比判定起重機(jī)檢驗(yàn)是否合格。

3 受損橋式起重機(jī)修復(fù)

如果橋式起重機(jī)遭到損壞問(wèn)題，必須要第一時(shí)間做好起重機(jī)的修復(fù)工作，在修復(fù)完成之后，才可以繼續(xù)使用。

3.1 修復(fù)處理

對(duì)于主梁斷裂造成電氣控制系統(tǒng)受損問(wèn)題，需要對(duì)電氣控制系統(tǒng)、損壞部件進(jìn)行更換處理。已經(jīng)出現(xiàn)了斷裂事故的主梁，要先采用砂輪機(jī)將斷裂部位進(jìn)行打磨，確保缺口位置足夠的光滑、平整，去處多余的雜質(zhì)與毛刺，之后采用新下料的Q345T 鋼板對(duì)損害部位進(jìn)行焊接，將受損部位原有的裝配圓孔取消，采用新型裝配工藝提升焊接部位的強(qiáng)度和剛度。

3.2 裂紋處理

裂紋是起重機(jī)危害最為嚴(yán)重的損害之一，由于起重機(jī)結(jié)構(gòu)材料方面存在著差異，所以裂紋也有所差別，裂紋主要是出現(xiàn)在焊縫、焊接熱影響、焊縫表面、焊縫內(nèi)部等，焊縫出現(xiàn)位置不固定，這也是難以第一時(shí)間查出的原因。為此，需要根據(jù)裂紋具體情況展開(kāi)修復(fù)工作，首先要結(jié)合缺陷材料、缺陷部位、板厚、尺寸等，之后將裂紋部位清除干凈，采用探傷技術(shù)檢測(cè)細(xì)微傷痕，最后進(jìn)行統(tǒng)一處理。

4 結(jié)束語(yǔ)

加強(qiáng)受損橋式起重機(jī)檢測(cè)工作對(duì)起重機(jī)安全運(yùn)行有著重要意義，這就需要不斷加強(qiáng)新型檢測(cè)技術(shù)的研究工作，針對(duì)損壞情況和損壞部位，科學(xué)采用檢測(cè)方法，并第一時(shí)間解決損害部位，這樣才能夠有效提升起重機(jī)的使用安全性。