楊　陶（重慶市特種設(shè)備監(jiān)測研究院，重慶市　涪陵區(qū)　408000）

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探析起重機(jī)械安裝中的應(yīng)力測試技術(shù)

楊陶（重慶市特種設(shè)備監(jiān)測研究院，重慶市涪陵區(qū)408000）

對于使用時間超過15年以上、處于嚴(yán)重腐蝕環(huán)境（如海邊、潮濕地區(qū)等）或者強(qiáng)風(fēng)區(qū)域、使用頻率高的大型起重機(jī)。此外，對于使用時間接近設(shè)計壽命的起重機(jī)或出現(xiàn)異?，F(xiàn)象但原因未明的起重機(jī)以及由于交叉作業(yè)等原因發(fā)生碰撞的起重機(jī)，使用單位出于自身安全考慮，一般也會對其進(jìn)行起重機(jī)應(yīng)力試驗，本文對此進(jìn)行分析。

起重機(jī)械；安裝；應(yīng)力測試

1　引言

起重機(jī)在長期的使用過程中，由于構(gòu)件表面腐蝕、磨損和變形，起重機(jī)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度會受到影響。在起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)改造過程中，由于焊接工藝和安裝工藝的影響，整體金屬結(jié)構(gòu)是否滿足強(qiáng)度要求，需要通過一定的技術(shù)手段來進(jìn)行校核。應(yīng)力測試技術(shù)作為一種非常成熟的技術(shù)手段已被應(yīng)用到起重機(jī)安裝改造中，通過分析起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)重要部位應(yīng)力測試的結(jié)果，得出鋼結(jié)構(gòu)是否存在應(yīng)力過大導(dǎo)致失效的可能，評價起重機(jī)的安全性。

2　應(yīng)力測試關(guān)鍵技術(shù)

2.1應(yīng)力測試原理

在工程上，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力是通過測試結(jié)構(gòu)的應(yīng)變獲得的。應(yīng)變測量可以在時域上獲得結(jié)構(gòu)件的應(yīng)力最大值 （峰值、峰峰值）、最小值、平均值，以及最大主應(yīng)力的大小、方向和變化規(guī)律。應(yīng)變的測量采用應(yīng)變片，對構(gòu)件實行靜態(tài)加載或動態(tài)加載后，利用測量系統(tǒng)測試出應(yīng)變的大小及其變化規(guī)律。

式中：K0-應(yīng)變片電阻絲的靈敏系數(shù)；R-應(yīng)變片電阻絲的初始電阻；ε-電阻絲受力產(chǎn)生的應(yīng)變。

由上述公式可見，電阻絲受力之后，其電阻的變化率和電阻絲產(chǎn)生的應(yīng)變成正比，當(dāng)應(yīng)變片粘貼在構(gòu)件上時，如果構(gòu)件受力產(chǎn)生應(yīng)變，就會引起應(yīng)變片電阻的變化，測試了電阻的變化值，就可以知道構(gòu)件應(yīng)變的大小了。

2.2應(yīng)變片布片原則

①應(yīng)變片應(yīng)布置在均勻應(yīng)力區(qū)、應(yīng)力集中區(qū)和彈性撓曲區(qū)；②在主梁跨中，設(shè)計所在確定的結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力處貼片；③使用中最不利工況下最大應(yīng)力處；④有塑性變形、可能產(chǎn)生裂紋或經(jīng)常超載的位置；⑤應(yīng)變片在被測構(gòu)件上行沿主應(yīng)力方向粘貼；⑥測點布置盡量合理，應(yīng)變片粘貼盡量少。

2.3應(yīng)變片的粘貼工藝

①使用放大鏡觀察應(yīng)變片的外觀質(zhì)量，看有無斷絲、引線焊接不牢等缺陷。②使用萬用表測量應(yīng)變片阻值，同時防止應(yīng)變片的污染，不能用手摸基底，同一組應(yīng)變片的組織誤差最好控制在0.1Ω范圍內(nèi)，便于儀器調(diào)平衡。③使用角磨機(jī)或者砂紙打磨試件表面，表面光滑后，再用細(xì)砂紙達(dá)成45°交叉網(wǎng)紋（粗化處理，便于表面存膠），選擇砂紙時，對鋼件多用180目，對鋁件多用360目。④用角尺、鋼板直尺和劃針畫十字定危線。⑤用鑷子夾脫脂棉球沾取適量CCL或者丙酮擦洗試件表面，注意擦拭的最后一道工序沿一個方向擦拭，避免臟棉球污染磨光的金屬表面。⑥分清版面，光滑的一面為貼面，用502膠水將膠水滴在應(yīng)變片反面，兩點對齊，迅速貼在金屬反面。用小塊塑料薄膜覆蓋應(yīng)變片表面并用拇指按在被測部位，把多余膠水?dāng)D出炸吸附在塑料薄膜上，然后用拇指緊緊按住應(yīng)變片停留30s，最后輕輕去掉覆蓋的塑料薄膜，這樣做的目的是防止手沾到膠水。⑦用鑷子輕輕拔起（使其樹立）應(yīng)變片的兩引腳線，用塑料透明膠帶貼在兩引腳線與應(yīng)變片基底之間、貼緊。⑧將兩引腳線輕輕放平，再用塑料透明膠帶使兩引腳線固定在基體上，這樣可以固定兩引腳線的根部，以免在焊接時因為過多的擺動使得兩引腳線折斷。⑨使用電烙鐵融化焊絲，先把引線和導(dǎo)線兩端分別掛上焊錫，為防止假焊，一定要保證焊錫融化透。⑩使用數(shù)字萬用表測量應(yīng)變片的阻值和應(yīng)變片于試件間的絕緣電阻值。若應(yīng)變片阻值變化大、不通，或者絕緣電阻小于80MΩ，應(yīng)查找原因，必要時清除后重新粘貼應(yīng)變片。?為了防潮，應(yīng)變片上應(yīng)涂凡士林軟膏、蜂蠟、914膠或者硅膠。

2.4測試準(zhǔn)備

①膠水的最佳固化時間為24h，現(xiàn)場測試時若遇緊急情況，如臨時粘貼應(yīng)變片，待30min之后就可以進(jìn)行測量。但真正使應(yīng)變片完全固化后則需要10～24h才能達(dá)到高黏合強(qiáng)度。其次，將導(dǎo)線連接在應(yīng)變測試儀上。②空載，將應(yīng)變儀調(diào)零，觀察各測點顯示值隨時間變化情況，判斷應(yīng)變片是否有零點漂移現(xiàn)象，具有零點漂移的應(yīng)變片應(yīng)清除后重新粘貼。③預(yù)加載和與卸載。為了更好地實現(xiàn)應(yīng)變片電阻變化和應(yīng)變變化之間的線性關(guān)系，避免應(yīng)變片的滯后特性、蠕變，應(yīng)在正式測試之前預(yù)加載、卸載4～5次，具有蠕變的應(yīng)變片不能使用，應(yīng)重新粘貼。

2.5測試

①按照事先編織的試驗大綱和測試工況金星村二是，在測試試驗表格上詳細(xì)記錄；②加載的負(fù)荷一般由小到大；③試驗中，應(yīng)及時判斷數(shù)據(jù)的合理與否，試驗是否有效，如出現(xiàn)異常，需要立即停止試驗，找出原因排除故障，重新試驗；④切忌試驗中臨時改變測試項目或者是內(nèi)容。

2.6分析

①對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算和處理，找出應(yīng)變或便利隨時間的歷程、分布規(guī)律；②與預(yù)期值、理論值或者是經(jīng)驗值進(jìn)行比較；③對試驗數(shù)據(jù)和對比結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的歸納總結(jié)，上升到理論高度，找出規(guī)律；④對被試件作出評價，對起重機(jī)械安裝質(zhì)量進(jìn)行評估；⑤出具測試和研究報告。

2.7其它應(yīng)力測試方法——光測法

光測法的理論基礎(chǔ)是光彈性法：置于偏振光場中的具有雙折射效應(yīng)的透明光彈性材料，會因為受力而產(chǎn)生干涉條紋；測量并計算干涉條紋圖后可確定模型在受載情況下的應(yīng)力狀態(tài)、光纖技術(shù)是光測法的代表，其特點是：因為可將被測對象的狀態(tài)變化轉(zhuǎn)換成光信號的形式，所以能與高度發(fā)達(dá)的電子裝置有很好的兼容性，從而具備較高的發(fā)展?jié)摿?；光纖信號不易受外界影響，光纖技術(shù)適用于高壓與電磁干擾的環(huán)境下使用；光纖傳輸損耗低，可用于遠(yuǎn)距離測試（基于以上優(yōu)點，光纖技術(shù)適用于土木工程領(lǐng)域大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的在線監(jiān)測）而在起重機(jī)領(lǐng)域，該技術(shù)還尚未普及，有待進(jìn)一步的發(fā)展。

對于電阻式應(yīng)力測試，為適應(yīng)起重機(jī)現(xiàn)場檢驗，應(yīng)變片與屏蔽電纜之間的連接方式將越來越簡便，現(xiàn)場焊接將不再必要；無線遙感的抗干擾能力將得到加強(qiáng)，并逐步取代收放電纜不便的有線測試。對于光纖式應(yīng)力測試，結(jié)構(gòu)模型將更加專業(yè)化，即變得更適用于起重機(jī)檢驗；該測試方法將使在線監(jiān)測成為保證危險性較大的大型起重機(jī)使用安全的常規(guī)監(jiān)控手段。

除自身不斷發(fā)展之外，應(yīng)力測試還將與計算機(jī)模擬仿真更緊密的結(jié)合在一起：應(yīng)力測試一般在起重機(jī)安裝完成后進(jìn)行，因此較難測量出結(jié)構(gòu)本身自重產(chǎn)生的應(yīng)力及金屬結(jié)構(gòu)的內(nèi)應(yīng)力，通常測試所得到的數(shù)值實際上為試驗加載后金屬的應(yīng)力差值。應(yīng)力測試與計算機(jī)模擬仿真所對比的就是加載前后的應(yīng)力差值通過對比，應(yīng)力測試可以驗證計算機(jī)模擬仿真的正確性。反過來，一個接近實際情況的計算機(jī)模擬仿真則可以為應(yīng)力測試測點的準(zhǔn)確定位提供依據(jù)，且模擬起重機(jī)因環(huán)境限制而無法開展的應(yīng)力測試。

3　實例分析起重機(jī)械安裝應(yīng)力測試技術(shù)

3.1實例概述

本文結(jié)合廣州某碼頭堆場的集裝箱門式起重機(jī)技安裝的過程，說明應(yīng)力測試技術(shù)的應(yīng)用。因場地等原因，需要對其整體加高才能滿足使用要求，該機(jī)起升高度由原來的15．3m增高至21m。改造的重點部分是主鋼結(jié)構(gòu)，在其剛性支腿和柔性支腿與主梁連接的法蘭面增設(shè)加高節(jié)，同時在支腿間增加工字型斜撐，以便滿足強(qiáng)度要求。第1套方案為增加節(jié)高的同時增大支腿的截面尺寸，第2套方案為增加節(jié)高而保持支腿截面尺寸不變。綜合考慮到改造的工藝性和經(jīng)濟(jì)性等因素，本次改造選用第2套方案。下面就對改造過程中起重機(jī)的安裝中的金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)力測試進(jìn)行分析。

3.2應(yīng)力測試

對機(jī)械安裝進(jìn)行動態(tài)應(yīng)力測試時，工況的選擇非常重要。這些工況必須能夠反映金屬結(jié)構(gòu)的動態(tài)應(yīng)力情況，并且能夠反映金屬結(jié)構(gòu)危險點在危險工況下的實際應(yīng)力。

試驗載荷為35t，工況如下：①小車位于剛性支腿處，對應(yīng)變片進(jìn)行清零處理。②小車移動至主梁中間，抓箱，起吊，保持靜止。選取了主梁上翼板跨中3個測點，測試儀器為DH3817F?？缰械膽?yīng)力云圖以及各測點的位置分布見圖1。從《起重機(jī)設(shè)計規(guī)范》（GB/T3811－2008）查得結(jié)構(gòu)件的工作級別為E6，應(yīng)力集中等級為K3。由此可查得疲勞許用應(yīng)力基本值為68．3MPa。通過將實測應(yīng)力和有限元計算自重產(chǎn)生的應(yīng)力疊加進(jìn)行疲勞計算，得到跨中最大應(yīng)力為53．19MPa，拉伸疲勞許用應(yīng)力為126MPa，起重機(jī)主梁跨中改造后的疲勞強(qiáng)度足夠，同時對改造后的起重機(jī)在現(xiàn)場按照《起重機(jī)械定期檢驗規(guī)則》（TSGQ7015－2008）的要求進(jìn)行下?lián)隙葴y量，測量結(jié)果顯示其滿足剛度要求；對其支腿和主梁的法蘭連接處在最不利工況下的最大水平位移進(jìn)行測量，證實其水平動剛度達(dá)到了改造的要求。

圖1　主梁跨中應(yīng)變片布置

4　結(jié)束語

綜上所述，起重機(jī)械是工業(yè)生產(chǎn)中比較重要的機(jī)械設(shè)備，其安裝質(zhì)量、性能等對于生產(chǎn)有著決定性影響。在起重機(jī)械安裝過程中，其裝配產(chǎn)生應(yīng)力會對整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成影響，從而引發(fā)安裝質(zhì)量問題。因此，本文結(jié)合實例分析了起重機(jī)械中的金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)力測試，保證了金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)力符合要求，起重機(jī)械整體穩(wěn)固，在一定程度上保證了起重機(jī)械的安裝質(zhì)量。

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A

2095-2066（2016）11-0212-02