吳超+徐春+張川

摘 要：采用實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)得到岸橋起重機(jī)危險(xiǎn)截面疲勞損傷演化趨勢(shì)，分析結(jié)果表明：實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)可以隨時(shí)監(jiān)控結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)截面疲勞損傷，提前進(jìn)行結(jié)構(gòu)疲勞失效預(yù)警，在風(fēng)險(xiǎn)管控過程中采用實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)可以最大限度地消除安全隱患，保證結(jié)構(gòu)使用安全。

關(guān)鍵詞：疲勞損傷：實(shí)時(shí)監(jiān)控：風(fēng)險(xiǎn)管控

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.122

1 前言

隨著工業(yè)發(fā)展和技術(shù)革新，岸橋起重機(jī)起升重量越來越高，起重機(jī)規(guī)模越來越大，一旦發(fā)生結(jié)構(gòu)疲勞失效勢(shì)必會(huì)造成重大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，因此需提高對(duì)岸橋起重機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞失效的重視，結(jié)構(gòu)疲勞損傷實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)可以有效的降低結(jié)構(gòu)安全隱患。

鄭夕健[1]通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)獲取典型工況下塔式起重機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)，建立有效壽命監(jiān)控的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法。顧海浩等[2]根據(jù)編制的載荷譜和塔式起重機(jī)的P-S-N曲線，運(yùn)用nSoft軟件預(yù)測(cè)塔式起重機(jī)的疲勞壽命；李靜[3]通過采集岸邊集裝箱起重機(jī)構(gòu)件的疲勞敏感區(qū)與不宜更換部位的應(yīng)力-時(shí)間歷程， 使用三峰谷雨流計(jì)數(shù)法獲得岸邊集裝箱起重機(jī)八級(jí)載荷譜，再利用外推的載荷譜和修正的線性累積疲勞損傷理論對(duì)其剩余壽命進(jìn)行了研究。上述文獻(xiàn)采集的載荷數(shù)據(jù)都是通過模擬不同起吊工況獲得，與起重機(jī)的真實(shí)載荷歷程有一定偏差。

本文在某型岸橋起重機(jī)上應(yīng)用實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)監(jiān)控結(jié)構(gòu)疲勞損傷演化趨勢(shì)，并提供失效預(yù)警，能夠有效降低結(jié)構(gòu)失效風(fēng)險(xiǎn)。

2 疲勞損傷實(shí)時(shí)監(jiān)控

2.1 實(shí)時(shí)載荷譜

在某型岸橋起重機(jī)的前拉桿和前大梁上安裝應(yīng)力傳感器，采樣頻率2000Hz，每2500個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)取平均值并記錄，記錄數(shù)據(jù)頻率0.8Hz。測(cè)量得到的前拉桿典型應(yīng)力譜見圖1，由于大梁自重應(yīng)力的影響，在大梁未起升時(shí)前拉桿應(yīng)力約為100MPa。由于實(shí)時(shí)載荷譜采集時(shí)間跨度較長，數(shù)據(jù)量巨大，因此以7天為單位分別對(duì)載荷進(jìn)行雨流計(jì)數(shù)，典型雨流結(jié)果見圖2。

2.2 疲勞損傷

根據(jù)Miner準(zhǔn)則，在MATLAB環(huán)境下編制疲勞損傷計(jì)算程序，本文以1750天的實(shí)測(cè)載荷譜作為輸入，分別計(jì)算Y1S，Y2S，Y3S等3個(gè)危險(xiǎn)截面疲勞損傷，S-N曲線采用指數(shù)函數(shù)公式，疲勞損傷演化趨勢(shì)見圖3-圖5。

3 討論

現(xiàn)有起重機(jī)設(shè)計(jì)遵照GB3811-2008標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)規(guī)定，該標(biāo)準(zhǔn)雖然考慮了疲勞損傷的影響，但卻有相應(yīng)缺陷。如GB3811-2008標(biāo)準(zhǔn)中有如下規(guī)定：

（1）如果在所設(shè)計(jì)的起重機(jī)工作中不可能有不利結(jié)果的，沒有必要再做校核計(jì)算。

（2）本標(biāo)準(zhǔn)列出的使用等級(jí)，并不是對(duì)起重機(jī)實(shí)際使用工作有效期的保證值。無論是起重機(jī)整機(jī)使用等級(jí)或者起重機(jī)機(jī)構(gòu)整體使用等級(jí)都只是一個(gè)設(shè)計(jì)預(yù)估值。

（3）如果在設(shè)計(jì)中未對(duì)該起重機(jī)預(yù)期壽命進(jìn)行充分注意和考慮，制造時(shí)又沒有遵循本標(biāo)準(zhǔn)提出的要點(diǎn)從而未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，使用中未能按照制造商給出的說明書進(jìn)行正常操作和定期維護(hù)，或者實(shí)際使用工況與設(shè)計(jì)要求又較大差異，則產(chǎn)品上述設(shè)計(jì)預(yù)期壽命會(huì)與實(shí)際有效使用期有比較大、甚至是很大的出入。

對(duì)于岸橋起重機(jī)而言，即使在設(shè)計(jì)及使用之初工作級(jí)別較低，隨著使用企業(yè)業(yè)務(wù)發(fā)展，其工作級(jí)別可能逐漸提升，如未進(jìn)行過疲勞強(qiáng)度校核，則存在使用安全隱患。因此，按照GB3811-2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核僅僅是一個(gè)理論上偏安全的結(jié)果，并不能絕對(duì)保證結(jié)構(gòu)在使用期限內(nèi)不會(huì)發(fā)生疲勞失效。且從設(shè)計(jì)工況，疲勞強(qiáng)度校核，制造，使用維護(hù)保養(yǎng)等環(huán)節(jié)中，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的疏忽或者不準(zhǔn)確，都會(huì)導(dǎo)致疲勞壽命與預(yù)期有較大出入，導(dǎo)致安全隱患。

為了杜絕上述缺陷導(dǎo)致的安全隱患，現(xiàn)有最好的方法即采用實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)，實(shí)時(shí)計(jì)算結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)部位的疲勞損傷演化趨勢(shì)并按照當(dāng)前趨勢(shì)預(yù)測(cè)剩余使用壽命。由圖3-圖5，危險(xiǎn)截面Y1S和Y3S的疲勞損傷較小，按照當(dāng)前趨勢(shì)，危險(xiǎn)截面Y1S可以認(rèn)為其壽命為無限壽命，即不會(huì)發(fā)生疲勞破壞，危險(xiǎn)截面Y3S剩余使用壽命超過25年，可以預(yù)見在設(shè)計(jì)使用壽命之內(nèi)不會(huì)發(fā)生疲勞失效。危險(xiǎn)截面Y2S疲勞損傷接近1，說明該處疲勞損傷已接近失效臨界值，即將出現(xiàn)疲勞裂紋。此時(shí)，需要對(duì)Y2S危險(xiǎn)截面進(jìn)行無損檢測(cè)和維修等處理步驟，以消除使用過程中的安全隱患。需要強(qiáng)調(diào)的是：本文疲勞損傷計(jì)算采用的是可靠度為99%的S-N曲線，導(dǎo)致疲勞損傷計(jì)算結(jié)果較大，但能夠最大程度的保證結(jié)構(gòu)使用安全。

因此，在岸橋起重機(jī)風(fēng)險(xiǎn)管控過程中采用實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)可以最大限度地消除安全隱患，提高使用安全性。

4 結(jié)論

本文分析了GB3811-2008中起重機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞損傷校核方法，采用實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)得到結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)截面疲勞損傷，分析結(jié)果表明：

（1）GB3811-2008計(jì)算方法不能完全保證結(jié)構(gòu)的使用安全。

（2）實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)可以隨時(shí)監(jiān)控結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)截面疲勞損傷，提前進(jìn)行結(jié)構(gòu)疲勞失效預(yù)警，在風(fēng)險(xiǎn)管控過程中采用實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)可以最大限度地消除安全隱患，保證結(jié)構(gòu)使用安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭夕健.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的塔式起重機(jī)結(jié)構(gòu)有效壽命理論及技術(shù)實(shí)現(xiàn)[D].東北大學(xué)，2010.

[2]顧海浩，袁祖強(qiáng)，殷晨波，馮松.基于nsoft的塔式起重機(jī)疲勞載荷譜編制及疲勞剩余壽命估算[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2015（11）：39-45.

[3]李靜.岸邊集裝箱橋式起重機(jī)載荷譜與剩余壽命研究[D].武漢理工大學(xué)，2014.

作者簡介：吳超（1973-），男，浙江嘉興人，本科，高級(jí)工程師，研究方向：輸煤機(jī)械設(shè)備。endprint