何 山 陳 敏

廣州特種機(jī)電設(shè)備檢測(cè)研究院 廣州 430063

0 引言

防風(fēng)抗滑性能評(píng)估是針對(duì)起重機(jī)的整體防風(fēng)性能進(jìn)行評(píng)估，對(duì)影響防風(fēng)性能的指標(biāo)進(jìn)行定性、定量分析，找出存在隱患的零部件或危險(xiǎn)因素，以供起重機(jī)械日常維護(hù)與安全防護(hù)工作參考[1]。防風(fēng)抗滑性能評(píng)估針對(duì)在役起重機(jī)械進(jìn)行全面的防風(fēng)能力評(píng)估，包含起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)、起重機(jī)傾覆穩(wěn)定性和起重機(jī)械防風(fēng)抗風(fēng)零部件的指標(biāo)評(píng)估，對(duì)各部分進(jìn)行可量化的分析，得到具體的評(píng)價(jià)值，以客觀的數(shù)據(jù)對(duì)起重機(jī)械整機(jī)進(jìn)行防風(fēng)抗滑性能評(píng)估。

1 防風(fēng)抗滑能力的影響因素

一般認(rèn)為造成起重機(jī)械防風(fēng)能力不同的原因有如下幾種[2，3]：1）起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)年累月使用，受到腐蝕、磨損等原因的影響，厚度減?。?）金屬結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期承受交變應(yīng)力的作用，其疲勞損傷逐漸增加；3）起重機(jī)安裝的防風(fēng)抗滑裝置缺少必要的維護(hù)工作造成性能下降；4）起重機(jī)械整體設(shè)計(jì)過(guò)程中系數(shù)取值不同造成傾覆力矩不同。上述因素均對(duì)起重機(jī)械防風(fēng)能力造成影響，但各因素風(fēng)險(xiǎn)大小隨自身的評(píng)估值大小變化，不能直接指定某個(gè)因素的權(quán)重大小。

2 防風(fēng)抗滑性能評(píng)估的層次結(jié)構(gòu)

防風(fēng)抗滑性能評(píng)估包括3個(gè)方面：防風(fēng)抗滑裝置工作性能評(píng)估、金屬結(jié)構(gòu)評(píng)估和整體穩(wěn)定性評(píng)估。

防風(fēng)抗滑裝置工作性能評(píng)估根據(jù)其設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行性能評(píng)估，由于防風(fēng)抗滑裝置種類(lèi)較多，不宜設(shè)置通用指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估。起重機(jī)通常會(huì)同時(shí)采用多種類(lèi)型防風(fēng)抗滑裝置，其防風(fēng)原理不盡相同，產(chǎn)生的效果也不同。因此，本項(xiàng)目依據(jù)防風(fēng)抗滑裝置的防風(fēng)效果設(shè)置不同權(quán)重進(jìn)行綜合，從而達(dá)到整體評(píng)估的目的。金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度一般不屬于防風(fēng)抗滑性能的評(píng)估范疇，但由于沿海工作的起重機(jī)械部分服役年限超過(guò)20 a，金屬結(jié)構(gòu)受到不同程度的腐蝕，在非工作工況下金屬結(jié)構(gòu)可能發(fā)生失效。

根據(jù)起重機(jī)械機(jī)構(gòu)的構(gòu)成特點(diǎn)，將防風(fēng)抗滑評(píng)估設(shè)置為如圖1所示的層次結(jié)構(gòu)圖。評(píng)估過(guò)程自下而上，根據(jù)相關(guān)的算法計(jì)算評(píng)估值，并最終匯總成最后的評(píng)估值。

圖1 整機(jī)防風(fēng)抗滑性能評(píng)估的層次結(jié)構(gòu)圖

3 基于層次分析法的權(quán)重計(jì)算

以門(mén)座起重機(jī)為例說(shuō)明層次分析法在起重機(jī)防風(fēng)抗滑評(píng)估權(quán)重計(jì)算中的應(yīng)用，根據(jù)門(mén)座式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)其評(píng)估層次結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 評(píng)估指標(biāo)體系的層次結(jié)構(gòu)圖

3.1 評(píng)價(jià)層的構(gòu)權(quán)

以單因素評(píng)價(jià)層為例說(shuō)明指標(biāo)的構(gòu)權(quán)過(guò)程。單因素評(píng)估層有裂紋指標(biāo)、強(qiáng)度指標(biāo)、變形指標(biāo)、銹蝕指標(biāo)剛度指標(biāo)、穩(wěn)定性指標(biāo)、和維修指標(biāo)，其構(gòu)權(quán)過(guò)程：1）建立指標(biāo)重要程度對(duì)比矩陣；2）對(duì)權(quán)重進(jìn)行計(jì)算排序；3）對(duì)矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)計(jì)算[4,5]。

1）比較判斷矩陣 按照表1所給的標(biāo)度，綜合考慮強(qiáng)度指標(biāo)、剛度指標(biāo)、穩(wěn)定性指標(biāo)、裂紋指標(biāo)、變形指標(biāo)、銹蝕指標(biāo)和維修指標(biāo)的評(píng)估值大小，對(duì)7個(gè)指標(biāo)兩兩進(jìn)行比較，形成比較判斷矩陣為

式中：aij表示元素i和元素j相對(duì)于同一層其他指標(biāo)的重要程度，該值按表1所給的標(biāo)度進(jìn)行選取。其中，aji=1/aij。

表1 判斷矩陣標(biāo)度及其含義

2）權(quán)重集的計(jì)算 用方根法計(jì)算權(quán)重集的過(guò)程如下。

①計(jì)算判斷矩陣A1中每行元素aij的乘積Mi

②計(jì)算Mi的7次方根βi

③對(duì)向量 β = (β1，β2，… ，β7)歸一化

權(quán)重向量W1=(w1，w2，… ，w7)T中的各元素即對(duì)應(yīng)于變形指標(biāo)、強(qiáng)度指標(biāo)、剛度指標(biāo)、裂紋指標(biāo)、穩(wěn)定性指標(biāo)、維修指標(biāo)和銹蝕指標(biāo)的權(quán)重。

①計(jì)算判斷矩陣A的最大特征根λmax

②進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。一般用C.I.(Consistency Index)一致性指標(biāo)

然后計(jì)算一致性比例

計(jì)算結(jié)果小于0.1，則表示判斷矩陣中所取值是可接受的，表示專(zhuān)家在給出值的時(shí)候是相對(duì)客觀和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?/p>

4 模糊綜合評(píng)判

4.1 綜合評(píng)判的評(píng)估集

評(píng)估集是由對(duì)每個(gè)因素的評(píng)估結(jié)果組成，對(duì)于起重機(jī)防風(fēng)抗滑性能本項(xiàng)目設(shè)置的評(píng)估集為

式中：v1∈（0，0.2］表示防風(fēng)抗滑性能處于Ⅴ級(jí)狀態(tài)，該狀態(tài)表明起重機(jī)設(shè)計(jì)存在嚴(yán)重缺陷，且無(wú)法通過(guò)整改達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范的要求；v2∈（0.2，0.4］表示防風(fēng)抗滑性能處于Ⅳ級(jí)狀態(tài)，該狀態(tài)表明起重機(jī)防風(fēng)抗滑性能不能滿足GB/T 3811—2008《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)規(guī)范）的要求，但可以通過(guò)大型整改滿足要求；v3∈（0.4，0.6］表示防風(fēng)抗滑性能處于Ⅲ級(jí)狀態(tài)，該狀態(tài)表明起重機(jī)防風(fēng)抗滑性能不能滿足規(guī)范的要求，但可以通過(guò)一般整改滿足要求；v4∈（0.6，0.8］防風(fēng)抗滑性能處于Ⅱ級(jí)狀態(tài)，該狀態(tài)表明起重機(jī)防風(fēng)抗滑性能符合規(guī)范要求；v5∈（0.8，0.1］防風(fēng)抗滑性能處于Ⅰ級(jí)狀態(tài)，該狀態(tài)表明起重機(jī)防風(fēng)抗滑性能符合規(guī)范要求，且有充足的安全系數(shù)。

4.2 模糊綜合評(píng)判的過(guò)程

以頂層評(píng)價(jià)層說(shuō)明模糊綜合評(píng)判的計(jì)算過(guò)程：頂層評(píng)價(jià)層評(píng)估值如表2所示。

表2 該門(mén)座起重機(jī)頂層評(píng)價(jià)層的指標(biāo)評(píng)估值

4.2.1 權(quán)重的計(jì)算

根據(jù)評(píng)估值的大小及其固有的屬性，按照表1所給的標(biāo)度，由專(zhuān)家對(duì)其兩兩進(jìn)行比較，建立如下比較判斷矩陣。

矩陣中的每一行都表示某一個(gè)因素與其他因素相比的重要性程度。

計(jì)算得權(quán)重向量W=(0.33 0.33 0.33)，即分別對(duì)應(yīng)子系統(tǒng)評(píng)估層的慣性制動(dòng)器、輪邊制動(dòng)器、夾軌器、錨定裝置的權(quán)重。

為判斷專(zhuān)家在打分時(shí)的思維是一致的，對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性計(jì)算，計(jì)算得CR=0＜0.1，故認(rèn)為矩陣的一致性可以接受，專(zhuān)家的判斷是客觀公正的。

4.2.2 整機(jī)防風(fēng)抗滑性能模糊評(píng)判

綜合評(píng)判的評(píng)估集，首先根據(jù)指標(biāo)的評(píng)估值進(jìn)行概率估計(jì)，然后匯總成模糊關(guān)系矩陣為

其模糊綜合評(píng)判指標(biāo)

由加權(quán)平均法確定防風(fēng)裝置的模糊綜合評(píng)判的評(píng)估值為

該計(jì)算結(jié)果表明起重機(jī)防風(fēng)抗滑性能符合規(guī)范要求，且有充足的安全系數(shù)。

5 總結(jié)

本文運(yùn)用防風(fēng)抗滑性能評(píng)估方法從3個(gè)方面：防風(fēng)抗滑裝置工作性能評(píng)估、金屬結(jié)構(gòu)評(píng)估和整體穩(wěn)定性評(píng)估，客觀且全方位地評(píng)估了防風(fēng)抗滑性能?；趯哟畏治龇ㄅc模糊綜合評(píng)判法建立了一套起重機(jī)防風(fēng)抗滑性能評(píng)估方法。給出了涉及指標(biāo)的量化的計(jì)算方法，提供了每個(gè)指標(biāo)具體的權(quán)重計(jì)算方法?；诒疚奶岢龅姆椒?，即可對(duì)在役起重機(jī)械進(jìn)行客觀的防風(fēng)抗滑性能評(píng)估。