李瑩

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，江蘇 南京 210036）

開(kāi)展起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)估工作，可以提高起重機(jī)設(shè)計(jì)工作的可靠性，同時(shí)有利于延長(zhǎng)起重機(jī)結(jié)構(gòu)使用壽命。在制定起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范的過(guò)程中，不僅需要規(guī)定疲勞設(shè)計(jì)方案，同時(shí)明確起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)疲勞設(shè)計(jì)理論。在起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)疲勞評(píng)估中需要利用實(shí)用型診斷技術(shù)，提供關(guān)鍵的科學(xué)依據(jù)，優(yōu)化改造起重機(jī)技術(shù)。

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，起重機(jī)負(fù)責(zé)搬運(yùn)繁重的物料，在負(fù)責(zé)負(fù)荷的影響下，需要保障起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，這也關(guān)系到起重機(jī)設(shè)備的工作級(jí)別和使用壽命，起重機(jī)設(shè)備使用年限不斷延長(zhǎng)，也隨之降低安全技術(shù)指標(biāo)，導(dǎo)致起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)薄弱部位出現(xiàn)疲勞損傷，導(dǎo)致整機(jī)工作安全性發(fā)生問(wèn)題。我國(guó)很多起重機(jī)使用時(shí)間比較長(zhǎng)，存在較多的安全風(fēng)險(xiǎn)。開(kāi)展安全評(píng)估工作，技術(shù)人員可以明確起重機(jī)設(shè)備存在的安全隱患，同時(shí)提出科學(xué)的改進(jìn)措施，保障設(shè)備使用安全性。

1 起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)估的意義

1.1 驗(yàn)證金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)力水平和強(qiáng)度儲(chǔ)備

在計(jì)算起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的過(guò)程中由于需要降低計(jì)算量簡(jiǎn)化模型，但是引入經(jīng)驗(yàn)系數(shù)之后可能會(huì)增加計(jì)算結(jié)果和實(shí)際情況的誤差，這種計(jì)算結(jié)果無(wú)法準(zhǔn)確指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)工作。在安裝和驗(yàn)收工作中，起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)力值通常和設(shè)計(jì)值之間存在一定的差異。隨著起重機(jī)使用年限不斷延長(zhǎng)，再加上使用環(huán)節(jié)比較復(fù)雜，或者發(fā)生超載問(wèn)題等，需要開(kāi)展起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)估工作，明確應(yīng)力分布情況，通過(guò)比較測(cè)試結(jié)果和理論值等，分析應(yīng)力分布的合理性，同時(shí)計(jì)算起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)，確保起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)承載力符合使用要求。

1.2 故障診斷

起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)發(fā)生失效往往是由裂紋導(dǎo)致的，裂紋的擴(kuò)展具有特定發(fā)展過(guò)程，但技術(shù)人員的日常檢查很難發(fā)現(xiàn)母材裂紋和焊縫開(kāi)裂等問(wèn)題。通過(guò)起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)估工作，可以判斷金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)部是否存在應(yīng)力集中部位，重點(diǎn)檢查應(yīng)力集中部位附近是否存在缺陷。

1.3 校核設(shè)計(jì)

判斷起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的合理性，需要結(jié)合力學(xué)模型，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)實(shí)踐情況簡(jiǎn)化力學(xué)模型，開(kāi)展起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)估，可以落實(shí)校核設(shè)計(jì)和改進(jìn)設(shè)計(jì)。劃分起重機(jī)工作級(jí)別的過(guò)程中，需要根據(jù)起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)疲勞設(shè)計(jì)，在起重機(jī)設(shè)計(jì)中利用極限狀態(tài)法，但是當(dāng)前還沒(méi)有推廣利用極限狀態(tài)法，這是因?yàn)槿狈ζ鹬貦C(jī)運(yùn)用階段的參數(shù)。因此開(kāi)展起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)估，有利于完善起重機(jī)金屬設(shè)計(jì)方法。

2 概述虛擬儀器測(cè)試技術(shù)

虛擬儀器需要利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)通用硬件設(shè)備，通過(guò)搭配不同的傳感器，有利于優(yōu)化設(shè)備功能，在儀器中軟件發(fā)揮重要的作用，一方面可以重復(fù)利用資源，另一方面可以利用軟件合理定義儀器的功能，存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接各個(gè)系統(tǒng)，降低維護(hù)開(kāi)發(fā)工作的成本。當(dāng)前虛擬儀器技術(shù)發(fā)展水平比較高，這也是儀器技術(shù)未來(lái)發(fā)展的方向。

在起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)估過(guò)程中，測(cè)控技術(shù)發(fā)展水平不斷提高，儀器設(shè)備也逐漸升級(jí)為虛擬儀器，在起重機(jī)設(shè)備安全評(píng)估階段利用虛擬儀器技術(shù)，可以提升安全評(píng)估水平，在實(shí)際工作中利用數(shù)據(jù)采集處理軟件，具有豐富的功能，用戶可以根據(jù)自身需求合理組合工作流程，及時(shí)向office程序中傳輸處理結(jié)果和數(shù)據(jù)。虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)根據(jù)先進(jìn)的測(cè)試系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)工作，提升起重機(jī)機(jī)械運(yùn)行的穩(wěn)定性，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)跟蹤效果，高速處理各種數(shù)據(jù)。在布置測(cè)試系統(tǒng)的過(guò)程中，首先需要選擇疲勞程度較高的部位，在這一部位布置應(yīng)變計(jì)，隨后連接應(yīng)變調(diào)節(jié)模塊和高速便攜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，完整的記錄數(shù)據(jù)，同時(shí)可以利用組態(tài)軟件分析運(yùn)行載荷譜。

3 起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)估的虛擬儀器測(cè)試技術(shù)

當(dāng)前在冶金和建筑行業(yè)中廣泛利用起重機(jī)設(shè)備，各個(gè)單位不斷研究起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)估，也相應(yīng)的拓展了虛擬儀器測(cè)量的應(yīng)用范圍。近些年在起重機(jī)械中利用虛擬儀器測(cè)試技術(shù)，逐漸提高了儀器設(shè)備的科學(xué)性，例如在評(píng)估起重機(jī)主梁疲勞壽命的過(guò)程中，可以發(fā)揮出虛擬儀器測(cè)試技術(shù)。虛擬測(cè)試技術(shù)主要包括A/D通信模塊和信號(hào)模塊系統(tǒng)等。在實(shí)際應(yīng)用工作中，廣泛利用Dasylab數(shù)據(jù)采集處理軟件，這一軟件具有豐富的功能，用戶可以合理配置和組合相關(guān)組件，最后向office程序中發(fā)送處理結(jié)果，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)最終處理。

起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)估涉及到較多的內(nèi)容，在實(shí)際工作中需要結(jié)合設(shè)計(jì)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，有序開(kāi)展結(jié)構(gòu)核算和強(qiáng)度分析等內(nèi)容，有效評(píng)價(jià)起重機(jī)疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命，因此突出了虛擬儀器測(cè)試技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。例如某起重機(jī)械的處于430～445噸范圍內(nèi)，其中虛擬測(cè)試儀器之后，在無(wú)人干預(yù)條件下自定記錄分析起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)估變化過(guò)程，在實(shí)際工作循環(huán)過(guò)程中開(kāi)展跟蹤測(cè)試工作。在這一工作階段，針對(duì)六個(gè)工作狀態(tài)過(guò)程，如下圖所示，六個(gè)工作狀態(tài)分別包括滿罐-空罐、空罐-滿罐、滿罐-滿罐，計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)應(yīng)力峰值。（其實(shí)現(xiàn)在大部分應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)都能實(shí)現(xiàn)無(wú)人采集功能，怎么能表現(xiàn)出虛擬儀器的優(yōu)點(diǎn)？例如在測(cè)量應(yīng)力的同時(shí)還能測(cè)量其他數(shù)據(jù)，否則為什么要用虛擬儀器。）

4 各個(gè)工作循環(huán)全過(guò)程應(yīng)力-時(shí)間歷程

該起重機(jī)在實(shí)際工作狀態(tài)中，每天需要吊運(yùn)滿鋼水包和空鋼水包等，技術(shù)人員需要建立不同時(shí)間段的應(yīng)力變程頻次表，因此獲取計(jì)算數(shù)據(jù)，在評(píng)估疲勞強(qiáng)度的過(guò)程中，主要是針對(duì)起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)自主跨梁中截面下蓋板和主副板焊接部位，利用有限單元顯示數(shù)據(jù)，因?yàn)橹鞲拱搴附硬课坏膽?yīng)力值更高一些，1個(gè)譜時(shí)間代表起重機(jī)一年工作時(shí)間，通過(guò)比較測(cè)試結(jié)果和理論值，準(zhǔn)確的預(yù)估起重機(jī)主梁工作壽命。但是在實(shí)際工作中，起重機(jī)械荷載頻率具有一定的差異性，因此通常不利用年份的形式出現(xiàn)疲勞壽命表達(dá)方式，主要是表達(dá)起重機(jī)工作循環(huán)次數(shù)。

5 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前在社會(huì)生產(chǎn)中廣泛運(yùn)用起重機(jī)械，這也突出了起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)估工作的重要性，在起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)估過(guò)程中利用虛擬儀器測(cè)試技術(shù)，可以使起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)估水平進(jìn)一步提高，計(jì)算起重機(jī)不同金屬結(jié)構(gòu)的使用壽命，明確構(gòu)件使用性能，保障起重機(jī)機(jī)械運(yùn)行的安全性。本文綜合分析了起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)估中虛擬儀器測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用，總結(jié)工作經(jīng)驗(yàn)，保障設(shè)備運(yùn)行的安全性和順暢性，通過(guò)監(jiān)測(cè)、分析設(shè)備運(yùn)行情況，獲取完整的性能參數(shù)，為起重機(jī)使用和維修提供依據(jù)。