大型起重機械安全評估與壽命預測分析

卜永剛 喬偉

摘 要：大型起重機械是工業生產和基礎設施建設中的重要設備，大型期中機械設備的性能對于工業生產的正常運行具有重要意義。科學評估大型起重機械安全以及對其壽命做出針對性預測對于今后工業生產以及建設具有促進意義。當前我國基礎設施建設不斷加快，加強對大型起重機械的研究，實現科學評估與預測具有重要意義。本文將重點分析大型起重機械的安全評估與壽命預測。

關鍵詞：起重機械；安全評估；壽命預測

大型起重機械作為重要的物料運輸工具當前已經被廣泛應用在經濟社會的各個領域，大型起重機械的作用也越來越重要。如今的基礎設施建設和工業生產已經離不開大型起重機械的使用了。大型起重機械設備已經成為工業生產中的必要設備。

在大型起重機械設備的作用越來越重要的背景下，起重機械設備的安全性能也顯得越來越重要。大型起重機械設備的長期頻繁使用會對機械本身的性能造成一定損耗，在長期運行過程中機械設備一旦出現問題就會造成嚴重損失。因此要對大型起重機械設備進行科學的安全評估和壽命預測。本文就以一臺運行已經十五年的大型造船用塔式起重機為例來進行詳細分析。要想實現目的需要做到以下幾點：

1.外觀檢查與無損檢測

對于該大型起重機械設備的檢查，首先要對其外觀進行詳細檢查。通過專業的檢查工作人員發現該機械受力部位均存在著不同程度的銹蝕問題，在部分位置還存在著漏水孔堵塞導致積水的現象。外觀檢查的主要目的是要排查起重機整機的危險源。

無損檢測。在對大型起重機械設備進行觀察的時候還需要專門做無損檢測。無損檢測的主要工作有以下幾點：一是要對整個塔吊的主金屬結構實際厚度進行測量；二是對主要零部件進行檢查，重點是要明確主要零部件是否存在裂紋危險；三是對吊鉤記憶主要軸類件進行磁粉探傷。通過詳細考察我們發現該大型起重機械門架總共的觀測數目是71個，但是不合格率就達到了21%。塔身的不合格率是25%，吊臂基本上是合格的，平衡臂的不合格率是11%。總的不合格率是22.7%。經過無損檢測工程人員就會發現當前該機械設備存在著一系列問題。在實際生產過程中必須要對上述問題保持高度重視。

2.應力測試

應力測試的主要對象是針對該大型起重機械設備的關鍵部位進行測試。在應力測試過程中首先是要根據整機的關鍵位置和變截面位置來確定觀測點。本次應力測試的測試點總共有27處。在確定了觀測點之后還需要應用電阻式傳感器來對數據進行實時采集。最后是通過專業軟件來對原始數據進行有效處理和分析。大型起重機械設備的荷載方式一般分為空載、中間載荷和大載荷三種形式。

通過對27個觀測點數據進行專業分析，工程人員最終實現了對不同工況下應力曲線的針對性分析。工作人員經過認真仔細的分析后發現塔身成對布設的測點數據呈現出特定規律。平衡臂一側是拉應力，吊臂一側是壓應力。在調查中工作人員發現平衡臂與塔身鉸連接部位的應力值是最大的。通過工程人員的專業分析該大型起重機械設備本身在起吊100t貨物到20m時盡管最大應力沒有超出許用應力，但是動載系數卻已經遠遠超出了規定范圍。因而在今后實際應用過程中對于大噸位貨物必須要采取兩季聯吊的方式來進行起吊。在實際應用中要盡量減少大荷載起吊。

3.有限元計算

有限元數值模擬是實現對大型起重機械設備安全評估和科學預測的重要保證。在對大型起重機械設備進行評估的時候由于時間條件等因素的限制，現場實際上只能對特定工況做出預測。要想實現對大型起重機械設備的全面評價和鑒別就需要依靠有限元數值模擬。這里有限元計算主要指的是結構靜力學計算和結構動力學計算兩種形式。

結構動力學計算。結構動態性能對于大型其中機械設備性能具有非常的的影響。機械振動會使得起重機結構產生疲勞破壞，同時還有可能產生共振和噪音。在考察起重機結構動力性能達到時候需要重點關注起重機結構的模態頻率。工作人員主要是通過模態頻率來實現對起重機動態性能的觀測的。

結構靜力學計算。所謂結構靜力學計算主要是在最大幅度下對整機結構的應力應變做出科學預測。靜力學計算主要是通過建模計算來得到需用應力要求。

4.壽命預測

對起重機壽命進行科學預測對于提升起重機設備性能，對于實現工業生產和基礎設施的正常運行具有重要意義。當前疲勞破壞是港口起重機金屬結構出現問題的主要原因。長期的疲勞破壞最終會使得機械零件，金屬結構出現不同程度的損傷。這對于起重機使用是不利的。這對大型起重機械設備的壽命預測主要是通過累計損傷原理來進行計算的。結合工程應用實際情況并進行綜合分析與計算，工程人員最終得出結構當前使用的這臺大型起重機械設備的剩余壽命使用期限只有三年了。

大型起重機械設備的安全評估與壽命預測至關重要，本文以某大型起重機械設備為例詳細分析了當前安全評估與壽命預測的各個環節和步驟。在今后工作過程中必須要加強對這方面的研究。

參考文獻：

[1]李鶴林， 張廣利. 失效的預測預防[J]. 理化檢驗-物理分冊， 2006（3）.

[2]齊凱， 江愛華， 何成忠等. 100t塔式起重機主金屬結構安全評估與壽命預測報告[R]. 2011： 廣州.