淺談實時監控技術在岸橋起重機風險管控中的應用

吳超+徐春+張川

摘 要：采用實時監控技術得到岸橋起重機危險截面疲勞損傷演化趨勢，分析結果表明：實時監控技術可以隨時監控結構危險截面疲勞損傷，提前進行結構疲勞失效預警，在風險管控過程中采用實時監控技術可以最大限度地消除安全隱患，保證結構使用安全。

關鍵詞：疲勞損傷：實時監控：風險管控

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

1 前言

隨著工業發展和技術革新，岸橋起重機起升重量越來越高，起重機規模越來越大，一旦發生結構疲勞失效勢必會造成重大的人員傷亡和經濟損失，因此需提高對岸橋起重機結構疲勞失效的重視，結構疲勞損傷實時監控技術可以有效的降低結構安全隱患。

鄭夕健[1]通過現場試驗獲取典型工況下塔式起重機結構應力狀態，建立有效壽命監控的神經網絡方法。顧海浩等[2]根據編制的載荷譜和塔式起重機的P-S-N曲線，運用nSoft軟件預測塔式起重機的疲勞壽命；李靜[3]通過采集岸邊集裝箱起重機構件的疲勞敏感區與不宜更換部位的應力-時間歷程， 使用三峰谷雨流計數法獲得岸邊集裝箱起重機八級載荷譜，再利用外推的載荷譜和修正的線性累積疲勞損傷理論對其剩余壽命進行了研究。上述文獻采集的載荷數據都是通過模擬不同起吊工況獲得，與起重機的真實載荷歷程有一定偏差。

本文在某型岸橋起重機上應用實時監控技術監控結構疲勞損傷演化趨勢，并提供失效預警，能夠有效降低結構失效風險。

2 疲勞損傷實時監控

2.1 實時載荷譜

在某型岸橋起重機的前拉桿和前大梁上安裝應力傳感器，采樣頻率2000Hz，每2500個數據點取平均值并記錄，記錄數據頻率0.8Hz。測量得到的前拉桿典型應力譜見圖1，由于大梁自重應力的影響，在大梁未起升時前拉桿應力約為100MPa。由于實時載荷譜采集時間跨度較長，數據量巨大，因此以7天為單位分別對載荷進行雨流計數，典型雨流結果見圖2。

2.2 疲勞損傷

根據Miner準則，在MATLAB環境下編制疲勞損傷計算程序，本文以1750天的實測載荷譜作為輸入，分別計算Y1S，Y2S，Y3S等3個危險截面疲勞損傷，S-N曲線采用指數函數公式，疲勞損傷演化趨勢見圖3-圖5。

3 討論

現有起重機設計遵照GB3811-2008標準中相應規定，該標準雖然考慮了疲勞損傷的影響，但卻有相應缺陷。如GB3811-2008標準中有如下規定：

（1）如果在所設計的起重機工作中不可能有不利結果的，沒有必要再做校核計算。

（2）本標準列出的使用等級，并不是對起重機實際使用工作有效期的保證值。無論是起重機整機使用等級或者起重機機構整體使用等級都只是一個設計預估值。

（3）如果在設計中未對該起重機預期壽命進行充分注意和考慮，制造時又沒有遵循本標準提出的要點從而未達到設計要求，使用中未能按照制造商給出的說明書進行正常操作和定期維護，或者實際使用工況與設計要求又較大差異，則產品上述設計預期壽命會與實際有效使用期有比較大、甚至是很大的出入。

對于岸橋起重機而言，即使在設計及使用之初工作級別較低，隨著使用企業業務發展，其工作級別可能逐漸提升，如未進行過疲勞強度校核，則存在使用安全隱患。因此，按照GB3811-2008標準進行疲勞強度校核僅僅是一個理論上偏安全的結果，并不能絕對保證結構在使用期限內不會發生疲勞失效。且從設計工況，疲勞強度校核，制造，使用維護保養等環節中，任何一個環節的疏忽或者不準確，都會導致疲勞壽命與預期有較大出入，導致安全隱患。

為了杜絕上述缺陷導致的安全隱患，現有最好的方法即采用實時監控技術，實時計算結構危險部位的疲勞損傷演化趨勢并按照當前趨勢預測剩余使用壽命。由圖3-圖5，危險截面Y1S和Y3S的疲勞損傷較小，按照當前趨勢，危險截面Y1S可以認為其壽命為無限壽命，即不會發生疲勞破壞，危險截面Y3S剩余使用壽命超過25年，可以預見在設計使用壽命之內不會發生疲勞失效。危險截面Y2S疲勞損傷接近1，說明該處疲勞損傷已接近失效臨界值，即將出現疲勞裂紋。此時，需要對Y2S危險截面進行無損檢測和維修等處理步驟，以消除使用過程中的安全隱患。需要強調的是：本文疲勞損傷計算采用的是可靠度為99%的S-N曲線，導致疲勞損傷計算結果較大，但能夠最大程度的保證結構使用安全。

因此，在岸橋起重機風險管控過程中采用實時監控技術可以最大限度地消除安全隱患，提高使用安全性。

4 結論

本文分析了GB3811-2008中起重機結構疲勞損傷校核方法，采用實時監控技術得到結構危險截面疲勞損傷，分析結果表明：

（1）GB3811-2008計算方法不能完全保證結構的使用安全。

（2）實時監控技術可以隨時監控結構危險截面疲勞損傷，提前進行結構疲勞失效預警，在風險管控過程中采用實時監控技術可以最大限度地消除安全隱患，保證結構使用安全。

參考文獻：

[1]鄭夕健.基于神經網絡的塔式起重機結構有效壽命理論及技術實現[D].東北大學，2010.

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

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

作者簡介：吳超（1973-），男，浙江嘉興人，本科，高級工程師，研究方向：輸煤機械設備。endprint