大型港口起重機械輪壓檢測方法

徐曉陽　丁玉俊　居明春

摘 要：本文通過對巴克豪森噪音法應力測試、間接應力測試法、直接測試法等方法的比較，結合大型港口起重機械設計制造使用的實際，為大型港口起重機械車輪優化設計及車輪的日常維護及檢測提供參考依據，為節約土建成本提供基礎數據。

關鍵詞：巴克豪森噪音法;應力;輪壓

目前隨著港口物流的需要以及經濟建設的不斷發展，對于港口起重裝卸運輸設備的噸位要求也在不斷的增加，從而使得港口起重機械也在朝著大型化的方向發展，而起重機的輪壓是大型起重機械設計、制造、安裝的關鍵重要參數，起重機械輪壓的最大值不僅對起重機的整體結構的設計有影響，也是軌道基礎的主要設計依據，更是港口起重機機械的重要設計參數。目前傳統的根據經典力學得到的經驗公式和數據，已經不能滿足大型港口起重機械設計的效能最優和輕量化要求，無法解決工程實際中因大車輪壓不均導致的各種問題。工程實踐需要更精確的起重機械最大輪壓值檢測方法，但是現在多數起重機輪壓分配是超靜定的，其分配與起重機的基礎剛度、結構、軌道平度、制造精度和載荷工況有關，[1]因而理論計算往往非常困難，所以正確的選擇一種可以精確和便捷的測試大型港口起重機械最大輪壓的方法將有助于工程實踐。

1 影響輪壓的因素

港口起重機械的輪壓是指車輪對軌道的壓力，目前，多數港口起重機（如岸橋、軌道式集裝箱起重機、門座機）用的是四支點式的結構，這種布置有良好的對稱性與工藝性，并且穩定性也高。但是這種結構的輪壓分配是超靜定的，輪壓的分配與結構和基礎的剛度、結構的制造精度和軌道的平度有關。

其次起重機械在工作中的起升沖擊系數、起升動載系數、突然卸載沖擊系數、運行沖擊系數（帶載行走起重機械）、起升機構加減速動載系數，將會對起重機械的整體或者部分結構進行沖擊，使部件之間裝配間隙過大或者磨損嚴重，導致車輪輪壓不均。

除此之外風載荷、軌道基礎沉降等也會對起重機械大車輪壓有一定的影響。

2 巴克豪森噪音應力測試法

“巴克豪森效應”是德國科學家巴克豪森（Barkhausen）教授于1919 年發現的一種鐵磁材料具有的物理特性。[2]他發現在鐵磁體內可誘發出可測噪聲信號。

采用便攜式無損檢測鐵磁性材料的應力儀能很方便的采集到靜態及動態狀況下的大車車輪軸的應力值，根據其應力值可以轉化為大車輪壓值。

巴克豪森噪音應力測試法具有檢測精度高，檢測速度快等優點，可以實現對鐵磁材料應力在瞬態、線、便攜、非定點的檢測;但其檢測的精度受材料表面粗糙度、材料殘余應力等影響，因此BN法與工程實踐的結合需要建立各鋼種的對比試驗圖譜。

3 軌道間接電測法

軌道間接電測法基于起重機械大車車輪是起重機和大車軌道之間傳力的唯一零件，軌道上鉛垂方向的力來自于車輪，輪壓測定的原理就是根據起重機車輪壓過大車軌道時，作用于軌道上的鉛垂方向的力會使軌道產生應變的特點，將電阻應變片（簡稱應變片） 粘貼在被測車輪走過的軌道側面，當車輪走過時應變片隨著軌道一起變形，應變片的電阻值將發生相應的變化，動態信號測試分析系統將電阻變化轉換成應變值并且記錄下來，根據實驗室輪壓應變標定曲線將應變再換算成輪壓，讓每個大車車輪都壓過布有應變片的檢測點，由此就能測定每個車輪的輪壓。[3]

該方法通過軌道的應變值來間接獲得輪壓值，操作方便，可使用于多車輪起重機的靜態輪壓及動態輪壓檢測。但該方法需要測量起重機空載勻速通過測量點的應變，從而獲得輪壓與應變的標定系數;但由于振動、軌道不平等原因此時測量的空載應變往往不準確且難以辨識;而且該方法通過一個線性經驗公式把應變轉換為輪壓，但由于輪軌接觸過程中不可避免要發生塑形變形，因此應變與輪壓的關系往往不是線性的，隨著起重機重量和載荷的增大，此方法測量的準確度將越來越低，因此需要建立基于彈塑性接觸理論的應變—輪壓模型來修正輪壓值。

4 直接測量法

直接測量法是用千斤頂將車輪抬離軌道，使稱重傳感器置于車輪底部，連接輪壓參數采集儀，在大車不運動的狀態下，起重機械進行空載、滿載起升、小車運行、卸載等動作，采集儀可以實時的采集到該工況下的輪壓值。

該方法只適用于大車不運動的狀態，并且輪壓值有可能會受起重機械在使用千斤頂抬離軌道面時重心變化而導致輪壓值得變化，需要多次測量取平均值。

5 小結

采用傳統計算的輪壓的方法將對設計、安裝及維護產生較大的偏差，本文通過對大型港口起重機械大車車輪輪壓的檢測方法：巴克豪森噪音應力測試法、軌道間接電測法、直接測量法的比較，為客戶在大型港口起重機械大車車輪輪壓檢測選擇上提供參考依據，能夠根據適用的工程選擇合適的港口起重機械大車車輪輪壓檢測方法。

參考文獻：

[1]傅燕鳴，徐大偉，馮贊寬.起重機最大輪壓的測定方法[J].機械設計與研究，1993（1）：46-48.

[2]馬咸堯，孫大千，李健萍.Barkhausen 技術測量鋼件應力探討.華中理工大學材料工程，1994，3（5）：32-34.

[3]袁桂芳，張旻媛，張一輝，朱建康，李淑娟.簡便實用的起重機大車輪壓測定方法[J].起重運輸機械，2004（10）：26-30.