大型起重机械安全评估与寿命预测分析

卜永刚 乔伟

摘 要：大型起重机械是工业生产和基础设施建设中的重要设备，大型期中机械设备的性能对于工业生产的正常运行具有重要意义。科学评估大型起重机械安全以及对其寿命做出针对性预测对于今后工业生产以及建设具有促进意义。当前我国基础设施建设不断加快，加强对大型起重机械的研究，实现科学评估与预测具有重要意义。本文将重点分析大型起重机械的安全评估与寿命预测。

关键词：起重机械；安全评估；寿命预测

大型起重机械作为重要的物料运输工具当前已经被广泛应用在经济社会的各个领域，大型起重机械的作用也越来越重要。如今的基础设施建设和工业生产已经离不开大型起重机械的使用了。大型起重机械设备已经成为工业生产中的必要设备。

在大型起重机械设备的作用越来越重要的背景下，起重机械设备的安全性能也显得越来越重要。大型起重机械设备的长期频繁使用会对机械本身的性能造成一定损耗，在长期运行过程中机械设备一旦出现问题就会造成严重损失。因此要对大型起重机械设备进行科学的安全评估和寿命预测。本文就以一台运行已经十五年的大型造船用塔式起重机为例来进行详细分析。要想实现目的需要做到以下几点：

1.外观检查与无损检测

对于该大型起重机械设备的检查，首先要对其外观进行详细检查。通过专业的检查工作人员发现该机械受力部位均存在着不同程度的锈蚀问题，在部分位置还存在着漏水孔堵塞导致积水的现象。外观检查的主要目的是要排查起重机整机的危险源。

无损检测。在对大型起重机械设备进行观察的时候还需要专门做无损检测。无损检测的主要工作有以下几点：一是要对整个塔吊的主金属结构实际厚度进行测量；二是对主要零部件进行检查，重点是要明确主要零部件是否存在裂纹危险；三是对吊钩记忆主要轴类件进行磁粉探伤。通过详细考察我们发现该大型起重机械门架总共的观测数目是71个，但是不合格率就达到了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%。总的不合格率是22.7%。经过无损检测工程人员就会发现当前该机械设备存在着一系列问题。在实际生产过程中必须要对上述问题保持高度重视。

2.应力测试

应力测试的主要对象是针对该大型起重机械设备的关键部位进行测试。在应力测试过程中首先是要根据整机的关键位置和变截面位置来确定观测点。本次应力测试的测试点总共有27处。在确定了观测点之后还需要应用电阻式传感器来对数据进行实时采集。最后是通过专业软件来对原始数据进行有效处理和分析。大型起重机械设备的荷载方式一般分为空载、中间载荷和大载荷三种形式。

通过对27个观测点数据进行专业分析，工程人员最终实现了对不同工况下应力曲线的针对性分析。工作人员经过认真仔细的分析后发现塔身成对布设的测点数据呈现出特定规律。平衡臂一侧是拉应力，吊臂一侧是压应力。在调查中工作人员发现平衡臂与塔身铰连接部位的应力值是最大的。通过工程人员的专业分析该大型起重机械设备本身在起吊100t货物到20m时尽管最大应力没有超出许用应力，但是动载系数却已经远远超出了规定范围。因而在今后实际应用过程中对于大吨位货物必须要采取两季联吊的方式来进行起吊。在实际应用中要尽量减少大荷载起吊。

3.有限元计算

有限元数值模拟是实现对大型起重机械设备安全评估和科学预测的重要保证。在对大型起重机械设备进行评估的时候由于时间条件等因素的限制，现场实际上只能对特定工况做出预测。要想实现对大型起重机械设备的全面评价和鉴别就需要依靠有限元数值模拟。这里有限元计算主要指的是结构静力学计算和结构动力学计算两种形式。

结构动力学计算。结构动态性能对于大型其中机械设备性能具有非常的的影响。机械振动会使得起重机结构产生疲劳破坏，同时还有可能产生共振和噪音。在考察起重机结构动力性能达到时候需要重点关注起重机结构的模态频率。工作人员主要是通过模态频率来实现对起重机动态性能的观测的。

结构静力学计算。所谓结构静力学计算主要是在最大幅度下对整机结构的应力应变做出科学预测。静力学计算主要是通过建模计算来得到需用应力要求。

4.寿命预测

对起重机寿命进行科学预测对于提升起重机设备性能，对于实现工业生产和基础设施的正常运行具有重要意义。当前疲劳破坏是港口起重机金属结构出现问题的主要原因。长期的疲劳破坏最终会使得机械零件，金属结构出现不同程度的损伤。这对于起重机使用是不利的。这对大型起重机械设备的寿命预测主要是通过累计损伤原理来进行计算的。结合工程应用实际情况并进行综合分析与计算，工程人员最终得出结构当前使用的这台大型起重机械设备的剩余寿命使用期限只有三年了。

大型起重机械设备的安全评估与寿命预测至关重要，本文以某大型起重机械设备为例详细分析了当前安全评估与寿命预测的各个环节和步骤。在今后工作过程中必须要加强对这方面的研究。

参考文献：

[1]李鹤林， 张广利. 失效的预测预防[J]. 理化检验-物理分册， 2006（3）.

[2]齐凯， 江爱华， 何成忠等. 100t塔式起重机主金属结构安全评估与寿命预测报告[R]. 2011： 广州.