大型港口起重机械轮压检测方法

徐晓阳　丁玉俊　居明春

摘 要：本文通过对巴克豪森噪音法应力测试、间接应力测试法、直接测试法等方法的比较，结合大型港口起重机械设计制造使用的实际，为大型港口起重机械车轮优化设计及车轮的日常维护及检测提供参考依据，为节约土建成本提供基础数据。

关键词：巴克豪森噪音法;应力;轮压

目前随着港口物流的需要以及经济建设的不断发展，对于港口起重装卸运输设备的吨位要求也在不断的增加，从而使得港口起重机械也在朝着大型化的方向发展，而起重机的轮压是大型起重机械设计、制造、安装的关键重要参数，起重机械轮压的最大值不仅对起重机的整体结构的设计有影响，也是轨道基础的主要设计依据，更是港口起重机机械的重要设计参数。目前传统的根据经典力学得到的经验公式和数据，已经不能满足大型港口起重机械设计的效能最优和轻量化要求，无法解决工程实际中因大车轮压不均导致的各种问题。工程实践需要更精确的起重机械最大轮压值检测方法，但是现在多数起重机轮压分配是超静定的，其分配与起重机的基础刚度、结构、轨道平度、制造精度和载荷工况有关，[1]因而理论计算往往非常困难，所以正确的选择一种可以精确和便捷的测试大型港口起重机械最大轮压的方法将有助于工程实践。

1 影响轮压的因素

港口起重机械的轮压是指车轮对轨道的压力，目前，多数港口起重机（如岸桥、轨道式集装箱起重机、门座机）用的是四支点式的结构，这种布置有良好的对称性与工艺性，并且稳定性也高。但是这种结构的轮压分配是超静定的，轮压的分配与结构和基础的刚度、结构的制造精度和轨道的平度有关。

其次起重机械在工作中的起升冲击系数、起升动载系数、突然卸载冲击系数、运行冲击系数（带载行走起重机械）、起升机构加减速动载系数，将会对起重机械的整体或者部分结构进行冲击，使部件之间装配间隙过大或者磨损严重，导致车轮轮压不均。

除此之外风载荷、轨道基础沉降等也会对起重机械大车轮压有一定的影响。

2 巴克豪森噪音应力测试法

“巴克豪森效应”是德国科学家巴克豪森（Barkhausen）教授于1919 年发现的一种铁磁材料具有的物理特性。[2]他发现在铁磁体内可诱发出可测噪声信号。

采用便携式无损检测铁磁性材料的应力仪能很方便的采集到静态及动态状况下的大车车轮轴的应力值，根据其应力值可以转化为大车轮压值。

巴克豪森噪音应力测试法具有检测精度高，检测速度快等优点，可以实现对铁磁材料应力在瞬态、线、便携、非定点的检测;但其检测的精度受材料表面粗糙度、材料残余应力等影响，因此BN法与工程实践的结合需要建立各钢种的对比试验图谱。

3 轨道间接电测法

轨道间接电测法基于起重机械大车车轮是起重机和大车轨道之间传力的唯一零件，轨道上铅垂方向的力来自于车轮，轮压测定的原理就是根据起重机车轮压过大车轨道时，作用于轨道上的铅垂方向的力会使轨道产生应变的特点，将电阻应变片（简称应变片） 粘贴在被测车轮走过的轨道侧面，当车轮走过时应变片随着轨道一起变形，应变片的电阻值将发生相应的变化，动态信号测试分析系统将电阻变化转换成应变值并且记录下来，根据实验室轮压应变标定曲线将应变再换算成轮压，让每个大车车轮都压过布有应变片的检测点，由此就能测定每个车轮的轮压。[3]

该方法通过轨道的应变值来间接获得轮压值，操作方便，可使用于多车轮起重机的静态轮压及动态轮压检测。但该方法需要测量起重机空载匀速通过测量点的应变，从而获得轮压与应变的标定系数;但由于振动、轨道不平等原因此时测量的空载应变往往不准确且难以辨识;而且该方法通过一个线性经验公式把应变转换为轮压，但由于轮轨接触过程中不可避免要发生塑形变形，因此应变与轮压的关系往往不是線性的，随着起重机重量和载荷的增大，此方法测量的准确度将越来越低，因此需要建立基于弹塑性接触理论的应变—轮压模型来修正轮压值。

4 直接测量法

直接测量法是用千斤顶将车轮抬离轨道，使称重传感器置于车轮底部，连接轮压参数采集仪，在大车不运动的状态下，起重机械进行空载、满载起升、小车运行、卸载等动作，采集仪可以实时的采集到该工况下的轮压值。

该方法只适用于大车不运动的状态，并且轮压值有可能会受起重机械在使用千斤顶抬离轨道面时重心变化而导致轮压值得变化，需要多次测量取平均值。

5 小结

采用传统计算的轮压的方法将对设计、安装及维护产生较大的偏差，本文通过对大型港口起重机械大车车轮轮压的检测方法：巴克豪森噪音应力测试法、轨道间接电测法、直接测量法的比较，为客户在大型港口起重机械大车车轮轮压检测选择上提供参考依据，能够根据适用的工程选择合适的港口起重机械大车车轮轮压检测方法。

参考文献：

[1]傅燕鸣，徐大伟，冯赞宽.起重机最大轮压的测定方法[J].机械设计与研究，1993（1）：46-48.

[2]马咸尧，孙大千，李健萍.Barkhausen 技术测量钢件应力探讨.华中理工大学材料工程，1994，3（5）：32-34.

[3]袁桂芳，张旻媛，张一辉，朱建康，李淑娟.简便实用的起重机大车轮压测定方法[J].起重运输机械，2004（10）：26-30.