港口起重机疲劳破坏成因与修复措施分析

摘 要：随着我国经济的发展以及技术水平的提升，我国的港口贸易越来越频繁，起重机在港口施工中占据着十分重要的地位，主要负责装载以及卸载货物的工作。而在长期使用的背景下，起重机难免会出现机械疲劳的现象，不利于其工作性能的稳定发挥。基于此，本文就港口起重机疲劳破坏成因与修复措施进行分析，希望可以为港口起重机的使用与修复提供有效的建议。

关键词：港口起重机;疲劳破坏;起重机修复

引言;在经济全球化的新形势下，我国的国际贸易往来越发的频繁，这就使得港口起重机的工作量显著地增加，而港口起重作业环境存在特殊性，相对比较复杂，港口起重机需要具备更高的承载力以及稳定性满足实际需求。港口起重机最容易出现疲劳损伤的部位是焊接区域、连接轴以及叶片等部位，影响运行的稳定性。因此，港口起重机需要对设备的运行情况进行检查以及维护，保证系统的稳定运行。

1 港口起重机的概述

在新的经济发展时期，我国的港口贸易越来越繁荣，起重机使用的频率越来越高，在港口贸易中占据着更加重要的地位，可以在船舶、车辆的装卸中承担极为重要的工作任务。港口起重机是一种重复性运作的机械设备并且具有比较繁多的设备种类。在进行研究的时候可以对设备的具体运行情况以及其内部结构进行分析，可以发现一般情况下港口起重机的结构体系是由工作机构、金属结构以及动力装置几个系统构成，港口起重机在运行的时候会存在协作差异，可以适用于不同的施工作业场景。

起重机的金属结构发挥的是支撑的作用，其重要的组成设备为立柱，回转臂回转驱动装置及电动葫芦组成。电动葫芦是金属结构的核心，一般采用涡轮传动装置，严格来说这种设备属于一种特种起重设备，由于占地面积小，自重轻，操作简容易等使用优势，可以工矿企业、仓储、码头等场所中得到广泛的应用，也在臂架、人字架、转台、门架或车架等领域中得到了广泛的应用[1]。整个起重机的另一个重要的系统就是动力系统，该系统的作用同起重机自身的性能息息相关，也是起重机运行的核心。另外，在运行的过程中为了提升整个设备的安全性能需要在系统内部安装一些安全装置，提升起重装置的整体安全性能。并且，为了保证起重机设备的平稳运行需要专人进行维护，避免在运行的时候由于零部件的损坏导致整个系统的安全运行受到影响，并且可以减少系统在运行的过程中的安全故障，进而可以保证港口贸易的顺利进行。

2 港口起重机疲劳破坏成因

港口的起重机属于港口贸易设备，具有比较广泛的应用前景以及价值，但是在系统运行的过程中会出现部件疲劳的现象，导致在应用的时候可能出现安全事故，因此需要对港口起重机疲劳破坏的成因进行分析，使得其价值可以最大化，推进港口贸易的顺利进行。

2.1 应力集中对疲劳破坏的影响

起重机的连接区域的主要组成部分包括象鼻架、门退、人字架等，这些位置十分容易出现断裂的现象，而引发断裂的原因是这些部位容易受到交变应力的集中影响，当应力超过连接部位的承载能力，便会出现裂缝的现象。从设计的角度上进行分析可以发现，出现这种现象的主要原因是力流传递不够顺畅，导致连接区域焊缝过多，进而造成结构设计中存在不合理的情况。

起重器焊缝的常见形式是接焊缝以及角焊缝，而造成焊缝破坏的主要原因依旧是应力集中，未进行的后续机械加工的焊缝容易导致起重机自身的抗疲劳程度降低，为了有效的延长起重机的使用寿命，需要采用相应的加工技术去除突出部件，进而可以优化具体应用的效果，

2.2 金属母件对疲劳破坏的影响

2.2.1钢材的抗疲劳性

起重機总线破坏的主要原因是港口起重机的材料，但是，通过对实际情况进行分析可以发现如果钢材处在循环荷载的作用下会导致疲劳破坏，而在这个时候如果应力小于极限强度的时候会突然出现脆性破坏。这个时候如果钢材处在弹性成形阶段，那么起重机受到的循环载荷会导致塑性变形的增长，使得钢材的稳定性受到了影响。在这些情况下，起重机运行的过程中会出现微裂纹、导致系统出现应力集中的现象并且具有扩展的趋势，数量也会显著的增加，导致设备出现断裂破坏的方式[2]。

2.2.2 钢材的焊接性能

钢材的焊接工艺同疲劳破坏的程度相关。起重机钢材本身的焊接性能也会导致出现脆裂的现象，比如钢材自身会由于温度的变化产生冷裂以及热裂的现象等。另外，钢材中的主要组成元素有锰、硅、碳等其他许多元素，容易导致钢材热裂倾向以及热脆性的增加，因此在进行钢材生产的钢材中需要对上述元素的含量进行严格的控制，从而可以降低在起重机使用的过程中的安全事故的可能性，使得其价值可以得到有效的发挥，进而可以优化其结构，保证海上贸易的进行。

2.2.3 沸腾钢

沸腾钢也是起重机的常见钢材之一。沸腾钢的偏析程度严重，其主要表现是钢材避免会存在少量的碳铁薄层，中间层往往会含有大量的碳、硫、磷等元素。而由于沸腾钢自身的偏析问题十分的严重，在加上沸腾钢中的非金属物质比较多，并且含有大量的有害气体导致整个钢材的焊接性能受到不良的影响。导致焊接出现裂纹，降低钢材结构整体的可塑性。另外，沸腾钢中的氮元素是以固溶氮的形式而存在的，增加了钢材的冷脆敏感性，使得钢材质量受到了影响。而沸腾钢的磷元素具有最为显著的偏析效果，降低钢材的冲击韧性，保证其作用无法的发挥

2.2.4 镇静钢

镇静钢同沸腾钢一样，是港口起重机比较常使用的钢材。这种钢材的应用优势在于具有比较高的冲击韧性比较高、以及比较大的整体密度和比较低的冷脆性。镇静钢的偏析水平比较小，并且非金属元素的杂质含量比较低并且氮元素都是以氮化物的形式而存在的，所以镇静钢具有比较高的应用特性。一般而言，钢结构构件中的连接位置容易出现应力集中现象，导致钢材出现脆性破坏的现象，因此在进行起重机设置的时候需要选择内部缺陷低的优质钢材，从而可以提升实际的安全效率，推进整个产业的发展。

3 金属构建焊接分析

为了保证整个港口起重机的作用可以得到有效的发挥，系统在进行金属构建焊接的时候需要注重对于钢材焊接工艺的选取，保证焊接的实际效果，而金属构建焊接的实际情况分析如同下文所示：

3.1焊接残余应力

起重机的主要设备是钢材，在进行焊接的时候，需要重点关注是在冷却条件，而冷却条件的区别也使得参与应力存在差异。另外，在进行钢材冷却的时候，钢材中的纵向收缩也会使得残余应力受到不良的影响。一般而言，起重机的焊缝残余应力基本上属于拉应力，但是也会产生压应力。实际上，腹板作用的压应力会导致纵向残余应力的产生，而横向残余应力产生的原因是在进行焊缝冷却的时候钢材产生了横向收缩以及焊缝的纵向收缩，因此要根据自身的实际情况进行研究，从而可以得出相应的结论。在焊接工作结束之后，不宜立刻就进行使用，而是需要将钢材放置一定时间，等到应力释放完毕之后，再进行使用，从而可以保证整个起重机的实际效率[3]。

3.2焊接应力形成过程

焊接用力的主要影响因素除了冷却条件以外，还有焊接时的温度变化。通过对焊接的条件进行分析可以发现，中心温度和热源处的温差比较大，这就导致在进行冷却处理的时候出现马氏体形成过快，进而在使用的时候出现焊接硬度过高、韧性比较差的问题。因此，在进行安装的时候为了避免出现上述的情况需要对冷却速度进行严格的控制避免出现奥氏体的现象。通过对研究的实际情况进行分析，在焊接温度处在200～500摄氏度的冷却时间的时候，可以根据自身的需求适当地延长冷却的时间，促进贝氏体的形成，进而得到比较理想的钢材塑性以及冲击韧性，基于此可以有效的提升整个港口起重机的使用效果，进而可以推进整个港口贸易的顺利进行，进而可以保证整个产业的发展。

4 金属构件修复工艺

金属构件的问题也是保证整个起重机的系统无法顺利运行的关键，因此在进行维护的时候需要选择合适的修复工艺进行。

通过对上述的实际情况进行深入分析可以发现，金属构件裂纹是造成整个系统受到影响的主要因素之一，因此相关部门需要采取有效的措施对金属构件进行修复，从而可以保证整个系统的安全以及稳定的运行，在修复焊接裂纹的早期阶段，工作人员需要打磨裂纹的位置并且需要控制打磨的实际长度，保证实际长度大于焊接裂纹长度[4]。另外，在实际进行研究的时候，需要对相关的观察设备进行检查，消除残留的裂缝，尤其是对于象鼻架等重要部件的检查，从而可以保证整个系统可以安全稳定的运行。修复焊接工艺进行的时候，工作人员需要积极地进行前期准备工作，利用探测仪等设备对整个港口起重机的情况进行实时检测，修复工作进行的时候选择干焊条进行焊接。在具体进行焊接工作的时候，需要提前进行预热处理，并且将焊接的温度进行严格的控制，大致的温度以500摄氏度左右为宜。另外，为了保证整个修复工作可以安全地进行，在结束焊接工作之后，需要进行隔热保护处理。起重机的疲劳修复以及维护需要預留出一定的时间，在这个期间需要对起重机的工作量进行调整，保证修复工作可以顺利地进行。修复工作结束之后，为了保证整个系统的运行，需要从三分之一负荷量进行装载，为起重机提供充足的加载时间，减轻系统运行的时候的压力，进而可以保证起重机的安全运行。

在实际进行应用的时候，需要积极地应用金属构建的修复工艺，降低港口起重机在运行过程中出现安全事故的可能性，进而可以保证其作用可以得到有效的发挥。

总结：综上所述，近年来我国的港口贸易越来越繁荣，港口起重机的应用也越来越频繁，这就导致在系统运行的时候容易受到疲劳损耗的影响，使得起重机的作用无法得到有效的发挥。所以，相关人员需要对港口起重机出现设备疲劳情况的原因进行分析，并且进行针对性维护，进而可以使得其价值可以得到最大的发挥，进而可以推进港口贸易的顺利开展。

参考文献：

[1]张氢，江伟哲，秦仙蓉.基于VTK可视化引擎技术的港口起重机数字孪生系统研究及应用[J].起重运输机械，2020（17）：69-74.

[2]沈科宇，严华.基于融合特征支持向量机的港口起重机减速箱故障诊断[J].中国水运（下半月），2020，20（05）：100-103+182.

[3]许光健.试论“港口起重机位能负载能量回收及自循环利用管理系统”在港口生产中的应用[J].环渤海经济瞭望，2020（04）：133-134.

[4]张芳，项科忠，徐升.CFRP修复港口起重机箱形结构疲劳裂纹的数值仿真及实验研究[J].起重运输机械，2019（05）：76-80.

作者简介：

陈幸超（1987.04-），男，籍贯：江西，助理工程师，研究方向：港口设备。

（上海振华重工（集团）股份有限公司，上海  200125）