岸桥起重机的简介
吴超+徐春+张川
摘 要：采用实时监控技术得到岸桥起重机危险截面疲劳损伤演化趋势，分析结果表明：实时监控技术可以随时监控结构危险截面疲劳损伤，提前进行结构疲劳失效预警，在风险管控过程中采用实时监控技术可以最大限度地消除安全隐患，保证结构使用安全。
关键词：疲劳损伤：实时监控：风险管控
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.122
1 前言
随着工业发展和技术革新，岸桥起重机起升重量越来越高，起重机规模越来越大，一旦发生结构疲劳失效势必会造成重大的人员伤亡和经济损失，因此需提高对岸桥起重机结构疲劳失效的重视，结构疲劳损伤实时监控技术可以有效的降低结构安全隐患。
郑夕健[1]通过现场试验获取典型工况下塔式起重机结构应力状态，建立有效寿命监控的神经网络方法。顾海浩等[2]根据编制的载荷谱和塔式起重机的P-S-N曲线，运用nSoft软件预测塔式起重机的疲劳寿命；李静[3]通过采集岸边集装箱起重机构件的疲劳敏感区与不宜更换部位的应力-时间历程， 使用三峰谷雨流计数法获得岸边集装箱起重机八级载荷谱，再利用外推的载荷谱和修正的线性累积疲劳损伤理论对其剩余寿命进行了研究。上述文献采集的载荷数据都是通过模拟不同起吊工况获得，与起重机的真实载荷历程有一定偏差。
本文在某型岸桥起重机上应用实时监控技术监控结构疲劳损伤演化趋势，并提供失效预警，能够有效降低结构失效风险。
2 疲劳损伤实时监控
2.1 实时载荷谱
在某型岸桥起重机的前拉杆和前大梁上安装应力传感器，采样频率2000Hz，每2500个数据点取平均值并记录，记录数据频率0.8Hz。测量得到的前拉杆典型应力谱见图1，由于大梁自重应力的影响，在大梁未起升时前拉杆应力约为100MPa。由于实时载荷谱采集时间跨度较长，数据量巨大，因此以7天为单位分别对载荷进行雨流计数，典型雨流结果见图2。
2.2 疲劳损伤
根据Miner准则，在MATLAB环境下编制疲劳损伤计算程序，本文以1750天的实测载荷谱作为输入，分别计算Y1S，Y2S，Y3S等3个危险截面疲劳损伤，S-N曲线采用指数函数公式，疲劳损伤演化趋势见图3-图5。
3 讨论
现有起重机设计遵照GB3811-2008标准中相应规定，该标准虽然考虑了疲劳损伤的影响，但却有相应缺陷。如GB3811-2008标准中有如下规定：
（1）如果在所设计的起重机工作中不可能有不利结果的，没有必要再做校核计算。
（2）本標准列出的使用等级，并不是对起重机实际使用工作有效期的保证值。无论是起重机整机使用等级或者起重机机构整体使用等级都只是一个设计预估值。
（3）如果在设计中未对该起重机预期寿命进行充分注意和考虑，制造时又没有遵循本标准提出的要点从而未达到设计要求，使用中未能按照制造商给出的说明书进行正常操作和定期维护，或者实际使用工况与设计要求又较大差异，则产品上述设计预期寿命会与实际有效使用期有比较大、甚至是很大的出入。
对于岸桥起重机而言，即使在设计及使用之初工作级别较低，随着使用企业业务发展，其工作级别可能逐渐提升，如未进行过疲劳强度校核，则存在使用安全隐患。因此，按照GB3811-2008标准进行疲劳强度校核仅仅是一个理论上偏安全的结果，并不能绝对保证结构在使用期限内不会发生疲劳失效。且从设计工况，疲劳强度校核，制造，使用维护保养等环节中，任何一个环节的疏忽或者不准确，都会导致疲劳寿命与预期有较大出入，导致安全隐患。
为了杜绝上述缺陷导致的安全隐患，现有最好的方法即采用实时监控技术，实时计算结构危险部位的疲劳损伤演化趋势并按照当前趋势预测剩余使用寿命。由图3-图5，危险截面Y1S和Y3S的疲劳损伤较小，按照当前趋势，危险截面Y1S可以认为其寿命为无限寿命，即不会发生疲劳破坏，危险截面Y3S剩余使用寿命超过25年，可以预见在设计使用寿命之内不会发生疲劳失效。危险截面Y2S疲劳损伤接近1，说明该处疲劳损伤已接近失效临界值，即将出现疲劳裂纹。此时，需要对Y2S危险截面进行无损检测和维修等处理步骤，以消除使用过程中的安全隐患。需要强调的是：本文疲劳损伤计算采用的是可靠度为99%的S-N曲线，导致疲劳损伤计算结果较大，但能够最大程度的保证结构使用安全。
因此，在岸桥起重机风险管控过程中采用实时监控技术可以最大限度地消除安全隐患，提高使用安全性。
4 结论
本文分析了GB3811-2008中起重机结构疲劳损伤校核方法，采用实时监控技术得到结构危险截面疲劳损伤，分析结果表明：
（1）GB3811-2008计算方法不能完全保证结构的使用安全。
（2）实时监控技术可以随时监控结构危险截面疲劳损伤，提前进行结构疲劳失效预警，在风险管控过程中采用实时监控技术可以最大限度地消除安全隐患，保证结构使用安全。
参考文献：
[1]郑夕健.基于神经网络的塔式起重机结构有效寿命理论及技术实现[D].东北大学，2010.
[2]顾海浩，袁祖强，殷晨波，冯松.基于nsoft的塔式起重机疲劳载荷谱编制及疲劳剩余寿命估算[J].起重运输机械，2015（11）：39-45.
[3]李静.岸边集装箱桥式起重机载荷谱与剩余寿命研究[D].武汉理工大学，2014.
作者简介：吴超（1973-），男，浙江嘉兴人，本科，高级工程师，研究方向：输煤机械设备。endprint
