金屬結(jié)構(gòu)疲勞壽命估算

    設(shè)計(jì)壽命估計(jì)
    起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的疲勞壽命取決于起重機(jī)的載荷狀態(tài)和利用等級。一般對安裝設(shè)備用的汽車起重機(jī)、輪胎起重機(jī)、履帶起重機(jī)、鐵路起重機(jī)的工作級別定為A3、A4。綜合GB38811--1983《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》、DIN15018《德國起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算原則》、JISB8821--1976《日本起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)部分計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》、F．E．M(歐洲起重機(jī)械設(shè)計(jì)規(guī)范1998)等標(biāo)準(zhǔn)，目前在用流動(dòng)式起重機(jī)估計(jì)設(shè)計(jì)壽命應(yīng)為：N=2×lo5。

    實(shí)際使用壽命估算
    根據(jù)使用單位運(yùn)轉(zhuǎn)臺(tái)時(shí)的統(tǒng)計(jì)資料，按N=nys進(jìn)行換算(／7,為年平均運(yùn)轉(zhuǎn)臺(tái)時(shí)數(shù)，Y為使用年限，s為每臺(tái)時(shí)的平均起吊次數(shù))可得出實(shí)際使用壽命估算。由于結(jié)構(gòu)件的疲勞破壞除受應(yīng)力循環(huán)特性r=／一和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)Ⅳ影響外，還受鋼材材質(zhì)、焊接質(zhì)量、應(yīng)力集中等多種因素的影響，在設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)結(jié)構(gòu)件也有可能發(fā)生疲勞破壞，所以在估算時(shí)也要考慮這些綜合因素。

    發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的測試
    發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)缸都有一組很大的、高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量，動(dòng)力學(xué)性能非常復(fù)雜，因而其狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷比旋轉(zhuǎn)機(jī)械的監(jiān)測與診斷更困難。發(fā)動(dòng)機(jī)的故障可分為2大類：一類是影響正常運(yùn)轉(zhuǎn)的，可以通過調(diào)整很快排除的失調(diào)性故障；另一類是使發(fā)動(dòng)機(jī)失去工作能力，必須經(jīng)過修理才能排除的失效性故障。對于失效性故障的監(jiān)測與診斷，可以從測功和油液分析人手。

    發(fā)動(dòng)機(jī)功率測試
    發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的有效功率和有效轉(zhuǎn)矩是評價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的指標(biāo)。發(fā)動(dòng)機(jī)任何一個(gè)零部件的故障最終都將影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出。所以，測量發(fā)動(dòng)機(jī)能否輸出額定功率是最直接、最有效的監(jiān)測方法。一般，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的狀況測試有以下3種方法：①載荷試驗(yàn)法，費(fèi)時(shí)費(fèi)力；②穩(wěn)態(tài)測功法，屬于解體檢測；③無外載測功，無需專門的試驗(yàn)臺(tái)架，適用于在線檢測，設(shè)備簡單，操作方便。采用無外載測功，關(guān)鍵在于慣性系數(shù)值的確定，在確定了值后，只要測出發(fā)動(dòng)機(jī)在指定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)及加速時(shí)的平均加速度或測量某一轉(zhuǎn)速時(shí)的瞬時(shí)加速度，就可以確定發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的大小。

    發(fā)動(dòng)機(jī)油液分析
如果發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷過大，潤滑系統(tǒng)有灰塵或水侵入，使摩擦副表面產(chǎn)生磨粒磨損、疲勞磨損和粘著磨損等異?，F(xiàn)象，就會(huì)產(chǎn)生磨損顆粒。對發(fā)動(dòng)機(jī)定期抽取油樣進(jìn)行分析，可在異?，F(xiàn)象剛發(fā)生而未給發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)造成危害前發(fā)現(xiàn)。對油液磨損狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，可以采用光譜分析、分析式鐵譜分析和直讀式鐵譜分析方法等。

     四輪一帶磨損量的檢測
     四輪一帶指的是驅(qū)動(dòng)輪、引導(dǎo)輪、支重輪、拖鏈輪和履帶。因?yàn)椴徽撌擎溰墶N套，還是四輪在其允許磨損面上都有一層經(jīng)特殊工藝處理后而形成的較硬的耐磨層(允許磨損層)，再向里就是較軟的母體材料。因而耐磨層被磨損完畢后，如果繼續(xù)使用，母體材料將會(huì)很快被磨損而造成整個(gè)零部件的報(bào)廢。對四輪一帶，主要測量鏈軌、銷套、四輪的外形尺寸，現(xiàn)場較實(shí)用的測量方法是直接用卡具測量。將測量數(shù)據(jù)與允許的極限尺寸相對照，以確定磨損狀況。

     液壓系統(tǒng)的檢測
     液壓傳動(dòng)是現(xiàn)代流動(dòng)式起重機(jī)廣泛采用的傳動(dòng)方式。液壓系統(tǒng)正向高性能、高精度和復(fù)雜的方向發(fā)展，因此其可靠性是個(gè)十分突出的問題，液壓系統(tǒng)的故障檢測和診斷技術(shù)越來越受到重視了。

　1． 檢測前的準(zhǔn)備工作
在對液壓系統(tǒng)進(jìn)行檢測之前，首先要熟悉設(shè)備液壓系統(tǒng)的組成及工作原理，其次還要檢查液壓油箱的油面位置、箱底沉淀物等。

    2．液壓系統(tǒng)的主要?jiǎng)討B(tài)參數(shù)測定
液壓系統(tǒng)主要?jiǎng)討B(tài)參數(shù)包括油溫、油壓和流量的測定。
對于液壓系統(tǒng)來說，溫度的故障信息載量較大，如內(nèi)泄、機(jī)械摩擦較大、缺油、油的牌號不符和油臟等都可引起系統(tǒng)溫度升高。通過對溫度的檢測，可為尋找故障點(diǎn)提供幫助。壓力的正常與否直接影響到液壓系統(tǒng)工作性能的好壞。所以，在液壓系統(tǒng)檢測中，可通過液壓系統(tǒng)壓力的變化來分析和判斷該系統(tǒng)的技術(shù)狀態(tài)。液壓系統(tǒng)中流量不正常將影響工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度。流量檢測可用便攜式液壓系統(tǒng)檢測儀來進(jìn)行。將檢測儀和泵串聯(lián)，把測得的額定壓力下的流量值和額定值相比就可判斷出泵是否有故障。

　3．液壓油的污染檢測
統(tǒng)計(jì)表明，75％以上的液壓系統(tǒng)故障起源于其工作介質(zhì)——液壓油液的污染，工作油液中攜帶著有關(guān)液壓系統(tǒng)故障的大量而又豐富的信息，因此，對油液的監(jiān)測分析是預(yù)測和診斷液壓系統(tǒng)故障的重要手段之一。針對油液污染度，國際上制定了專門的油液顆粒污染度標(biāo)準(zhǔn)，如美國汽車工程師學(xué)會(huì)的SAE749D污染度等級標(biāo)準(zhǔn)、美國航天學(xué)會(huì)提出的N_A_SI638污染度等級標(biāo)準(zhǔn)和IS(06污染度國際標(biāo)準(zhǔn)等。利用便攜式油液污染監(jiān)測儀可定量測出油液中污染顆粒的尺寸及分布情況，這有助于控制液壓油的污染度、監(jiān)測濾清器的效用。

　鋼結(jié)構(gòu)測試
　流動(dòng)式起重機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)主要是指起重臂，起重臂一般有箱形結(jié)構(gòu)和桁架結(jié)構(gòu)2種。對于箱形起重臂，主要檢測蓋板、腹板的平面度；上下蓋板之間、2腹板之間的平行度；腹板對下蓋板在任何截面上的垂直度；減磨墊安裝位置及磨損情況；臂架的焊縫、側(cè)向間隙、銹蝕與腐蝕等外觀情況。對于桁架結(jié)構(gòu)的起重臂主要檢測弦桿局部直線度和全長直線度；臂架直線度和自由下?lián)隙?測量臂架中部自由狀態(tài)下的撓度)；腹板和主弦桿外觀是否存在開裂和塑性變形；腐蝕與銹蝕情況；螺栓和其他形式聯(lián)接情況等。鋼結(jié)構(gòu)的變形狀況可采用水平加載和垂直加載分別測量加載后側(cè)向偏移量和吊重平面內(nèi)的變形，達(dá)到驗(yàn)證起重臂強(qiáng)度和剛度的目的。針對起重機(jī)臂架曾受過傷害、更換等情況，如有必要，可對臂架進(jìn)行應(yīng)力測試，以求證臂架的可靠性。

　鋼絲繩檢測
　傳統(tǒng)的鋼絲繩檢測方法是人工目視檢查，由專職檢測人員定期對使用中的鋼絲繩進(jìn)行觀察，采用卡尺測量繩徑，手摸或肉眼尋找缺陷。但人工目視檢查只能發(fā)現(xiàn)鋼絲繩中露在外部的缺陷(如斷絲)，對于內(nèi)部缺陷則無能力，對于人眼看不到的鋼絲繩或鋼絲繩段也將不能檢查，且受人為因素的影響較大，檢查結(jié)果的可靠性差。因此為確保鋼絲繩安全、可靠、高效地工作，對鋼絲繩的運(yùn)行狀況，如斷絲、磨損、銹蝕缺陷進(jìn)行定量、定位檢測具有重要的意義。

　目前，我們利用MTC鋼絲繩安全檢測儀已對幾十臺(tái)汽車起重機(jī)、輪胎起重機(jī)和履帶起重機(jī)的起升鋼絲繩、變幅鋼絲繩進(jìn)行了現(xiàn)場測試，對于磨損、斷絲較嚴(yán)重的鋼絲繩，提出了更換鋼絲繩的整改建議，確保了流動(dòng)式起重機(jī)的安全使用。

　回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)檢測
　回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)一般包括動(dòng)力元件(液壓馬達(dá)、電動(dòng)機(jī)等)、減速器(液力變矩器、液力偶合器等)、回轉(zhuǎn)小齒輪、制動(dòng)裝置、調(diào)速裝置、操縱裝置等部件。對回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的檢測一般應(yīng)檢查外觀；空載運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)；潤滑和密封；制動(dòng)器制動(dòng)能力試驗(yàn)。

　力矩限制器檢測
　力矩限制器是流動(dòng)式起重機(jī)的重要安全保護(hù)裝置，它由主機(jī)、載荷檢測器、角度檢測器、長度檢測器和起重機(jī)工況檢測系統(tǒng)等部分組成。載荷、臂架長度、臂架角度及起重機(jī)工況等檢測信號送人主機(jī)，通過放大、運(yùn)算、處理后，與預(yù)先存儲(chǔ)的起重機(jī)特性曲線進(jìn)行比較，由控制單元對起重機(jī)實(shí)施相應(yīng)控制。同時(shí)，主機(jī)可按需要顯示相應(yīng)的參數(shù)。力矩限制器的綜合誤差檢測一般由增重法和增幅法2種，增幅法相對來說較為方便。根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，以判斷綜合誤差是否在合格范圍內(nèi)。對于其他各種安全裝置如起重量指示器、水平儀、高度限位器、防后傾裝置、幅度指示器等可直接操縱運(yùn)行來驗(yàn)證各裝置的動(dòng)作是否可靠。

　其他檢測
　對于起升、變幅等機(jī)構(gòu)可通過檢測組成機(jī)構(gòu)的零部件是否存在磨損和損壞等現(xiàn)象，經(jīng)過額定載荷、動(dòng)載、靜載等各項(xiàng)載荷試驗(yàn)來進(jìn)行驗(yàn)證。操縱室和流動(dòng)式起重機(jī)的外形尺寸可直接進(jìn)行測量。

　綜上所述，通過對流動(dòng)式起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)疲勞壽命進(jìn)行估算，對發(fā)動(dòng)機(jī)、四輪一帶、液壓系統(tǒng)、鋼結(jié)構(gòu)、鋼絲繩、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、力矩限制器等測試評估，可以有針對性的更換、修復(fù)一些零部件，這樣可使舊設(shè)備能夠再生利用，同時(shí)也可緩解目前市場上工程機(jī)械設(shè)備的緊缺。