起重機金屬結構疲勞壽命估算

       1金屬結構疲勞壽命估算

　　1．1設計壽命估計

　　起重機金屬結構的疲勞壽命取決于起重機的載荷狀態和利用等級。一般對安裝設備用的汽車起重機、輪胎起重機、履帶起重機、鐵路起重機的工作級別定為A3、?A4。綜合GB38811－－1983《起重機設計規范》、DIN15018《德國起重機鋼結構計算原則》、JISB8821－－1976《日本起重機鋼結構部分計算標準》、F．E．M(歐洲起重機械設計規范1998)等標準，目前在用流動式起重機估計設計壽命應為：N=2×lo5。

　　1．2實際使用壽命估算

　　根據使用單位運轉臺時的統計資料，按N=nys進行換算(／7,為年平均運轉臺時數，Y為使用年限，s為每臺時的平均起吊次數)可得出實際使用壽命估算。由于結構件的疲勞破壞除受應力循環特性r=／一和應力循環次數Ⅳ影響外，還受鋼材材質、焊接質量、應力集中等多種因素的影響，在設計壽命期內結構件也有可能發生疲勞破壞，所以在估算時也要考慮這些綜合因素。

　　2發動機運行狀態的測試

　　發動機每個缸都有一組很大的、高速往復運動的質量，動力學性能非常復雜，因而其狀態監測和故障診斷比旋轉機械的監測與診斷更困難。發動機的故障可分為2大類：一類是影響正常運轉的，可以通過調整很快排除的失調性故障；另一類是使發動機失去工作能力，必須經過修理才能排除的失效性故障。對于失效性故障的監測與診斷，可以從測功和油液分析人手。

　　2．1發動機功率測試

　　發動機輸出的有效功率和有效轉矩是評價發動機動力性的指標。發動機任何一個零部件的故障最終都將影響到發動機的功率輸出。所以，測量發動機能否輸出額定功率是最直接、最有效的監測方法。一般，發動機輸出功率的狀況測試有以下3種方法：①載荷試驗法，費時費力；②穩態測功法，屬于解體檢測；③無外載測功，無需專門的試驗臺架，適用于在線檢測，設備簡單，操作方便。采用無外載測功，關鍵在于慣性系數值的確定，在確定了值后，只要測出發動機在指定轉速范圍內及加速時的平均加速度或測量某一轉速時的瞬時加速度，就可以確定發動機輸出功率的大小。

　　2．2發動機油液分析

　　如果發動機負荷過大，潤滑系統有灰塵或水侵入，使摩擦副表面產生磨粒磨損、疲勞磨損和粘著磨損等異常現象，就會產生磨損顆粒。對發動機定期抽取油樣進行分析，可在異常現象剛發生而未給發動機運轉造成危害前發現。對油液磨損狀態進行監測，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。

　　3，四輪一帶磨損量的檢測

　　四輪一帶指的是驅動輪、引導輪、支重輪、拖鏈輪和履帶。因為不論是鏈軌、銷套，還是四輪在其允許磨損面上都有一層經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，如果繼續使用，母體材料將會很快被磨損而造成整個零部件的報廢。對四輪一帶，主要測量鏈軌、銷套、四輪的外形尺寸，現場較實用的測量方法是直接用卡具測量。將測量數據與允許的極限尺寸相對照，以確定磨損狀況。

　　4，液壓系統的檢測

　　液壓傳動是現代流動式起重機廣泛采用的傳動方式。液壓系統正向高性能、高精度和復雜的方向發展，因此其可靠性是個十分突出的問題，液壓系統的故障檢測和診斷技術越來越受到重視了。

　　4．1檢測前的準備工作

　　在對液壓系統進行檢測之前，首先要熟悉設備液壓系統的組成及工作原理，其次還要檢查液壓油箱的油面位置、箱底沉淀物等。

　　4．2液壓系統的主要動態參數測定

　　液壓系統主要動態參數包括油溫、油壓和流量的測定。

　　對于液壓系統來說，溫度的故障信息載量較大，如內泄、機械摩擦較大、缺油、油的牌號不符和油臟等都可引起系統溫度升高。通過對溫度的檢測，可為尋找故障點提供幫助。壓力的正常與否直接影響到液壓系統工作性能的好壞。所以，在液壓系統檢測中，可通過液壓系統壓力的變化來分析和判斷該系統的技術狀態。液壓系統中流量不正常將影響工作機構的運行速度。流量檢測可用便攜式液壓系統檢測儀來進行。將檢測儀和泵串聯，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。

　　4．3液壓油的污染檢測

　　統計表明，75％以上的液壓系統故障起源于其工作介質——液壓油液的污染，工作油液中攜帶著有關液壓系統故障的大量而又豐富的信息，因此，對油液的監測分析是預測和診斷液壓系統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準，如美國汽車工程師學會的SAE749D污染度等級標準、美國航天學會提出的N_A_SI638污染度等級標準和IS(06污染度國際標準等。利用便攜式油液污染監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、監測濾清器的效用。

　　5鋼結構測試

　　流動式起重機的鋼結構主要是指起重臂，起重臂一般有箱形結構和桁架結構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、側向間隙、銹蝕與腐蝕等外觀情況。對于桁架結構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撓度(測量臂架中部自由狀態下的撓度)；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；螺栓和其他形式聯接情況等。鋼結構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向偏移量和吊重平面內的變形，達到驗證起重臂強度和剛度的目的。針對起重機臂架曾受過傷害、更換等情況，如有必要，可對臂架進行應力測試，以求證臂架的可靠性。

　　6鋼絲繩檢測

　　傳統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現鋼絲繩中露在外部的缺陷(如斷絲)，對于內部缺陷則無能力，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，對鋼絲繩的運行狀況，如斷絲、磨損、銹蝕缺陷進行定量、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汽車起重機、輪胎起重機和履帶起重機的起升鋼絲繩、變幅鋼絲繩進行了現場測試，對于磨損、斷絲較嚴重的鋼絲繩，提出了更換鋼絲繩的整改建議，確保了流動式起重機的安全使用。

　　7回轉機構檢測

　　回轉機構一般包括動力元件(液壓馬達、電動機等)、減速器(液力變矩器、液力偶合器等)、回轉小齒輪、制動裝置、調速裝置、操縱裝置等部件。對回轉機構的檢測一般應檢查外觀；空載運轉試驗；潤滑和密封；制動器制動能力試驗。

　　8力矩限制器檢測

　　力矩限制器是流動式起重機的重要安全保護裝置，它由主機、載荷檢測器、角度檢測器、長度檢測器和起重機工況檢測系統等部分組成。載荷、臂架長度、臂架角度及起重機工況等檢測信號送人主機，通過放大、運算、處理后，與預先存儲的起重機特性曲線進行比較，由控制單元對起重機實施相應控制。同時，主機可按需要顯示相應的參數。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。根據檢測結果進行計算，以判斷綜合誤差是否在合格范圍內。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行來驗證各裝置的動作是否可靠。

　　9其他檢測

　　對于起升、變幅等機構可通過檢測組成機構的零部件是否存在磨損和損壞等現象，經過額定載荷、動載、靜載等各項載荷試驗來進行驗證。操縱室和流動式起重機的外形尺寸可直接進行測量。

　　10結束語

　　綜上所述，通過對流動式起重機的金屬結構疲勞壽命進行估算，對發動機、四輪一帶、液壓系統、鋼結構、鋼絲繩、回轉機構、力矩限制器等測試評估，可以有針對性的更換、修復一些零部件，這樣可使舊設備能夠再生利用，同時也可緩解目前市場上工程機械設備的緊缺。