起重機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞檢測方法

摘 要：隨著起重機(jī)設(shè)備在現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)和生產(chǎn)中越來越頻繁的使用，有效的疲勞檢測方法不可或缺。傳統(tǒng)的疲勞檢測方法在檢測速度和經(jīng)濟(jì)效益方面都無法滿足目前的實(shí)際需要。本文主要介紹了聲波發(fā)射技術(shù)和磁粉探傷技術(shù)對起重機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)疲勞的檢測。這些疲勞檢測技術(shù)將極大的保障起重機(jī)等特種設(shè)備的使用安全。

關(guān)鍵詞：起重機(jī) 疲勞 檢測辦法

中圖分類號(hào)：O346.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X(2011)12(b)-0069-01

在經(jīng)濟(jì)建設(shè)和現(xiàn)代生產(chǎn)中，起重機(jī)械設(shè)備發(fā)揮了不可或缺的作用。然而作為一種發(fā)生事故幾率最大的特種機(jī)械，在操作和使用起重機(jī)械時(shí)存在著許多隱藏的危險(xiǎn)因數(shù)。國內(nèi)外因起重設(shè)備使用而造成的人身傷害以及財(cái)產(chǎn)損失事故每年都頻繁發(fā)生。發(fā)達(dá)的工業(yè)化國家中，由起重機(jī)械引起的人身傷害事故，高達(dá)所有產(chǎn)業(yè)部門的五分之一；隨著起重機(jī)械在我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)中使用越來越頻繁，起重傷害事故在國內(nèi)安全事故中所占的比例也上升至15%左右。由于結(jié)構(gòu)疲勞而引起的起重機(jī)事故屢見不鮮，近年來有多起此類事故的發(fā)生。在某鋼廠150t起重機(jī)發(fā)生了主梁斷裂并且引發(fā)了整機(jī)的坍塌、多人傷亡的重大事故[1]。面對日益嚴(yán)峻的起重機(jī)械使用操作安全問題，國家已經(jīng)采取相關(guān)措施避免發(fā)生此類造成惡劣社會(huì)影響和慘重經(jīng)濟(jì)損失的事故。起重機(jī)結(jié)構(gòu)破壞的主要形式是疲勞破壞，直接影響這起重機(jī)的使用安全和壽命。結(jié)構(gòu)疲勞表現(xiàn)形式是主體結(jié)構(gòu)的突然失效，長期使用后在沒有明顯征兆的情況下發(fā)生結(jié)構(gòu)的突然斷裂，從而造成災(zāi)難性的后果。國內(nèi)提出了不少關(guān)于起重機(jī)疲勞估算的理論研究，分析了疲勞損傷估算的新方法[2]。但這些研究多是理論分析，很少運(yùn)用到實(shí)際的工程中；并且這些算法的針對性太強(qiáng)，不適用于估算各種不同類型的起重機(jī)的結(jié)構(gòu)疲勞程度，太過于局限。傳統(tǒng)起重機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞檢驗(yàn)手段繁瑣，基于國內(nèi)外理論研究成果，結(jié)合不同起重機(jī)實(shí)際的參數(shù)，推導(dǎo)出起重機(jī)主梁結(jié)構(gòu)疲勞載荷譜，以及結(jié)構(gòu)壽命公式，可運(yùn)用于估算不同類型，不同起重量起重機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞程度，不僅簡便快捷，投入少，而且適用范圍極為廣泛。此類結(jié)構(gòu)疲勞檢測手段將為社會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，為我國特種設(shè)備檢測和監(jiān)管機(jī)制給予極大的技術(shù)幫助。

1 基于聲波發(fā)射技術(shù)的結(jié)構(gòu)疲勞檢測方法

1.1 疲勞裂紋的信號(hào)特征

聲信號(hào)從發(fā)射源發(fā)出后，以彈性波向四周傳播，典型的波型圖像如圖1所示。傳感器接收到的聲波，是多次發(fā)射和波形共同作用的結(jié)果。結(jié)構(gòu)疲勞部位產(chǎn)生的彈性波擴(kuò)展波分量較高，在波速、頻率特征與頻率范圍等方面有很大的差別，所以由波形分析，便可以通過計(jì)算得到起重機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞位置。

1.2 聲波發(fā)射法檢測結(jié)構(gòu)疲勞

聲波發(fā)射法檢測結(jié)構(gòu)疲勞常用間歇法和連續(xù)法進(jìn)行。間歇法的理論依據(jù)是聲波發(fā)射不可逆的特點(diǎn)。適用于較長時(shí)間檢測和噪聲分量大的疲勞試驗(yàn)。連續(xù)法則是利用連續(xù)發(fā)射的聲波檢測整個(gè)疲勞試驗(yàn)中起重機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞情況。為了排除測試中的噪聲干擾，采用了空間濾波技術(shù)，以及特殊的電壓控制系統(tǒng)，完成疲勞試驗(yàn)聲波采集。該技術(shù)能夠屏蔽噪聲，僅記錄高載荷下結(jié)構(gòu)疲勞裂紋信號(hào)。

2 磁粉探傷技術(shù)檢測結(jié)構(gòu)疲勞

在各種結(jié)構(gòu)疲勞檢測方法中，磁性材料常常采用磁粉探傷(MT)。該方法對材料近表面或者表面缺陷的檢測靈敏度非常高，而且能準(zhǔn)確顯示結(jié)構(gòu)疲勞缺陷的大小、方位、嚴(yán)重程度和形狀。該方法有諸如成本低、檢測方便、污染輕，檢測效果好，精度高。便攜式的結(jié)構(gòu)疲勞探傷儀，還可以用于高空以及野外等特殊環(huán)境。對于起重機(jī)等設(shè)備而言，磁粉探傷可以用來檢測材料近表面和表面的疲勞缺陷，由于結(jié)構(gòu)疲勞、腐蝕、應(yīng)力或者起重機(jī)本身缺陷等多種因素導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)疲勞開裂等多種危險(xiǎn)缺陷是測試的重點(diǎn)。輪胎式起重機(jī)作為一種常見的流動(dòng)式起重機(jī)，由特制的底盤搭載，通過性能突出。作為測試對象的是1臺(tái)50t輪胎起重機(jī)，作為中鐵某局工作中使用最多的設(shè)備，參與許多大型野外施工作業(yè)。作為一臺(tái)服役時(shí)間長達(dá)10年的特種設(shè)備，由于超長的使用年限，使用磁粉探傷結(jié)構(gòu)疲勞檢測表明在吊機(jī)起重臂根部鉸接處，材料側(cè)面發(fā)現(xiàn)的裂紋長約45mm，垂直于吊臂的主要受力方向，雖然形狀細(xì)小，但是探傷結(jié)果顯示十分清晰，經(jīng)進(jìn)一步分析為結(jié)構(gòu)疲勞產(chǎn)生的裂紋。

在進(jìn)行磁粉探傷前，了解對象的材質(zhì)，分析對象在工作中的受力情況、應(yīng)力方向、常見開裂部位和預(yù)測裂紋形狀大小等方面的信息十分重要。結(jié)構(gòu)疲勞產(chǎn)生的裂紋常見于應(yīng)力集中的部位，根據(jù)前期的準(zhǔn)備分析，我們就能針對易于疲勞開裂部位進(jìn)行局部檢測，對于像起重機(jī)這類大型設(shè)備，其中有許多不可拆卸的重要部，有目標(biāo)的局部檢測將極大的簡化檢測過程，節(jié)約檢測時(shí)間和費(fèi)用。磁粉探傷主要用于近表面或表面缺陷的檢測，因此被測對象表面狀態(tài)將極大的影響測試的操作條件和靈敏度。通常我們在探傷之前，需要仔細(xì)清除對象表面的沙粒、油污、氧化皮、毛刺和鐵銹等雜物。磁粉探傷方法也有許多需要注意的問題:(1)磁軛間隙能明顯影響探傷的效果，所以盡可能的減小磁軛間隙有助于得到準(zhǔn)確的結(jié)果，最大間隔要控制在115mm之內(nèi)。(2)磁軛移動(dòng)速度要適當(dāng)，需要保持在4m/min之內(nèi)。(3)快速觀察和分析結(jié)果，以免測試結(jié)果被干擾破壞。多向磁化技術(shù)僅僅需要一次檢測就可以快速檢測出各個(gè)方向的結(jié)構(gòu)疲勞損傷，由于其高效快速，磁粉探傷以及成為國內(nèi)無損結(jié)構(gòu)疲勞檢測的主要手段。

3 結(jié)語

聲波發(fā)射檢測方法和磁粉探傷檢測方法有著不同的適用情況，在今后的起重機(jī)等大型特種設(shè)備疲勞檢測中，我們要從實(shí)際的情況出發(fā)，選取最合適的檢測手段，保障設(shè)備具有良好的安全性能，消除由結(jié)構(gòu)疲勞引起的安全隱患，避免安全事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1]王福綿.起重機(jī)械技術(shù)檢驗(yàn)[M].北京:學(xué)苑出版社，2000.

[2]李耀東，黃成祥，侯力等.疲勞裂紋的聲發(fā)射信號(hào)檢測技術(shù)[J].自動(dòng)化測試.2006（6）：504～506.

[3]張曉川等.裝卸橋結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算[J].武漢交通科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，24(1):74～77.

[4]顧迪民.起重機(jī)事故分析和對策[M]北京:人民交通出版社，2003.