港口起重機疲勞破壞成因與修復措施分析

摘 要：隨著我國經濟的發展以及技術水平的提升，我國的港口貿易越來越頻繁，起重機在港口施工中占據著十分重要的地位，主要負責裝載以及卸載貨物的工作。而在長期使用的背景下，起重機難免會出現機械疲勞的現象，不利于其工作性能的穩定發揮。基于此，本文就港口起重機疲勞破壞成因與修復措施進行分析，希望可以為港口起重機的使用與修復提供有效的建議。

關鍵詞：港口起重機;疲勞破壞;起重機修復

引言;在經濟全球化的新形勢下，我國的國際貿易往來越發的頻繁，這就使得港口起重機的工作量顯著地增加，而港口起重作業環境存在特殊性，相對比較復雜，港口起重機需要具備更高的承載力以及穩定性滿足實際需求。港口起重機最容易出現疲勞損傷的部位是焊接區域、連接軸以及葉片等部位，影響運行的穩定性。因此，港口起重機需要對設備的運行情況進行檢查以及維護，保證系統的穩定運行。

1 港口起重機的概述

在新的經濟發展時期，我國的港口貿易越來越繁榮，起重機使用的頻率越來越高，在港口貿易中占據著更加重要的地位，可以在船舶、車輛的裝卸中承擔極為重要的工作任務。港口起重機是一種重復性運作的機械設備并且具有比較繁多的設備種類。在進行研究的時候可以對設備的具體運行情況以及其內部結構進行分析，可以發現一般情況下港口起重機的結構體系是由工作機構、金屬結構以及動力裝置幾個系統構成，港口起重機在運行的時候會存在協作差異，可以適用于不同的施工作業場景。

起重機的金屬結構發揮的是支撐的作用，其重要的組成設備為立柱，回轉臂回轉驅動裝置及電動葫蘆組成。電動葫蘆是金屬結構的核心，一般采用渦輪傳動裝置，嚴格來說這種設備屬于一種特種起重設備，由于占地面積小，自重輕，操作簡容易等使用優勢，可以工礦企業、倉儲、碼頭等場所中得到廣泛的應用，也在臂架、人字架、轉臺、門架或車架等領域中得到了廣泛的應用[1]。整個起重機的另一個重要的系統就是動力系統，該系統的作用同起重機自身的性能息息相關，也是起重機運行的核心。另外，在運行的過程中為了提升整個設備的安全性能需要在系統內部安裝一些安全裝置，提升起重裝置的整體安全性能。并且，為了保證起重機設備的平穩運行需要專人進行維護，避免在運行的時候由于零部件的損壞導致整個系統的安全運行受到影響，并且可以減少系統在運行的過程中的安全故障，進而可以保證港口貿易的順利進行。

2 港口起重機疲勞破壞成因

港口的起重機屬于港口貿易設備，具有比較廣泛的應用前景以及價值，但是在系統運行的過程中會出現部件疲勞的現象，導致在應用的時候可能出現安全事故，因此需要對港口起重機疲勞破壞的成因進行分析，使得其價值可以最大化，推進港口貿易的順利進行。

2.1 應力集中對疲勞破壞的影響

起重機的連接區域的主要組成部分包括象鼻架、門退、人字架等，這些位置十分容易出現斷裂的現象，而引發斷裂的原因是這些部位容易受到交變應力的集中影響，當應力超過連接部位的承載能力，便會出現裂縫的現象。從設計的角度上進行分析可以發現，出現這種現象的主要原因是力流傳遞不夠順暢，導致連接區域焊縫過多，進而造成結構設計中存在不合理的情況。

起重器焊縫的常見形式是接焊縫以及角焊縫，而造成焊縫破壞的主要原因依舊是應力集中，未進行的后續機械加工的焊縫容易導致起重機自身的抗疲勞程度降低，為了有效的延長起重機的使用壽命，需要采用相應的加工技術去除突出部件，進而可以優化具體應用的效果，

2.2 金屬母件對疲勞破壞的影響

2.2.1鋼材的抗疲勞性

起重機總線破壞的主要原因是港口起重機的材料，但是，通過對實際情況進行分析可以發現如果鋼材處在循環荷載的作用下會導致疲勞破壞，而在這個時候如果應力小于極限強度的時候會突然出現脆性破壞。這個時候如果鋼材處在彈性成形階段，那么起重機受到的循環載荷會導致塑性變形的增長，使得鋼材的穩定性受到了影響。在這些情況下，起重機運行的過程中會出現微裂紋、導致系統出現應力集中的現象并且具有擴展的趨勢，數量也會顯著的增加，導致設備出現斷裂破壞的方式[2]。

2.2.2 鋼材的焊接性能

鋼材的焊接工藝同疲勞破壞的程度相關。起重機鋼材本身的焊接性能也會導致出現脆裂的現象，比如鋼材自身會由于溫度的變化產生冷裂以及熱裂的現象等。另外，鋼材中的主要組成元素有錳、硅、碳等其他許多元素，容易導致鋼材熱裂傾向以及熱脆性的增加，因此在進行鋼材生產的鋼材中需要對上述元素的含量進行嚴格的控制，從而可以降低在起重機使用的過程中的安全事故的可能性，使得其價值可以得到有效的發揮，進而可以優化其結構，保證海上貿易的進行。

2.2.3 沸騰鋼

沸騰鋼也是起重機的常見鋼材之一。沸騰鋼的偏析程度嚴重，其主要表現是鋼材避免會存在少量的碳鐵薄層，中間層往往會含有大量的碳、硫、磷等元素。而由于沸騰鋼自身的偏析問題十分的嚴重，在加上沸騰鋼中的非金屬物質比較多，并且含有大量的有害氣體導致整個鋼材的焊接性能受到不良的影響。導致焊接出現裂紋，降低鋼材結構整體的可塑性。另外，沸騰鋼中的氮元素是以固溶氮的形式而存在的，增加了鋼材的冷脆敏感性，使得鋼材質量受到了影響。而沸騰鋼的磷元素具有最為顯著的偏析效果，降低鋼材的沖擊韌性，保證其作用無法的發揮

2.2.4 鎮靜鋼

鎮靜鋼同沸騰鋼一樣，是港口起重機比較常使用的鋼材。這種鋼材的應用優勢在于具有比較高的沖擊韌性比較高、以及比較大的整體密度和比較低的冷脆性。鎮靜鋼的偏析水平比較小，并且非金屬元素的雜質含量比較低并且氮元素都是以氮化物的形式而存在的，所以鎮靜鋼具有比較高的應用特性。一般而言，鋼結構構件中的連接位置容易出現應力集中現象，導致鋼材出現脆性破壞的現象，因此在進行起重機設置的時候需要選擇內部缺陷低的優質鋼材，從而可以提升實際的安全效率，推進整個產業的發展。

3 金屬構建焊接分析

為了保證整個港口起重機的作用可以得到有效的發揮，系統在進行金屬構建焊接的時候需要注重對于鋼材焊接工藝的選取，保證焊接的實際效果，而金屬構建焊接的實際情況分析如同下文所示：

3.1焊接殘余應力

起重機的主要設備是鋼材，在進行焊接的時候，需要重點關注是在冷卻條件，而冷卻條件的區別也使得參與應力存在差異。另外，在進行鋼材冷卻的時候，鋼材中的縱向收縮也會使得殘余應力受到不良的影響。一般而言，起重機的焊縫殘余應力基本上屬于拉應力，但是也會產生壓應力。實際上，腹板作用的壓應力會導致縱向殘余應力的產生，而橫向殘余應力產生的原因是在進行焊縫冷卻的時候鋼材產生了橫向收縮以及焊縫的縱向收縮，因此要根據自身的實際情況進行研究，從而可以得出相應的結論。在焊接工作結束之后，不宜立刻就進行使用，而是需要將鋼材放置一定時間，等到應力釋放完畢之后，再進行使用，從而可以保證整個起重機的實際效率[3]。

3.2焊接應力形成過程

焊接用力的主要影響因素除了冷卻條件以外，還有焊接時的溫度變化。通過對焊接的條件進行分析可以發現，中心溫度和熱源處的溫差比較大，這就導致在進行冷卻處理的時候出現馬氏體形成過快，進而在使用的時候出現焊接硬度過高、韌性比較差的問題。因此，在進行安裝的時候為了避免出現上述的情況需要對冷卻速度進行嚴格的控制避免出現奧氏體的現象。通過對研究的實際情況進行分析，在焊接溫度處在200～500攝氏度的冷卻時間的時候，可以根據自身的需求適當地延長冷卻的時間，促進貝氏體的形成，進而得到比較理想的鋼材塑性以及沖擊韌性，基于此可以有效的提升整個港口起重機的使用效果，進而可以推進整個港口貿易的順利進行，進而可以保證整個產業的發展。

4 金屬構件修復工藝

金屬構件的問題也是保證整個起重機的系統無法順利運行的關鍵，因此在進行維護的時候需要選擇合適的修復工藝進行。

通過對上述的實際情況進行深入分析可以發現，金屬構件裂紋是造成整個系統受到影響的主要因素之一，因此相關部門需要采取有效的措施對金屬構件進行修復，從而可以保證整個系統的安全以及穩定的運行，在修復焊接裂紋的早期階段，工作人員需要打磨裂紋的位置并且需要控制打磨的實際長度，保證實際長度大于焊接裂紋長度[4]。另外，在實際進行研究的時候，需要對相關的觀察設備進行檢查，消除殘留的裂縫，尤其是對于象鼻架等重要部件的檢查，從而可以保證整個系統可以安全穩定的運行。修復焊接工藝進行的時候，工作人員需要積極地進行前期準備工作，利用探測儀等設備對整個港口起重機的情況進行實時檢測，修復工作進行的時候選擇干焊條進行焊接。在具體進行焊接工作的時候，需要提前進行預熱處理，并且將焊接的溫度進行嚴格的控制，大致的溫度以500攝氏度左右為宜。另外，為了保證整個修復工作可以安全地進行，在結束焊接工作之后，需要進行隔熱保護處理。起重機的疲勞修復以及維護需要預留出一定的時間，在這個期間需要對起重機的工作量進行調整，保證修復工作可以順利地進行。修復工作結束之后，為了保證整個系統的運行，需要從三分之一負荷量進行裝載，為起重機提供充足的加載時間，減輕系統運行的時候的壓力，進而可以保證起重機的安全運行。

在實際進行應用的時候，需要積極地應用金屬構建的修復工藝，降低港口起重機在運行過程中出現安全事故的可能性，進而可以保證其作用可以得到有效的發揮。

總結：綜上所述，近年來我國的港口貿易越來越繁榮，港口起重機的應用也越來越頻繁，這就導致在系統運行的時候容易受到疲勞損耗的影響，使得起重機的作用無法得到有效的發揮。所以，相關人員需要對港口起重機出現設備疲勞情況的原因進行分析，并且進行針對性維護，進而可以使得其價值可以得到最大的發揮，進而可以推進港口貿易的順利開展。

參考文獻：

[1]張氫，江偉哲，秦仙蓉.基于VTK可視化引擎技術的港口起重機數字孿生系統研究及應用[J].起重運輸機械，2020（17）：69-74.

[2]沈科宇，嚴華.基于融合特征支持向量機的港口起重機減速箱故障診斷[J].中國水運（下半月），2020，20（05）：100-103+182.

[3]許光健.試論“港口起重機位能負載能量回收及自循環利用管理系統”在港口生產中的應用[J].環渤海經濟瞭望，2020（04）：133-134.

[4]張芳，項科忠，徐升.CFRP修復港口起重機箱形結構疲勞裂紋的數值仿真及實驗研究[J].起重運輸機械，2019（05）：76-80.

作者簡介：

陳幸超（1987.04-），男，籍貫：江西，助理工程師，研究方向：港口設備。

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海? 200125）