在役起重機械防風抗滑性能評估方法研究*

何 山 陳 敏

廣州特種機電設備檢測研究院 廣州 430063

0 引言

防風抗滑性能評估是針對起重機的整體防風性能進行評估，對影響防風性能的指標進行定性、定量分析，找出存在隱患的零部件或危險因素，以供起重機械日常維護與安全防護工作參考[1]。防風抗滑性能評估針對在役起重機械進行全面的防風能力評估，包含起重機械金屬結構、起重機傾覆穩定性和起重機械防風抗風零部件的指標評估，對各部分進行可量化的分析，得到具體的評價值，以客觀的數據對起重機械整機進行防風抗滑性能評估。

1 防風抗滑能力的影響因素

一般認為造成起重機械防風能力不同的原因有如下幾種[2，3]：1）起重機金屬結構經過長年累月使用，受到腐蝕、磨損等原因的影響，厚度減小；2）金屬結構長期承受交變應力的作用，其疲勞損傷逐漸增加；3）起重機安裝的防風抗滑裝置缺少必要的維護工作造成性能下降；4）起重機械整體設計過程中系數取值不同造成傾覆力矩不同。上述因素均對起重機械防風能力造成影響，但各因素風險大小隨自身的評估值大小變化，不能直接指定某個因素的權重大小。

2 防風抗滑性能評估的層次結構

防風抗滑性能評估包括3個方面：防風抗滑裝置工作性能評估、金屬結構評估和整體穩定性評估。

防風抗滑裝置工作性能評估根據其設計目標進行性能評估，由于防風抗滑裝置種類較多，不宜設置通用指標進行評估。起重機通常會同時采用多種類型防風抗滑裝置，其防風原理不盡相同，產生的效果也不同。因此，本項目依據防風抗滑裝置的防風效果設置不同權重進行綜合，從而達到整體評估的目的。金屬結構的強度一般不屬于防風抗滑性能的評估范疇，但由于沿海工作的起重機械部分服役年限超過20 a，金屬結構受到不同程度的腐蝕，在非工作工況下金屬結構可能發生失效。

根據起重機械機構的構成特點，將防風抗滑評估設置為如圖1所示的層次結構圖。評估過程自下而上，根據相關的算法計算評估值，并最終匯總成最后的評估值。

圖1 整機防風抗滑性能評估的層次結構圖

3 基于層次分析法的權重計算

以門座起重機為例說明層次分析法在起重機防風抗滑評估權重計算中的應用，根據門座式起重機的結構特點其評估層次結構如圖2所示。

圖2 評估指標體系的層次結構圖

3.1 評價層的構權

以單因素評價層為例說明指標的構權過程。單因素評估層有裂紋指標、強度指標、變形指標、銹蝕指標剛度指標、穩定性指標、和維修指標，其構權過程：1）建立指標重要程度對比矩陣；2）對權重進行計算排序；3）對矩陣進行一致性檢驗計算[4,5]。

1）比較判斷矩陣 按照表1所給的標度，綜合考慮強度指標、剛度指標、穩定性指標、裂紋指標、變形指標、銹蝕指標和維修指標的評估值大小，對7個指標兩兩進行比較，形成比較判斷矩陣為

式中：aij表示元素i和元素j相對于同一層其他指標的重要程度，該值按表1所給的標度進行選取。其中，aji=1/aij。

表1 判斷矩陣標度及其含義

2）權重集的計算 用方根法計算權重集的過程如下。

①計算判斷矩陣A1中每行元素aij的乘積Mi

②計算Mi的7次方根βi

③對向量 β = (β1，β2，… ，β7)歸一化

權重向量W1=(w1，w2，… ，w7)T中的各元素即對應于變形指標、強度指標、剛度指標、裂紋指標、穩定性指標、維修指標和銹蝕指標的權重。

①計算判斷矩陣A的最大特征根λmax

②進行一致性檢驗。一般用C.I.(Consistency Index)一致性指標

然后計算一致性比例

計算結果小于0.1，則表示判斷矩陣中所取值是可接受的，表示專家在給出值的時候是相對客觀和嚴謹的。

4 模糊綜合評判

4.1 綜合評判的評估集

評估集是由對每個因素的評估結果組成，對于起重機防風抗滑性能本項目設置的評估集為

式中：v1∈（0，0.2］表示防風抗滑性能處于Ⅴ級狀態，該狀態表明起重機設計存在嚴重缺陷，且無法通過整改達到設計規范的要求；v2∈（0.2，0.4］表示防風抗滑性能處于Ⅳ級狀態，該狀態表明起重機防風抗滑性能不能滿足GB/T 3811—2008《起重機設計規范》（以下簡稱規范）的要求，但可以通過大型整改滿足要求；v3∈（0.4，0.6］表示防風抗滑性能處于Ⅲ級狀態，該狀態表明起重機防風抗滑性能不能滿足規范的要求，但可以通過一般整改滿足要求；v4∈（0.6，0.8］防風抗滑性能處于Ⅱ級狀態，該狀態表明起重機防風抗滑性能符合規范要求；v5∈（0.8，0.1］防風抗滑性能處于Ⅰ級狀態，該狀態表明起重機防風抗滑性能符合規范要求，且有充足的安全系數。

4.2 模糊綜合評判的過程

以頂層評價層說明模糊綜合評判的計算過程：頂層評價層評估值如表2所示。

表2 該門座起重機頂層評價層的指標評估值

4.2.1 權重的計算

根據評估值的大小及其固有的屬性，按照表1所給的標度，由專家對其兩兩進行比較，建立如下比較判斷矩陣。

矩陣中的每一行都表示某一個因素與其他因素相比的重要性程度。

計算得權重向量W=(0.33 0.33 0.33)，即分別對應子系統評估層的慣性制動器、輪邊制動器、夾軌器、錨定裝置的權重。

為判斷專家在打分時的思維是一致的，對判斷矩陣進行一致性計算，計算得CR=0＜0.1，故認為矩陣的一致性可以接受，專家的判斷是客觀公正的。

4.2.2 整機防風抗滑性能模糊評判

綜合評判的評估集，首先根據指標的評估值進行概率估計，然后匯總成模糊關系矩陣為

其模糊綜合評判指標

由加權平均法確定防風裝置的模糊綜合評判的評估值為

該計算結果表明起重機防風抗滑性能符合規范要求，且有充足的安全系數。

5 總結

本文運用防風抗滑性能評估方法從3個方面：防風抗滑裝置工作性能評估、金屬結構評估和整體穩定性評估，客觀且全方位地評估了防風抗滑性能。基于層次分析法與模糊綜合評判法建立了一套起重機防風抗滑性能評估方法。給出了涉及指標的量化的計算方法，提供了每個指標具體的權重計算方法。基于本文提出的方法，即可對在役起重機械進行客觀的防風抗滑性能評估。