1概述

服役起重機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)、零部件狀態(tài)、使用壽命及性能與企業(yè)安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益密切相關(guān),因此開(kāi)展服役設(shè)備,尤其服役超過(guò)15年以上的設(shè)備結(jié)構(gòu)狀態(tài)、能力評(píng)估非常重要。應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試技術(shù)是評(píng)價(jià)起重設(shè)備金屬結(jié)構(gòu)狀態(tài)的重要手段,通過(guò)測(cè)試起重設(shè)備金屬結(jié)構(gòu)在載荷作用下的受力和工作狀態(tài),確定應(yīng)力、應(yīng)變、位移和加速度等力學(xué)參數(shù),用以解決起重設(shè)備金屬結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度問(wèn)題。應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試原理為測(cè)試結(jié)構(gòu)在外力作用下,內(nèi)部會(huì)由于外力作用產(chǎn)生應(yīng)力或者應(yīng)力分布的變化,一般采用測(cè)定結(jié)構(gòu)在外力作用下產(chǎn)生的應(yīng)變s,根據(jù)胡克定律a=Es的關(guān)系求出應(yīng)力。

目前,應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試技術(shù)在起重機(jī)結(jié)構(gòu)安全評(píng)估過(guò)程中的主要作用有:(1）金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)力水平和強(qiáng)度儲(chǔ)備:(2）校核設(shè)計(jì)和改進(jìn)設(shè)計(jì):(3）為金屬結(jié)構(gòu)故障修復(fù)提供依據(jù)等。在金屬結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方面的研究和應(yīng)用較少,僅有交通部港口機(jī)械質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心的孫昌之在《起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)力測(cè)試的作用》一文中提到:通過(guò)應(yīng)力測(cè)試,根據(jù)應(yīng)力值異常發(fā)現(xiàn)故障是一種行之有效的方法,并簡(jiǎn)述了通過(guò)應(yīng)力異常發(fā)現(xiàn)裂紋的應(yīng)用,并沒(méi)有關(guān)于故障診斷的一般技術(shù)操作方法和依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。由此可見(jiàn),應(yīng)力應(yīng)變技術(shù)在結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方面的研究和應(yīng)用主要存在以下兩個(gè)問(wèn)題:(1）缺少應(yīng)力應(yīng)變技術(shù)結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)的一般技術(shù)操作方法:(2）缺少結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)判定和評(píng)價(jià)指標(biāo)。

基于上述兩個(gè)問(wèn)題,本文以一臺(tái)使用了30年的75t橋式雙梁起重機(jī)主梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變損傷檢測(cè)為例,探討應(yīng)力應(yīng)變技術(shù)結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)的一般技術(shù)操作方法和結(jié)構(gòu)損傷的判定、評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

2.1樣機(jī)測(cè)試說(shuō)明

被測(cè)試起重機(jī)的基本資料如表1所示。

應(yīng)力測(cè)試數(shù)據(jù)采集設(shè)備:TMR-211型多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

應(yīng)力測(cè)試傳感器:FLA-5-11型電阻應(yīng)變片。

測(cè)試參數(shù)設(shè)置:采樣頻率100Hz,濾波器低通截止頻率設(shè)置30Hz。

應(yīng)力測(cè)試選點(diǎn)原則:主要依據(jù)橋式起重機(jī)一般受力較大和受力較為復(fù)雜的位置進(jìn)行測(cè)試,本次應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試選點(diǎn)位置如圖1所示,靠近司機(jī)室一側(cè)梁為I梁,另一側(cè)梁為Ⅱ梁。

測(cè)試樣機(jī)如圖2所示,測(cè)點(diǎn)布置現(xiàn)場(chǎng)如圖3所示。

測(cè)試工況:跨中吊載額定載荷一小車(chē)運(yùn)行至跨端一小車(chē)運(yùn)行至另一跨端一再次回到跨中一落下試驗(yàn)載荷(起升和下降過(guò)程均有制動(dòng)動(dòng)作）。

22應(yīng)力異常信號(hào)分析

通過(guò)對(duì)各測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)在I梁3號(hào)測(cè)點(diǎn)應(yīng)力測(cè)試數(shù)據(jù)存在應(yīng)力突變異常,突變位置的異常應(yīng)力比正常地方大20MPa以上。由此可以推測(cè)該位置存在結(jié)構(gòu)損傷,建議進(jìn)行常規(guī)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)確認(rèn)。異常信號(hào)圖如圖4所示。

通過(guò)對(duì)該位置進(jìn)行超聲波檢測(cè)和磁粉檢測(cè),并對(duì)該箱型主梁進(jìn)行開(kāi)孔內(nèi)部檢查,發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)損傷有:(1）軌道兩側(cè)主梁面板存在較多"魚(yú)尾紋"式的表面裂紋;(2）面板材料存在分層損傷;(3）箱型主梁內(nèi)部隔板為點(diǎn)焊,連接不緊密。結(jié)構(gòu)損傷具體如圖5、圖6所示。

圖5面板表面裂紋

圖6超聲檢測(cè)面板分層損傷

23制動(dòng)動(dòng)作產(chǎn)生的沖擊信號(hào)分析

修復(fù)前:主梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部隔板與腹板、面板均采用點(diǎn)焊連接,且有的點(diǎn)焊已失效,如圖7所示。

修復(fù)后:根據(jù)起重機(jī)制造要求,對(duì)主梁內(nèi)部隔板與腹板、面板,采用連續(xù)焊縫進(jìn)行修復(fù),修復(fù)后的結(jié)果如圖8所示。

通過(guò)對(duì)修復(fù)前、后1梁1號(hào)跨中測(cè)點(diǎn)兩次上升制動(dòng)動(dòng)作產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)沖擊應(yīng)力測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比分析可知:(1）第一次應(yīng)力測(cè)試信號(hào)的上升制動(dòng)動(dòng)作產(chǎn)生的沖擊信號(hào)具有沖擊信號(hào)幅值較小,沖擊系數(shù)較小,持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn);(2）修復(fù)后的第二次應(yīng)力測(cè)試上升制動(dòng)動(dòng)作產(chǎn)生的沖擊信號(hào),相比第一次具有沖擊幅值較大,沖擊系數(shù)較大,持續(xù)時(shí)間短,較為符合彈性結(jié)構(gòu)制動(dòng)產(chǎn)生的沖擊信號(hào)特征。

通過(guò)上述發(fā)現(xiàn)可以得到:上升制動(dòng)動(dòng)作產(chǎn)生的沖擊信號(hào)特征能夠反映和評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)密實(shí)性等整體損傷劣化程度。

圖9為修復(fù)前1梁1號(hào)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù),圖10為修復(fù)前制動(dòng)動(dòng)作沖擊信號(hào),圖11為修復(fù)后1梁1號(hào)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù),圖12為修復(fù)后制動(dòng)動(dòng)作沖擊信號(hào)。

圖9修復(fù)前1梁1號(hào)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)

3結(jié)論與展望

通過(guò)實(shí)例測(cè)試驗(yàn)證分析可知:(1）應(yīng)力突變信號(hào)可以較好反映結(jié)構(gòu)損傷位置;(2）結(jié)構(gòu)制動(dòng)動(dòng)作產(chǎn)生的沖擊信號(hào)能夠反映和評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)密實(shí)性等整體性損傷。

雖然采用應(yīng)力測(cè)試技術(shù)通過(guò)合理布置應(yīng)力測(cè)點(diǎn),可以很好地了解結(jié)構(gòu)應(yīng)力水平及強(qiáng)度儲(chǔ)備情況,

圖10修復(fù)前制動(dòng)動(dòng)作沖擊信號(hào)

圖11修復(fù)后1梁1號(hào)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)

圖12修復(fù)后制動(dòng)動(dòng)作沖擊信號(hào)

還可較好地反映結(jié)構(gòu)損傷情況,但是通過(guò)應(yīng)力測(cè)試數(shù)據(jù)分析結(jié)構(gòu)損傷的技術(shù),還需深入研究損傷類(lèi)型與信號(hào)的關(guān)系、損傷程度與信號(hào)特征參數(shù)關(guān)系等。因此,要想成熟應(yīng)用應(yīng)力測(cè)試結(jié)構(gòu)損傷評(píng)價(jià)技術(shù),還應(yīng)進(jìn)行更多的理論和實(shí)例檢測(cè)分析。