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摘 要：在基础设施的建设以及工业生产当中，大型起重机械设备起到了非常大的作用，而对于大型起重机械的安全评估以及寿命预测也非常的必要。本文结合了起重机械的工作特点以及实例来对大型起重机械安全评估与寿命预测进行了详细的分析与说明。
关键词： 起重机械 安全评估 寿命预测
一、引言
在经济社会的各个领域当中，主要的物料运输工具就是大型起重机械，对大型起重机械的应用非常的广泛，而大型起重机械的重要性也变得越来越大。尤其是在基础设施建设以及工业生产中，更是离不开对大型起重机械的使用，成为了必要设备。
在这个背景之下，大型起重机械的安全性也变得越来越重要。由于长期对大型起重机械设备进行频繁的使用会损耗一部分机械本身的性能，而在实际的运行当中，一旦出现了问题就会造成严重的后果。因此对大型起重机械进行安全评估和寿命预测的分析是非常必要的。
二、起重机安全评估与寿命预测的主要考量指标
（1）金属结构评估
在对起重机进行多年的使用之后，起重机的金属结构难免会出现一定的故障，如变形、裂纹以及腐蚀等等，随着金属结构的损害程度加大，起重机的安全性也会逐渐的降低。起重机的金属结构通常具有全局性，对整机的作业能力有着重要的影响，因此对于起重机金属结构的安全评估非常的重要。评估金属结构的时候主要包括整体评估和连接处的评估，需要注意是否有明显的裂纹，大面积课件的腐蚀以及金属结构的主梁是否出现下挠等等，这样才能够知道起重机的金属结构是否达到了安全标准。
（2）起升机构评估
钢丝绳、吊钩以及滑轮和起升结构的其它零部件是起重机起升机构的重要组成部分，因此在对起升机构进行安全评估的时候，应该重点检查以上部分。对于吊钩，应该检查是否有裂纹和磨损等等，是否出现了疲劳变形等情况。对于压板和绳卡等装置也要仔细的检查。滑轮装置的转动是否灵活和钢丝绳有没有扭结和断丝的检查也非常重要。对于其它零部件的检查应该把重点放在制动装置是否能够正常运行以及绳器是否完好等等。
（3）运行机构评估
运行机构评估主要是评估起重机运行机构的零件和工作的情况。如零部件的表面是否出现磨损，制动器是否出现裂纹，传动轴是否扭转变形，减速器在工作过程中是否出现异常的振动和响动，车轮踏面和轮缘是否过度磨损以及联轴器的连接处是否松动等等。
（4）电气系统评估
起重机上较为复杂的部分就是电气系统，在振动和冲击情况下发生故障的概率比较高，安全评估重点放在控制装置和电气保护两方面。
控制装置。应该检查电器元件是否正确的安装，供电电缆是否裸露和老化，电刷和螺栓触头等部位的连接是否可靠，电气线路的绝缘是否达标等等。
电气保护。应该对起重机是否存在紧急断电开关进行检查，起重机的电源和其它机构的安全保护设施是否可靠以及对电器电路卡祖现象的检查也非常重要。
（5）安全装置评估
力矩限制器、防风装置、超载保护装置、极限位置限制器、缓冲器、防后倾翻装置、滑线防护板、通道口连锁保护以及防护罩是构成起重机安全装置的九大组成部分，因此在评估安全装置的时候一定要对每一部分都进行详细的检查。
（6）轨道评估
对于轨道的安全评估主要看运行有没有异常的振动以及啃轨现象，螺栓和压板是否齐全以及是否正确的安装。
（7）试验评估
应该对起重机进行空载、额载、静载以及动载试验来检查是否有异常情况发生。
（8）作业环境及外观
起重机的明显部分是否有额度起重量标志，以及是否有安全警示标示等等。
三、大型起重机械的安全评估与寿命预测实例
下面以一台已经运行了十五年的大型门式起重机作为例子，来对大型起重机械的安全评估和寿命预测进行详细的分析，具体评估流程图如下：
（1）外观检查与无损检测
在对该大型起重设备进行检查的时候，首先要进行的就是详细检查外观。经过专业的检查工作人员检查之后发现该机械的受力部位存在着一定程度的锈蚀，而在一些地方还存在着漏水孔堵塞导致积水的现象。进行外观检查的主要目的就是对起重机整机的危险源进行排查。
无损检测。在观察大型起重机械设备的时候，无损检测也是必须要做的。无损检测主要有一下几点：一是要测量整个塔吊的主金属结构的实际厚度；二是要检查主要的零部件，重点就是对主要的零部件是否存在裂纹危险进行明确；三是对吊钩记忆主要轴类件进行磁粉探伤。通过详细的检测之后，可以知道该大型起重机械的门架所有的观测数目是73，但不及格率达到了20%，吊臂基本及格，塔身的不及格率是23%，平衡臂的不及格率是10%，总的不及格率为23.6%。在无损检测完成之后，该机械设备存在的一系列问题就会被工程人员发现，而在实际的生产过程当中，也必须非常重视上面所提到的问题。
（2）应力测试
应力测试主要就是对该设备的关键部位进行测试。在应力测试的进行测试。在应力测试的进行过程当中首先就是要根据整机的变截面为止以及关键位置来对观测点进行确定。本次应力测试的测试点有26处。在对观测点进行确定之后还需要用电阻式传感器来实时采集数据。最后就是通过计算机软件来处理和分析原始数据。大型起重设备的荷载方式共有大载荷、中间载荷以及空载三种。
在对26个观测点进行专业分析之后，发现塔身成对布设的测点数据呈现出特定的规律。吊臂一侧是压应力，平衡臂一侧是拉应力。经过调查之后发现塔身和平衡臂的连接处的应力值最大。经过分析之后得出的结论是该设备在之后的使用过程当中在吊运大吨位货物的时候必须要用两机联吊的方法来进行，对于大荷载起吊也要尽量的减少。
（3）有限元计算 要让大型起重设备的安全评估和科学预测得到保证，有限元数值模拟是重要的方法。在评估大型起重机械设备的时候由于受到种种条件的限制，在现场只能预测特定的工况。而要想全面评价和鉴别大型起重机械设备就需要用到有限元数值模拟的方法，主要有结构动力学计算和结构静力学计算两种形式。
结构静力学计算。结构静力学计算就是在最大的幅度下科学预测出整机结构的应力应变，这个工作主要是通过建模计算来进行。本文对现场评估状态以及设计状态分别进行了有限元数值分析，计算的塔吊在最大幅度下的应力应变，这样就可以得出最大幅度时该设备的符合制造材料的许用应力要求，下图为评估状态下的应力云图。
结构动力学计算。大型起重机械设备的性能会受到结构动态性能的影响。起重机结构产生疲劳破坏的重要原因就是机械振动，同时还可能产生噪音和共振。在对起重机结构动力性能进行考察的时候需要对起重机结构的模态频率进行重点的关注。工作人员在观测起重机动态性能的时候也是根据模态频率来进行。
在对塔吊进行了模态分析之后，发现塔吊主结构的前十阶模态振动频率都在1到2之间，高阶模态也出现了局部模态，因此该设备在实际使用的时候应该尽量避免频繁的启动，对于已变形的杆件也要修复和加强，让塔吊的结构局部避免出现失稳破坏的情况。下图是塔吊设计状态和现场评估状态下结构最大应力图。
（4）寿命预测
科学预测起重机的寿命对于让起重机的设备性能提升以及让基础设施和工业生产能够正常运行相当重要。目前港口起重机金属结构出现问题的主要原因就是疲劳破坏。长期的疲劳破坏会让金属结构以及机械零件出现损伤。对大型起重机械设备的寿命预测的计算方法主要是通过对损伤原理的累计来进行。结合实际情况进行计算之后，最终得出当前的大型起重机械设备的剩余寿命只有四年。
四、结言
在基础设施的建设以及工业生产当中，大型起重机械设备起到的作用非常的大，而对大型起重机械设备的安全评估以及寿命预测也非常的重要，上面以某大型起重机械设备为例对安全评估和寿命预测的各个环节和步骤进行了详细的说明，在今后对这方面工作的研究也必须要加强。
参考文献：
[1]张光翔.压力容器失效分析与安全评定技术现状与展望[J].中国公共安全（学术版）.2008（Z1）
[2]李鹤林张广利. 失效的预测预防[J].理化检验-物理分册.2006（3）
[3]钟群鹏.失效分析与安全[J].理化检验.物理分册.2005（05）
[4]郭寒竹.建筑起重机械典型责任事故分析[J].建筑机械化.2011（01）
作者简介：
1.陈 灿（1998---），男，武汉人，武汉市第二十中学；
2.狄义华（1950---），男，武汉人，武汉纺织大学教师；
关键词： 起重机械 安全评估 寿命预测
一、引言
在经济社会的各个领域当中，主要的物料运输工具就是大型起重机械，对大型起重机械的应用非常的广泛，而大型起重机械的重要性也变得越来越大。尤其是在基础设施建设以及工业生产中，更是离不开对大型起重机械的使用，成为了必要设备。
在这个背景之下，大型起重机械的安全性也变得越来越重要。由于长期对大型起重机械设备进行频繁的使用会损耗一部分机械本身的性能，而在实际的运行当中，一旦出现了问题就会造成严重的后果。因此对大型起重机械进行安全评估和寿命预测的分析是非常必要的。
二、起重机安全评估与寿命预测的主要考量指标
（1）金属结构评估
在对起重机进行多年的使用之后，起重机的金属结构难免会出现一定的故障，如变形、裂纹以及腐蚀等等，随着金属结构的损害程度加大，起重机的安全性也会逐渐的降低。起重机的金属结构通常具有全局性，对整机的作业能力有着重要的影响，因此对于起重机金属结构的安全评估非常的重要。评估金属结构的时候主要包括整体评估和连接处的评估，需要注意是否有明显的裂纹，大面积课件的腐蚀以及金属结构的主梁是否出现下挠等等，这样才能够知道起重机的金属结构是否达到了安全标准。
（2）起升机构评估
钢丝绳、吊钩以及滑轮和起升结构的其它零部件是起重机起升机构的重要组成部分，因此在对起升机构进行安全评估的时候，应该重点检查以上部分。对于吊钩，应该检查是否有裂纹和磨损等等，是否出现了疲劳变形等情况。对于压板和绳卡等装置也要仔细的检查。滑轮装置的转动是否灵活和钢丝绳有没有扭结和断丝的检查也非常重要。对于其它零部件的检查应该把重点放在制动装置是否能够正常运行以及绳器是否完好等等。
（3）运行机构评估
运行机构评估主要是评估起重机运行机构的零件和工作的情况。如零部件的表面是否出现磨损，制动器是否出现裂纹，传动轴是否扭转变形，减速器在工作过程中是否出现异常的振动和响动，车轮踏面和轮缘是否过度磨损以及联轴器的连接处是否松动等等。
（4）电气系统评估
起重机上较为复杂的部分就是电气系统，在振动和冲击情况下发生故障的概率比较高，安全评估重点放在控制装置和电气保护两方面。
控制装置。应该检查电器元件是否正确的安装，供电电缆是否裸露和老化，电刷和螺栓触头等部位的连接是否可靠，电气线路的绝缘是否达标等等。
电气保护。应该对起重机是否存在紧急断电开关进行检查，起重机的电源和其它机构的安全保护设施是否可靠以及对电器电路卡祖现象的检查也非常重要。
（5）安全装置评估
力矩限制器、防风装置、超载保护装置、极限位置限制器、缓冲器、防后倾翻装置、滑线防护板、通道口连锁保护以及防护罩是构成起重机安全装置的九大组成部分，因此在评估安全装置的时候一定要对每一部分都进行详细的检查。
（6）轨道评估
对于轨道的安全评估主要看运行有没有异常的振动以及啃轨现象，螺栓和压板是否齐全以及是否正确的安装。
（7）试验评估
应该对起重机进行空载、额载、静载以及动载试验来检查是否有异常情况发生。
（8）作业环境及外观
起重机的明显部分是否有额度起重量标志，以及是否有安全警示标示等等。
三、大型起重机械的安全评估与寿命预测实例
下面以一台已经运行了十五年的大型门式起重机作为例子，来对大型起重机械的安全评估和寿命预测进行详细的分析，具体评估流程图如下：
（1）外观检查与无损检测
在对该大型起重设备进行检查的时候，首先要进行的就是详细检查外观。经过专业的检查工作人员检查之后发现该机械的受力部位存在着一定程度的锈蚀，而在一些地方还存在着漏水孔堵塞导致积水的现象。进行外观检查的主要目的就是对起重机整机的危险源进行排查。
无损检测。在观察大型起重机械设备的时候，无损检测也是必须要做的。无损检测主要有一下几点：一是要测量整个塔吊的主金属结构的实际厚度；二是要检查主要的零部件，重点就是对主要的零部件是否存在裂纹危险进行明确；三是对吊钩记忆主要轴类件进行磁粉探伤。通过详细的检测之后，可以知道该大型起重机械的门架所有的观测数目是73，但不及格率达到了20%，吊臂基本及格，塔身的不及格率是23%，平衡臂的不及格率是10%，总的不及格率为23.6%。在无损检测完成之后，该机械设备存在的一系列问题就会被工程人员发现，而在实际的生产过程当中，也必须非常重视上面所提到的问题。
（2）应力测试
应力测试主要就是对该设备的关键部位进行测试。在应力测试的进行测试。在应力测试的进行过程当中首先就是要根据整机的变截面为止以及关键位置来对观测点进行确定。本次应力测试的测试点有26处。在对观测点进行确定之后还需要用电阻式传感器来实时采集数据。最后就是通过计算机软件来处理和分析原始数据。大型起重设备的荷载方式共有大载荷、中间载荷以及空载三种。
在对26个观测点进行专业分析之后，发现塔身成对布设的测点数据呈现出特定的规律。吊臂一侧是压应力，平衡臂一侧是拉应力。经过调查之后发现塔身和平衡臂的连接处的应力值最大。经过分析之后得出的结论是该设备在之后的使用过程当中在吊运大吨位货物的时候必须要用两机联吊的方法来进行，对于大荷载起吊也要尽量的减少。
（3）有限元计算 要让大型起重设备的安全评估和科学预测得到保证，有限元数值模拟是重要的方法。在评估大型起重机械设备的时候由于受到种种条件的限制，在现场只能预测特定的工况。而要想全面评价和鉴别大型起重机械设备就需要用到有限元数值模拟的方法，主要有结构动力学计算和结构静力学计算两种形式。
结构静力学计算。结构静力学计算就是在最大的幅度下科学预测出整机结构的应力应变，这个工作主要是通过建模计算来进行。本文对现场评估状态以及设计状态分别进行了有限元数值分析，计算的塔吊在最大幅度下的应力应变，这样就可以得出最大幅度时该设备的符合制造材料的许用应力要求，下图为评估状态下的应力云图。
结构动力学计算。大型起重机械设备的性能会受到结构动态性能的影响。起重机结构产生疲劳破坏的重要原因就是机械振动，同时还可能产生噪音和共振。在对起重机结构动力性能进行考察的时候需要对起重机结构的模态频率进行重点的关注。工作人员在观测起重机动态性能的时候也是根据模态频率来进行。
在对塔吊进行了模态分析之后，发现塔吊主结构的前十阶模态振动频率都在1到2之间，高阶模态也出现了局部模态，因此该设备在实际使用的时候应该尽量避免频繁的启动，对于已变形的杆件也要修复和加强，让塔吊的结构局部避免出现失稳破坏的情况。下图是塔吊设计状态和现场评估状态下结构最大应力图。
（4）寿命预测
科学预测起重机的寿命对于让起重机的设备性能提升以及让基础设施和工业生产能够正常运行相当重要。目前港口起重机金属结构出现问题的主要原因就是疲劳破坏。长期的疲劳破坏会让金属结构以及机械零件出现损伤。对大型起重机械设备的寿命预测的计算方法主要是通过对损伤原理的累计来进行。结合实际情况进行计算之后，最终得出当前的大型起重机械设备的剩余寿命只有四年。
四、结言
在基础设施的建设以及工业生产当中，大型起重机械设备起到的作用非常的大，而对大型起重机械设备的安全评估以及寿命预测也非常的重要，上面以某大型起重机械设备为例对安全评估和寿命预测的各个环节和步骤进行了详细的说明，在今后对这方面工作的研究也必须要加强。
参考文献：
[1]张光翔.压力容器失效分析与安全评定技术现状与展望[J].中国公共安全（学术版）.2008（Z1）
[2]李鹤林张广利. 失效的预测预防[J].理化检验-物理分册.2006（3）
[3]钟群鹏.失效分析与安全[J].理化检验.物理分册.2005（05）
[4]郭寒竹.建筑起重机械典型责任事故分析[J].建筑机械化.2011（01）
作者简介：
1.陈 灿（1998---），男，武汉人，武汉市第二十中学；
2.狄义华（1950---），男，武汉人，武汉纺织大学教师；