起重机金属结构应力测试

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摘 要：由于使用年限长、使用频繁、作业环境恶劣等原因，起重机金属结构容易受磨损及腐蚀而发生变形，导致刚度和强度也跟着变小，此时必须采取一定的措施来改造金属结构来稳定起重机设备的持续运行。而改造后的金属结构需进行安全性与合理性的鉴定，那么就需要进行应力测试，分析改造前后金属结构应力的测试变化情况。本文主要介绍了起重机中应力测试的作用及应力测试的一些常用形式和方法。并结合实例分析了在起重机金属结构中应力测试的应用。

关键词：应力测试；起重机；金属结构；作用

应力测试主要就是通过测试结构或构件的静态或动态的应力应变以及掌握应力应变的分布规律及动态应变的规律，并检验强度的储备，另外利用频谱对刚度和强度进行分析检验，从而准确判断出结构或构件是否合理。在起重机改造金属结构后运用应力测试不仅有利于了解金属结构的真实性能，其运用能力也决定着测试结果的准确度，所以在实施应力测试时要明确其方法的应用，使其作用发挥到最大。

一、应力测试的作用

1.应力水平和强度储备的验证

由于经验系数的引入及计算环境的简化导致起重机金属结构中应力水平和强度储备的理论计算结果与实际情况不符，存在有很大的误差。另外，又因为在运输、安装、试验、使用过程中有一定的磨损，与设计值相比，实际应力水平要下降很多，而复杂的环境、长期的使用和不可预测的事故及不可计量化的超载都影响着金属结构的承载能力并且无法准确计算出来。而使用应力测试技术就可以不受上述条件的限制，它能快速了解金属结构准确的应力分布规律，并根据经验值与理论值之间的比较对应力分布的合理性进行评价，并计算出金属结构的安全系数，从而验证了金属结构的应力水平和强度储备，判断出它的使用性能。

2.缺陷的诊断和指导修复

起重机金属结构缺陷并不是立马显现的，它可能会先潜伏一段时间然后才慢慢显现出来，并且有很多隐藏的缺陷是很难在工作中及时发现的。这样就需要通过应力测试来查看缺陷是否存在，并找出导致缺陷的原因作为依据指导缺陷的修复。

3.校核改进结构设计

受力学模型简化的影响，起重机金属结构设计的合理性是依据力学模型的简化的合理性来判断，然而科学合理的模型简化却只有在不断的实践探索中才能得出来。但是起重机金属结构的设计可以通过应力测试来进行校核，并根椐测试后的结果科学的简化力学模型以促使结构设计能够得到改进和创新。

二、应力测试的常用方式和方法

在起重机金属结构的安全性能试验中应力测试是其重要的一个环节，需先设计一个科学的测试方法，再组建一个合理的测试系统、需选用合格的检测仪器，对起重机金属结构进行载荷试验，采集测点的数据输进测试系统进行分析得出诊断结论。

现在应力测试的常用方法有很多种，但适合用于起重机金属结构的却只有光测法、射线法和电阻式等几种，这主要是因为起重机金属结构非常复杂，影响受力因素多，工况特别容易发生变化，很多方法在金属结构中都无法进行性能评估。电阻式应力测试法是所有应力测试方法中最常用及成熟的一种测试方法，它主要是利用设置应变片来测试电阻的变化，然后根据得出的数值计算应变。电阻应变片的原理是基于金属的应变效应，金属丝的电阻随着它所受的机械变形（拉伸或压缩）的大小而发生相应的变化的现象。应变片具有测试范围广、灵敏度与精确度高，且体型小巧易于安装又不会影响应力的状态等优点，但是也存在着输出信号弱，单向测量和长时间使用容易锈蚀等缺点。光测法是根据光弹性法这一原理进行设计的，在偏振光场中由于光弹性材料的双折射效性的特性在受应力影响情况下会出现干涉条纹，而测量和计算干涉条纹就可以得出被测件的应力情况。比如在光纤技术中，它主要是通过光信号来承载被测件的应力变化信息，又可以很好的兼容电子装置，且基本不受外界干扰，高压强电磁环境下都可以在线监测作业，及小损耗的传输能力便于远程监测操作。不过现今为止该方法还未在起重机金属构件中得到广泛的使用，还需要加强推广和发展。射线法就是基于射线衍射的原理，而X射线衍射技术又是其中最为经典的，它可以以布拉格定律为依据逐步推算出被测件的应力情况。这种方法虽然精确度很高，但是测量效率偏低且不利于携带。

目前应力测试技术得到大力的发展，其在起重机金属结构检测中的应用与作用力也跟着扩大。比如电阻式应力测试不需要现场焊接，可直接简化应变片与屏蔽电缆之间的连接方式，使得更能很好满足起重机现场检验的需要。光纤应力测试为符合起重机的检验正在努力提高其结构模型的专业度，使得在大型起重机中在线监测在安全性能评估中运用得更加广泛，且能提升抗干扰能力，最终以无线遥感觉来替代有线测试。

三、应力测试的实例图分析

本试验为某船厂MH25+25-40电动葫芦门式起重机，考虑到该吊机的左部分为刚性结构，右端支撑为铰接支故主要以左端应力测试为主，被测部位立柱、横梁和底座。

实测各点的应变数据：

为计算应力大小，取材料的弹性模量为：E=2.10e11Pa

吊机上部分测试数据：

1.根据实例数据说明

本试验采用极限工作载荷组合，需要考虑的载荷有：

①额定起升载荷（25+25）t，取过载系数 1.25加载至62.5t，进行静载受力测试试验。

②额定起升载荷（25+25）t，取过载系数 1.25加载至62.5t，进行下降急停受力测试试验。

③额定起升载荷（25+25）t，取过载系数 1.25加载至62.5t，小车运行与下降联动急停受力测试。

④额定起升载荷（25+25）t，取过载系数 1.25加载至62.5t，大运行与下降联动急停受力测试。

⑤弹性模量E=2.1E+11 Pa，泊松比μ=0.3。

分别对以上几种工况进行分析可以看到，

①1.25倍额定载荷下起重机横梁中位置时静应力最大值为73.9MPa。

②1.25倍额定载荷下下降急停时的最大过载应力与静载下的大小类似，这是由于该吊机的下降速较小，并且该机的刹车系统不能保证在过载下的停止状态，重物以一定的速度下滑，未能达到急停冲击的测量效果。

③1.25倍额定载荷下小车与下降联动急停、大车与下降联动急停时的应力均与静载下差别不大，原因同②。按1.5倍计算冲击应力，其最大冲击应力应不大于110Mpa。

可以看到在以上几种工况下结构的最大应力小于[σ]=176.7 Mpa，所以该起重机的静、动强度满足设计要求，可安全使用。

根据上文可以知道在起重机金属结构中应力测试对性能检测和安全评估起着重要性作用。随着应力测试方法和技术得到很大进步和发展，起重机检测中应力测试也应用得更加频繁。而科学合理的应力测试技术和方法是起重机安全稳定运行的重要保证，这就需要相关人员对应力测试进行更加深入的了解及研究使其作用力发挥到更大。

参考文献：

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