鑄造起重機(jī)擔(dān)負(fù)著向轉(zhuǎn)爐傾倒鐵水及轉(zhuǎn)運(yùn)鋼水的任務(wù)。由于冶煉生產(chǎn)的節(jié)奏，決定了這種鑄造起重機(jī)的工作非常繁重。近幾年來，發(fā)現(xiàn)鑄造起重機(jī)使用過程中主梁存在疲勞裂紋現(xiàn)象，甚至因裂紋擴(kuò)展而斷裂坍塌，嚴(yán)重影響了起重機(jī)的安全運(yùn)行。為此，我們對(duì)主梁裂紋進(jìn)行了應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試，對(duì)行車的疲勞累計(jì)損傷和剩余壽命做出了評(píng)估。

測(cè)試儀器選擇

本次測(cè)試選用聚航科技生產(chǎn)的JHDY高速靜態(tài)應(yīng)變儀，采樣頻率5KHZ，廣泛用于橋梁、車輛、壓力容器等結(jié)構(gòu)動(dòng)載荷測(cè)試、疲勞測(cè)試。該儀器全軟件操作，多通道應(yīng)變值實(shí)時(shí)顯示，實(shí)時(shí)繪制時(shí)域曲線。精度高、功能強(qiáng)大。

主梁受力分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況了解，裂紋位置均在受壓區(qū)，裂紋形狀都是距上翼緣板50mm處，并沿與上翼緣板平行的方向延伸。受力較大位置主要在小車經(jīng)?？康?個(gè)工作點(diǎn)位置，即鋼包起吊位置、鋼包?？课恢谩撍畠A倒位置，也就是該行車發(fā)生裂紋的3處位置，而非主梁兩端和中間位置。這3處是小車工作位置，其受到的輪壓最大，可以認(rèn)為是主梁的危險(xiǎn)界面位置。因此，測(cè)點(diǎn)位置選擇了這3處。由于工作現(xiàn)場(chǎng)溫度高，最終選擇了中間的鋼包起吊位置進(jìn)行了測(cè)試。

測(cè)點(diǎn)位置的確定

幾個(gè)已經(jīng)發(fā)生裂紋的位置，均經(jīng)過處理，裂紋的大小及數(shù)量有進(jìn)一步惡化的趨勢(shì)。在裂紋產(chǎn)生的位置，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力已經(jīng)發(fā)生變化。為了確定主梁的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，最終確定測(cè)點(diǎn)在鋼包吊起位置，該處沒有附加修復(fù)鋼板，可以較準(zhǔn)確反映實(shí)際受力狀況，位置為艙室隔板兩側(cè)。

應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

行車一般提升的鋼水與鋼包質(zhì)量在135t-140t之間，期間行車需要先提升鋼包水行走80m，然后用主吊鉤將鋼包水運(yùn)至應(yīng)變花布置的下方10min以上，調(diào)整好位置后，用副鉤將鋼水傾倒到熔爐中。因此，此次測(cè)試過程為提升、行車、提升調(diào)整、傾倒四個(gè)步驟，測(cè)試時(shí)間為整個(gè)提升和傾倒過程。

應(yīng)變測(cè)量結(jié)果

根據(jù)測(cè)試原理中的主應(yīng)力計(jì)算公式和第四強(qiáng)度理論平均應(yīng)力計(jì)算公式，計(jì)算得到各點(diǎn)的第四強(qiáng)度理論平均應(yīng)力。本次僅分析測(cè)點(diǎn)2、4、5三個(gè)點(diǎn)的平均應(yīng)力值，通過靜態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)采集儀的軟件處理形成各點(diǎn)的平均應(yīng)力曲線（見圖1、圖2、圖3）。

疲勞壽命評(píng)價(jià)

根據(jù)以上測(cè)量結(jié)果可得知，行車在吊鋼包的過程中2^#點(diǎn)最大平均應(yīng)力可達(dá)105.5MPa，4^#點(diǎn)最大平均應(yīng)力可達(dá)61.2MPa，5^#點(diǎn)最大平均應(yīng)力可達(dá)54.9MPa，均為沖擊載荷，且最大平均應(yīng)力已大于16Mn在循環(huán)10⁷次的焊接疲勞強(qiáng)度100MPa。因此，可以得出結(jié)論，行車在多次循環(huán)載荷作用后肯定會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞。

由于本次試驗(yàn)沒有對(duì)行車應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，僅僅測(cè)量了一個(gè)吊鋼包載荷循環(huán)內(nèi)的數(shù)據(jù)，且已完成循環(huán)次數(shù)未知，因此無法更準(zhǔn)確地計(jì)算其剩余壽命。所以，本次測(cè)量分析結(jié)果中暫不包含行車剩余疲勞壽命的估計(jì)。通過定期監(jiān)測(cè)，確定一定周期內(nèi)最大平均應(yīng)力的變化，以及在最大應(yīng)力作用下的累計(jì)循環(huán)破壞次數(shù)即可進(jìn)行疲勞壽命計(jì)算。

結(jié)論

本次試驗(yàn)主要通過應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試確定行車主梁結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，以確定主梁在安全受力下運(yùn)行情況，同時(shí)為下一步開展行車主梁疲勞損傷和疲勞壽命計(jì)算提供依據(jù)，主要結(jié)論如下：

1. 在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)，行車在大部分時(shí)間內(nèi)應(yīng)力都較小，只有在提起鋼包、提運(yùn)鋼包行走、提升調(diào)整和傾倒四個(gè)時(shí)刻沖擊載荷較大。

2. 行車在工作過程中主梁受到較大的應(yīng)力，最大應(yīng)力可達(dá)105.5MPa，已超過16Mn材料的焊接疲勞強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)在多次循環(huán)載荷作用后肯定會(huì)發(fā)生疲勞破壞。

3. 行車主梁母材和焊接區(qū)域疲勞強(qiáng)度相差較大，焊接區(qū)域疲勞強(qiáng)度僅為母材的1/3左右。因此，若要準(zhǔn)確判斷結(jié)構(gòu)的疲勞壽命，測(cè)量過程中要重點(diǎn)關(guān)注焊接區(qū)域的應(yīng)力應(yīng)變變化規(guī)律。

根據(jù)測(cè)量結(jié)果，該行車在工作過程中局部瞬時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力值較大，超出16Mn材料的焊接疲勞強(qiáng)度，要加強(qiáng)對(duì)該行車的巡檢力度，定期做好探傷工作，考慮在能滿足生產(chǎn)需要的前提下盡量降低負(fù)荷，以避免在薄弱部位出現(xiàn)疲勞破壞。通過定期監(jiān)測(cè)能準(zhǔn)確地計(jì)算其剩余壽命，對(duì)有效避免因材料疲勞損傷造成的突發(fā)事故具有重大意義。