摘要：港口大型起重机是从事港口装卸作业的主要机械，在港口生产中起着非常重要的作用。由于港口起重机械具有结构复杂、工作负荷大及工作环境恶劣等特点，经长期服役后其金属结构的安全可靠性成为影响安全生产的重要问题。目前，国内港口企业对大型起重机金属结构进行的安全性检查通常为停机状态下的人工定期检查，检查结果不能反映起重机在承载时金属结构变形与受力状态的实际情况。为此，国内学者采用不同方法对起重机金属结构承载安全性及结构应力测试开展相关研究：利用有限元分析软件对起重机整机结构进行应变和应力分布状态分析；采用静态或动态应变仪对起重机结构进行现场应变测试；利用光纤光栅传感器建立起重机械结构的健康监测系统，实现对港口机械结构应力的在线实时监测与分析。大型工程机械金属结构的失效往往会导致重大经济损失，且社会影响较大，因此国外对户外大型起重机械结构健康监测非常重视，很早就开展起重机金属结构应力监测及疲劳裂纹监测的研究工作，并通过无线通信技术远程监控起重机械，实现在线健康监测与远程故障诊断。远程监控和在线诊断已成为户外大型起重机械结构安全性检验的发展趋势。
关键词：港口；起重机械；断裂力学；安全性评估
引言
起重机械属于国家明文规定的涉及人身、财产安全的大型特种设备，强化其安全监测以及维修保养，尤其是应用年限过长存在疲劳破坏起重机械的安全监测以及维修保养至关重要。多数港口大型起重机械的使用寿命在20年～25年左右，对于港口起重机械服役到期后的处理问题一直困扰着港口管理人员。因此，对于港口起重机械金属结构的安全监测以及故障问题检测分析维修成为解决以上问题的最佳选择。
1港口起重机械结构的安全性
随着国民经济的快速发展，港口起重设备大型化趋势愈益明显，单机造价越来越高。用户总是希望延长起重机的工作年限，而起重机械金属结构的使用寿命对其工作年限具有重要影响。疲劳破坏是港口起重机金属结构失效的主要形式，而港口起重机金属结构作为一个承载结构系统，它的失效不仅使起重机失去功能，而且容易导致断臂等重大事故。引起港口起重机金属结构失效的故障主要有裂纹、局部或整体变形、折断、锈蚀、刚度不足等，其中裂纹是目前港口起重机械金属结构的主要故障形式，在门座起重机的转柱、门架、人字架、小拉杆、大拉杆、象鼻梁、臂架等主要构件上经常出现。裂纹主要出现在焊缝或焊缝附近的母材上，它在一定的变化载荷作用下往往会扩展，致使金属结构出现故障。
2 以断裂力学为基础的港口起重机械结构安全性评估系统
2.1.1 研究港口起重机械结构安全性评估系统的必要性到2005年底，全国港口拥有生产用码头泊位35242个，其中万吨级及以上泊位1034个，配套装备的各类港口装卸机械达10万余台，其中相当数量是早期我国自行设计制造的，也有少数是从美、日等国进口的二手设备。这批设备的机械零件、金属结构已不同程度地出现了各种损伤，按设计寿命20年考虑，均己进入服役后期或超期服役阶段。但由于港口具体条件和设备更新费用的限制，不少有结构损伤的设备仍在港口第一线繁忙地工作，对安全生产构成了潜在的威胁。随着时间的推移，还将有大批设备相继服役期满，如何对这些设备作出适当的处理，是港口面临的重要课题。笔者结合上述实际，对在役港口起重机械钢结构安全性评估方法进行了广泛深入的研究，提出了一套适合我国港口起重机械结构的安全性评估系统。
2.2安全性评估检测及评估程序
安全性评估包括对评定对象的状况调查（历史、工况、环境）、缺陷成因分析、失效模式判断、材质检验（包括性能、损伤与退化等）、应力分析、必要的实验与计算，然后对评定对象的安全性进行综合分析和评价。主要程序如下：（1）调查被评估对象的设计、制造、安装、使用等基本情况和数据。（2）取得缺陷检验数据。（3）材料性能数据测试或选用。（4）应力状况、应力测试和应力分析。（5）综合安全评价与评估结论。（6）出具评估报告并给出明确的评估结论和继续使用的条件。
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2.3 安全性评估系统的组成
安全性评估系统硬件组成主要包括：①声发射检测设备———用于动态监测、检测材料的开裂和裂纹扩展，以及缺陷的定位；②超声波探伤设备———用于结构内部多种缺陷（焊缝、裂纹、夹杂、气孔等）的检测、定位、评估和诊断；③应力应变测量设备———用于金属结构应力应变的动态监测和测量。
3港口起重机械金属结构实际安全问题的检测检验分析
3.1金属结构锈蚀问题的检测检验分析
对于港口起重机械金属，由于港口水汽以及盐雾等大气环境问题，起重机械的金属结构常存在不同程度的锈蚀现象。对于港口起重机械的防腐蚀施工要求较为严格，表层清洁不彻底可加速腐蚀速度，增加腐蚀严重程度。因此应强化起重机械的金属结构锈蚀问题检测检验与防腐蚀管理。
3.2金属结构焊接裂纹问题的检测检验分析
港口起重机械的金属结构部分并非一体化形成，而是有金属进行焊接拼接而成。长期受力作业状态下，可造成金属结构疲劳损坏，出现焊接裂纹现象。在变应力作用下，焊接裂纹由小变大，整体承载受力面积不断缩小，长此以往，受力值超过可承受强度后，则出现金属结构零部件断裂的现象，严重影响起重机械的使用，并造成港口流动人员人身安全以及财产安全威胁。
3.3金属连接件的检验检测
在港口起重机械金属结构检测中，应仔细检测螺栓、销、轴、传动部件等情况，及时发现连接件松动现象，确保无缺件以及损坏件情况。对于连接件缺失、裂缝、螺纹磨损严重以及表面剥脱现象，及时进行连接件更换，避免因连接件松动或者缺失损坏造成的安全隐患。
3.4安全结构部件检测检验分析
安全部件由于长期暴露于室外，受作业环境影响，存在构件失效，或连接线路老化失效等现象。对于极限位置限制器等安全部件检查，检查变幅机构、起升机构以及运行机构达到设置位置时是否出现报警现象，是否自动切断运行至危险方向的源动力，检查各安全机构的动作可靠性。如门座式起重机的力矩限制器，对于力矩限制器的检测检验可采取增重法以及增幅法，整体测定起重机械的力矩限制器灵敏性、可靠性以及报警设置等。通过动作试验，达到检查安全部件有效性的目的，并对失效部件进行及时维修或更换。
结语
对于各大型港口的物资搬运、集装箱吊装等均离不开港口起重机械的辅助转运作业。常见港口起重机械的类型包含桥式起重机械、门式起重机械、船用起重机械以及门座式起重机械等，各大港口起重机械可有效提升港口物资转运的效率性，操作安全便捷。但港口起重机械受到大气环境、长期承重压力、服役使用年限等多方面因素的影响，常存在不同程度的锈蚀、金属焊接断裂、失稳性、低强度性等金属结构安全问题，严重阻碍港口生产发展，影响港口流动人员的安全。明确港口起重机械金属结构的基本安全监测要求，采用适用性港口起重机械的金属结构安全监测技术，进行全方位的港口起重机械金属结构实际安全问题的检测检验分析，是确保港口起重机械安全运转的必要保证。
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论文作者:李浩,沈松涛
论文发表刊物:《基层建设》2019年第7期
论文发表时间:2019/6/25
标签：起重机械论文; 港口论文; 金属结构论文; 起重机论文; 应力论文; 结构论文; 安全性论文; 《基层建设》2019年第7期论文;