英语原文共 12 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
由于起重机的运行导致运行轨道的退化分析
Jozef Kulka a , Martin Mantic a , Gabriel Fedorko b,⁎, Vieroslav Molnar b
斯洛伐克共和国科希策莱特纳科技大学
【摘要】本文介绍了起重机轨道梁的专业验证过程和方法，残余量的测定和所选梁的耐久性情况，并就整个起重机轨道未来运行的可能出现的情况提出必要的措施和建议。以某冶金厂中受力最严重的梁为例，本文分析了起重机运行中轨道损坏的问题。分析的数据是通过对轨道荷载的应变计测量的实验测量获得的，设备操作员也提供了有关年度操纵材料量所收集的数据，根据这些数据，我们有可能用一种理论确定被检结构的剩余寿命。
2015爱思唯尔有限公司版权所有。
【关键词】起重机轨道梁 剩余耐久性 应力分析
1引言
桥式起重机被广泛应用于重工业、海港、汽车制造厂、建筑设施等各个领域[1]。工厂通常使用轨道式起重机将材料和设备从一个位置移动到另一个位置[2]，因此起重机轨道在许多工厂现场广泛使用[3]。
目前很多企业都有很多正在运行的设备，它们运行的时间超过了20年。起重机发生灾难性故障是一个潜在的非常危险的事件，通常会造成致命的后果[4]。起重机是一种细长结构，承受大载荷，在底座上会产生交变应力。建筑商和运营商通常不完全理解或评估可变荷载的影响和含义[4]。起重机结构部件的故障不可避免地会导致严重的破坏或者完全崩溃[5]。虽然起重机在中高层建筑项目中占据中心地位，但它们是与其他类型的支撑设备一起运行的，这些设备是当今工业化施工现场整体设备阵列的重要组成部分[6]。 由于重型起重机结构响应速度慢，起重机的操作人员很难快速、准确、安全地驾驶起重机[7]。这些设备当然包括移动式的起重机和它们的轨道。他们的行动是否安全？这种装置的操作者有两种选择。在设计了一个装置之后，他开始更换新的装置，或者测试装置及其机构。如果它符合安全和操作规则，他会让它继续运行，但是，我们需要增加施工和工作机制中的预防性维修计划。第二种方法最有可能出现在这样一个存在经济问题的企业中，而这种情况是有可能发生的。
几位作者目前正在处理这些问题，现在有一个关于新技术购买的话题，还有各种转型和工业公司现代化的问题。从人的不安全行为、物的不安全状态、安全管理的缺陷等方面提出了起重机事故的预防方法和控制措施。Wang等人，[8] 利用声发射技术对轨道起重机结构件焊接裂纹缺陷进行无损检测。研究了声发射（AE）检测方法在轨道起重机结构件制造中广泛应用的HG70钢试件焊接裂纹缺陷检测中的应用。王、谢[9]研究了事故树分析方法，结合起重机事故类型建立了事故树模型，然后求解最小分段集，分析了事故原因。
Kang和Miranda研究了模拟和可视化详细起重机活动的数值方法[10]。本研究的重点是建立一个数学模型，以支持起重机的模拟和可视化，起重机是项目控制中最关键的设备。该模型由两个子模型组成：运动学模型和动力学模型。运动学模型是描述由操作人员控制的起重机部件。动态模型是在悬挂系统（包括缆绳和索具物件）进行，操作人员无法直接控制。为了验证这些方法的可行性，我们开发了一个计算机程序，模拟和可视化详细的起重机活动。该程序支持起重机活动的实时可视化，具有很高的真实精度，并且能够长期对建设项目进行详细的模拟[10]。
有限元分析是分析计算复杂结构的有效数值模拟方法。Zhang等人。[11] 利用有限元分析软件ANSYS10.0对起重机进行了有限元分析，并对分析结果进行了合理的解释。Domazet等人[12] 介绍了250KN门座起重机裂纹检测后的疲劳损伤分析及修复方法。数值分析和应变片测量结果表明，由于洞口细部设计不当，导致裂缝扩展的根源——高应力集中，有限元模型还表明，增加劲肋可以降低应力集中。考虑到这一情况，我们对起重机的关键部分进行了重新设计。后来的测量和检查结果表明，这种修复是成功的，经过两年的密集检查后，新的裂缝没有被发现。Pu等人。[13] 分析了起重机起重系统的动态特性。
Bigos等人[14]研究了大型冶金作业起重机轨道梁专业验证研究张力测定法。通过试验，我们可以选择用于紧急更换的梁，而其他梁可以保持不变。基于单片机的起重机工作半径测量装置的研制中CCD摄像机和激光测距仪展示了奈良和高桥的经验[15]。本文研制了一种测量起重车工作半径的观测装置。这个装置有一个CCD摄像机，一个激光测距仪和两个交流伺服电机。
门座起重机的机械状态监测对设备的安全管理具有重要意义。Liu等人[16] 根据门座起重机的特点，设计了金属结构、回转支承、减速器等机械状态的无线监测系统。基于动态平衡状态理论的无驱动桥式起重机系统跟踪控制研究，邱等[17]为小车的位置和负载的角度规划了理想的DES参考轨迹。利用串级滑模和非线性参数化模糊逻辑系统，设计了一种鲁棒自适应模糊控制器来跟踪给定的轨迹。仿真结果表明了该控制器的有效性和坚固程度。
Lee等人[18]用视觉反馈在起重机控制器设计中的应用。Authors提出了一种简单而有效的跟踪目标的视觉反馈方法，图像信息仅由普通便携式摄像机获取。Yang等人[19] 使用基于视觉的塔式起重机跟踪来了解施工活动。本文介绍了利用监控摄像机来评估塔式起重机在一个工作日内的活动情况。特别是，它试图证明起重机起重臂轨迹，以及根据现场平面图的已知信息，在提供了足够的信息后来推断起重机的活动状态。通过使用二维三维刚体姿态跟踪算法，站点计划信息包括活动和站点的流程模型布局信息后。刘、肖[20]提出了一种检测起重机钢轨磨损的新方法及其误差分析的方法。该方法适用于长600米、跨度60米、高20米的起重机轨道。Jeong等人[21]研究了基于非完整约束的起重机轨道控制问题。
Ma等人。[22]对起重机电机驱动系统的负载跟踪控制进行了研究。实例分析表明，无负载闭环控制系统的起动时间比开环系统快0.34s，电机起动平稳，开环系统与闭环控制系统的电磁转矩峰值相差148n·m。此外，闭环控制系统中电机的耗电量小于开环系统，特别是在电机启动阶段，开环系统的电机峰值功率是闭环控制系统的2.5倍。总之，在设计的闭环控制下，电动机在起动阶段可节能50%左右，在稳定运行阶段可节能30%左右。
起重机操作员没办法收到足够的信息，如目标空间条件和正在提升的材料这类信息。这种限制降低了生产率和安全性。刘、郭[23]研究了无驱动二维桥式起重机的跟踪控制问题。
研究了无驱动二维桥式起重机有效载荷运输的跟踪控制问题。之后设计了两个滑模控制器进行轨迹跟踪。Chang和Wi ja ya[24]研究了实时视觉跟踪和测量问题，达到可以控制桥式起重机的快速动力学的相关问题。本文提出了一种简单而有效的图像处理方法来捕捉桥式起重机的动态运动，并使其能够实时控制。
Lee等人。[25]介绍了一种配备无线视频控制和射频识别技术的先进塔式起重机原型。借助这个先进的技术，塔式起重机可以为起重机操作员以视频的方式提供工作空间情况，此外还有一些其他的功能。塔式起重机还可以提供更快的信息流和更高的精度，提高驾驶效率。
图1分析的起重机轨道视图。
2材料和方法
2.1检修吊车轨道基本数据
分析后的起重机轨道位于冶金操作大厅，放置在35根支柱上（图1）。
吊车轨道梁结构简单，长度18000 mm。在一些长度为18000 mm的简支梁下，建立了制动门架，如图2所示。周期性布置的制动门架的主要任务是吸收起重机运动时产生的水平力。
在图3中，展示出了一个简单起重机轨道梁的横截面，其长度为18000 mm，无需制动门架。这些梁下的制动门架位置需要正确安装。钢板被设置在左右两侧，与梁中心有一定的距离，并交叉焊接在工字梁的底部翼缘上。这种交流通信设备的设计目的是将水平制动力传送到制动机架上。图3也显示了起重机轨道梁的横截面，长度为18000 mm，并带有制动门架。
3起重机轨道计算应力分析
分析的目的是通过计算有20000 kg起重能力的典型起重机和与起重机起重能力相对应的设计荷载所引起的临界应力的情况。从而为应变计测量确定的变量值与预期计算值的比较奠定了基础。为了便于分析，采用了有限元法。
几何模型设计为一个三维模型，其特征是翼缘中间表面、纵向和横向加固，尺寸由实际轨道的检查测量获得。典型尺寸如图3、4所示。
在图5中有加载的网格模型，根据有限元分析要求我们知道，车轮压力Fw1和Fw2对应的起重机轮压能力为20000 kg。
图6显示了在起重机通过监测现场的过程中，起重机位置在梁长度的25%的LC1处，在梁长度40%的LC2处，起重机轨道腹板的法向应力值的分布情况，在梁长45%的LC3和LC4处，是起重机最有效的位置。LC0表示荷载，仅由梁自身重量引起。
适用于应变计应用的位置，以及试验测量过程中给定点预期应力值的确定。法向应力是通过有限元分析（图7）在梁的这一部分的应变计放置点获得的，即在上翼缘的横向（在z轴方向，根据图6）。
图2带制动门架的起重机轨道详图。1-简支梁，2-带制动门架的简支梁。
图3无制动门架和制动门架的起重机轨道梁的横截面。
4结果
4.1用应变计测量起重机轨道专业知识
在理论分析和起重机轨道观察检查的基础上，提出了试验确定变形和应力状态的方法。选择传感器的设置点，以便将传感器安装在轨道的各个类型的梁上（带和不带制动门架）以及由于技术状况对起重机沿轨道移动的部件进行限制。
图4 梁长18000 mm的几何模型
图5梁长18000 mm网格几何模型及梁端大样图
图6 梁腹板x轴方向的应力行为
出于专业目的，共有10个选定光束的应用传感器。传感器布置情况和带有制动机架的梁如图所示。8和9以及图10中的简支梁。
简单光束上的传感器布置的示例如图10所示。
采用HBM 6/120XY11应变传感器进行测量。采用双组分胶粘剂HBM X60制作应变传感器。传感器与测量仪器的连接是用屏蔽线完成的。使用了HBM公司的带有a/D转换器的测量放大器Spider 8。在每一个测量点上，正常应力增加的时间变化是根据各测量模式中相对变形增量的测量值来评估的，使用了软件CATMAN，[26,27]。
图7上梁翼缘x轴方向上的应力行为。
图8在带有制动机架的横梁上布置应变计传感器
图9起重机轨道上翼缘传感器的照片文件
图10应变计传感器在简支梁上的布置
在图11中，当起重机在两个支柱之间的被测梁上有负载和无负载移动时，测量点的应力变化随时间而变化，而移动的起重机在带有传感器的梁侧。所有10根被测梁均采用等荷载模式。各传感器测得的应力值与有限元分析得到的应力值有较好的相关性。
4.2 根据欧洲规范3第1-9部分评估疲劳损伤累积疲劳[28]
结构疲劳极限状态的评估目标是以可接受的概率确保在确定的寿命内，结构不会损坏或不会因材料疲劳而发生故障。针对不同应力范围的载荷类型，对起重机轨道疲劳进行了评估。疲劳荷载作用下施工细部的可靠性评估在法向应力Delta;sigma;i的可变范围内，使用总损伤的比较来执行。
（1）
图12单个细节类别的双斜率疲劳强度曲线（m=3和m=5）。
图11。起重机有载和无载加载过程中各梁传感器应力的时间依赖性。
对于施工详图的可变荷载，反映了法向应力范围Delta;sigma;i。载荷谱用k块n1-Delta;sigma;1；n2-Delta;sigma;2；hellip;ni-Delta;sigma;i；hellip;nk-Delta;sigma;k，其中ni是施工耐久性期间振幅为Delta;sigma;i的循环次数。需要注意的是，在给定的凹口情况下，沃尔勒曲线（图12）被视为曲线生存概率R=95%（大约平均值减去两个标准差）[28]。不幸的是，缺少特定平均值或作为标准差基础的值的指示[29]。如果有必要，这些数据必须假定为其他来源根据经验得出的值[30]。类似地，可以根据图13确定相应的归一化沃尔勒的曲线[31,32]。
标称应力的疲劳强度由一系列(logDelta;sigma;R minus; log N)曲线表示，这些曲线对应于典型的细节
类别。每一个细节类别用一个数字表示，该数字代表2·106周次疲劳强度的参考值Delta;sigma;C和Delta;tau;C（单位：N/mm~2）。对于恒定振幅和标称应力，疲劳强度可按如下方式获得[28]：
图13。根据图12[29]的结构钢焊接细节的标准化Woacute;hler曲线。
表1疲劳耐久性曲线数值[28]
|
类别 |
Nlt;180的对数 |
恒幅疲劳极限应力范围 (N = 5 times; 106 ) Delta;sigma;D (N/mm2 ) |
截止极限应力范围 (N = 108 ) Delta;sigma;L (N/mm2 ) |
|
|
N le; 5 times; 106 (m = 3) |
N ge; 5 times; 106 (m = 5) |
|||
|
160 |
12.901 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料 资料编号：[236105]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word |
|||
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
