夹钳起重机载荷谱统计及疲劳寿命估算技术

科 技创 新 与应 用 Ｉ ２ ０ １ ６ 年 第３ ６ 期
科 技 创 新
夹钳起重机载荷谱统计及疲劳寿命估算技术
平 Байду номын сангаас 楠
（ 太原重工股份 有限公 司技术 中心 ， 山西 太原 ０ ３ ０ ０ ２ ４ ）
摘 要： 文章对国内典型生产线上夹钳起 重机的工作载荷谱做 了统计分析， 探 讨了由载荷谱计算应力谱 的方法， 在此基础上， 运
宝钢 条 钢 生产 线 ３ ０ ｔ 一 ３ ２ ｍ夹 钳 起重 机 载荷 谱统 计 行 车作 业 分均 热 阶段 、 出钢 阶段 、 平 炉 阶段 。 行 车作 业跨 １ ５ ０ ｍ， 夹钳 起 重 机从 钢 锭 放置 区每 次 起 吊 ３ ０ ｔ 负荷 ， 将 负荷 移动 送 入 每 个 均热炉内。出钢阶段是将钢锭从均热炉 中取出， 逆方 向吊回到钢锭 放置 区。平 炉 阶段 是 为均 热 炉填 石 子 的工 作流 程 。如 果行 车跨 度 为 ｓ ， 在行车行走过程中 ， 移 动 载 荷 要 在 行 车 从 一 端移 动 到 另一 端 ， 为 了计 算 方便 ， 图 ｌ中在行 车 主 梁 上标 注 了 几个 重 要移 动 位 置 ， １ ／ ８ 跨 度、 １ ／ ４跨 度 、 １ ／ ２ 跨度。
ｌ概述
荷 谱 分析 、 疲 劳 强度 评估 技 术 开 始被 国 内多个 起 重 机设 计 制 造部 门 密切关注。 现代冶金类起重机的主要承载结构是一种焊接箱型钢梁 结构 ， 其 强度 设 计理 论 是 基 于最 不 利风 险 载 荷 产生 的 最 大应 力 组 合 的强度安全评价 ， 这种技术已经相 当成熟 和完善。 近十几年来 ， 疲劳 设 计 和疲 劳 寿命 分 析 技术 不 断 应用 于 起重 机 的 新 产 品设 计 中 ， 这 种 新 技 术 更关 心 载荷 的 分布 特 性 和应 力 幅值 分布 。 对 冶金 生 产线 上 的 起 重 机 而言 ， 描 述 载荷 谱 的最 直 接 方式 是 移 动 外载 荷 与 移动 位 置 关 系 的曲 线或 罔表 ，ｆ ｛ １ 此 可 以计 算结 构 特 定 部位 最 大 应力 的变 化 图 ， 即应 力 谱 。从 而确 定 应力 幅值 的 变化 ， 这 也 是 起重 机 结 构疲 劳强 度 分析 计 算 的基 础 。这 种 应力 谱 的 获得 有 两 种途 径 ， 一 种 是 通过 具 体 某一 台产 品 的 现 场 试 验 获 得应 力 谱 ，以 此进 行 疲 劳 强 度 及 寿 命 分 析， 见文献ｆ １ 】 、 文献【 ２ 】 中的实例。 另一种途径是先统计载荷谱再拟合 计算应 力谱 ． 这种方式在设计研发阶段更具有广泛适 用性 ， 这也是 本文 所 采用 的技 术方 法 。 对应于国内主要工艺流程的夹钳起重机工作载荷谱统计工作 ， 各类 文献很 少涉 及 。 主要 原 因是 当 前使 用最 广 的 强度 验 算方 法 和疲 劳强度验算方法都不涉及应力幅的变化。 只有在使用疲劳寿命估算 技 术时 ， 才会 讨论 到 ＿ 丁作载 荷谱 、 应力 谱 、 应 力 幅这 些概 念 。 ２ 载荷 、 应力 、 载 荷谱 、 应 力谱 、 强度 、 疲劳 寿命 之 间 的关 系 绒荷 与应 力直 接关 联 ， 应 力 是 载荷 作 用 于结 构 而 产 生 的一 种 内 力 响应 ， 强度 安 全评 价 是 对应 力 的许 用 范 围评 价 。 同理 ， 载 荷谱 与 应 力谱直接关联 ，应力谱是载荷谱作用于结构而产生的一种内力响 应， 应力谱也是疲 劳寿命分析的最重要数据 。 在起重机结构疲 劳寿命分析时有两种思路和方法， 一种是利用 现场测试获得主梁结构应力谱 ，直接将应力幅一 频次的关系图表应 用 于 疲劳 寿 命计 算 中 ， 这 种 方法 简 洁 明 了 、 解决 问题 针对 性 强 ， 在 过 去 的 二 十年 间 广 泛应 用 。这种 方 法严 格 依赖 大 规模 的现场 试 验 。因 此 时 间周 期 较 长 、 成本 较 高 。这 引 起 了一 些 研 究 人员 对 其 它方 法 的 探讨 ， 最 典 型 的 就是 记 录典 型 工 艺下 的外 载 荷 位 置 变 化 轨迹 ， 将 载
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图 １ 负荷移 动 图 均热 阶段 ： ２ ４个循 环 ／ 天 移 动小 车 自重 ８ ４ ｔ （ １ ） 在１ ／ ８主梁 跨 度处 起 吊 ３ ０ ｔ 钢锭。 （ ２ ） 小车 过 １ ／ ４跨 度到 １ ／ ２ 跨度。 （ ３ ） 大车 行 走 到 均热 炉 前 ， 放 入钢 锭 ， 小车过 １ ４跨 度 、 ／ 过 １ ／ ８ 跨 度。 （ ４ ） 空钩 后 行 车返 回钢 锭 区 ， 重 复下 一个 吊运过 程 。 出钢 阶段 ： ２ ４ 个 循 环， 天 （ １ ） 在１ ／ ８主 梁跨 度处 起 吊 ３ ０ ｔ 钢锭 。 （ ２ ） 小 车过 １ ／ ４ 跨度到 ｌ ／ ２ 跨度。 （ ３ ） 大 车行 走 到 钢 锭 区 ， 放下钢锭 ， 小车过 １ ／ ４跨 度 、 过 １ ／ ８跨
用应 力 幅 法对设 备 主 梁 结构进 行 了疲 劳寿 命 估算 。 关键 词 ： 起 重机 ； 载 荷谱 ； 应 力谱 ； 疲 劳寿 命
荷 大 小和 不 同作 用 位置 的 数 据作 用 于 已 知结 构 或 待设 计 结 构 ， 由计 火钳 起 重机 是一 种 特殊 『 ＿ ｆ 】 途 的 冶 金类 起 重机 ， 在冶 金 生 产线 上 算获得结构应力变化过程或称为计算应力谱 ， 将计算应力谱应用到 使用较多 ， 使川特点是满负荷作业率高 、 工作频繁 、 环境温度高。随 疲 劳 强度 计 算 中 。这 种方 法 回避 了条 件 艰苦 的现 场试 验 ， 依 赖 设 计 着起 重 机 械 安全 评估 技 术 已 经从 方 法探 索 、 技 术 实 践 阶段 走 向 了设 图纸和计算软件 ， 时间周期短 ， 成本低 。 计安全评价 、 工程 改 造 两方 面的 应 用 阶 段 ， 各 种 冶 金类 起重 机 的 载 ３典 型 生产 线 上夹 钳 起重 机 载荷 谱