起重机械金属结构安全评估中的虚拟仪器测试技术研究

设计、有效寿命设计的高端技术，在起重机械设计规范当中，除了对起重机械金属结构疲劳计算范围和方法进行阐述外，同时也提出了起重机械的运作级别和结束结构疲劳设计理论。起重机械金属结构疲劳评估技术也逐渐朝向虚拟化方向发展，当今已经成为了单独实施的评估技术。起重机械作为冶金、建筑生产中的重要设备，主要起到物品搬运的工作，因长时间在复杂、高负荷的条件下运行，会大大提高起重机械金属结构的磨损程度和疲劳程度，其应用性能也会不断下降。部分起重机械在长期应用中已经接近了安全临界值，大大提高了起重机械在应用中的安全隐患。因此，加强虚拟仪器测试技术有着重要意义。

1 虚拟仪器测试技术分析

虚拟仪器测试技术也就是通过传感器来接受起重机械金属结构的信号，并通过数据采集器来接收传感器信号，通过显示器和软件形成控制和观测功能，从而完成信号分析处理和数据处理，并显示在显示屏当中。虛拟仪器作为计算机技术下的产物，实现了起重机械金属结构安全评估领域上的革命。应用虚拟仪器需要具备一定的硬件支持，并且具备非常强大的功能和高灵活性，可以根据自身的评估需求组建符合自己的专门测试分析仪器，也就是当今非常流行的模块技术。通过应用虚拟仪器测试技术能够极大的提高资源重复利用率，并通过软件技术实现仪器功能，将相关数据存储到硬盘或网盘当中，通过网络连接实现信息共享。可以说虚拟技术代表着国内、国外起重机械金属结构测试技术水平，也是起重机械金属结构安全评估中重点的应用对象。

2 起重机械金属结构安全评估的虚拟仪器测试技术分析

起重机械安全技术在冶金、建筑行业已经发展了近40年，我国各大冶金厂商经过常年的研究，虚拟仪器测试技术的在实际应用范围也变得更加广泛。特别是近些年，虚拟仪器测试技术已经在几百吨的起重机械上应用了虚拟仪器测试技术，包括宝钢100吨以上的矩形重载起重机械、400吨以上的起重机械等。在起重机械安全评估当中，随着测控技术不断发展，在基础研究理论恒定的条件下，所采用的仪器设备也更加科学化，宝钢在06年开始对主梁疲劳寿命评估中开始尝试虚拟仪器测试技术，并且在450吨铸造起重机械上，虚拟仪器测试技术在实际应用中取得了很大效果。虚拟仪器测试技术主要是由A/D通讯模块和信号模块系统组成。其中，Dasylab是一种应用非常广泛的数据采集处理软件，其功能非常丰富，用户只需要对相关组件进行配置和组合的形式，来实现虚拟仪器测试技术的应用，并且还能够将处理结果数据发送到Office程序中进行处理。

起重机械金属结构的安全评估中有着多项内容，其不仅包括设计规范、技术标准强制性的指标约束，同时也要对结构核算、静强度分析、性能指标、无损损伤等内容，也有国际标准或设计规范中具有较少提及，并对疲劳强度、疲劳寿命进行评价，这也是虚拟仪器测试技术独具的技术优势。我们以宝钢450/80t3#为例，该起重机械的承重范围在430-445吨之间，所测试当如满钢水包重量在443t，起到空包重量为130t。待到虚拟测试仪器启动后，在无人干预的条件下实现了1小时35分钟的记录，分析在此时间内的金属结构变化过程中。在该段时间内，测试的起重机械经历了满罐——空罐——空罐——满罐——满罐——满罐六个工作循环过程进行了跟踪测试。见图1

根据相关生产统计结果表明，450/80t3#在正常生产过程中，需要每天吊运大约90个满钢水包，45个空钢水包，我们以每年360天工作日来计算，一年则需要调运32400个满钢水保以及16200个空钢水包。因此，根据分析各个时间的频次表，则可以计算出数据对金属结构疲劳强度评估和结构疲劳寿命评估。450/80t3#日常生产起吊满钢水包重量在430-445吨之间，每天需要进行90个满钢水包工作循环，以测试当日吊运负荷作为主要依据，能够计算出起吊130吨空钢水包45个循环。

通常情况下，疲劳强度评估都是以自主跨梁中截面下盖板和主腹板焊接处附近，并通过有限单元进行数据显示，后者应力值通常是前者的1.08倍。由于1个谱时间表代表着一年工作时间，因此，根据450/80t3#制作测试与理论值进行分析，450/80t3#的主梁工作寿命大约在25年左右。但是由于起重机械在实际工作过程中的荷载频率与大小在不同年份存在不同，并在绝大多数的条件下，疲劳寿命的表达方式不以年份的形式出现，而是表达出（下转第页）（上接第页）起重机械的工作循环数。以目前工作强度保持不变的前提下，则每年需要吊运32400个满钢水包以及16200空钢水包，那么可以将计算结果转化为810000个满钢水包以及搬运405000个空钢水包，也可以表示为450/80t3#起重机械的应用寿命在810000个额定荷载工作循环。

3 结束语

综上所述，在起重机械在社会生产中的应用愈加频繁条件下，起重机械金属结构安全评估也变得愈加重要，通过应用虚拟仪器测试技术，能够极大的提高起重机械金属结构安全评估的质量与效率，有效计算出起重机械各个金属结构的使用寿命和实际性能，在保障起重机械安全运行层面上有着重要意义。

参考文献：

[1]李贵文，罗云东，贝聿仁，陈力伟.虚拟仪器测试技术在起重机械金属结构安全评估中的应用[J].起重运输机械，2010（04）：81-84.

[2]王松雷.应力测试技术在起重机械安全评估中的应用[J].中国特种设备安全，2011，27（11）：22-25.

[3]周科，丁守宝，陆纪法.起重机械械安全与剩余寿命评估系统的研究[J].起重运输机械，2012（05）：19-21.

作者简介：

唐建富（1972- ），男，高级工程师，主要从事起重机械的检验检测以及安全评估。

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