起重机金属结构安全评估中的虚拟仪器测试技术研究

李莹

（江苏省特种设备安全监督检验研究院，江苏 南京 210036）

开展起重机金属结构安全评估工作，可以提高起重机设计工作的可靠性，同时有利于延长起重机结构使用寿命。在制定起重机设计规范的过程中，不仅需要规定疲劳设计方案，同时明确起重机金属结构疲劳设计理论。在起重机金属结构疲劳评估中需要利用实用型诊断技术，提供关键的科学依据，优化改造起重机技术。

在工业生产过程中，起重机负责搬运繁重的物料，在负责负荷的影响下，需要保障起重机金属结构的强度，这也关系到起重机设备的工作级别和使用寿命，起重机设备使用年限不断延长，也随之降低安全技术指标，导致起重机金属结构薄弱部位出现疲劳损伤，导致整机工作安全性发生问题。我国很多起重机使用时间比较长，存在较多的安全风险。开展安全评估工作，技术人员可以明确起重机设备存在的安全隐患，同时提出科学的改进措施，保障设备使用安全性。

1 起重机金属结构安全评估的意义

1.1 验证金属结构应力水平和强度储备

在计算起重机金属结构的过程中由于需要降低计算量简化模型，但是引入经验系数之后可能会增加计算结果和实际情况的误差，这种计算结果无法准确指导现场工作。在安装和验收工作中，起重机金属结构应力值通常和设计值之间存在一定的差异。随着起重机使用年限不断延长，再加上使用环节比较复杂，或者发生超载问题等，需要开展起重机金属结构安全评估工作，明确应力分布情况，通过比较测试结果和理论值等，分析应力分布的合理性，同时计算起重机金属结构的安全系数，确保起重机金属结构承载力符合使用要求。

1.2 故障诊断

起重机金属结构发生失效往往是由裂纹导致的，裂纹的扩展具有特定发展过程，但技术人员的日常检查很难发现母材裂纹和焊缝开裂等问题。通过起重机金属结构安全评估工作，可以判断金属结构内部是否存在应力集中部位，重点检查应力集中部位附近是否存在缺陷。

1.3 校核设计

判断起重机金属结构设计工作的合理性，需要结合力学模型，设计人员需要根据实践情况简化力学模型，开展起重机金属结构安全评估，可以落实校核设计和改进设计。划分起重机工作级别的过程中，需要根据起重机金属结构疲劳设计，在起重机设计中利用极限状态法，但是当前还没有推广利用极限状态法，这是因为缺乏起重机运用阶段的参数。因此开展起重机金属结构安全评估，有利于完善起重机金属设计方法。

2 概述虚拟仪器测试技术

虚拟仪器需要利用计算机技术，利用计算机通用硬件设备，通过搭配不同的传感器，有利于优化设备功能，在仪器中软件发挥重要的作用，一方面可以重复利用资源，另一方面可以利用软件合理定义仪器的功能，存储大量的数据，通过网络连接各个系统，降低维护开发工作的成本。当前虚拟仪器技术发展水平比较高，这也是仪器技术未来发展的方向。

在起重机金属结构安全评估过程中，测控技术发展水平不断提高，仪器设备也逐渐升级为虚拟仪器，在起重机设备安全评估阶段利用虚拟仪器技术，可以提升安全评估水平，在实际工作中利用数据采集处理软件，具有丰富的功能，用户可以根据自身需求合理组合工作流程，及时向office程序中传输处理结果和数据。虚拟仪器测试系统根据先进的测试系统标准，优化现场调节工作，提升起重机机械运行的稳定性，可以实现实时跟踪效果，高速处理各种数据。在布置测试系统的过程中，首先需要选择疲劳程度较高的部位，在这一部位布置应变计，随后连接应变调节模块和高速便携数据采集系统，启动数据采集系统，完整的记录数据，同时可以利用组态软件分析运行载荷谱。

3 起重机金属结构安全评估的虚拟仪器测试技术

当前在冶金和建筑行业中广泛利用起重机设备，各个单位不断研究起重机金属结构安全评估，也相应的拓展了虚拟仪器测量的应用范围。近些年在起重机械中利用虚拟仪器测试技术，逐渐提高了仪器设备的科学性，例如在评估起重机主梁疲劳寿命的过程中，可以发挥出虚拟仪器测试技术。虚拟测试技术主要包括A/D通信模块和信号模块系统等。在实际应用工作中，广泛利用Dasylab数据采集处理软件，这一软件具有丰富的功能，用户可以合理配置和组合相关组件，最后向office程序中发送处理结果，实现数据最终处理。

起重机金属结构安全评估涉及到较多的内容，在实际工作中需要结合设计规范和技术标准，有序开展结构核算和强度分析等内容，有效评价起重机疲劳强度和疲劳寿命，因此突出了虚拟仪器测试技术的优势。例如某起重机械的处于430～445吨范围内，其中虚拟测试仪器之后，在无人干预条件下自定记录分析起重机金属结构安全评估变化过程，在实际工作循环过程中开展跟踪测试工作。在这一工作阶段，针对六个工作状态过程，如下图所示，六个工作状态分别包括满罐-空罐、空罐-满罐、满罐-满罐，计数统计应力峰值。（其实现在大部分应力测试系统都能实现无人采集功能，怎么能表现出虚拟仪器的优点？例如在测量应力的同时还能测量其他数据，否则为什么要用虚拟仪器。）

4 各个工作循环全过程应力-时间历程

该起重机在实际工作状态中，每天需要吊运满钢水包和空钢水包等，技术人员需要建立不同时间段的应力变程频次表，因此获取计算数据，在评估疲劳强度的过程中，主要是针对起重机金属结构自主跨梁中截面下盖板和主副板焊接部位，利用有限单元显示数据，因为主腹板焊接部位的应力值更高一些，1个谱时间代表起重机一年工作时间，通过比较测试结果和理论值，准确的预估起重机主梁工作寿命。但是在实际工作中，起重机械荷载频率具有一定的差异性，因此通常不利用年份的形式出现疲劳寿命表达方式，主要是表达起重机工作循环次数。

5 结语

当前在社会生产中广泛运用起重机械，这也突出了起重机金属结构安全评估工作的重要性，在起重机金属结构安全评估过程中利用虚拟仪器测试技术，可以使起重机金属结构安全评估水平进一步提高，计算起重机不同金属结构的使用寿命，明确构件使用性能，保障起重机机械运行的安全性。本文综合分析了起重机金属结构安全评估中虚拟仪器测试技术的应用，总结工作经验，保障设备运行的安全性和顺畅性，通过监测、分析设备运行情况，获取完整的性能参数，为起重机使用和维修提供依据。