在役起重机械防风抗滑性能评估方法研究*

何 山 陈 敏

广州特种机电设备检测研究院 广州 430063

0 引言

防风抗滑性能评估是针对起重机的整体防风性能进行评估，对影响防风性能的指标进行定性、定量分析，找出存在隐患的零部件或危险因素，以供起重机械日常维护与安全防护工作参考[1]。防风抗滑性能评估针对在役起重机械进行全面的防风能力评估，包含起重机械金属结构、起重机倾覆稳定性和起重机械防风抗风零部件的指标评估，对各部分进行可量化的分析，得到具体的评价值，以客观的数据对起重机械整机进行防风抗滑性能评估。

1 防风抗滑能力的影响因素

一般认为造成起重机械防风能力不同的原因有如下几种[2，3]：1）起重机金属结构经过长年累月使用，受到腐蚀、磨损等原因的影响，厚度减小；2）金属结构长期承受交变应力的作用，其疲劳损伤逐渐增加；3）起重机安装的防风抗滑装置缺少必要的维护工作造成性能下降；4）起重机械整体设计过程中系数取值不同造成倾覆力矩不同。上述因素均对起重机械防风能力造成影响，但各因素风险大小随自身的评估值大小变化，不能直接指定某个因素的权重大小。

2 防风抗滑性能评估的层次结构

防风抗滑性能评估包括3个方面：防风抗滑装置工作性能评估、金属结构评估和整体稳定性评估。

防风抗滑装置工作性能评估根据其设计目标进行性能评估，由于防风抗滑装置种类较多，不宜设置通用指标进行评估。起重机通常会同时采用多种类型防风抗滑装置，其防风原理不尽相同，产生的效果也不同。因此，本项目依据防风抗滑装置的防风效果设置不同权重进行综合，从而达到整体评估的目的。金属结构的强度一般不属于防风抗滑性能的评估范畴，但由于沿海工作的起重机械部分服役年限超过20 a，金属结构受到不同程度的腐蚀，在非工作工况下金属结构可能发生失效。

根据起重机械机构的构成特点，将防风抗滑评估设置为如图1所示的层次结构图。评估过程自下而上，根据相关的算法计算评估值，并最终汇总成最后的评估值。

图1 整机防风抗滑性能评估的层次结构图

3 基于层次分析法的权重计算

以门座起重机为例说明层次分析法在起重机防风抗滑评估权重计算中的应用，根据门座式起重机的结构特点其评估层次结构如图2所示。

图2 评估指标体系的层次结构图

3.1 评价层的构权

以单因素评价层为例说明指标的构权过程。单因素评估层有裂纹指标、强度指标、变形指标、锈蚀指标刚度指标、稳定性指标、和维修指标，其构权过程：1）建立指标重要程度对比矩阵；2）对权重进行计算排序；3）对矩阵进行一致性检验计算[4,5]。

1）比较判断矩阵 按照表1所给的标度，综合考虑强度指标、刚度指标、稳定性指标、裂纹指标、变形指标、锈蚀指标和维修指标的评估值大小，对7个指标两两进行比较，形成比较判断矩阵为

式中：aij表示元素i和元素j相对于同一层其他指标的重要程度，该值按表1所给的标度进行选取。其中，aji=1/aij。

表1 判断矩阵标度及其含义

2）权重集的计算 用方根法计算权重集的过程如下。

①计算判断矩阵A1中每行元素aij的乘积Mi

②计算Mi的7次方根βi

③对向量 β = (β1，β2，… ，β7)归一化

权重向量W1=(w1，w2，… ，w7)T中的各元素即对应于变形指标、强度指标、刚度指标、裂纹指标、稳定性指标、维修指标和锈蚀指标的权重。

①计算判断矩阵A的最大特征根λmax

②进行一致性检验。一般用C.I.(Consistency Index)一致性指标

然后计算一致性比例

计算结果小于0.1，则表示判断矩阵中所取值是可接受的，表示专家在给出值的时候是相对客观和严谨的。

4 模糊综合评判

4.1 综合评判的评估集

评估集是由对每个因素的评估结果组成，对于起重机防风抗滑性能本项目设置的评估集为

式中：v1∈（0，0.2］表示防风抗滑性能处于Ⅴ级状态，该状态表明起重机设计存在严重缺陷，且无法通过整改达到设计规范的要求；v2∈（0.2，0.4］表示防风抗滑性能处于Ⅳ级状态，该状态表明起重机防风抗滑性能不能满足GB/T 3811—2008《起重机设计规范》（以下简称规范）的要求，但可以通过大型整改满足要求；v3∈（0.4，0.6］表示防风抗滑性能处于Ⅲ级状态，该状态表明起重机防风抗滑性能不能满足规范的要求，但可以通过一般整改满足要求；v4∈（0.6，0.8］防风抗滑性能处于Ⅱ级状态，该状态表明起重机防风抗滑性能符合规范要求；v5∈（0.8，0.1］防风抗滑性能处于Ⅰ级状态，该状态表明起重机防风抗滑性能符合规范要求，且有充足的安全系数。

4.2 模糊综合评判的过程

以顶层评价层说明模糊综合评判的计算过程：顶层评价层评估值如表2所示。

表2 该门座起重机顶层评价层的指标评估值

4.2.1 权重的计算

根据评估值的大小及其固有的属性，按照表1所给的标度，由专家对其两两进行比较，建立如下比较判断矩阵。

矩阵中的每一行都表示某一个因素与其他因素相比的重要性程度。

计算得权重向量W=(0.33 0.33 0.33)，即分别对应子系统评估层的惯性制动器、轮边制动器、夹轨器、锚定装置的权重。

为判断专家在打分时的思维是一致的，对判断矩阵进行一致性计算，计算得CR=0＜0.1，故认为矩阵的一致性可以接受，专家的判断是客观公正的。

4.2.2 整机防风抗滑性能模糊评判

综合评判的评估集，首先根据指标的评估值进行概率估计，然后汇总成模糊关系矩阵为

其模糊综合评判指标

由加权平均法确定防风装置的模糊综合评判的评估值为

该计算结果表明起重机防风抗滑性能符合规范要求，且有充足的安全系数。

5 总结

本文运用防风抗滑性能评估方法从3个方面：防风抗滑装置工作性能评估、金属结构评估和整体稳定性评估，客观且全方位地评估了防风抗滑性能。基于层次分析法与模糊综合评判法建立了一套起重机防风抗滑性能评估方法。给出了涉及指标的量化的计算方法，提供了每个指标具体的权重计算方法。基于本文提出的方法，即可对在役起重机械进行客观的防风抗滑性能评估。