夹钳起重机载荷谱统计及疲劳寿命估算技术

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1、夹钳起重机载荷谱统计及疲劳寿命估算技术摘要：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1概述夹钳起重机是一种特殊用途的冶金类起重机，在冶金生产线上使用较多，使用特点是满负荷作业率高、工作频繁、环境温度高。随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荷谱分析、疲劳强度评估技术开始被国N多个起重机设计制

2、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图表，由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

3、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［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，这也是木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A法和疲劳强度验算A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，才会讨论到工作载荷谱、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载荷与应力直接关联，应力是载

4、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-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。这引起了一些研宄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

5、迹，将载荷大小和不同作用位置的数据作用于己知结构或待设计结构，由计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疲劳强度计算中。这种A法回避了条件艰苦的现场试验，依赖设计图纸和计算软件，时间周期短，成本低。3典型生产线上夹钳起重机载荷谱宝钢条钢生产线30t-32m夹钳起$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150m,夹钳起重机从钢锭放置区每次起吊30t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

6、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1屮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。均热阶段：24个循环/天移动小车自重84t(1)在1/8主梁跨度处起吊30t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)空钩后行车返冋钢锭区，重复下一个吊运过程。出钢阶段：24个循环/天(1)在1/8主梁跨度处起吊30t钢锭。(2)小车过1/4跨度到1/2跨度。(3)大车行走到钢锭区，

7、放下钢锭，小车过1/4跨度、过1/8跨度。(4)空钩后行车返回均热炉，重复下一个吊运过程。平炉阶段：24个循环/天为均热炉填石子(每炉约10t)(1)在1/8主梁跨度处起W10t重物。(1)小车过1/4跨度到1/8跨度。(2)空钩后行车返回取物区，重复下一个吊运过程。表1给出了移动载荷、作用位置、移动次数的关系，对于此类工艺流程的夹钳起重机载荷谱，具有典型的统计意义，对于设计起重量不同的夹钳起重机，只要将表1中的移动载荷值对应改变为新的已知载荷，就能构造出新的己知载荷谱。这也就是典型生产线上夹钳起重机载荷谱统计的意

8、义。4夹钳起重机应力谱计算、疲劳寿命估算实例4.130t-32m夹钳起重机主梁最大应力计算通常，起重机主梁最大应力部位是跨中1/2截面下盖板与主腹板焊接处，这也是疲劳寿命计算时的最主要部位。依据起重机设计规范，利用表1给出的载荷及作用截面位置，可计算出不同载荷在不同位置时，30t-32m夹钳起重机主梁最大应力，见表2。4.230t-32m夹钳起重机主梁应力谱