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中文翻譯
龍門式起重機(jī)金屬材料的疲勞強(qiáng)度預(yù)測
v.a.科普諾夫
郵箱64，郵編620107，俄
收到1998年4月3日；接受1998年9月29日
摘要
內(nèi)在的疲勞曲線應(yīng)用到龍門式起重機(jī)金屬材料的疲勞壽命預(yù)測問題。起重機(jī)，用于在森林工業(yè)中，在伐木林場對(duì)各種不同的工作條件進(jìn)行研究，并且做出相應(yīng)的應(yīng)變測量。對(duì)載重的循環(huán)周期進(jìn)行計(jì)算，下雨循環(huán)計(jì)數(shù)技術(shù)得到了使用。在一年內(nèi)這些起重機(jī)運(yùn)作的樣本被觀察為了得到運(yùn)作周期的平均數(shù)。疲勞失效分析表明，一些元件的故障是自然的系統(tǒng)因素，并且不能被一些隨意的原因所解釋。1999年Elsevier公司科學(xué)有限公司。保留所有權(quán)利。
關(guān)鍵詞：起重機(jī);疲勞評(píng)估;應(yīng)變測量
1.緒論
??頻繁觀測龍門式起重機(jī)LT62B在運(yùn)作時(shí)金屬元件疲勞失效。引起疲勞裂紋的故障沿著起重機(jī)的橋梁焊接接頭進(jìn)行傳播，并且能夠支撐三到四年。這種起重機(jī)在森林工業(yè)的伐木林場被廣泛使用，用來轉(zhuǎn)移完整長度的原木和鋸木到鐵路的火車上，有一次裝載30噸貨物的能力。 這種類型的起重機(jī)大約1000臺(tái)以上工作在俄羅斯森林工業(yè)的企業(yè)中。限制起重機(jī)壽命的問題即最弱的要素被正式找到之后，預(yù)測其疲勞強(qiáng)度，并給制造商建議，以提高起重機(jī)的壽命。
2.起重機(jī)運(yùn)行分析
??為了分析，在葉卡特琳堡地區(qū)的林場碼頭選中了一臺(tái)被安裝在葉卡特琳堡地區(qū)的林場碼頭的龍門式起重機(jī)LT62B， 這臺(tái)起重機(jī)能夠供應(yīng)兩個(gè)伐木廠建立存儲(chǔ)倉庫，并且能轉(zhuǎn)運(yùn)木頭到鐵路的火車上，這條鐵路通過存儲(chǔ)倉庫。這些設(shè)備的安裝就是為了這個(gè)轉(zhuǎn)貨地點(diǎn)在起重機(jī)的跨度范圍之內(nèi)。一個(gè)起重機(jī)示意圖顯示在圖1中 。
1350-6307/99 /元，看到前面的問題。 1999年Elsevier公司科學(xué)有限公司保留所有權(quán)利。
PH:S1350-6307(98)00041-7
V.A.Kopnov|機(jī)械故障分析6（1999）131-141
圖1起重機(jī)簡圖
檢查起重機(jī)的工作之后，一系列的假設(shè)可能會(huì)作出：
·如果每月從森林移動(dòng)的原木超過加工率，即是有一個(gè)原木存儲(chǔ)的倉庫，這個(gè)起重機(jī)期待的工作，也只是在原木加工的實(shí)際堆數(shù)在所供給原木數(shù)量的中心線以下；
·當(dāng)處理超過原木從森林運(yùn)出的速度時(shí)，起重機(jī)的工作需要在的大量的木材之上進(jìn)行操作，相當(dāng)于在大量的木材上這個(gè)鋸木廠賺取的很少；
·原木不同的倉庫;大量的木材的高度被認(rèn)為是最高的;
·倉庫的變化，取替了一側(cè)對(duì)面的鋸軋機(jī);
·裝載進(jìn)程中總量是平均為K=1.4倍大于移動(dòng)總量由于額外的轉(zhuǎn)移。
2.1 搬運(yùn)強(qiáng)度
??據(jù)了解，每年的搬運(yùn)強(qiáng)度是不規(guī)律的，不能被視為一個(gè)平穩(wěn)過程。非平穩(wěn)流動(dòng)的道路列車的性質(zhì)在23家企業(yè)中已經(jīng)研究5年的時(shí)間，結(jié)果已經(jīng)表明在年復(fù)一年中，對(duì)于每個(gè)企業(yè)來說，每個(gè)月的搬運(yùn)強(qiáng)度都是不同的。這是解釋復(fù)雜的各種系統(tǒng)和隨機(jī)效應(yīng)，對(duì)搬運(yùn)施加的影響：天氣條件，道路條件和貨車車隊(duì)等，所有木材被運(yùn)送到存儲(chǔ)倉庫的木材，在一年內(nèi)應(yīng)該被處理。 因此，在春季和秋季搬運(yùn)木頭的可能性越來越小，冬天搬運(yùn)的可能性越來越大，然而在冬天搬運(yùn)強(qiáng)度強(qiáng)于預(yù)想的，在夏天的情況下，更多足夠長的木材就地被處理的比運(yùn)出去的要多的多。
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表1
搬運(yùn)強(qiáng)度（%）
表2
轉(zhuǎn)移儲(chǔ)存量
通過一年的觀察，從118各搬運(yùn)值的觀察所了解到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并且有可能評(píng)價(jià)相關(guān)的搬運(yùn)強(qiáng)度（噸）參考年度的裝載量的百分比。該搬運(yùn)的數(shù)據(jù)被記錄在起重機(jī)預(yù)期值表1中，它可以被應(yīng)用到估計(jì)疲勞壽命，尤其是為檢查起重機(jī)應(yīng)變測量（見稍后）。將有可能為每個(gè)起重機(jī)，每一個(gè)月所負(fù)荷的載重量，建立這些數(shù)據(jù)，無需特別困難的統(tǒng)計(jì)調(diào)查。此外，為了解決這個(gè)問題的壽命預(yù)測的知識(shí)是未來的荷載要求,在類似的操作條件下，我們采取起重機(jī)預(yù)期值。
每月搬運(yùn)價(jià)值的分布Q（t） ，被相對(duì)強(qiáng)度q（t）表示為
?其中Q是每年的裝載量的記錄存儲(chǔ)，是設(shè)計(jì)的最大存儲(chǔ)原木值Q以百分比計(jì)算，其中為考察起重機(jī)等于40.0萬立方米每年,和容積載重搬運(yùn)為10％的起重機(jī)，得到的數(shù)據(jù)列在表2中，總量56000立方米每年，用K表示。
2.2 .裝載木塊的數(shù)量
??這個(gè)運(yùn)行裝置，如夾緊，吊裝，轉(zhuǎn)移，降低，和釋放負(fù)載可被視為起重機(jī)的一個(gè)運(yùn)行周期（加載塊）。參照這個(gè)調(diào)查結(jié)果，以操作時(shí)間為一個(gè)周期，作為范本，由正常變量與平均值11.5分相等等，標(biāo)準(zhǔn)差為1.5分鐘。不幸的是，這個(gè)特點(diǎn)不能簡單地用于定義運(yùn)作周期的數(shù)目，任何工作期間的載重加工是非常不規(guī)則。使用運(yùn)行時(shí)間的起重機(jī)和評(píng)價(jià)周期時(shí)間，與實(shí)際增加一個(gè)數(shù)量的周期比，很容易得出比較大的誤差，因此，最好是作為如下。
??測量一個(gè)單位的載荷，可以作為范本，由一個(gè)隨機(jī)變量代入分布函數(shù)得出，并且比實(shí)際一包貨物少然后，明知總量的加工負(fù)荷為1個(gè)月或一年可能確定分布參數(shù)的數(shù)目，運(yùn)作周期為這些時(shí)期要利用這個(gè)方法的更新理論
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圖2隨機(jī)重建過程中的負(fù)荷
根據(jù)這些方法，隨機(jī)重建過程中所顯示的圖。二是考慮到，（隨機(jī)變量）負(fù)荷，形成了一個(gè)流動(dòng)的數(shù)據(jù)鏈：
在重建的理論中，隨機(jī)變量：，有一個(gè)分布函數(shù)f（t）的，可以被理解為在失敗的連接或者要求收據(jù)時(shí)的恢復(fù)時(shí)刻。過程的載荷值，作為下一次的動(dòng)作的通過值，被看作是重建的時(shí)刻。
設(shè)。函數(shù)f （ t ）反復(fù)被定義，
假設(shè)V （ t ）是在運(yùn)作周期內(nèi)轉(zhuǎn)移貨物的數(shù)量。實(shí)踐中，總轉(zhuǎn)移貨物的總噸數(shù)，基本上是大于機(jī)組負(fù)荷，，由于利用漸近性質(zhì)的重建過程所以式有益的。根據(jù)下面適當(dāng)?shù)南拗浦亟ǘɡ?，需要轉(zhuǎn)移大量噸數(shù)。已正態(tài)分布漸近與均值和方差，確定抽樣數(shù)量的周期v
而不依賴于整個(gè)的形式分布函數(shù)的，（只對(duì)不同的格式分配進(jìn)行限制）。
??利用表2的每個(gè)月平均運(yùn)作用方程（ 4 ）表示，賦予正態(tài)分布功能的數(shù)量，負(fù)載周期與參數(shù)m和6。在正態(tài)分布表3中。圖3顯示的平均人數(shù)周期與95 ％的置信區(qū)間某一年的相應(yīng)的值為12719和420個(gè)周期。
表3
運(yùn)作周期的正太分布
3 .應(yīng)變測量
??為了顯示大多數(shù)金屬的負(fù)載元素，并且確定一系列的壓力，事前做了靜態(tài)應(yīng)變測量。垂直載荷用來測量懸掛負(fù)載，并且斜交加載由一個(gè)牽引力所形成，配備了一臺(tái)測力計(jì)。靜態(tài)應(yīng)力值分布在圖4和5中 。同樣地預(yù)計(jì)，梁上的最大的拉應(yīng)力，發(fā)生在底部的桁架上（值為11-45 MPA ）。頂端的桁架受到最大的壓縮應(yīng)力。 此處的彎曲應(yīng)力所造成的壓力，車輪起重機(jī)，手推車等被添加到所說的橋梁和負(fù)荷的重量。這些壓力的結(jié)果，在底部的共振的的I梁那么壓縮應(yīng)力比最高的1 處要大得多（值17-75和10-20兆帕斯卡），其他要素的梁加載的值
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月份
圖3 95%的置信區(qū)間運(yùn)作周期的平均數(shù)
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圖4梁的分配計(jì)劃
不超過絕對(duì)值45兆帕斯卡。連接與支持的橋梁起重機(jī)加載的時(shí)間，也不定期。最大的壓縮應(yīng)力發(fā)生在變形的最大角度，在內(nèi)部看來;最高壓力值將達(dá)到到h0MPa和痛苦（計(jì)8日和9 ） 。在隔板和角度1的支板上，最大的拉應(yīng)力達(dá)到45兆帕斯卡（壓力表1 ）。 起重機(jī)梁的器件在受到最大壓力和軸向載荷較弱的時(shí)候，另一方面，所遭受的主要是斜負(fù)荷。起重機(jī)的豎向載荷主要是由牽引力引起的。
這種轉(zhuǎn)移完整長度的木材的起重機(jī)的金屬的載重量，不同于一般用途的起重機(jī)。首先它必須遵循起重機(jī)的裝載規(guī)則，由于逐步脫離基地。因此，負(fù)荷增加，并不是慢慢的順利進(jìn)行。 第二個(gè)特點(diǎn)是物質(zhì)吊裝的加快導(dǎo)致低低效率。這是抓斗所存在的所限制，這意味著不允許繩索從吊具座下降;載重量應(yīng)始終保持平衡。負(fù)載減弱加快電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的可能性是沒有根據(jù)的，因此微乎其微。因此，以同時(shí)懸掛的速度，森林龍門式起重機(jī)受到較小的動(dòng)應(yīng)力與類似的一般用途的起重機(jī)相比而言。通常，當(dāng)速度增加順利，在接通電器之后，從基地進(jìn)行轉(zhuǎn)載3.5-4.5秒鐘進(jìn)行一個(gè)循環(huán)。在事實(shí)上，并沒有發(fā)現(xiàn)金屬有顯著的振蕩，并且壓力慢慢達(dá)到了最大值。
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圖5 支持分配
當(dāng)可能性最明朗的時(shí)候，在伸展和抓取的結(jié)合處，在按下開關(guān)后一秒鐘繩索開始繃緊，在結(jié)合處清楚的發(fā)生。這個(gè)電動(dòng)機(jī)以0.6-0.7每秒的速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。從按下開關(guān)到繩索完全拉緊這一刻，需要3-3.5 s的時(shí)間，緊張的繩索慢慢的增加倒最長。梁的最大壓力增長倒最大值1-2 S并且平均振蕩為3.5 ％ 。
??當(dāng)一個(gè)固定的負(fù)荷解除時(shí)，加快速度，裝載在鋼絲繩上的吊具和金屬幾乎是相同的情況下快速吊起一堆捆扎的木材。該金屬金工振蕩的特點(diǎn)是有兩個(gè)諧波在0.6和2秒的過程當(dāng)中，這些已經(jīng)在前面的分析中獲得。從總結(jié)裝貨的振幅可以看出在最壞的情況下裝載貨物，使最高動(dòng)態(tài)加載超過上述靜態(tài)載荷可以達(dá)到13-14 ％ 。制動(dòng)一個(gè)負(fù)荷，當(dāng)它逐漸降低時(shí)，在金屬制品上產(chǎn)生顯著的振動(dòng)應(yīng)力，可以達(dá)到靜態(tài)載荷的7%左右。
移動(dòng)超過鋼軌接頭的3-4毫米的高度時(shí)，得到的只有微不足道的壓力。 在運(yùn)行中，有可能的情況下，當(dāng)源自不同類型的負(fù)荷加載結(jié)合起來。 當(dāng)最高負(fù)荷從制動(dòng)負(fù)荷時(shí)降低，是最大負(fù)荷情況配合制動(dòng)手推車與同的調(diào)整制動(dòng)器。
4 疲勞載荷分析
通過起重機(jī)的工作和壓力示波圖的獲得，在測試點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)變測量，在圖6
和第5中排列顯示，自一臺(tái)起重機(jī)的常見工作周期的時(shí)間由足夠的散射和平均值約為15分鐘，常見的運(yùn)行周期的時(shí)間起重機(jī)有足夠的散射與平均價(jià)值11.5 ）
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時(shí)間（0.1分鐘）裝貨過程變化值
民，以減少這些示意圖均勻過濾所產(chǎn)生的這些信號(hào)，和所有反復(fù)的形成的值，也就是說，當(dāng)結(jié)構(gòu)是不受到動(dòng)態(tài)加載，只有靜態(tài)加載發(fā)生時(shí)，將會(huì)被拒絕。 三個(gè)特點(diǎn)強(qiáng)調(diào)示意圖 （表11 ）顯示在表6中，而裝貨運(yùn)行周期的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是可見的。首先，當(dāng)負(fù)載被提升時(shí)，壓力增加到最高值。當(dāng)載荷被轉(zhuǎn)移到合適的位置并且強(qiáng)烈振蕩之后之后，由于不規(guī)則起重機(jī)運(yùn)動(dòng)對(duì)鋼軌及以上的鋼軌接頭導(dǎo)致大量的軸向載荷作為大多數(shù)降低載荷的原因。減少貨物的裝載量導(dǎo)致裝載量減少，并且建成一項(xiàng)基本負(fù)載周期的一半。
4.1 裝載過程中的振幅分析
? ? 這兩個(gè)名詞，現(xiàn)在應(yīng)該分開：裝載周期和裝載量。第一是作為一獨(dú)特的振蕩講（閉環(huán)） ，二是為一套加載周期期間一個(gè)運(yùn)行周期。
?? 該雨流循環(huán)計(jì)數(shù)方法給出了最終裁決。[ 2 ]是采取優(yōu)勢(shì)，以前面提到的疲勞的強(qiáng)度回線分析，為三個(gè)最弱的要素：（1）底部角度的協(xié)調(diào)（表11），（2）橫梁頂端的協(xié)調(diào)（表17），（3）角度的支持（表8）。用微分的手段統(tǒng)計(jì)樣本周期振幅的值的分布情況，由此得出估計(jì)參數(shù)列于于表4 中。應(yīng)該指出的是，直線圖的周期振幅與減少事后的非零平均數(shù)相等于直線圖為零時(shí)的平均數(shù)。
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表4
裝載振幅的威布爾分布參數(shù)
名字
布爾分布參數(shù)
值MPa
格式b
底部角度的協(xié)調(diào)
23.4
5
橫梁頂端的協(xié)調(diào)
40.4
4
角度的支持
29.5
4
4.2 裝載周期的數(shù)目
在雨流循環(huán)計(jì)數(shù)過程期間，計(jì)算有多少負(fù)荷周期進(jìn)行了裝載量由多少載重周
期的計(jì)算裝載座也進(jìn)行了。而處理這一類示波圖，一個(gè)整體樣本數(shù)量的加載周期得到了構(gòu)成的整數(shù)與最低及最高觀察值：24和26。隨機(jī)裝貨周期數(shù)VB可以由泊松分布參數(shù)來形容 = 34 。
每個(gè)月裝貨塊平均數(shù)值很快就獲得了，因此它是有可能找到適當(dāng)?shù)奶攸c(diǎn)，如果采取中央極限周期，不僅為每月裝載量，而且也為每月或每年的裝載周期。??
首先，將它從已知的概率論考慮，除了給出了獨(dú)立的泊松系數(shù)，還給出了一個(gè)隨機(jī)變量與泊松分布的參數(shù)K）。在另一方面，泊松分布可以很好地近似正態(tài)分布平均k。其次，中心極限定理，大致來說，有著大量標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算，獨(dú)立的初次分配漸近趨于正常。如果初次分配每個(gè)獨(dú)立的任期有一個(gè)正態(tài)分布，那么載重周期為一年的平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)偏差總數(shù)的都是平等的，大致為423096和650 。通過這些值從表3中取值。
5 應(yīng)力集中的因素和元件的耐力
要素起重機(jī)的各個(gè)部件初步是由半自動(dòng)氣體焊接，沒有邊緣制造設(shè)備及相應(yīng)的加工。為考察要件1和3周和邊緣焊縫的角度與節(jié)點(diǎn)板，有效應(yīng)力集中疲勞系數(shù)是所給予的計(jì)算方法[ 3 ]，的KF = 2.6-2.9 ，正好等于估計(jì)值，鑒于目前在俄羅斯規(guī)范疲勞焊接要素[ 4 ]，的KF = 2.9。起重機(jī)金屬制成的材料為合金鋼09g2s，此材料有一個(gè)持久極限120 MPa和屈服強(qiáng)度350兆帕斯卡。然后在平均值可承受的范圍內(nèi)視察要件1和3= 41兆帕斯卡。變異系數(shù)為0.1，和相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為=4.1兆帕斯卡。觀察的基本組成部分2是一個(gè)I形穿孔，由孔附加導(dǎo)軌，以頂端法蘭。那個(gè)相當(dāng)大的局部應(yīng)力所造成彎曲的地方也能促進(jìn)疲勞損傷累積。根據(jù)表[ 4 ]，有效應(yīng)力集中系數(shù)是接受的KF = 1.8，給出了一個(gè)平均的價(jià)值，可承受的極限，作為=67的強(qiáng)度創(chuàng)傷。使用相同的變化系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差是=6.7強(qiáng)度創(chuàng)傷.平均曲線，建議在表[ 4 ]，已形式：
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表5
對(duì)數(shù)參數(shù)的正太分布
名字
壽命分布參數(shù)
平均（塊）
標(biāo)準(zhǔn)(塊)
底部角度的協(xié)調(diào)
106.800
58.200
橫梁頂端的協(xié)調(diào)
143.200
79.200
角度的支持
74.620
32.300
與拐點(diǎn)沒有5.106和斜度為4.5為要件1及3斜度為5.5 組成部分2?？赡艿闹档脑啬土O限上述重疊的范圍，載荷振幅與非零的概率，這意味著這些元素受到疲勞累積損傷。然后根據(jù)上面可能作出結(jié)論，認(rèn)為疲勞計(jì)算的要素是必要的，也就是疲勞強(qiáng)度預(yù)測。
6 壽命預(yù)測
??該項(xiàng)研究的一些金屬材料受到疲勞損傷的累積。內(nèi)在的疲勞曲線是我們預(yù)測生命應(yīng)采取的優(yōu)勢(shì)，其中詳見于表[ 5 ]和表[ 6 ].通過以下內(nèi)在疲勞曲線的理論，我們根據(jù)觀察到壽命分布密度得到數(shù)正態(tài)分布的數(shù)據(jù)。該法所得的平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)偏差分別見表5 。那個(gè)數(shù)正態(tài)分布所得出的分布密度，顯示在圖7中。這是從這個(gè)表中至少強(qiáng)度要件為3 。得出一個(gè)平均的數(shù)量，載重量1年為12719 ， 很明顯，平均方法所得的吊臂前，疲勞裂紋出現(xiàn)在焊接要素是足夠的：元件的生命周期8.5年為組成部分1 ，11.5年為要件2 ，和6年為組成部分3 。然而，這些要素失效的概率不小于3-4年和是在范圍0.09-0.22 。這些概率不能被忽視，為服務(wù)的設(shè)計(jì)和維修提供幫助，應(yīng)作出努力，擴(kuò)大允許裂紋發(fā)生并且提高強(qiáng)度。
7 結(jié)論
??通過分析起重機(jī)載重表明，一些金屬材料受到較大動(dòng)態(tài)載荷，從而導(dǎo)致疲勞損傷的積累，其次是疲勞失效。
??疲勞強(qiáng)度的預(yù)測過程，本文提出了涉及四個(gè)部分
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運(yùn)行周期
圖7各要素壽命分布的密度曲線
（1）分析的運(yùn)作，在實(shí)踐中和決心裝載塊一段時(shí)期。
（2）雨流循環(huán)計(jì)數(shù)技術(shù)的計(jì)算負(fù)荷周期為一期標(biāo)準(zhǔn)
????運(yùn)作。
（3）選擇適當(dāng)材料根據(jù)疲勞數(shù)據(jù)。
（4）使用內(nèi)在疲勞曲線的方法計(jì)算疲勞強(qiáng)度。
??調(diào)查結(jié)果已證實(shí)的個(gè)案觀察
制造商已采取的決定，關(guān)于加強(qiáng)固定強(qiáng)度。 以實(shí)現(xiàn)延長疲勞強(qiáng)度。
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