船用起重機(jī)是海上環(huán)境中執(zhí)行運(yùn)輸作業(yè)的一種特殊起重機(jī)，主要用于艦船間貨物的運(yùn)輸轉(zhuǎn)移、海上補(bǔ)給、水下作業(yè)設(shè)備的投放與回收等重要任務(wù)。船用起重機(jī)在交付前需要進(jìn)行載荷應(yīng)力測(cè)試，主要是檢測(cè)船用起重機(jī)關(guān)鍵部位在不同工況下的載荷應(yīng)力大小，驗(yàn)證是否滿足工作強(qiáng)度要求，并根據(jù)實(shí)際測(cè)試結(jié)果對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)。某生產(chǎn)企業(yè)找到南京聚航科技有限公司，委托我們進(jìn)行這項(xiàng)載荷應(yīng)力測(cè)試試驗(yàn)。
試驗(yàn)儀器
儀器采用聚航科技的JHDY動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，儀器多通道設(shè)計(jì)，可同時(shí)多臺(tái)儀器并聯(lián)使用，可達(dá)數(shù)百通道，所有通道同步采樣。全中文軟件操作，測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，數(shù)據(jù)及曲線實(shí)時(shí)保存。
應(yīng)力測(cè)試方案
船用起重機(jī)主要由基座、塔身、吊臂和控制系統(tǒng)構(gòu)成，測(cè)量部位均為鋼材。測(cè)點(diǎn)選擇主要為了考察幾個(gè)關(guān)鍵部位的強(qiáng)度，因受力方向未知，采用三軸應(yīng)變花。其中塔身頂部10個(gè)測(cè)點(diǎn)，框架1個(gè)測(cè)點(diǎn)，吊臂本體2個(gè)測(cè)點(diǎn)，卷?yè)P(yáng)機(jī)加固構(gòu)件1個(gè)測(cè)點(diǎn)。
測(cè)試分為4種載荷工作模式：荷重40噸保持操作、荷重40噸卷上下操作、荷重45噸保持操作、荷重45噸旋回操作。在每個(gè)工作模式準(zhǔn)備好后，應(yīng)變儀器進(jìn)行調(diào)零并開始測(cè)量采集。駕駛員按照操作方式進(jìn)行操作直到操作流程結(jié)束后，儀器測(cè)量停止采集。每個(gè)工作模式重復(fù)3次，記錄3次測(cè)試的最大最小應(yīng)力值和平均值。
應(yīng)力測(cè)試結(jié)果
測(cè)量過(guò)程中通過(guò)軟件記錄了各通道的應(yīng)力變化，以下為其中2個(gè)測(cè)點(diǎn)在載荷模式2測(cè)試時(shí)的變化曲線。
圖1 載荷模式2應(yīng)力全程變化曲線
從結(jié)構(gòu)安全角度考慮，我們?nèi)「鱾€(gè)測(cè)點(diǎn)在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中的最大應(yīng)力值、最小應(yīng)力值的3次重復(fù)的平均值來(lái)驗(yàn)證船用起重機(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力詳細(xì)數(shù)據(jù)見下表。
試驗(yàn)項(xiàng) | A | B | C | D |
荷重 | 40T | 40T | 45T | 45T |
操作 | 保持 | 卷上下 | 保持 | 旋回 |
部位 | 測(cè)點(diǎn) 次數(shù) | σ1 | σ3 | σ1 | σ3 | σ1 | σ3 | σ1 | σ3 |
塔身部 | 1 | -59.7 | -171.5 | 7.9 | -3.7 | -4.8 | -186.4 | -3.8 | -180.1 |
2 | -155.9 | -177.0 | -17.4 | -36.9 | -101.8 | -233.9 | -101.4 | -230.7 |
3 | -32.3 | -181.9 | -1.8 | -24.3 | -34.8 | -202.4 | -33.7 | -199.6 |
4 | -65.7 | -180.8 | -7.8 | -18.6 | -71.8 | -202.3 | -70.6 | -198.2 |
5 | 45.8 | -207.5 | 4.1 | -27.2 | 52.4 | -231.6 | 51.0 | -229.1 |
6 | 39.6 | -71 | -0.2 | -8.3 | 45 | -79.6 | 44.2 | -76.8 |
7 | 212.5 | 90 | 71.2 | 29.3 | 240 | 102.2 | 244.1 | 103.7 |
8 | 162.2 | -0.8 | 61.8 | 6.8 | 184.7 | -0.1 | 187.9 | 0.7 |
9 | -118.3 | -454.6 | -27.7 | -117 | -133.4 | -512.4 | -133.5 | -513.8 |
10 | -13.9 | -195 | -5.7 | -52.3 | -14.4 | -219.7 | -15.2 | -221.5 |
頂部 | 11 | -141.3 | -252.6 | -147.0 | -329.7 | -155.7 | -280.6 | -177.9 | -316.3 |
吊臂 | 12 | -82.5 | -177.8 | 15.2 | -18.7 | -89.5 | -201.7 | -92.4 | -184.6 |
13 | -8.7 | -188.9 | -8.6 | -217.7 | -7.9 | -205 | -8.9 | -217.4 |
卷?yè)P(yáng) | 14 | 0.9 | 0.3 | 5 | 0.8 | 4.4 | 0.9 | 12.2 | 1.5 |
注：以上σ1 為最大主應(yīng)力，σ3 為最小主應(yīng)力，-代表壓應(yīng)力，不帶-的為拉應(yīng)力。應(yīng)力單位為：MPa。
數(shù)據(jù)分析及結(jié)論
從以上應(yīng)力數(shù)據(jù)列表可以看出，本次測(cè)量的各測(cè)點(diǎn)在4種測(cè)試項(xiàng)目下，7#點(diǎn)在45噸旋回狀態(tài)下的拉應(yīng)力最大為244.1MPa，超過(guò)材料屈服強(qiáng)度的2/3。9#點(diǎn)在45噸旋回狀態(tài)下的壓應(yīng)力最大-513.8MPa，存在應(yīng)力集中問題。
針對(duì)上述問題，后續(xù)對(duì)起重機(jī)應(yīng)力集中部位進(jìn)行了加強(qiáng)，并在原9#測(cè)點(diǎn)附近選取2個(gè)測(cè)點(diǎn)再次進(jìn)行測(cè)試，1#距離焊縫5mm，2#距離焊縫40mm，測(cè)試結(jié)果如下：
試驗(yàn)項(xiàng) | A | B | C | D |
荷重 | 40T | 40T | 45T | 45T |
操作 | 保持 | 卷上下 | 保持 | 旋回 |
部位 | 測(cè)點(diǎn) 次數(shù) | σ1 | σ3 | σ1 | σ3 | σ1 | σ3 | σ1 | σ3 |
塔身部 | 1 | -90.0 | -340.4 | -22.0 | -89.8 | -100.8 | -381.3 | -104.7 | -395.7 |
2 | -65.5 | -264.8 | -15.6 | -71.1 | -73.4 | -295.4 | -77.8 | -307.1 |
根據(jù)結(jié)果可以看出，進(jìn)行加強(qiáng)后，應(yīng)力集中問題已大幅改善，1#點(diǎn)在45 t旋回狀態(tài)下的壓應(yīng)力最大為-395.7MPa，最大應(yīng)力下降23%。2#點(diǎn)在45 t旋回狀態(tài)下的壓應(yīng)力最大-307.1MPa，最大應(yīng)力下降40%，其中靠近焊縫位置應(yīng)力較為集中。
