不容忽视的起重机械安全检测

起重机械一般工作环境恶劣，且频繁地承受各种载荷的反复作用，为了确保其安全状态，避免起重臂断裂、倾覆等事故发生，必须采取相关安全检测，其中包括对金属结构的检测。

近几年，由于起重机的大范围使用，国内对起重机结构安全、断裂失效等问题进行了许多研究，如 采用应力测试系统对平头塔机起重臂断裂失效进行分析 [1] ；采用应力测试评估老旧起重机金属结构 [2] ；应力测试结合无损检测在起重机专用梁式吊具安全评估 [3] ；腹板加高门式起重机的应力测试及分析，以判定改造后的设备是否满足工况需求 [4] 。

应力测试是验证起重机金属结构承载能力的最直接、最有效的手段。测量金属结构主要受力部位的应变、应力，进行强度、刚度校核，并且可通过动态测量，测出结构的动态特性。（公众号：欧美大地仪器）

起重机械金属结构应力测量主要分为：

校核性测量：验证结构强度（刚度）是否满足理论计算要求。例如，新产品鉴定性检测。

改进性测量：产品改进，确定安全储备，减轻结构自重。

优选性测量：各种设计产品的方案比较、试验研究性检测。

增潜性测量：产品改造，提高结构承载能力。

测量方法

应变电测法是用电阻应变片先测出构件的表面应变，再根据应力、应变的关系式来确定构件表面应力状态的一种实验应力分析方法。

01 应变片布置原则

以港口起重机械为例，其金属结构基本上是由角钢、槽钢、工字钢、T型钢、钢管等型材或由钢板焊成的箱形结构所组成。由各种形式材料组成的结构，通常承受拉(压)、弯、扭等几种外力的作用，其断面上的应力分布比较复杂。

各种断面的应力分布规律

• 断面上通常只有两种力：正应力、剪应力
• 断面角点处只有正应力，而无剪应力（相当于单向应力状态）。正应力的最大值出现在角点处。
• 剪应力的分布形式根据其断面形状不同而不同，一般来说，最大剪应力产生在中性轴处（主惯性轴处）。

贴片建议

根据应力分布状态：单向平面应力状态

主应力方向已知：

轴向受力构件：应变片可在断面上、下或左、右沿轴向布置。

受弯构件：最大弯矩处断面的边缘或四角沿轴向布置。

压弯构件：断面上四角不少于四片轴向布置。

主应力方向未知：

受弯构件的正应力与剪应力较大的部位；

断面形状不规则或有突变处；

汇交力系的杆件节点部位。

单向应力状态：在单向拉伸或压缩外力作用下，沿轴向应力方向贴应变片

平面应力状态（主应力方向已知）：沿x和y的方向各贴一枚应变片（或直角应变花）

平面应力状态（主应力方向未知）：在被测构件上的同一个测点以三个不同的方向进行测量（如0°-45°-90°三轴应变花），并对3个不同方向上的应变进行测量，根据公式求出主应力与主应力的方向

重要受力部位：贴双片，提高测量值的可靠性。

对称结构断面：可适当减少布片、数量，例如单边布片。

02 测试数据采集

静态应力测试

检验主要承载构件在额定载荷或不同工况静载作用下的结构强度，并进行安全评估。

TDS-540全能型静态数据采集仪

• 独特的测量技术实现高精度、高稳定性
• 强大的内部存储和UPS电路保证数据的可靠存储
• 最大1000通道扩展（结合外部扩展箱）
• 0.1微应变的高分辨率模式
• 配备带触摸屏的彩色液晶显示器
• 内置高速打印机
• 可通过浏览器实现远程数据采集功能

动态应力测试

检验起重机在动态载荷作用下主要承载金属结构的动应力水平，根据频谱分析等确定构件强度。

TMR-300小型多通道数据采集系统

• 小型、轻量、模块化、直流驱动，适合现场测量
• 根据不同的测量目的和传感器类型，自由组合多种测量单元
• 100kHz高速采样
• 0.1微应变的高分辨率模式
• 支持多种分布连接，满足大范围多测点的要求

现场快速测量

测点数量较少、现场快速检查测量和确认，可以选择手持式动静态应变仪。

TC－32K手持式静态应变记录仪

• 一触式快速插头轻松连接
• 间隔睡眠功能实现自动测量
• 最多可记录20个通道的传感器模式、系数和初始值的设置以及测量值，可采集多个现场点的测量数据再做后续处理
• 高亮度LCD显示屏，操作简单
• 低功耗，碱性电池供电，方便现场更换
• 防溅水结构保证在户外安全使用

DH-14A手持式动态应变仪

• 手持式，体积小，重量轻
• 4通道同时采样，具备触发测量和自由测量模式
• 最快采样仅需50微秒（20kHz）（单通道模式下）
• 彩色液晶显示器，清晰显示数值和波形
• 干电池供电，最长续航达6小时
• 标配适合手持使用的单肩包、标配软件

参考文献：

[1]张桢,马俊,黄豪华,等.平头塔机起重臂断裂失效分析[J].中国特种设备安全,2015,37(5):59-63.

[2]张志斌,田佳梅.采用应力测试评估老旧起重机金属结构的实例分析[J].装备制造技术,2017,10:178-180.

[3]赵凯,倪大进,胡静波,等.应力测试结合无损检测在起重机专用梁式吊具 安全评估中的应用分析[J].内燃机与配件,2017,10:91-93.

[4]鞠成伟,赵政飞.腹板加高门式起重机的应力测试及分析[J].起重运输机械,2014,8:116-118.

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来源：欧美大地仪器