（机械工程专业论文）大型起重机拉索的检测与评估方法研究.pdf

中文摘要 ， l 针对我国扳起式大型履带和塔式起重机用拉索没有定量 检测方法这一实际情况，y 本文试图以l d q 2 2 0 0 履带式起重机 拉索检测为例，借助国内外较先进的钢丝绳定量检测仪，综合 出大型履带( 塔) 式起重机拉索定量检测的一股方法。同时， 提出重点检测部位和检测周期，对检测结果进行评估，以使操 作者尽可能地掌握拉索的实际状况。 拉索的关键部位也是薄弱部位，是钢丝绳段。因钢丝绳的 使射范围广，其安全使用关系到国计民生，所以钢丝绳的无损 定量检测国内外研究己数十年，且一直是热门问题。但只在近 些年才随着计算机智能化的应用有了较为快速的发展。同时， 国内也研制出了在国际上较为先进的检测仪器。7 。 本文提出的利用钢丝绳定量检测仪检测起重机用拉索，进 而对其结果与钢丝绳报废标准进行对比分析，评估其使用状 况，在国内还没有先例。同时，借助起重机星左盆圭丘，计算出 其受力最大拉索，对其实施分工况重点检测，不仅节省人力、 物力，而且能重点保证起重机在最大受力工况下的安全使用。 实际检测结果证明：磁性检测方法检测拉索，其结果准确、 可靠，易于实现，对保证起重机拉索的安全使用和科学更换， 具有实际的指导意义。避免了拉索超标准使用带来的安全隐患 和过早更换带来的巨大浪费。该方法值得推广。 关键词：起重机拉索检测评估 - _ a b s t r a c t nv i e wo ft h ea c t u a ls i t u a t i o no fb r a c i n gc a b l en o th a v i n g q u a n t i t a t i v e d e t e c t i o nm e t h o df o rl ar g ec r a w l e rc r a n ea n d t o w erc r a n e ，t h ep a p e rtr i e st ot a k et h eb r a c i n g c a b l e d e t e c t i o no fl d q 2 2 0 0c r a w i e rcr a n ef or e x a m p l e w i t h m a k i n g u s eo fa d v a n c e dw i r e r o p eq u a n t i t a t i v ed e t e c t i n g n s t r u m e n t sa th o m ea n da br o a dt os u mu p ac o r n m o n m e t h o do fw ir er o p e q u a n t i t a t i v e d e t e c t i o nf o rl ar g e cr a w l e r t o w erc r a n e a tt h es a m et i m e ，i ts p e c i a l i z e st h e m a i nd e t e c t i o np l a c ea n dd e t e c t i o np er i o da n de v a l u a t e st h e d e t e c t i o nr e s u l ts oa s t o i m p r o v et h e o p e r a t o r t o gr a s p a c t u a is i t u a t i o no fbr a c i n gc a b l e t h ew ir er o p ei st h ec r i t i c a lp a r ta sw e l la st h ew e a kp l a c eo f b r a c i n gc a b l e b e i n gw i d e l y u s eo fw ir e r o p e ，i t ss a f e t y i s r e l a t e dw i t ht h en a t i o n a le c o n o m y a n dt h e p e o p l e s v e l i h o o d ：a n ds ot h en o n d e s t r u c t i v eq u a n t i t a t i v ed e t e c t i o n h a sb e e ns t u d i e df o rm a n yy e a r sa th o m ea n da br o a da sa h o tt o p i c h o w e v e r ，i to n l yd e v e l o p e dm o r er a p i d l yw i t ht h e a p p l i c a t i o n o f c o m p u t e ri n t e l l i g e n c e i nr e c e n ty e a r s f ur t h e r m or e d o m e s t i cd e t e c t i o ni n s t r u m e n t h a sb e e n 4 一 d e v e l o p e dw h i c hk e e p sm o r ea d v a n c e di nt h ew o r l d t h e p a p e r p o i n t s h o wt o u s et h ew ir e r o p e d e t e c t i o n n s t r u m e n tt od e t e c tb r a c i n gc a b l ef o rc r a n ea n df u r t h er ，i t c o m p a r e sa n da n a l y z e st h er e s u l t w i t hs c r a p s t a n d ar d o f w ir er o p ea n dt h e ne v a l u a t e st h eu s ec o n d i t i o n i ti st h ef ir s t u s eo ft h i sm e t h o di nc h i r l a i na d d i t i o n ，i tc a i c u l a t e st h e m a x i m u mf o r c eb e a r db yc a b l ew i t hc r a n ef or c ea n a l y s i st o r e a l i z ee m p h a t i cd e t e c t i o nb a s e do nd i f f er e n tc o n d i t i o n t h i s m e t h o dn o to n l ys a v e sm a np o w e ra n ds u b s t a n c eb u ta l s o e n s ur e st h e s a f e t y u s eo fc r a n eu n d e rm a i m u mf or c e c o n d j t i o n t h ea c t u a ld e t e c t i o nr e s u l t sh a v ep r o v e dt h a tb r a c i n gc a b l e d e t e c t i n gb y m e a n so f m a g n e t i c d e t e c t i o ni sa c c ur a t e r e l i a b l ea n d e a s y t or e a c h ：m e a n w h i l e i th a s p r a c t i c a d ir e c t i v e m e a n i n g o n s a f e t y u s e g u a r a n t e ea n ds c i e n t i f i c c h a n g eo fc r a n ec a b l e ，o nt h eo t h e r ，i ta l s oa v o i d sp o t e n t i a s a f e t y h i d d e nt r o u b l eb yc a b l eo v e r u s e a n de n o r m o u sw a s t e c a u s e d b y o v e r - e a r l yr e p l a c i n g t h i sm e t h o di sw or t h g e n e r a i i z i n g k e yw o r d s ：c r a n e ，w i r er o p e ，d e c t e c t i o n ，e v a iu a t i o n 5 一 1 绪论 1 1 问题的提出 目前，国内进口的大型履带式起重机较多，按照国外厂家 的要求，其拉索一般在使用4 5 年后就被要求换新的，但具体 明确的更换标准或依据没有给出。更换一套进口起重机全车拉 索价值在百万元乃至数百万元，对于我国国情而言，显然是巨 大的浪费。另一方面，如不管保养、使用情况如何，硬性规定 起重机拉索使用4 5 年就更换，亦不甚合理。 我国目前使用的进口大型履带式起重机之拉索一般是用 了国外厂家的要求的更换时间的2 3 倍，即l0 - 2 0 年。由于至 今没有一个明确的、可操作的更换标准，在拉索的使用中就存 在个要么是巨大的浪费，要么是潜在安全隐患两方面的问 题。对于国内自行设计制造、使用的占相当比重的扳起式塔式 起重机，设计、制造厂家对拉索的更换也没有一个明确的标准， 一般认为随着起重机的使用寿命或拉索使用、保养状况而定 ( 没有定量更换标准) 。全国电力施工机械协作网几次开会研 究大型履带及塔式起重机具体的安全使用、寿命问题时，其中 拉索的寿命鉴定是难点之一。至今没有一个明确的做法。只是 建议使用1 0 年以上的起重机拉索应当更换。 显而易见，若要更换，则可能存在巨大浪费，对一个企业 来讲，这不是一个小数字。若继续使用，则可能存在巨大的安 全隐患。因此，如何定量检测拉索中钢丝绳的使用寿命，做到 科学、合理地更换，是摆在我们面前的极具实际意义的一项重 大课题。 1 2 课题研究的意义 国内在用国产和进口的扳起式大型起重机2 0 0 余台，原值 几亿元，如何能保证这些在用大型起重机的安全使用，同时 降氐企业不必要的成本支出，是关系到国家、企业、个人生命 财产的大问题，其中，拉索钢丝绳的检钡9 是大型起重机定期检 测的关键。在使罚中，钢丝绳往往是大型起重机的关键部件， 毖至是“命根子”。为确保钢丝绳安全、可靠、商效地工作， 对钢丝绳的运行状况，如断丝、磨损、锈蚀缺陷以及疲劳、剩 余承载能力、安全系数等进行检测是必要的。传统的钢丝绳检 测方法是人工目观检查，这一方法是由专职检测人员定时对使 用中的钢丝绳进行观察，采用卡尺测量直径、手摸或肉眼寻找 缺陷等。 很明显，人工目视检查只能发现钢丝绳中露在外部的缺陷 ( 如断丝) ，对于内部缺陷则无能为力，且检查结果受人为因 素的影响较大，可靠性差。因此，很多钢丝绳使用部门采用定 期更换钢丝绳的方法，依据钢丝绳的额定使用寿命确定其更换 周期，不论钢丝绳的实际状况如何，到期均实行更换。显然， 这也会带来一些问题。因此，如何采用仪器定量对钢丝绳进行 检测，特别是定量的无损检测，是十分重要的。 本课题试图以l d q 2 2 0 0 履带式起重机为例进行分析，对大 型起重机拉索的无损检测和评价方法进行研究，找出一种定期 检测起重机拉索的有效方法，实现大型扳起式起重机拉索的更 换科学化、定量化，以达到既节约了资金又能保证起重机的安 全使用的目的。这对保证我国电力系统在役数百台大型起重机 的安全使用及降低企业成本将起到重要作用，其经济效益和社 会效益巨大。这一方法完善化、程序化后推广到其它大型起重 机的拉索检测中去也将具有十分重要的意义。 1 3 钢丝绳无损检测技术发展概况 早期的钢丝绳，由于钢丝没有经过预应力处理，当钢丝绳 表面出现断丝时，应力的作用使它向外扩散，从而露出绳外， 这洋，最明显、也是最原始的方法一一人工目觇检查法相应而 生。人工目视检查是检测人员站在钢丝绳旁，手抓棉纱并捋摸 钢丝绳，钢丝绳以检测速度运行，其出现挂纱，则疑为断丝并 将钢丝绳停止在该位置仔细观察。然而，随着钢丝绳生产工艺 和材料的发展，制绳用的钢丝经过了预应力处理，从而使得断 丝、断口具有收敛性，不向外翘出；另一方面，钢丝绳的润滑 使得其表面形成较厚的油泥，这些均给人工目视检查带来困难 。此时，只得对钢丝绳逐段清洁后仔细观察，即使如此，钢 丝绳内部缺陷仍无法发现。这就要求研究其它的钢丝绳检测方 法。 从二十世纪初开始，南非、德国、日本、加拿大等世界许 多国家分别对钢丝绳电磁无损检测装置进行了大量研究，经过 各国科技工作者的不懈努力，钢丝绳检测技术，特别是电磁无 损捡测技术，得到很大发展，并制成了相应的检测仪器。 从6 0 年代中期到8 0 年代中期，国外推出的钢丝绳检测仪 器产品就达3 0 多种。7 0 年代初，我国也推出了第一代国产的 t q s 型钢丝绳探伤仪。当时，研究的重点放在如何得到稳定、 可靠、明显的钢丝绳缺陷信息检测方法及装置上，研究的精力 主要集中在钢丝绳探伤传感器研制上。由于检测仪器均处于模 拟仪器和电子仪器阶段，未出现能对检测信息作综合分析的数 字化仪器和微计算机化仪器。此时的探伤仪在检测性能上都存 在着以下几个缺点：它们几乎都以单笔或多笔模拟记录仪亦 或磁带机记录检测信号曲线，因而必须由检测人员对这些检测 曲线进行分析与推测，才能确定钢丝绳上缺陷的具体位置和严 重程度；检测信号被压缩记录，使得沿钢丝绳轴向分辨距离 较近的缺陷能力有限，这样，严重影响着检测结果的精度： 在钢丝绳轴向上同一或近于同一截面附近中位置不同的缺陷 检测信号被叠加记录于检测曲线上，降低了定量分辨缺陷的能 力；对检测曲线的翻译受检测人员自身素质等诸多因索的影 响。虽然如此，与人工目视检测相比，它们至少成为钢丝绳检 测的辅助手段，并且随着人们对探伤仪检测信号特征认识的加 深和现场使用经验的不断丰富，检测曲线的人工解释与分析结 果的准确性逐步得到了提高。 为了克服上述不足，到了8 0 年代后期，随着微电子技术 和电子计算机技术的不断发展，人们开始注重钢丝绳睑测仪器 的微计算机化和智能化问题，计算机模式识别技术、人工智能 技术的迅速发展为这类仪器的产生提供了坚定的理论基础。这 一时期的研究，主要集中在检测信号的分析处理方法与仪器 上。同时，更深入系统地研究了钢丝绳缺陷检测信号的特征， 以及高灵敏度、葛分辨力、高稳定性的检测方法与装置，它们 成为检测信号自动、定量分析识别的首要基础。 钢丝绳检测的目的是根据检测的结果判别在役钢丝绳的 残余强度( 承载能力) ，掌握其运行的安全系数，最终决定更 换的日期。根据这一最终目标，钢丝绳检测技术按这样的四个 层次发展：基于人工的检测与识别、基于仪器检测的人工识别、 基于仪器的检测与识别、基于仪器的智能评判与诊断。如图 1 1 所示。 由图可以看出，基于仪器的智能评判与诊断，是将处理过 程建立在准确的缺陷检测状态和有关的知识( 理论的和实践 的) 基础之上。通过精确计算后，综合评判，最终作出诊断， 它将减少处理过程中人为因素的影响，提高判断的科学性和准 确性。 综上所述，钢丝绳检测技术的发展，从检测方法与仪器上 来看，将逐步以仪器取代人工检查，并不断提高检测的准确性， 增强智能处理的能力：从检测结果的综合分析评估来看，相关 的可靠的知识( 包括理论的和实践的) 将取代经验，逐步完善 基于知识的诊断方法，最终实现钢丝绳使用管理的科学性，提 人工检测 与识别 毒纛：霉篡挈 ；基于仪器的智能检测、评判与诊断 的人工识别! 量于仪器冒肫卞苴删、讦刊与l 荸：田7 图1 。1在役钢丝绳的检测、诊断过程 ? ，它的使用安全胜和使用的经济性。 1 4 钢丝绳缺陷无损检测方法与仪器 钢丝绳的检测，可以采用破损检测法和无损检测法。破 损检测方法通过对钢丝绳样本进行静态拉断试验和动态疲劳 试验来确定钢丝绳的强度损耗和残余使用寿命指标。破损检测 方法具有很大的局限性。它难以全面了解整根钢丝绳状态，因 为强度试验不能够在不损坏钢丝绳的条件下进行，而在役钢丝 绳又不允许随意地在工作段上截取样本( 通常是在钢丝绳的绳 头或绳尾截取试验样本，然而此处的钢丝绳不能够准确反映钢 丝绳上最薄弱环节处或全绳的状态) 。另外，使用一段时间的 钢丝绳可能发生硬化，这时，拉断强度增加或保持不变，但弹 塑性降低，相应地弯曲能力和承受动载荷的能力也会降低。与 破损检测法相反，无损检测法在不改变钢丝绳状态和使用性能 的前提下，直接对使用中的钢丝绳损耗进行测试，进而推测其 残余使用寿命和承载能力。 目前，国内外的科技工作者已经提出了很多适合于铜丝绳 状态检测的无损检测方法，磁检测法是目前被公认为最可靠的 钢丝绳检测方法“1 。这一方法长期以来受到人们的重视，也是 目前最为成熟的检测方法。钢丝绳绝大多数采用导磁性能良好 的高碳钢制成，很适合于利用电磁检测法进行检测：同时，磁 检测法具有成本较低，易于实现等优点，因而，目前实用的钢 丝绳检测技术和仪器几乎都采用磁检测法”。 磁检测方法检测钢丝绳缺陷( 断丝、磨损、锈蚀等) 的基 本原理是，用一磁场沿钢丝绳轴向磁化钢丝绳段，当钢丝绳通 过这一磁化磁场时，一旦钢丝绳中存在缺陷，则会在钢丝绳表 面产生漏磁场，或者引起磁化钢丝绳磁路内的磁通变化，采用 磁敏感元件检测这些磁场的畸变即可获得有关钢丝绳缺陷的 信息。根据钢丝绳结构和缺陷特征，人们研究出两种类型的磁 检测方法：局部缺陷检测法( l o c a l i z e d f a u l tm e t h o d ) ，简称 l f 法，如图卜2 a 所示：截面积损耗型检测法fl o s so fm e t a l l i c a l a r e am e t h o d ) ，简称l m a 法，如图l 一2 b 所示。前者通过测量 钢丝绳表面局部区域中的漏磁场获得获得信息，主要检测像断 丝、锈蚀斑点等引起局部突变磁场的缺陷；后者通过测量磁化 回路中主磁通的变化获得信息，主要检测像磨损、锈蚀等引起 钢丝绳横截面中金属截面积总和变化的缺陷，磁场检测法主要 幽两大部分组成，其一为磁化钢丝绳的励磁装置；其二为俭测 磁场的磁检测装置。励磁装置对钢丝绳磁化的程度直接关系着 缺陷能否被检出以及探伤传感器的体积和重量，国外现均采用 将钢丝绳磁化至深度磁化的方法。磁检测装置是探伤传感器的 关键部分，关系着缺陷检测的空f 司位置分辨、程度分辨力、信 噪比、灵敏度等。在l f 法中，采用了感应线圈、霍尔元件， 并基于多元件组台的检测”“、整磁板技术的险测、聚磁技术的 检测”“3 等漏磁检测方法来克服因钢丝绳结f f j 给检测信号带 来的干扰，提高缺陷漏磁检测灵敏度，防止漏检；在l m a 法中， 通过选择检测元件的位置布置，来提高检测信号的灵敏度和定 性、定量分辨力。 磁检测法比其它方法具有明显的优点，所以被广泛应用， 并形成了一系列检测仪器。国内以华中理工大学为代表的科研 机构经过多年的探索，率先研制出了m t w 型钢丝绳检测仪。它 是一种定量检测钢丝绳中表面或面积总和变化的计算机化无 损检测仪器。采用了l f 型探伤传感器和l m a 型探伤传感器， 检测信号经过放大、滤波等处理后由计算机采集和判别，检测 的结果可显示、存储、打印。钢丝绳运行的位置由光电编辑器 编码好后进入计算机，计算机对位置编码器发出的脉冲信号计 数，通过计算后得到精确的位置”1 。 广1 霍尔元件 缓寤雾零i 吲 笾i - 7 。, 。i 銎 萎丝腱- 绳 圈 绳 l 一 霍尔元件 、一， ( a )( b ) 图l 一2 磁检测原理图 ( a ) l f 法：( b ) l m a 法 1 5 本论文的结构 针对当前大型起重机拉索没有进行无损检测先例这一情 况，本文从以下几个方面对起重机拉索的检测与评估进行了理 论分析和检测实践： ( 1 ) 首先简述了起重机拉索及其破坏形式。针对拉索的破坏 形式和拉索的使用特点，提出了大型起重机钢丝绳无损检测的 特点。 ( 2 ) 以l d q 2 2 0 0 履带式起重机为例，对其进行受力分析， 找出受力最大的拉索，进而提出了拉索的无损检测方法。 ( 3 ) 论述了用m t c b 4 8 型数字化钢丝绳检测仪对l d q 2 2 0 0 履带式起重机拉索进行无损检测的实践过程。 ( 4 ) 利用钢丝绳失效模型和强度分析理论，对l d q 2 2 0 0 履 带式起重机拉索的检测结果进行分析与评估，总结出对起重机 拉索进行检测与评估的般方法。 2 大型起重机及其拉索特性 山苤盘坐纽：! ；坐丝i 垒! 釜 ：= ：一 2 1 大型履带( 塔) 式起重机 履带式和塔式起重机按分类均属于起重机械中的臂架式 类型起重机1 。所谓“大型”一般对于履带式指最大起重量 l j 0 ，以上，塔式起重机指起重力矩2 0 0 0 tm 以上。本论文所述 的大型履带( 塔) 式起重机系指电力、石油、化工、冶金等建 设所用的扳起臂式起重机。( 如图2 la 大型履带式起重机； 2 一lb 大型塔式起重机) 。调查表明：此类起重机无论是单机价 值，还是其起升高度、最大起重力矩、最大起重量在国内、外 均是较大的，在主要建筑安装企业的机械设备配置中亦占有较 大比重。仅据截止2 0 0 0 年底的电力系统的统计资料显示，国 内生产和国外进口的大型履带和塔式起重机共2 0 2 台，总价值 约1 9 亿元人民币。这些机械均是我国电力建设的主吊机械， 目前仍然在发挥着重要作用。 此类扳起式起重机与其它类型起重机相比有几个特点：一 是其具有主臂工作状态和塔式工作状态。主臂工作状态系指只 用主臂作起吊作业( 图2 2 大型履带式起重机主臂工作状态) 。 塔式工作状态系指用主臂作为塔身，通过副臂变幅来实现起吊 作业“”( 图2 一l a 所示即为大型履带式起重机的塔式工作状 态) 。而每种工作状态又具有多种臂长的组合工况。二是其具 有拉索。分为扳起拉索、主臂拉索、副臂拉索( 如图2 1 a 中 7 、6 、3 所示) 。如图2 1 a 所示，扳起拉索、扳起架、主臂； 主臂拉索、主撑臂、主臂；副臂拉索、副臂、副撑臂均构成受 力明确的固定三角形。 2 2 起重机拉索及其破坏形式 起重机所用拉索是由钢丝绳及其铝合金压制接头组合而 成。因在由钢丝绳制作拉索时，其压制接头按照g b 6 9 4 6 9 3 钢 丝绳铝合金压制接头的工艺要求而制作，并且在工厂内进行 型式检验时作破断拉力试验，而钢丝绳断裂时压制接头无损 伤，此工艺保证了铝合金压制接头强度高于钢丝绳段强度”、 ”。因此，本论文只重点分析拉索中钢丝绳段的破坏形式及其 定量检测等问题( 以下在提及拉索时均指拉索的钢丝绳段，因 此均称钢丝绳) 。与其它钢丝绳破坏形式相同，拉索中钢丝绳 段的破坏形式( 缺陷) 也是随着使用时间的持续，钢丝绳将会 出i w 。下列几种损伤。 1 主臂 2 _ 惜 3 _ 塥惟凇索 4 舀燃 5 _ 攒 争捌撩 卜书旋；擦 8 - 吨热 弘壤鞴及牒 l 卿f 目辟 图2 1a 大型履带式起重机 图2 1b 大型塔式起重机 1 6 图2 - 2 大型履带式起重机主臂工作状态 2 2 1 断丝 钢丝绳的断丝一般分为：疲劳断丝、磨损断丝、锈蚀断丝、 剪切断丝以及过载断丝、扭结断丝等，后两种断丝属于事故状 态下发生的。拉索中钢丝绳段的断丝一般是锈蚀断丝和扭结及 磨损断丝，尤其以锈蚀断丝为主。 2 2 2 磨损 钢丝绳的磨损和绳径变细是密切相关的。实际检测中，一 般通过对钢丝绳直径测量来测定其磨损程度。 绳径变细分正常变细和磨损变细两类。新绳悬挂后，通常 在开始使用后不久，直径变细的速度较快，当变细到公称直径 附近时( 钢丝绳表面还没有发生磨损) ，出现暂时稳定，随着 钢丝绳表面磨损开始，直径又渐渐地变细。前期的变细是由于 钢丝绳捻制结构引起伸长而变细，属于正常变细，钢丝绳的破 断拉力强度不但不会损失，反而会因钢丝绳结构更加紧密而增 强，对使用是有好处的；后期的变细则由于钢丝绳磨损和绳芯 腐蚀变质等原因造成，称为磨损变细。拉索中钢丝绳的磨损( 绳 径变细) 主要是外部磨损( 拉索在存放或变换工况的安、拆过 程中与臂杆或地面等接触而产生的钢丝绳磨损) 和绳芯腐蚀变 质而造成绳径变细。 2 2 3 锈蚀 拉索中钢丝绳的锈蚀( 生锈、腐蚀) 是钢丝绳的金属表面 受周围介质化学或电化学作用而产生的破坏现象。虽然拉索的 钢丝绳段在使用过程中亦加注钢丝绳润滑油，但表面水还是能 很快沿钢丝绳单线间形成的毛细管渗透到内部的间隙里，由于 外层的润滑油、油泥的覆盖，渗入钢丝绳内部水分不易干燥而 滞留于绳芯中，从而腐蚀绳内部；另外，使用环境中水分或气 体中含有的腐蚀物质也会加剧钢丝绳的腐蚀。观察钢丝绳外部 锈蚀可以发现，内部锈蚀则较难检测和评价，而在实践中锈蚀 对钢丝绳的机械状况的影响，远远超过断丝和磨损的影响。锈 蚀是拉索中钢丝绳段损坏的主要形式之一。事实上，在拉索的 使用过程中，上述损伤的产生与发展是相互影响的。钢丝绳锈 蚀会加剧磨损( 绳径变细) 损伤，磨损又将促成断丝的发展， 只是在各使用状态下，损伤发展的速度和程序不尽相同。 此外，在使用过程中，拉索中钢丝绳还会出现形崩故障， 如压扁、股松驰、波浪形、扭结、弯折、起壳、股内钢丝飞出、 绳芯飞出等，这类故障的出现将加速磨损和弯曲疲劳等损伤， 有的将直接造成拉索钢丝绳的报废。 2 3 大型起重机钢丝绳无损检测的特点 从上述分析可知，大型起重机钢丝绳的运动形式有2 种： 固定不动的钢丝绳，如主臂拉索、副臂拉索、扳起拉索等；运 动的钢丝绳，如变幅千斤绳等。对于固定不动的钢丝绳的检测， 将采用检测传感器移动的检测形式，移动的方式可以是人工手 动或机械牵引等：对于运动的钢丝绳的检测，将采用检测传感 器固定的检测形式。为了减小检测时的盲区，可以选择2 个或 多个安装位置，避免运动的死区。 由大型超重机钢丝绳缺陷特点可知，固定不动的钢丝绳的 主要缺陷为锈蚀和腐蚀，因此，无损检测时应以截面积变化型 缺陷( l m a 型) 为主；运动的钢丝绳则以疲劳断丝和挤压变形 等缺陷为主，无损检测时应以局部变化型缺陷( l f 型) 为主。 3 基于受力分析的拉索无损检测方法研究 本章以l d q 2 2 0 0 型履带式起重机为例，对拉索的受力进 行分析，从而确定检测的主要目标和重点。 l d q 2 2 0 0 型履带式起重机是为了适应我国电力建设的需 要，在吸取国外先进经验的基础上，结合我国电站建设的实际 情况开发出来的电动履带式起重机。它具有安装方便、起重能 力大、起升高度高、作业范围广、运转平稳、移动自如，并可 根据旋工布置的需要做各种组合变形等特点。本机主要适用于 单机容量2 0 0 6 0 0 m w 火力发电机组安装等施工作业，亦可用 于冶金、化工、石油等大型建筑工程的施工】。本机塔式工况 主臂( 塔身) 有八种高度组合，副臂有四种长度组合。主臂工 况作业时，主臂有十三种长度组合；最大起重量2 0 0 t ，最大起 升高度1 15 m ；塔式工作最大工作幅度4 6 m ，如图3 】所示。 3 1l d q 2 2 0 0 履带式起重机拉索 本机拉索共有3 种：主臂拉索、副臂拉索和扳起拉索。主 臂拉索和副臂拉索各有2 根，扳起拉索有4 恨，每根根据不同 的位置，由不同长度的段组成，各段间用拉板、销子联接，拉 板的孔距是按各组的长度误差配制的，因此，不能任意调换。 扳起拉索每2 根一组，用三角联接板作平衡件。两组间的长度 误差还可通过平衡装置来调节。 主臂拉索钢丝绳直径西4 3 m m ，副臂拉索和扳起拉索钢丝 绳直径为曲4 7 5 m m ，每段拉索两端采用铝合金压制接头( 在压 制固定套前将钢丝绳按图纸规定的预拉力进行预拉) 。 三种拉索的具体尺寸见表3 1 ；塔式工况主臂系统组合图、 主臂工况主臂系统部分组合图、副臂系统组合图分别见图3 2 ， 图3 3 ，图3 4 。 3 2 受力最大拉索的计算 现摘要计算三种拉索( 主臂拉索、副臂位索、扳起拉索) 受力最大的工况，从而根据臂杆、拉索组合确定出受力最大的 拉索1 1 。 3 2 1 拉索规格及其基本参数： ( 1 ) 主臂拉索 主 长度? r t 7 38 0 76 7 8 9 96 20 9 05 6 1 8 25 02 7 44 44 6 53 85 5 73 28 4 8 臂重量t 25 4 12 2 1 32 1 3 6 l8 0 8l4 7 914 0 3 10 7 5 l 拉 重心距根 2 9 1 8 92 74 5 92 38 8 12 2 1 2 02 07 7 51 70 7 61 60 5 81 2 7 4 3 索 绞距离m ( 2 ) 副臂拉索： 剐长度m 4 2l2 1364 5 33 07 852 539 7 臂重量， 17 7 7 l4 1 3 j0 6 909 s 3 拉 1 重心距根绞距离m 】92 0jl74 47 l64 0 612 6 5 7 f 东 图3 一ll d q 2 2 0 0 履带式起重机 2 i 表3 ，1 l d q 2 2 0 0 直径4 3 和直径4 75 钢丝绳拉索清单 拉试二角板三角板拉板钢拉皈 编号圈号吊索跃度名称误差值 长度钢印巾，t l , p e 印 中心距 l 1 - l18 8 0 99l 1 i a 3 4 0l i 1 a3 9 l l d q 2 2 0 0 0 70 1o ( 3 l 1 218 8 1 94 9 l l 一2 b3 0 5l i 2 b3 5 i 1 18 8 0 0 士1 4 扳起拉索l 1 318 8 3 73 7 l 1 3 b3 0 5l i 。3 b3 6 1 l 1 418 8 181 8l 1 4 a 3 4 0l 1 4 a3 8 1 l 2 一l1 4 1 0 81 0 8 l 2 一l a2 5 0 l 2 21 4 1 1 0i l o l 2 2 b2 5 0 2 l d q 2 2 0 0 - 0 70 2 0 0 1 4 0 0 0 - 士- 1 0 l 2 31 4 1 0 51 0 5l 2 3 a2 5 0 l 2 - 41 4 l 】71 1 7l 2 _ 4 b2 5 0 l 3 - l1 2 1 4 49 4l 3 13 1 6 l 3 - 21 2 1 5 91 0 9l 3 23 0 1 3 l d q 2 2 0 0 - 0 70 3o o 1 2 0 5 0 = 9 l 3 - 31 2 1 6 91 1 9l 3 32 9 1 l 3 - 41 2 1 5 41 0 4l 3 - 43 0 6 i a - l9 6 0 01 0 0l 4 一i a2 7 0l 4 13 1 0 i a 29 5 9 59 5l 4 - ，a2 7 0l 4 23 1 5 4 l d q 2 2 0 0 0 7 0 4 0 ( 39 5 0 0 9 l 4 39 5 8 68 6l 4 3 b2 7 0l 4 33 2 4 l 4 - 49 5 7 77 7l 4 - 4 b2 7 0l 4 43 3 3 l 5 - t8 8 8 58 5l 5 13 1 5 l 5 28 8 8 38 3l 5 - 23 1 7 5 l d q 2 2 0 0 - 0 7 0 50 0 8 8 0 0 士7 l 5 - 38 8 8 88 8l 5 。33 1 2 l 5 48 8 9 79 7l 5 - 43 0 3 l 6 一l5 3 2 0- 3 0l 6 1 a3 5 0l 6 14 3 0 l 6 之5 3 3 21 8l 6 2 a3 5 0l 6 2 4 4 8 6 l d q 2 2 0 0 0 7 0 6 0 0 5 3 5 0 - 4 l 6 。5 3 1 53 5l 6 3 b3 5 0l 6 34 3 5 l 6 45 3 1 73 3l 6 - 4 b3 5 0l 6 - 44 3 3 2 2 ( 续) 编号图号吊索长度名称拉试长度误弟值拉板钢豇拉板中心跆 l d q 2 2 0 0 1 5o lo i l l 1 3 11 8 9 4 615 4配联接皈l = 7 5 3 l31 9 1 0 0 1 4 副臂拉索l 1 3 21 8 9 4 8一i 5 2 l 1 4 - l1 0 7 3 79 7l 1 4 13 0 3 1 4 l d q 2 2 0 0 - 1 50 20 01 0 6 4 0 8 l 1 4 21 0 7 5 21 1 ：l 1 4 22 8 8 l 1 5 15 3 l85 8l l5 13 4 2 l i5 !j 3 i l5 ll 5 23 4 9 1 5 l d q 2 2 0 0 1 50 3 0 05 2 6 0 4 l 1 5 3 5 2 8 52 5 l l5 33 7 5 l 1 5 - 45 2 9 53 5l l5 4 3 6 5 l d q 2 2 0 0 - 0 80 10 ( 1l 7 一l2 0 4 4 85 2 配联接板l = 6 5 0 7 2 0 5 0 0 1 5 主臂拉索 l 7 22 0 4 5 i- 4 9 l 8 11 7 0 1 01 0l 8 1 3 9 0 8 l d q 2 2 0 0 0 80 20 01 7 0 0 0 士1 2 l 8 - 21 7 0 0 88l 8 23 9 2 l 9 11 1 3 8 68 6l 9 】 3 1 4 l 9 - 21 1 3 7 57 5l 9 23 2 5 9 l d q 2 2 0 0 - 0 80 3 0 c 1 1 3 0 0 士9 l 9 01 1 4 2 71 2 7l 9 32 7 3 l 9 - 41 1 4 1 41 1 4l 9 42 8 6 lj o 15 5 5 75 7l i o i 3 4 3 l 1 0 - 25 5 8 48 4l 1 0 23 l o 1 0 l d q 2 2 0 0 - 0 8 0 4 0 c 5 5 0 0 士4 l 1 0 35 5 5 35 3l 1 0 33 4 7 l 1 0 - 45 5 6 06 0l 1 0 二4 3 4 0 l d q 2 2 0 0 - 1 00 2 0 0l l 卜l 5 8 9 38 6l 1 1 1 拉i2 1 7立i i2 1 7 1 1 5 8 0 7 前拉索及支架 l 1 1 25 9 0 29 5l 1 1 2 拉i2 1 3立1 12 13 l 1 2 15 9 9 55 8l 1 2 一l 拉i i2 2 7 1 2 l d q 2 2 0 0 - 1 0 0 3 0 0 5 9 3 7 l 1 2 26 0 2 28 5l 1 2 2 拉i i2 0 0 2 3 3 主臂 、迪 图3 2 塔式工况主臂系统组合图( 1 ) - 2 4 翌岁、；爨三鐾蒸邈 、。鼍? j n 主甓 、。王岁岁一 岁 一、 图3 2 塔式工况主臂系统组合图( 2 ) 2 5 多 、；：壶步兰銎卜姿 ， i 一主臂 m i b 一一二a l 一 一= o r 、 图3 2 塔式工况主臂系统组合图( 3 ) 2 6 一 差 ；丑一鬃 控”： j 。j 、 d 每、潮 一一匝舡熹求嚣摄峭磐幡f；1心h蚀制 n一团如熹惫秸誊k迎州寒h迎叫_e匝 秘叫下一i 州训啪一川翅 i i 趣州三 6 3 卜副臂 j j l o 步。7 。 ，j 。 - 7 7 3 0 n 副臂 、，j j t 7 t j ：j r 二- = 一一一 一) i 7 c 1 0 1 i 二1 1 j 一k i 二l 一二i 。：l 图3 4 副臂系统组合图( 1 ) 2 9 7 1 一 一 二一一r _鬈 ， ， ， 一( 一一 4 己r 昌0 臂 一二：二_ l 包巴一l 三1 一二 图3 4 副臂系统组合图( 2 ) ( 3 ) 扳起拉索 扳长度m 7 27 5 26 69 9 46 02 8 55 4 5 2 74 9l l84 336 03 66 5 l 起重量t 66 7 659 6 757 5550 4 548 7 44l6 539 5 3 拉重心距根 4 40 554 0l0 5372 2 2333 4 13 08 5 82 69 7 12 25 30 索 绞距离 扳长度m 3 18 4 42 60 8 62 09 7 8l617 jl6 6 576 8 8 起重量t38 0 0 30 9 l24 0 312 5 0210 8i9 7 6 拉 重心距根 2 04 0 8 l59 6 4 l39 0 ll08 6 379 3 l5i4 1 索绞距离 3 2 2 计算依据： ( 1 ) 起重机设计规范g b 3 8 1 1 8 3 ( 2 ) 起重机设计手册机械工业出版社( 1 9 8 4 年) 3 2 3 载荷组合： ( 1 ) 坡度载荷：按1 考虑：g i y i 】1 0 0 式中：g t 一一各部件的自重； y i 一一各部件自重的重心高度。 ( 2 ) 风载荷： 1 )工作状态：按15 k g m 2 风压考虑： 2 )扳起状态：按1 o k g m 2 风压考虑； 风向由后向前吹，即由平衡重方向向臂架方向吹。 r 3 ) 吊重偏摆载荷 t g = 0 0 5v = o 0 5 等 式中： a1 一一工作状态吊重的偏摆角； v 一一吊重的线速度； ”一一回转速度 r 一一工作半径 ( 4 ) 起升过程中起、制动引起的动载 庐，= 1 + 口v c 式中： 西2 一起升动载系数 日一表b 4 取a = 0 8 6 c 一表1取c = 0 2 5 v 一吊重起升速度，按m = 6 ，v = 4 8 西，= 1 + o 8 6 0 2 5 0 13 3 = 1 0 2 9 取2 = 1 1用作强度 和稳定性计算用 3 2 4 塔式工况各 拉索力计算： ( 1 ) 副臂拉索力pd l 由m n = o 得： ( 6 x6 0 ) = 0 13 3 3 7 即 一茫。 n 一= ( jg “, 2 + 函 l a t l a , o ) 一”) 一( ，z + 助，鱼竽 一 一。川g v b 2 + 函警 一声) 一g v c g w ) 一p n c o 一一声) 一o o l g v c ( y ，一y ”) + 0 面- + g q 2 ) 2 ( x ”一m ) 一( j p 田t + 尸田2 ) 2 0 w t y n ) 一0 0 l ( g o - + g e 2 ) 2 0 w - 一”) + p o ( h n + h h t ) b i n ( f + f 1 ) 一s i ns 】 + p v b s i n ( f + f o + h n ( s i ns x h n ) f | h 1 ， r j l1鞯_f ff jf l| ff ff ， d 1j o f机台上平面 z 芑z 3 、a f v 一一 u一 图3 - 5 塔式工况几何尺寸 3 2 g 。一一副变幅绳自重 g d 一一副臂拉索自重 d l 一一副臂拉索长度 d io 一一副臂拉索重心至根部距离 x t 一i 点至回转中心的座标( x 方向) y 一一f 点至轨道上平面的纵座标值 p f 岫一一副变幅绳所受风力 p f d l 一副臂拉索绳所受风力 凡lo 一一风心至根部距离 g ，。一一副撑臂的自重 p f v c 一一副撑臂所受风 。二一 、， 力 ：，、 ， g q l 、g q ! 一一起升绳自 “一。：一。“2 ，7 ? 。 重 匕二，之 p f q i 、尸f q 2 一一起升绳 一、一、 - 、。、 所受风力 ，、二。一” p q 一一起升绳拉力 ( 2 ) 主臂拉索力pd 2 由。w 三o 得： p j ：= 【p 岫s i n w x g j + p q + g g , x s i n w s i n j g i z l ) 一p 48 x s i n j g t z l 晒+ g g t ) + g m c ( x 。一x j l o 0 1 g 。：b 一y j 、 + 嘛一p ) + ( g b 2 + 函：等卜一n ) + o 。( g , b 2 + g d 二i l d 2 0 、尸 一p ) + f a 2 十p f u 。等) 弦) + ( 岛z + g o ，+ g v a ，) 2 如f - - x t ) + 0 0 i ( g 口2 + g q 3 + g v 6 3 ) 2 ( ) 犯l p ) + ( p f o _ 2 + 尸f 0 3 + p 斗一j ) 2 0 l m ) 】 ( s i n “g j l 式中： j d d 二一一主臂拉索力 g d 2 一一主拉索自重 d 2 一一主臂拉索长度 三d 2 0 一一主臂拉索重心至根部距离 d f 。一一主撑臂所受风力 g 。一一主撑臂自重 f d 2 0 一一主臂拉索风心距根绞距离 ( 3