外文翻譯--龍門式起重機金屬材料的疲勞強度預測 中文版

1、<p><b>　　中文翻譯</b></p><p>　　龍門式起重機金屬材料的疲勞強度預測</p><p><b>　　v.a.科普諾夫</b></p><p>　　郵箱64，郵編620107，俄</p><p>　　收到1998年4月3日；接受1998年9月29日</p>

2、<p><b>　　摘要 </b></p><p>　　內(nèi)在的疲勞曲線應用到龍門式起重機金屬材料的疲勞壽命預測問題。起重機，用于在森林工業(yè)中，在伐木林場對各種不同的工作條件進行研究，并且做出相應的應變測量。對載重的循環(huán)周期進行計算，下雨循環(huán)計數(shù)技術得到了使用。在一年內(nèi)這些起重機運作的樣本被觀察為了得到運作周期的平均數(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

3、些隨意的原因所解釋。1999年Elsevier公司科學有限公司。保留所有權利。</p><p>　　關鍵詞：起重機;疲勞評估;應變測量</p><p>　　1.緒論  頻繁觀測龍門式起重機LT62B在運作時金屬元件疲勞失效。引起疲勞裂紋的故障沿著起重機的橋梁焊接接頭進行傳播，并且能夠支撐三到四年。這種起重機在森林工業(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

4、鐵路的火車上，有一次裝載30噸貨物的能力。 這種類型的起重機大約1000臺以上工作在俄羅斯森林工業(yè)的企業(yè)中。限制起重機壽命的問題即最弱的要素被正式找到之后，預測其疲勞強度，并給制造商建議，以提高起重機的壽命。</p><p>　　2.起重機運行分析  為了分析，在葉卡特琳堡地區(qū)的林場碼頭選中了一臺被安裝在葉卡特琳堡地區(qū)的林場碼頭的龍門式起重機LT62B， 這臺起重機能夠供應兩個伐木廠建立存儲

5、倉庫，并且能轉(zhuǎn)運木頭到鐵路的火車上，這條鐵路通過存儲倉庫。這些設備的安裝就是為了這個轉(zhuǎn)貨地點在起重機的跨度范圍之內(nèi)。一個起重機示意圖顯示在圖1中 。 1350-6307/99 /元，看到前面的問題。 1999年Elsevier公司科學有限公司保留所有權利。 PH:S1350-6307(98)00041-7</p><p>　　V.A.Kopnov|機械故障分析6（1999）131-141</p>

6、<p><b>　　圖1起重機簡圖</b></p><p>　　檢查起重機的工作之后，一系列的假設可能會作出： ·如果每月從森林移動的原木超過加工率，即是有一個原木存儲的倉庫，這個起重機期待的工作，也只是在原木加工的實際堆數(shù)在所供給原木數(shù)量的中心線以下；·當處理超過原木從森林運出的速度時，起重機的工作需要在的大量的木材之上進行操作，相當于在大量的木材上這個

7、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為是最高的; ·倉庫的變化，取替了一側(cè)對面的鋸軋機; ·裝載進程中總量是平均為K=1.4倍大于移動總量由于額外的轉(zhuǎn)移。</p><p>　　2.1 搬運強度  據(jù)了解，每年的搬運強度是不規(guī)律的，不能被視為一個平穩(wěn)過程。非平穩(wěn)流動的道路列車的性質(zhì)在23家企業(yè)中已經(jīng)研究5年的時間，結(jié)果已經(jīng)表明在年復一年中

8、，對于每個企業(yè)來說，每個月的搬運強度都是不同的。這是解釋復雜的各種系統(tǒng)和隨機效應，對搬運施加的影響：天氣條件，道路條件和貨車車隊等，所有木材被運送到存儲倉庫的木材，在一年內(nèi)應該被處理。 因此，在春季和秋季搬運木頭的可能性越來越小，冬天搬運的可能性越來越大，然而在冬天搬運強度強于預想的，在夏天的情況下，更多足夠長的木材就地被處理的比運出去的要多的多。</p><p>　　V.A.Kopnov|機械故障分析6（19

9、99）131-141</p><p><b>　　表1</b></p><p><b>　　搬運強度（%）</b></p><p><b>　　表2</b></p><p><b>　　轉(zhuǎn)移儲存量</b></p><p>　　通過一

10、年的觀察，從118各搬運值的觀察所了解到的數(shù)據(jù)進行分析，并且有可能評價相關的搬運強度（噸）參考年度的裝載量的百分比。該搬運的數(shù)據(jù)被記錄在起重機預期值表1中，它可以被應用到估計疲勞壽命，尤其是為檢查起重機應變測量（見稍后）。將有可能為每個起重機，每一個月所負荷的載重量，建立這些數(shù)據(jù)，無需特別困難的統(tǒng)計調(diào)查。此外，為了解決這個問題的壽命預測的知識是未來的荷載要求,在類似的操作條件下，我們采取起重機預期值。</p><p&

11、gt;　　每月搬運價值的分布Q（t） ，被相對強度q（t）表示為  其中Q是每年的裝載量的記錄存儲，是設計的最大存儲原木值Q以百分比計算，其中為考察起重機等于40.0萬立方米每年,和容積載重搬運為10％的起重機，得到的數(shù)據(jù)列在表2中，總量56000立方米每年，用K表示。</p><p>　　2.2 .裝載木塊的數(shù)量  這個運行裝置，如夾緊，吊裝，轉(zhuǎn)移，降低，和釋放負載可被視為起重

12、機的一個運行周期（加載塊）。參照這個調(diào)查結(jié)果，以操作時間為一個周期，作為范本，由正常變量與平均值11.5分相等等，標準差為1.5分鐘。不幸的是，這個特點不能簡單地用于定義運作周期的數(shù)目，任何工作期間的載重加工是非常不規(guī)則。使用運行時間的起重機和評價周期時間，與實際增加一個數(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。   測量一個單位的載荷，可以作為范本，由一個隨機變量代入分布函數(shù)得出，并且比實際一包

13、貨物少然后，明知總量的加工負荷為1個月或一年可能確定分布參數(shù)的數(shù)目，運作周期為這些時期要利用這個方法的更新理論</p><p>　　V.A.Kopnov|機械故障分析6（1999）131-141</p><p>　　圖2隨機重建過程中的負荷</p><p>　　根據(jù)這些方法，隨機重建過程中所顯示的圖。二是考慮到，（隨機變量）負荷，形成了一個流動的數(shù)據(jù)鏈：</p

14、><p>　　在重建的理論中，隨機變量：，有一個分布函數(shù)f（t）的，可以被理解為在失敗的連接或者要求收據(jù)時的恢復時刻。過程的載荷值，作為下一次的動作的通過值，被看作是重建的時刻。</p><p>　　設。函數(shù)f （ t ）反復被定義，</p><p>　　假設V （ t ）是在運作周期內(nèi)轉(zhuǎn)移貨物的數(shù)量。實踐中，總轉(zhuǎn)移貨物的總噸數(shù)，基本上是大于機組負荷，，由于利用漸近性質(zhì)

15、的重建過程所以式有益的。根據(jù)下面適當?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</p><p>　　而不依賴于整個的形式分布函數(shù)的，（只對不同的格式分配進行限制）。  利用表2的每個月平均運作用方程（ 4 ）表示，賦予正態(tài)分布功能的數(shù)量，負載周期與參數(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)間某一年的相應的值為12719和42

16、0個周期。</p><p><b>　　表3</b></p><p><b>　　運作周期的正太分布</b></p><p>　　3 .應變測量  為了顯示大多數(shù)金屬的負載元素，并且確定一系列的壓力，事前做了靜態(tài)應變測量。垂直載荷用來測量懸掛負載，并且斜交加載由一個牽引力所形成，配備了一臺測力計。靜態(tài)

17、應力值分布在圖4和5中 。同樣地預計，梁上的最大的拉應力，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力。 此處的彎曲應力所造成的壓力，車輪起重機，手推車等被添加到所說的橋梁和負荷的重量。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</p><p>　　V.A.Kopnov|機械故障分析6（1999）

18、131-141</p><p><b>　　月份</b></p><p>　　圖3 95%的置信區(qū)間運作周期的平均數(shù)</p><p>　　V.A.Kopnov|機械故障分析6（1999）131-141</p><p><b>　　圖4梁的分配計劃</b></p><p>　

19、　不超過絕對值45兆帕斯卡。連接與支持的橋梁起重機加載的時間，也不定期。最大的壓縮應力發(fā)生在變形的最大角度，在內(nèi)部看來;最高壓力值將達到到h0MPa和痛苦（計8日和9 ） 。在隔板和角度1的支板上，最大的拉應力達到45兆帕斯卡（壓力表1 ）。 起重機梁的器件在受到最大壓力和軸向載荷較弱的時候，另一方面，所遭受的主要是斜負荷。起重機的豎向載荷主要是由牽引力引起的。</p><p>　　這種轉(zhuǎn)移完整長度的木材的起重機

20、的金屬的載重量，不同于一般用途的起重機。首先它必須遵循起重機的裝載規(guī)則，由于逐步脫離基地。因此，負荷增加，并不是慢慢的順利進行。 第二個特點是物質(zhì)吊裝的加快導致低低效率。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;載重量應始終保持平衡。負載減弱加快電機運轉(zhuǎn)的可能性是沒有根據(jù)的，因此微乎其微。因此，以同時懸掛的速度，森林龍門式起重機受到較小的動應力與類似的一般用途的起重機相比而言。通常，當速度增加順利，在接通電器之后，從基地進

21、行轉(zhuǎn)載3.5-4.5秒鐘進行一個循環(huán)。在事實上，并沒有發(fā)現(xiàn)金屬有顯著的振蕩，并且壓力慢慢達到了最大值。</p><p>　　V.A.Kopnov|機械故障分析6（1999）131-141</p><p><b>　　圖5 支持分配</b></p><p>　　當可能性最明朗的時候，在伸展和抓取的結(jié)合處，在按下開關后一秒鐘繩索開始繃緊，在結(jié)合處

22、清楚的發(fā)生。這個電動機以0.6-0.7每秒的速度進行旋轉(zhuǎn)。從按下開關到繩索完全拉緊這一刻，需要3-3.5 s的時間，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 ％ 。   當一個固定的負荷解除時，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是有兩個諧波在0.6和2秒的過程當中，這些已經(jīng)在前面的分析中獲得。從總結(jié)裝貨的振幅可

23、以看出在最壞的情況下裝載貨物，使最高動態(tài)加載超過上述靜態(tài)載荷可以達到13-14 ％ 。制動一個負荷，當它逐漸降低時，在金屬制品上產(chǎn)生顯著的振動應力，可以達到靜態(tài)載荷的7%左右。</p><p>　　移動超過鋼軌接頭的3-4毫米的高度時，得到的只有微不足道的壓力。 在運行中，有可能的情況下，當源自不同類型的負荷加載結(jié)合起來。 當最高負荷從制動負荷時降低，是最大負荷情況配合制動手推車與同的調(diào)整制動器。</p&g

24、t;<p><b>　　疲勞載荷分析</b></p><p>　　通過起重機的工作和壓力示波圖的獲得，在測試點進行應變測量，在圖6</p><p>　　和第5中排列顯示，自一臺起重機的常見工作周期的時間由足夠的散射和平均值約為15分鐘，常見的運行周期的時間起重機有足夠的散射與平均價值11.5 ） </p><p>　　V.A.Ko

25、pnov|機械故障分析6（1999）131-141</p><p>　　時間（0.1分鐘）裝貨過程變化值</p><p>　　民，以減少這些示意圖均勻過濾所產(chǎn)生的這些信號，和所有反復的形成的值，也就是說，當結(jié)構(gòu)是不受到動態(tài)加載，只有靜態(tài)加載發(fā)生時，將會被拒絕。 三個特點強調(diào)示意圖 （表11 ）顯示在表6中，而裝貨運行周期的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是可見的。首先，當負載被提升時，壓力增加到最高值。當載荷被轉(zhuǎn)

26、移到合適的位置并且強烈振蕩之后之后，由于不規(guī)則起重機運動對鋼軌及以上的鋼軌接頭導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致裝載量減少，并且建成一項基本負載周期的一半。</p><p>　　4.1 裝載過程中的振幅分析    這兩個名詞，現(xiàn)在應該分開：裝載周期和裝載量。第一是作為一獨特的振蕩講（閉環(huán)） ，二是為一套加載周期期間一個運行周期。   

27、該雨流循環(huán)計數(shù)方法給出了最終裁決。[ 2 ]是采取優(yōu)勢，以前面提到的疲勞的強度回線分析，為三個最弱的要素：（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)計樣本周期振幅的值的分布情況，由此得出估計參數(shù)列于于表4 中。應該指出的是，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的平均數(shù)。</p><p>　　V.A.Kopnov|機械故障分析6（19

28、99）131-141</p><p><b>　　表4</b></p><p>　　裝載振幅的威布爾分布參數(shù)</p><p>　　裝載周期的數(shù)目在雨流循環(huán)計數(shù)過程期間，計算有多少負荷周期進行了裝載量由多少載重周</p><p>　　期的計算裝載座也進行了。而處理這一類示波圖，一個整體樣本數(shù)量的加載周期得到了構(gòu)成的整數(shù)與

29、最低及最高觀察值：24和26。隨機裝貨周期數(shù)VB可以由泊松分布參數(shù)來形容 = 34 。 每個月裝貨塊平均數(shù)值很快就獲得了，因此它是有可能找到適當?shù)奶攸c，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。  </p><p>　　首先，將它從已知的概率論考慮，除了給出了獨立的泊松系數(shù)，還給出了一個隨機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

30、布平均k。其次，中心極限定理，大致來說，有著大量標準的計算，獨立的初次分配漸近趨于正常。如果初次分配每個獨立的任期有一個正態(tài)分布，那么載重周期為一年的平均數(shù)和標準偏差總數(shù)的都是平等的，大致為423096和650 。通過這些值從表3中取值。</p><p>　　應力集中的因素和元件的耐力</p><p>　　要素起重機的各個部件初步是由半自動氣體焊接，沒有邊緣制造設備及相應的加工。為考察要件

31、1和3周和邊緣焊縫的角度與節(jié)點板，有效應力集中疲勞系數(shù)是所給予的計算方法[ 3 ]，的KF = 2.6-2.9 ，正好等于估計值，鑒于目前在俄羅斯規(guī)范疲勞焊接要素[ 4 ]，的KF = 2.9。起重機金屬制成的材料為合金鋼09g2s，此材料有一個持久極限120 MPa和屈服強度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，和相應的標準偏差為=4.1兆帕斯卡。觀察的基本組成部分2是一個I形穿孔

32、，由孔附加導軌，以頂端法蘭。那個相當大的局部應力所造成彎曲的地方也能促進疲勞損傷累積。根據(jù)表[ 4 ]，有效應力集中系數(shù)是接受的KF = 1.8，給出了一個平均的價值，可承受的極限，作為=67的強度創(chuàng)傷。使用相同的變化系數(shù)的標準差是=6.7強度創(chuàng)傷.平均曲線，建議在表[ 4 ]，已形式：</p><p>　　V.A.Kopnov|機械故障分析6（1999）131-141</p><p>&

33、lt;b>　　表5</b></p><p><b>　　對數(shù)參數(shù)的正太分布</b></p><p>　　與拐點沒有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，認為疲勞計算的要素是必要的，也就是疲勞強度預測。<

34、/p><p>　　6 壽命預測  該項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測生命應采取的優(yōu)勢，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)和標準偏差分別見表5 。那個數(shù)正態(tài)分布所得出的分布密度，顯示在圖7中。這是從這個表中至少強度要件為3 。得出一個平均的數(shù)量，載重量1年為127

35、19 ， 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，為服務的設計和維修提供幫助，應作出努力，擴大允許裂紋發(fā)生并且提高強度。</p><p>　　7 結(jié)論  通過分析起重機載重表明，一些金屬材料受到

36、較大動態(tài)載荷，從而導致疲勞損傷的積累，其次是疲勞失效。   疲勞強度的預測過程，本文提出了涉及四個部分</p><p>　　V.A.Kopnov|機械故障分析6（1999）131-141</p><p><b>　　運行周期</b></p><p>　　圖7各要素壽命分布的密度曲線</p><p>

37、　?。?）分析的運作，在實踐中和決心裝載塊一段時期。 （2）雨流循環(huán)計數(shù)技術的計算負荷周期為一期標準    運作。 （3）選擇適當材料根據(jù)疲勞數(shù)據(jù)。 （4）使用內(nèi)在疲勞曲線的方法計算疲勞強度。   調(diào)查結(jié)果已證實的個案觀察制造商已采取的決定，關于加強固定強度。 以實現(xiàn)延長疲勞強度。</p><p><b>　　參考文獻</b&

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