摘? 要：为保证门机的安全性，延长使用寿命，对门机金属结构进行寿命管理和性能状态评价。介绍门机金属结构从采购、使用、维修，直至报废的全寿命管理的过程和方法，并对门机金属结构性能状态的评价方法和评价标准进行了探讨。可供参考。
关键词：港口? 门机? 金属结构? 寿命管理? 性能状态评价
门机金属结构承受着机构传动部分设备的自重及外载荷。其工作状态直接关系到整机的工作性能、安全性与可靠性，一旦发生故障会带来巨大的直接和间接损失。门机金属结构对整机起重要的支撑作用，费用占整机比例很大，整机寿命也取决于金属结构的寿命。因此，采用现代意义上的全寿命管理理念对门机金属结构的寿命进行管理是非常必要的。
门机金属结构性能状态评价就是以安全生产为目的，应用相关检测手段和工程技术方法，对其金属结构中固有或潜在的危险性进行定性和定量估计及评定，掌握其发生危险的可能性及其危害程度，从而为制定门机金属结构的寿命管理提供决策的科学依据。
1? 门机金属结构的寿命管理
1.1 ?对金属结构进行跟踪检测并建立技术档案
1）对新造门机，在安装、调试、验收时，就应与制造厂一道进行一次全面的测试，力求将设计、制造上存在的问题都找出来，把原始数据保存起来。在门机试运行磨合期后，再进行一次全面测试。这样的测试数据能够较真实地反映该门机的技术状态，可作为以后寻找、发现问题的比较对象和依据。门机进入正常使用期后，可每年进行一次普查。当然，每次普查情况都应记录在案，包括门机的修理情况、保养情况、使用情况以及装卸工作量等。
2）对于在用门机，也应建立数据库。老设备原来的档案资料不全，可采取调研的办法，尽量将主要资料收集起来。除了像对新门机一样进行一次全面检测外，还应特别注重裂纹、变形、锈蚀状况等的检测，以此建立数据库。
3)一般情况下，门机在正常使用20年后便进入后服役期，其金属结构进入疲劳损伤期。在这一阶段，如果对门机金属结构检修及时，保养良好，使用得当，则可延长服役期限。否则结构就会频发损伤，甚至发生事故。对于进入后服役期的门机，这时的检测除了上述内容外，更应关注的是裂纹的扩展和变形的增大，尤其是裂纹与变形扩展的速率。这就必须跟踪记录，并及时报修，以免酿成事故。
通过以上步骤建立起的数据库，其作用如下：
1）利用数据库的信息可对门机的现状做出评价，提出修理与保养建议。
2）当门机发生故障时，可从数据库中提取数据进行分析，判断是偶发性的还是经常性的。若是经常性的，就要引起特别注意，以防止同类故障在其它门机上发生。
1.2? 金属结构的使用管理
1.2.1 超负荷的控制和管理
门机超负荷使用对其金属结构的损伤是很严重的。超负荷限制器应当设置与门机起升控制系统联锁保护，当起重量达到额定负荷的95％时，应能发出提示性报警信号。当起重量超过额定负荷10％时，须自动切断起升动力电源，并发出禁止性报警信号。超负荷限制器重量限制值按规定设定后，任何人不得随意进行修改，任何人不得擅自解除超负荷限制器与起升控制系统的联锁保护。如遇超负荷限制器本身故障须解除联锁保护时，应办理申请并由相关技术人员进行解除，同时报请有关技术人员进行维修。
1.2.2? 金属结构巡检管理
门机金属结构全寿命使用过程可分为磨合期、性能稳定期、性能劣化期、危险期四个阶段。具体根据役龄、工作循环次数和金属结构实际性能状况来确定。不同阶段的巡检周期、金属构件裂纹管理、防腐管理等有着不同的管理要求。对门机的主要受力部位进行标识，根据标识部位和受力情况建立巡检部位及周期检查表。金属结构检查分为日常检查、定期检查、年度检查三种形式[1]。
日常检查着重以外观检查为主，主要检查有无明显的金属结构变形、裂纹、锈蚀及机构的异响等，检查发现问题执行逐级报告制度，并在交接班运行日志中进行详细记录。
定期检查采用巡检法，即对已经标识的巡检部位依照巡检周期表进行巡检。金属结构发生锈蚀时，应进行检查和测量，可以修复的应当及时修复，无法满足承载要求的应当予以更换或加强。金属结构出现裂纹或变形时，应根据受力状况、故障范围和故障趋势及时采取修复、结构优化、结构加强等措施阻止故障进一步扩展，暂时无法修复的进行故障跟踪。重要部位出现裂纹、失稳变形时应当立即停止使用，制定修复方案经论证后实施。
1.2.3? 金属结构的检测
门机金属结构检测分为在线监测和定期专项检测两种。
在线监测主要是进行结构的应力状态监测。就是在主要金属结构的重要受力截面上安装应力应变测点，通过仪器进行长期稳定实时测量，根据测量数据变化来监测金属结构损伤状况。结构应力在线监测系统实现了门机状态实时监测的方法，它改变了传统的以人工为主的监测手段，大大提高门机检测的自动化程度，提高对门机金属结构损坏和突发事件的反应速度。
在不具备在线监测条件的情况下应注重定期专项检测。定期专项检测是指根据金属结构状况和实际需要委托专业检测机构对设备进行集中检测。一般情况下，进入性能劣化期的门机金属结构需要进行定期专项检测，检测周期可根据检测结果和使用状况确定。门机金属结构检测内容包括疲劳裂纹和焊接质量、构件塑性变形和波浪度、锈蚀与磨损、结构静刚度、结构静载试验、结构动载试验以及门机使用寿命测算等。
2? 门机金属结构性能状态评价
门机金属结构性能状态评价是根据全面检查和测试的结果对被检设备金属结构的损伤情况、承载能力、安全性能、剩余使用寿命等进行综合评价。金属结构性能状态评价可以定期开展，也可以在门机已经达到设计或检测估算寿命时开展。
2.1 金属结构性能状态指标
2.1.1 金属结构的技术状态
门机金属结构的技术状态，是指构件或结构系统的技术性能满足使用要求的程度，它主要表现为：
1）结构在工作中对各种载荷的承载能力(强度、稳定性等)及安全程度，即结构的安全性。
2）结构在工作中的变形与动态响应对静刚度、动刚度条件的符合程度，即结构的适用性。
3）结构在实际使用条件下的使用寿命与设计寿命的符合程度，即结构的耐久性。
由于各种原因，门机金属结构在使用过程中将出现不同形式的损伤如表1所示。[2]
表 1? 门机金属结构损伤的形式、原因与后果
2.1.2? 金属结构的劣化指标
门机金属结构由门架、转柱、转台、人字架、臂架、象鼻梁、大拉杆、小拉杆、活配重、平衡梁等构件组成。据有关专家的调查显示，门机服役10年左右就会出现金属结构的明显故障。故障类型主要有裂纹、变形、断裂和锈蚀等四种。这四种故障所占百分比为：裂纹81.2%；变形l1.3%；断裂5.7%；锈蚀1.4%。从结构故障发生部位来看，门腿与转台相连接的法兰盘发生故障的百分比为24.8%；机房下承梁与转拄连接处发生故障的百分比为24.1%，这两处故障大多是焊缝产生裂纹。其它位置的故障情况及百分比情况如表2所示。[3]
表 2? 门机各部位金属结构故障及分布
门机金属结构裂纹、变形、断裂和锈蚀这几种故障类型也是结构件的几种技术状态。以开裂为例，它的劣化状态可分为以下几层：都有明显裂纹，且裂纹较长；有明显裂纹，但裂纹不长；个别主要结构件有明显裂纹，且裂纹较长；个别主要结构件有明显裂纹，但裂纹不长；个别非主要结构件有裂纹；没有开裂现象等。
2.2 ?金属结构性能状态评价标准
根据目前门机金属结构常见故障以及使用维修状态，并结合金属结构定期专项检测报告等相关技术资料，确定各构件的评价标准，如表3所示。
表 3? 门机金属结构参考评分标准表
门机金属结构按其性能状况分为好、较好、一般、较差和差五个等级，不同等级的门机应采用不同的管理措施，以确保金属结构的安全使用。具体分类标准如表4所示。
表 4? 门机金属结构性能状态评级分类标准
2.3? 金属结构的报废
门机金属结构已到使用寿命，故障频发，影响到门机安全生产的可靠性，且其维修成本已超出相应购置费用，经综合评定就需要考虑对门机进行报废处理。
门机金属结构损坏严重或同一部位重复损坏多次且无法通过修理恢复其技术性能；门架、主臂架、圆筒体等主要大型受力构件出现疲劳断裂、整体失稳等严重破坏；门机金属结构通过修理虽能恢复技术性能，但不如更新经济时，整机可予以报废。门机役龄超过20年，经专业机构检测，根据其检测结果分析，若50%以上的主要受力构件累计作业量超过疲劳寿命估算的安全作业量时，就需考虑对门机进行报废处理。[4]
3? 结? 语
以上介绍的门机金属结构寿命管理与性能状态的评价方法是为掌握已经进入服役后期或超期服役的门机金属结构的技术状况提供一种测试和分析研究的手段。需要指出的是，由于各种门机金属结构的设计质量、制造质量（包括焊接工艺）与安装质量的差异，以及门机的工作地点、历史作业状况和当前技术状况各不相同，上述门机金属结构寿命管理与性能状态的评价方法仅仅是一种经验分析方法，许多影响预测分析结果精度的因素还不能一一加以考虑，在实际运用中还需不断完善。因此运用该分析方法的预测结果，只能作为门机用户在使用、维护保养中的参考。
参考文献
[1] GB/T 23723.1-2009/ISO 12480-1：1997，起重机 安全使用 第1部分：总则[S].
[2] 陶德馨 刘刚.港口起重机金属结构技术状态的检测、评定与分析.起重运输机械[J]，1994（1）.
[3] 赵章焰.起重机金属结构故障分布及分析.水利水电机械[J]，1998（3）.
[4] GB/T 25196.1-2010/ISO 12482-1：1997，起重机 状态监控 第1部分：总则[S].
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