（浙江省特种设备科学研究院 浙江杭州 310000）
摘要：随着我国的发展，当前船舶的大型化和专业化趋势，使得港口起重机朝着重型化、高速化和专业化方向发展，而金属结构的重量通常占整机重量的60%-70%。对于大型港口机械，如各种类型的装卸桥，金属结构的比例甚至增加到80%-90%。统计结果表明，大量的港口起重机事故是由金属结构的失效引起的。因此，本文主要分析了港口起重机金属结构的安全性和必要性，金属结构故障类型分析，港口起重机金属结构安全性评价方法特点和基本原则和起重机金属结构安全性评价方法过程。
关键词：港口起重机；金属结构安全；评价方法研究
1引言
随着我国经济水平的不断提高，港口起重机已成为现代物流链的重要组成部分。由于恶劣的工作环境，其金属结构在使用寿命期间不时发生疲劳损伤，裂纹是威胁港口起重机金属结构安全性能的主要故障之一，其比例达到80%。起重机出现安全事故小则造成经济损失，大则出现人员伤亡，大型设备的安全使人们更加关注。因此，对港口起重机金属结构进行安全性评估已成为企业科学管理和安全生产的迫切需要。
2港口起重机金属结构的安全性和必要性
2.1港口起重机金属结构的安全性
随着国民经济的快速发展，港口起重设备大型化趋势愈益明显，单机造价越来越高。用户总是希望延长起重机的工作年限，而起重机械金属结构的使用寿命对其工作年限具有重要影响。
疲劳破坏是港口起重机金属结构失效的主要形式，而港口起重机金属结构作为一个承载结构系统，它的失效不仅使起重机失去功能，而且容易导致断臂等重大事故。引起港口起重机金属结构失效的故障主要有裂纹、局部或整体变形、折断、锈蚀、刚度不足等，其中裂纹是目前港口起重机械金属结构的主要故障形式，在门座起重机的转柱、门架、人字架、小拉杆、大拉杆、象鼻梁、臂架等主要构件上经常出现。裂纹主要出现在焊缝或焊缝附近的母材上，它在一定的变化载荷作用下往往会扩展，致使金属结构出现故障。
2.2港口起重机金属结构的必要性
全国港口拥有许多个生产用码头泊位，其中相当数量是早期我国自行设计制造的，也有少数是从美、日等国进口的二手设备。这批设备的机械零件、金属结构已不同程度地出现了各种损伤，按设计寿命20年考虑，均己进入服役后期或超期服役阶段。但由于港口具体条件和设备更新费用的限制，不少有结构损伤的设备仍在港口第一线繁忙地工作，对安全生产构成了潜在的威胁。随着时间的推移，还将有大批设备相继服役期满，如何对这些设备作出适当的处理，是港口面临的重要课题。
3金属结构故障类型分析
常见的故障类型为裂纹开裂、锈蚀、焊缝缺陷、局部变形。除焊缝缺陷以外，使用时间超过年限的门座起重机故障发生率显著提高。
在额定起重量低于的起重机中，裂纹开裂所占比例都很高，并且排第一位。这说明，在这几类起重机中，裂纹开裂是一种比较普遍的故障现象。但在额定起重量高于的起重机中，裂纹开裂的发生率并不大。
锈蚀在额定起重量为10t，使用时间20年以上起重机中发生的比例很高，但在另外几类使用时间低于20年的起重机中比例并不高，而且比例非常接近，锈蚀与使用时间相对应。
除额定起重量为16t起重机外，都存在焊缝缺陷，并且比例接近。
额定起重量为10t，使用时间15-20年的起重机主要故障类型为裂纹(开裂)和锈蚀；额定起重量为10t，使用时间20年以上起重机及额定起重量为16t起重机主要故障类型为裂纹、锈蚀和局部变形。
4港口起重机金属结构安全性评价方法特点和基本原则
4.1港口起重机金属结构安全性评价方法特点
首先，评价不仅考虑了金属结构系统中的危险因素和结构，而且考虑了系统中故障成分之间的相互作用。然后，评价既要根据有关的规程、标准来制约，又要是根据金属结构的状态、结构关系、故障类型、故障的物化特性等评价金属结构是否损坏，以至造成可能的危害。最终的安全评价结果是对金属结构安全状态的全面反映和对系统整体状态的综合评价。已产生故障的起重机金属结构构件存在着危险性，但表面看上去没有产生任何故障的构件也会存在危险性。例如，老龄起重机某些构件很少发生故障，但可能接近结构的疲劳极限，一旦产生疲劳损伤破坏，危险也很大。
对起重机金属结构安全性评价的比较完整的定义为:对起重机金属结构系统中存在的危险因素进行确认并进行定性或定量分析，进而给出系统状态危险的定性和定量结论，依次进行评价。
4.2港口起重机金属结构安全性评价方法基本原则
一是科学性原则。指标的设置和结构必须科学合理，能较客观、真实地反映金属结构安全的内在机制，逻辑结构严密，指标概念明确，测算方法标准，统计计算方法规范，具体指标能够反映系统安全状况，以保证评价结果的真实性和客观性。
二是全面性原则。指标体系必须能够全面地反映和测度系统安全的各个方面，既要有反映金属结构中正常构件的指标，又要有反映故障构件的指标。
三是主成分性原则。在全面性原则的基础上，单项指标和主要指标应具有代表性。
四是可操作性原则。评价指标应易于测量，易于取得数据，易于量化，并便于实际使用，同时要尽量与现有的企业设备管理方面的指标相一致，能为有关部门所接受。
五是单元划分与合成原则。起重机金属结构比较复杂，直接将金属结构作为整体对象进行安全评价研究是困难的，应该根据其功能或结构，划分为不同的单元分别进行评价。
5起重机金属结构安全性评价方法过程
首先是金属结构检测，现阶段为了得到所需的原始数据的评估，检测内容通常包括静态应力检测、动态应力检测、重要焊缝的无损检测、主要承载结构的腐蚀检测、主要承载结构的变形检测和结构构件的裂纹检测。然后，对故障诊断和检测数据进行处理，通过故障诊断来确定故障部件的类型、位置等。采用无量纲处理方法对不同探测数据的维数和幅度进行消除，使处理后的数据值域在0到1之间，成为最基础的指标评价值。
其次，各评价层权重的确定，也可称为各评价层的构权，根据各评价层评价对象的特点，采用相应的构权方法确定各层评价指标的权重(权数)。最后，确定各评价层的评价值，在最基础的指标评价值和构权的基础上，依次合成得到上一层的评价值，可以对单构件、组成金属结构的各系统，甚至整个金属结构进行评价。
结语
总而言之，随着我国的不断发展，港口起重机结构件的安全评价问题，是对整机进行安全评估的重要组成部分。通过对港口起重机金属结构安全性评价方法的研究，可为港口起重机的检测、维修和使用提供决策支持，提高港口起重机的科学维护、管理水平，确定了合理的安全检验周期，保障港口装卸设备的安全运行，从而保障了人们生活的安全质量和经济损失。
参考文献
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[2]刘刚，肖汉斌，潘春旭，起重机金属结构安全性评价的现代分析理论与方法[J]，水利电力机械，2018(6):4-8
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