大型港口机械结构稳定性与裂纹控制技术
京唐港首钢码头有限公司， 河北 · 唐山 063611
摘要：随着我国航运事业的蓬勃发展，港口的建设成为紧密连接江、河、湖、海与内陆的枢纽，大型港口提供船舶的安全进出和停泊的服务。随着国际贸易的迅猛发展，海路运输成为国际贸易进出口的重要手段。大型港口的机械稳定性，将直接影响港口的中转效率，采取大型港口机械稳定性定期检查和结构优化的特点，针对几十起大型钢构机械金属结构的破坏事故，研究大型港口机械结构的稳定性，并且提炼大型港口机械稳定性所导致的事故避免方案。
Abstract:With the vigorous development of China’s shipping industry, the construction of ports has become a hub closely connecting the river, lake, sea and inland. Large ports provide safe access and berthing services for ships. With the rapid development of international trade, sea transportation has become an important means of international trade import and export. The mechanical stability of large-scale port will directly affect the transfer efficiency of the port. Taking the characteristics of regular inspection and structural optimization of the mechanical stability of large-scale port, aiming at dozens of damage accidents of metal structure of large-scale steel structure machinery, the stability of large-scale port mechanical structure is studied, and the accident avoidance scheme caused by the mechanical stability of large-scale port is refined.
关键词：大型港口；机械结构；稳定性；裂纹控制技术
Key words: large port; mechanical structure; stability; crack control technology
1 引言
随着中国市场经济的快速发展，中国对外贸易逐渐地开始走向成熟，大型港口作为进出口贸易的主要通道和枢纽，进进出出的货物要非常多，而目前我国的大型港口如果想要实现自动化管理和智能化管理，就势必需要考虑可以优化中国大型港口机械设备稳定性。深入研究影响我国港口机械设备稳定性的因素，借助利润控制技术，就可以设计出实践中的使用模型，最大限度地提升我国港口机械设备的稳定性与适应能力。
2 大型港口机械结构稳定性裂纹控制技术研究的技能概念
2.1 大型港口机械结构稳定性
大型港口是指大型的位于江、河、湖、海、水库沿线，具有水路运输性质，是能够提供船舶安全进出条件的运输枢纽，港口是工农业产品和外贸机制和物资的集散地，大型港口机械结构往往承载着船舶停泊、装载货物、上下旅客、补充给养等重要任务。大型港口的机械包含岸桥、起重机、装船机、卸船机和堆取料机等部件，这些部件拥有特殊的性能，对于港口的运输和卸货能力起到非常关键的作用。不断提升大型港口机械稳定性，保证机械设备的自控效果。
2.2 大型港口机械设备的特性
随着科技的发展与进步，大型港口机械设备使用了自动化控制平台，结合人工控制的辅助，从而能够满足和保障大型港口的生产需求及运载能力提升。强化大型港口机械设备的自动化程度及稳定性，是随着现代港口技术不断更新换代，使用新旧机械设备交替使用的新变化[1]。大型港口设备，机械设备相关功能性和性能的提高，使得其工作效率不断提升，大型港口周边的自然环境较为复杂多变，露天作业使得港口设备经常会暴露在一些严苛的环境之下，其机械设备的耐碱性、耐酸性、耐压性和耐撞性，都被提出了极高的要求。
2.3 裂纹控制技术
针对裂纹行为的研究，是一个比较具有挑战性的话题，机械设备中的裂纹经常存在，其破坏具有广泛性，因此，对于裂纹行为的研究具有很大的经济价值。大型港口的机械设备，虽然具有较高的强度，但是其受力规则仍然决定了机械构件裂纹的产生具有普遍性。很多大型港口工程的裂纹时刻存在，由于低碳钢结构的构成和机械承载结构经常会存在树立不均匀的问题，机械结构的裂纹诊断，控制和维修就越来越显得至关重要。针对大型港口门座起重机金属结构裂纹较为突出的问题，通过广泛的调查，技术人员对于列位故障的状况往往心中有数。大型机械构件的能量承载能力是有极限的，为了能够从改善列位尖端应力集中的观点出发，探讨其维修办法和列位尖端的曲率半径，研究工作者进行了大量的维修实验尝试。
3 多角度控制大型港口机械设备稳定性
3.1 进行大型港口机械材料荷载及温度实验
一般来说，发现港口的机械运输材料由于是工程机械和搬运机械，一般都采用专门的机械承载结构，其质量相对稳定，安全可靠，强度高，而且重量较轻，采用型材，即板材、角钢、槽钢等铸件，和锻件一起共同组成了金属制件[2]。在投入使用之前，根据大型港口机械承载结构的使用条件和使用特点，结合其特殊的环境温度，接触介质，往往经历了很多次材质的技术实验。经过多次实验之后，不断地改良大型港口机械承载结构，在焊接、冷加工、淬火以及装配过程中的稳固性。
3.2 从设计因素的源头杜绝大型港口机械承载结构问题
为了保证大型港口机械承载结构更加具有稳定性，基于传统的强度理论来说，假设材料是向各方面同等、同性、均匀、连续受力，但是却忽略了在不同的使用环境中，材料本身可能具有缺陷。因此，在大型港口机械设备制造之初，从其设计的角度就应该考虑到留有一定的富裕，使得大型港口的机械承载结构更加具有稳定性[3]。由于大型港口的机械设备承载结构在使用的过程中，往往会面临反复起制动、交变动荷载等的一系列问题，因此，在设计的过程中就应该留有富余，使其冲击荷载的抗荷载能力变大。
3.3 及时诊断、控制和维修机械承载结构
由于裂纹的产生是不可避免的，工作人员需要能够及时地诊断、控制，才能维修和维护比较脆弱的出现裂纹结构的部位。通过一定的监测手段，配合科学的预测，可以计算出裂纹产生的时间、产生的规模以及大致的破坏大小。一般比较常用的是，从理论和实验体系上关注裂纹出现的微观裂纹测试，这是因为微观裂纹的产生机率更大，而且其出现之后加以加速度的形式出现了对于机械结构破坏。从理论上讲，理想微观猎人系统模型能够在出现裂纹时，以闭环系统来维护损伤，采用统计方法和随机分布预测的方法计算预测材料的疲劳寿命。
在大型港口机械设备稳定性裂纹实验描述中，其闭环结构的模型公式如下：
3.4 综合考虑大型港口机械结构稳定性保证的其他因素
大型港口机械结构稳定性设计的首要举措便是要基于疲劳损伤累积理论与应力强度干涉理论进行可靠性校核，在操作强度校核时，还要保障港口机械稳定程度满足最低限度的载荷组合工况，同时可以适当通过应力强度干涉理论JC算法进行计算。为了避免机械结构裂纹的大量频繁产生，可以采用基于人工神经网络的荷载仿真技术，比如说，对于大型港口机械结构的危险部件进行实际检测，建立人工神经网络荷载仿真模型。在网络仿真模型中，精确地输入机械设备的幅度，重量以及其结构尺寸，然后通过时间因素的变化，加入相应的应力值，通过改变时间历程快速地计算出具体的裂纹变化，从而能够为后期的运载工作提供坚实的基础[4]。
3.5 提升大型港口机械结构定性的自控能力
自动化控制技术已经被广泛地引入了机械设备的使用过程，给予充足的机械设备工作条件，大型港口的机械设备，能够通过其使用仪器显示出各类数据指数。通过专人来反馈机械设备运行的数据，或聚类分析这种典型的数据分析模式，分析其相关参数量，就可以进行故障源、故障规模、故障状态的检索和预测。在大型港口机械设备使用的过程中，周期性地监督和管理，能够连锁故障节点。由于机械设备的自控能力往往不强，因此，需要人的检索能力共同与大型监测器设备相辅助，从而能够不断地提升大型港口机械结构定性的自控能力。
4 结语
大型港口机械设备的稳定性关乎着我国对外经济贸易水平，对于大型港口的运载能力和卸货能力的影响也是比较显著的。由于机械设备本身使用的特性和使用环境的要求，机械设备必然会面临一定的严苛环境。通过可靠性的校验，结合仿真技术，就可以采用优化的方式来模拟大型港口机械设备利润产生的位置及时间进程，使得中国的大型港口机械机构稳定性，朝着更为科学而完备的发展，需要能够保证机械设备稳定性方面的自控性能。
参考文献
[1]冯敏.基于温度场变化条件下的大型港口机械应力与变形分析[D].武汉:武汉理工大学,2011.
[2]刘园,宓为建.大型港口机械结构安全控制中的数据挖掘[A].上海市土木工程学会.2005年上海市国际工业博览会第三届上海市“工程与振动”科技论坛论文集[C].上海市土木工程学会:上海市土木工程学会,2005:5.
[3]宓为建,徐子奇,刘园.大型港口机械结构安全控制的可视化[J].中国工程机械学报,2005(04):453-460.
[4]梅潇,董达善,徐祖雄.大型港口机械结构常用材料Q235的断裂韧性测度与研究[J].上海海运学院学报(工学院论文专辑),2000(04):56-62.
个人简介：付超（1989-），男，河北唐山人，助理工程师，从事材料成型及控制工程研究。
