工作制变化如何影响机器疲劳

计算影响前，先说明运行工况的变化

取料机可通过延长运行时间、加深切入或增加臂架处于重载位置的时间来提高年产量。给料机可通过采用新的速度范围提高产出。即使增加的吨数相同，这些变化也需要不同的评估。

查明现有评估采用的工况假设，并与当前记录及拟定运行方式比较。确定运行小时、启动、停止、动作循环、物料状态及各状态的持续时间。必要时纳入清堵、中断和恢复运行。一次变幅动作是一个运行事件；该事件引起的应力响应决定了各构造细节处的疲劳循环。

操作人员可帮助识别需要调查的情况，例如在某一切削工况、设备位置或带载启动时出现反复冲击或可见运动。应记录观察到的现象、发生时间和运行条件，再通过测量及工程评估确定原因、对结构的影响，以及是否需要采取措施。

如果操作人员为避免所报告的现象而改变切入深度、速度、操作顺序或启动次数，应记录这些变化。它们可能降低一种需求，同时增加另一种需求。利用这些记录确定调查范围，并评估临时运行限制。最终方案应在预定运行条件下验证。

首先检查现有疲劳评估是否涵盖拟定工况、累计循环次数、以往的荷载作用历程、配置、状态及预定服役期。如果作用次数增加，单次循环应力降低并不能证明评估仍然适用。若可追溯证据或有依据的保守界限能够证明已覆盖，应记录结论及其限制。否则，应针对可能改变决策的缺口开展进一步评估或测量。

将荷载追踪至具体构造细节

疲劳评估需要明确位置处的应力范围及其出现次数。最大应力云图或油缸峰值压力并不足够。应确定哪些运行事件对该位置产生影响，以及结构如何传递这些事件的荷载。

IIW建议介绍了代表性应力历程、循环计数及应力谱。[1] 其中区分了采用名义应力、结构热点应力或局部缺口应力的方法。每种方法都需要配套的疲劳抗力曲线。这些应力度量不能互换。

对于空心截面节点，CIDECT指南8说明了节点刚度不均匀和次弯曲的影响。[2] 当整机模型能够较好地预测构件内力，却不能解析控制焊缝表现的局部变形时，这一点十分关键。

对于已有裂纹的构造细节，需要评估该裂纹及其对服役的影响。以初始无裂纹为前提的疲劳计算，不能据此认可该裂纹指示并允许继续运行。

结合激励与响应调查振动

先考虑可能的激励来源：料斗切入物料、旋转设备、给料机作用力、输送带过渡、启动、停止及冲击，再确定相应的结构响应。可见的臂架运动有助于识别运行条件，但较大的运动不一定意味着较高的局部应力；在没有明显整体运动的情况下，也可能出现具有损伤作用的局部循环。

记录速度、设备位置、物料状态及响应发生时的动作。存在多个激励源时，应检查其频率和相对响应，而不能假定它们必须始终同步。仅凭频率接近不能证明共振；激励方向、振型、阻尼和约束条件都会影响结果。

增加刚度前，应检查实际支承状态。连接松动、弹簧变更、物料积聚或设备安装方式改变，都可能使原有动力模型失效。西澳第124号通报列举了振动筛底盘开裂的情况，其支承细节不足以承受动力荷载。[3] 这一案例说明，应将激励与荷载传递及构造细节联系起来。

如有依据需要进行试验，应采用已批准的运行范围、明确的测量计划和停止判据。不得仅为绘制完整曲线，就将速度试验扩展至响应异常增大且原因不明的区域。模态分析与受控响应测量应检验所提出的机理。

测量能够影响决策的量

利用振动测量描述动力响应；需要局部应力响应时测量应变；利用压力、速度和位置记录识别运行状态。应结合评估方法选择测点、方向、量程及采样方式。某一个通道的结果吻合良好，并不能验证所有焊缝或荷载工况。

对用于关联作用与响应的通道进行同步。保留原始数据，并记录校准、数据缺失时段、信号削顶及修正。传感器饱和会掩盖真实峰值；跨越数据缺口拼接记录可能产生虚假的波动。外推至全年工况前，应确定记录实际代表了哪些运行状态及持续时间。

应保留跨越连续文件边界的真实循环。将连续记录作为独立文件处理，可能丢失过渡循环；当平均荷载缓慢变化时，应记录未闭合雨流循环的处理方法。[5]

根据尚未解决的决策问题，选择测量、有明确边界的敏感性研究或进一步建模。如果缺少可检验的问题，收集更多数据可能耗尽停机窗口，却未能推进评估。

在同一位置累计相关事件的影响

假设某臂架连接的上角部对挖掘作用的响应最强，而下角部对变幅的响应最强。应分别评估每个角部完整的适用历程。较小的挖掘响应仍会对下角部产生影响，较小的变幅响应也可能对上角部产生影响。

当作用重叠时，应在循环计数前保留相容应力分量的正负号、方向及相对时序。简单叠加需要适用的线性响应模型。接触或约束改变、主应力方向明显旋转，或正应力与剪应力相互作用时，可能需要其他分析方法或适当的多轴疲劳方法。对于独立的运行阶段，应结合对应出现次数汇总各阶段评估得到的贡献。避免相加不相容的独立最大值，也不要重复计入同一段作用历程。

只有证据能够支持相关运行状态和配置下的这种关系时，才可计入同时作用之间的有利抵消。若相对时序不确定，应评估合理的组合历程或有依据的界限。

短时试验得到的谱，需要与服役条件范围建立有依据的联系。除非有证据表明涵盖了相关状态和事件，否则平稳、轻载的调试运行不能代表多年的取料作业。

通过敏感性计算说明影响

一个简单的示例比较假定构造细节不变、所有相关应力范围均位于指数为3的同一疲劳曲线段内，并采用线性累积损伤。循环次数不变时，应力范围增加20%，计算损伤贡献变为原来的1.2³ = 1.73倍。若循环次数同时增加50%，该贡献则变为1.5 × 1.2³ = 2.59倍。[1]

这些比值仅适用于受影响的循环，不能直接乘用于整个服役历程或未受影响的运行状态。产量增加并不代表应力范围按相同比例增加。这些比较不能预测开裂日期、实际寿命消耗百分比或检查间隔。所采用的评估依据决定曲线、应力范围界限、允许损伤及安全规定；当前状态和以往的荷载作用历程仍是必要输入。

纳入等待阶段并验证干预措施

已批准的加固方案在安装前不会改变结构。应记录从发现问题到完成施工期间的临时工况及其运行依据。将安装日期作为配置变化节点，并保留继续使用材料的相关荷载作用历程。

当裂纹清除、修复后的几何形状、焊接质量和所选方法能够支持时，修复可为处理过的细节建立新的疲劳评估依据。未处理的相邻细节仍保留以往的作用历程。应重新评估新增加固件的端部和荷载传递变化；不要将原有损伤数值原封不动地沿用到不同细节或失效模式。

针对已确定的机理选择缓解措施。可选措施包括纠正支承缺陷、改变激励、调整经过评估的运行范围或修改结构细节。如果循环应力转移至相邻连接，仅降低某一位置的运动并不足够。

速度、加速度、制动及保护设置的变更，应与相应的机械和控制专业人员协调。Schmidt与van Rensburg的散料装卸案例表明，设备能力、保护措施和结构设计之间协调不足会带来后果。[4] 文中历史性的标准讨论不能用于确定澳大利亚现行要求。

在可比且具有代表性的条件下验证变更后的配置，并检查受荷载重分布影响的细节。当检查用于支持继续服役时，应考虑裂纹状态或所采用的缺陷假设、检测能力、扩展情况及失效后果。仅使用应力与循环次数关系曲线进行计算，不能确定已知裂纹的剩余寿命或检查间隔。

建议应说明拟定工况是否已被覆盖、哪些细节起控制作用、哪些运行或维护措施有充分依据，以及消除重要不确定性所需的证据。如受到影响，还应考虑强度、稳定性及保护设置。ACE将结构评估与实际运行、检查和升级决策联系起来。