Зависимость отказов металлоконструкции мостовых кранов от группы режима работы

ВЕСТНИК

ПРИАЗОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

Вып.№9

2000 г.

УДК 621.873

Михеев В.А.1, Власов В.Т.2

ЗАВИСИМОСТЬ ОТКАЗОВ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ МОСТОВЫХ КРАНОВ

ОТ ГРУППЫ РЕЖИМА РАБОТЫ

На основе результатов обследования 200 мостовых кранов проанализирована зависимость отказов металлоконструкции кранов от режима их работы. Полученные зависимости представлены в виде графиков, приведены обоснования результатов анализа.

В Украине находится в эксплуатации свыше 90 тысяч грузоподъемных машин (1 ИМ) разных типов. Доля мостовых электрических кранов составляет 40 % от общего количества.

Подавляющее большинство ГТ1М отработало нормативный срок службы. Распределение машин по выработанному сроку эксплуатации следующее: до 10 лет - 11 %; от 10 до 16 лет -22 %; от 16 до 22 лет - 31 %; от 22 доЗО лет - 27 %; свыше 30 лет - 9 %.

Как видно, 67% ГПМ (~60 тысяч) эксплуатируются уже более 16 лет. На их переосвидетельствование и поддержание в работоспособном состоянии расходуются большие средства.

Если представить ГПМ как систему элементов, характеризующуюся некоторым показателем технического состояния (ТС) каждого элемента и функцией времени, то показатель работоспособности ГПМ может быть представлен в виде

П=/(П1;П2;...;ПКЦ).

В процессе функционирования ГТ1М техническое состояние отдельных элементов изменяется, а некоторые утрачивают работоспособность. Одновременно изменяется ТС всей ГПМ в целом. Пришив, что утрата работоспособности ГПМ равна некоторому значению /7Н , то с наработкой работоспособность П(г) будет уменьшаться, а при достижении предельного значения Ппр работоспособность ГПМ будет утрачена. Этому моменту соответствует время бтр на рисун-ке 1 • На отрезке О-tnp можно выделить два наиболее характерных участка: 0-1 и С,-%. Участок 0-t\ - это период нормальной эксплуатации, когда время t\ меньше допустимого срока службы, приведенного в технической документации. Участок tx-/пр - это период, когда ГПМ имеет явно выраженные признаки утраты работоспособности элементов в виде коррозионного изнашивания, деформаций, механических повреждений, усталостных явлений и других дефектов.

Очевидно, что разделение на два характерных состояния недостаточно, так как степень утраты работоспособности ГПМ в период от t\ до ?пр весьма различается в начальной и конечной стади- ГПМ во времени ях. Целесообразно разделение второго характерного участка на несколько групп. Работоспособность ГПМ на этом

1 Ш ТУ, акад. Подъемно-транспортной академии наук Украины, доц.

2111 ГУ, канд. техн. наук, доц.

0

Рис. 1 - Изменение технического состояния

участке может быть определена обследованием дефектов с их классификацией по характерным признакам утраты работоспособности. Критерием оценки является безопасная эксплуатация HIM за пределами расчетного (нормативного) ресурса. Нормативной базой для оценки ТС ГПМ является введенный с 1.01.96г. Комитетом Госнадзорохрантруда документ РД001.01-95 [1].

Обследованию подвергаются краны, отработавшие расчетный срок службы, установленный разработчиком проекта или другим нормативным документом. Если срок не указан, то обследование крана должно быть проведено в следующие сроки со дня изготовления:

Таблица - Сроки обследования кранов

Режим работы крана (паспортный Первичное обследование Повторное не реже

Согласно правил по кранам ГОСТ25546-82 ИСО 4301

ВТ 7К-8К А7-А8 12 лет 1 раз в 2 года

Т 6К А6 16 лет 1 раз в 3 года

с 5К А5 16 лет 1 раз в 3 года

л 1К-4К А1-А4 20 лет 1 раз в 5 лет

Редко используемый 30 лет 1 раз в 10 лет

Критерием, определяющим первичное и повторное обследование, РД001.01-95 устанавливает режим работы крана.

Зависимость отказов металлоконструкции мостовых кранов от режима работы явилась предметом анализа на основе материалов технического обследования 200 мостовых кранов с истекшим сроком эксплуатации, используемых на ОАО «Азов» в г.Мариуполе. Все краны были разделены на группы по основным характеристикам: грузоподъемности, длине пролета, режиму работы. В каждой группе была проведена систематизация по возрастанию показателей. В результате в каждой группе образовались подгруппы с определенным количеством кранов: по режиму работы А2 - 24 шт., АЗ - 54 шт., А4 - 30 шт., А5 - 78 шт., А6 - 14 шт.

Техническое состояние металлоконструкции крана является определяющим при оценке его работоспособности в силу того, что изношенные механизмы и их элементы могут быть заменены новыми и, тем самым, восстановлена работоспособность крана. А отказы металлоконструкции, особенно макродефекты, приводят к полной потере работоспособности крана. Отказы металлоконструкции можно условно разделить на два типа: малозначительные и значительные, но восстанавливаемые и критические, макрогеометрические, невосстанавливаемые.

К первому типу отказов относятся трещины в сварных швах и основном металле, обрыв элементов, местные забоины, вмятины, срез или ослабление заклепок. Ко второму типу отказов относятся общая деформация металлоконструкции, остаточный отрицательный прогиб в пролетных балках, деформация балок в горизонтальной плоскости, неплоскостность поясов, скручивание балок. Учитывая более критический, невосстанавливаемый характер отказов второго типа, исследовались следующие отказы: разность уровней подтележечных рельсов, неплоскостность поясов в сжатой и растянутой зоне, отклонение вертикальных стенок, отрицательный прогиб пролетных балок, изогнутость пролетных балок, скручивание пролетных балок.

Определение общих деформаций пролетного строения, отрицательного прогиба балок проводилось нивелировкой по единой методике. Результаты обследования всех 200 кранов систематизировались по группам режима работы; для каждой группы определялось усредненное значение величины отклонения (отказа) исследуемого параметра. Данные математической обработки в итоговом виде представлены на графиках зависимости величины отклонения (отказа) от режима работы крана (рисунки 2 и 3).

Анализ зависимости отказов металлоконструкции от грузоподъемности и величины пролета крана выявил нарастающее значение отказов с увеличением этих характеристик. Анализ же зависимости величины отказов металлоконструкции кранов от их режима работы выявил закономерность, которую трудно было предусмотреть. Из графиков видно, что с увеличением режима работы в сторону более тяжелого постепенно растут и величины дефектов, но на границе между средним и тяжелым режимами происходит заметное уменьшение величин отклонений. Эта зависимость прослеживается по всем исследуемым параметрам.

Это несколько парадоксальное явление, безусловно, подлежит более глубокому исследованию, а в качестве предварительных оценок может быть объяснено следующими причинами. При расчете крановых мостов значения принимаемых коэффициентов запаса прочности устанавливаются в большом диапазоне от 1,4 до 1,7 и, как правило, для кранов тяжелого режима принимаются по большему значению [2]. Это приводит к увеличению прочности и жесткости конструкции.

Режим работы крана

Рис.2 - Усредненные зависимости величин отклонения колеи подтележечных рельсов (1), вертикальных стенок (2) и поясов в сжатой зоне (3) от режима работы крана

Режим работы крана

Рис.3 - Усредненные зависимости величин скручивания (1), изогнутости (2) и отрицательного прогиба главных балок (3) от режима работы крана

Кроме того, динамический эффект воздействия основных нагрузок на металлоконструкцию учитывается обобщенными динамическими коэффициентами^ И Динамическийко-эффициент^ увязывается с режимом работы крана и соответственно принимается для легкого режима - 1,1, для среднего - 1,2, для тяжелого -1,3.

Мосты кранов тяжелого режима работы обязательно рассчитываются на сопротивление усталости по эквивалентным нагрузкам. Расчет ведется по формуле:

Допускаемые напряжения [сг я ], рассчитанные по пределу выносливости а я, сравниваются с наибольшими по абсолютной величине напряжениями в цикле сг тах . А так как не все циклы нагружения производятся максимальной нагрузкой, то напряжения в конструкции не достигают бттах , что также косвенно увеличивает коэффициент запаса прочности п.

Динамические прогибы и нагрузки в металлоконструкции крана при подъеме груза могут быть оценены коэффициентом динамичности [3] 1

где о - скорость подъема груза; _Уст - статический прогиб моста; Лет — статическое удлинение каната; шк и т\ - масса крана и масса груза; См - жесткость конструкции моста.

Как видно, динамическии коэффициент прогиба при прочих равных условиях зависит от скорости подъема груза и жесткости конструкции моста. С увеличением грузоподъемности и ужесточении режима работы кранов (литейные, тяжелые монтажные, магнитные) скорость подъема уменьшается, а жесткость моста в силу регламентации больших значений коэффициентов запаса прочности увеличивается. Это также приводит к снижению динамического коэффициента и повышению запаса прочности и долговечности кранов. Совокупность этих факторов позволяет объяснить то, что краны, отнесенные к группе тяжелого режима работы, сохраняют высокую прочность и жесткость, имеют меньшие по абсолютным значениям величины отказов металлоконструкции, чем краны более легких режимов работы.

1. Принятые нормативные коэффициенты запаса прочности и динамичности для кранов тяжелого режима работы требуют более детального обоснования и могут быть уменьшены.

2. В уточнении нормативов для расчета металлоконструкции кранов тяжелого режима работы заключен резерв снижения металлоемкости и стоимости кранов.

3. Выявленные зависимости отказов металлоконструкции от режимов работы позволяют ставить вопрос об увеличении эксплуатационного ресурса кранов, отработавших нормативный срок, до 18... 20 лет не прибегая к периодическим обследованиям раз в 2... 3 года.

1. РД001.00-95 - Сборник методических указаний по оценке технического состояния грузоподъемных кранов. - Харьков, 1995. - 339 с.

2. АлександровМ.П. Подъемно-транспортные машины. - М.: Высш. шк., 1985. - 520 с.

3. Диагностирование грузоподъемных машин / Под. ред. В.И. Сероштана, Ю.С. Огаря. -М.: Машиностроение, 1992. - 192 с.

Михеев Владимир Авдеевич. Академик Подъемно-транспортной академии наук Украины, доцент кафедры подъемно-транспортных машин и деталей машин, окончил Мариупольский металлургический институт в 1954 году. Основные направления научных исследований - расчеты, конструирование и диагностика грузоподъемных машин.

Власов Валерий Тимофеевич. Канд. техн. наук, доцент кафедры подъемно-транспортных машин и деталей машин, окончил Мариупольский металлургический институт в 1980 году. Основные направления научных исследований - качество и надежность машин.

Выводы

Перечень ссылок