К вопросу определения остаточного ресурса грузоподъемных машин при проведении экспертизы промышленной безопасности

К вопросу определения остаточного ресурса грузоподъемных машин при проведении экспертизы промышленной безопасности Голубев А. В.1, Зеленков Н. Н.2, Глазунов А. Е.3,

Сахаров Т. М.4, Огарков А. Н.5

2Голубев Александр Викторович / Golubev Aleksandr Viktorovich - технический директор, Общество с ограниченной ответственностью «ПТМ Северо-Запад»;

2Зеленков Николай Николаевич / Zelenkov Nikolay Nikolaevich - заместитель начальника отдела

ЭПБ ГПМ иКП, эксперт;

3Глазунов Алексей Евгеньевич / Glazunov Aleksey Evgenevich - специалист отдела ЭПБ ГПМ и КП, инженер-механик,

4Сахаров Тарас Миронович / Cakharov Taras Mironovich - начальник лаборатории неразрушающего контроля;

5Огарков Анатолий Николаевич / Ogarkov Anatoliy Nikolaevich - инженер-дефектоскопист лаборатории неразрушающего контроля,

Общество с ограниченной ответственностью «Промышленная экспертиза», г. Череповец

Аннотация: рассматривается актуальный для проведения экспертизы

промышленной безопасности вопрос оценки и прогнозирования остаточного ресурса грузоподъемных машин. Рассмотрены реализуемые подходы к оценке остаточного ресурса. Предложена модель определения остаточного ресурса металлургических кранов, работающих в тяжелом режиме, на основе использования критерия остаточного прогиба моста крана в вертикальной плоскости.

Ключевые слова: мостовой грузоподъемный кран, прогнозирование, остаточный ресурс, остаточный прогиб.

УДК 66-6

Определение остаточного ресурса грузоподъемных машин при проведении экспертизы промышленной безопасности имеет ключевое значение для результатов проводимой экспертизы и представляет определенные трудности для любой экспертной организации. В то же время, несмотря на разнообразие применяемых методик определения остаточного ресурса грузоподъемных кранов, в них реализуются три подхода [1].

Первый подход — с позиции статистической теории надежности — используют, когда нет ретроспективных данных об условиях и истории эксплуатации крановой конструкции, но имеются сведения об отказах и о ресурсах ее аналогов. В данном случае остаточный ресурс, вероятность безотказной работы, риск оценивают на заданном этапе работы конструкции на основе статистической обработки данных об отказах и о ресурсах ее аналогов. Для этого после анализа соответствующей документации проводят экспертный анализ металлоконструкции данного вида крана в зависимости от назначения, технологии изготовления и монтажа, условий эксплуатации, режимов работы, обслуживания и ремонта. Затем устанавливают критерий отказа (возникновение трещин, достижение трещиной критической длины, утонение стенок в результате коррозии и т. д.) и предельные состояния конструктивных узлов, приводящие к возникновению опасных аварийных ситуаций. Определяют требуемый объем наблюдений для вычисления остаточного ресурса и вероятности возникновения отказа с заданной точностью и достоверностью, собирают и анализируют данные об отказах и предельных состояниях металлоконструкций исследуемого класса (аналогов), эксплуатировавшийся в сходных (по причинам, характеру, виду и последствиям отказов и предельных состояний) условиях. На основании сформированных выборок наработок до отказов или предельных состояний подбирают статистическую модель оценки остаточного ресурса, строят гистограмму плотности функций распределения и выбирают аппроксимирующий ее закон распределения.

105

Второй подход основан на эксплуатации металлоконструкции по ее фактическому техническому состоянию с использованием текущей оценки поврежденности материала опасных зон конструктивных узлов неразрушающими методами контроля и моделирования доминирующих механизмов деградации материала (усталость, коррозия) для каждой опасной зоны по фактической истории эксплуатации крановой конструкции для установления на основании данных расчетов обоснованных межконтрольных интервалов, гарантирующих в данном временном интервале достаточную остаточную прочность конструкции при наличии конкретного дефекта. Если дефект (трещина заданных размеров) не может быть обнаружен применяемыми методами контроля, то предполагают, что максимальный необнаруживаемый дефект находится в опасной зоне, и на базе расчетов его развития по фактической истории эксплуатации крановой конструкции определяют соответствующий временной интервал освидетельствования конструкции. Очевидно, что максимальный необнаруживаемый дефект не должен превышать размера повреждения в предельном состоянии. При этом моделируют как процесс зарождения макроскопической трещины в результате накопления усталостных, рассеянных по объему повреждений, так и рост конструктивного или зародившегося в ходе эксплуатации трещиноподобного дефекта.

Третий подход состоит в составлении эталонной математической модели исправной металлоконструкции крана на базе соответствующей расчетной схемы и в сопоставлении расчетных перемещений в наиболее чувствительных точках конструкции с замеряемыми на натурной конструкции при эксплуатации. Разница между этими значениями — диагностический параметр, по эволюции которого можно следить за процессом старения конструкции. Выход этого параметра за заданное поле допусков свидетельствует о наступлении предельных состояний и позволяет идентифицировать появляющиеся аномалии.

Известно, что одним из критериев предельного состояния крана является предельная (недопустимая) деформация его элементов. Для мостовых кранов таким критерием является остаточный прогиб моста крана.

где f3 - максимальный вертикальный прогиб главной балки моста крана в процессе эксплуатации, L-пролет главной мостовой балки крана. Величина Г-1

регламентирована и зависит от схемы крана, места расположения кабины, режима работы и нормируется для случая воздействия номинальной подвижной нагрузки: масса тележки с номинальным грузом. В частности, исследования показали, что при остаточном (отрицательном) прогибе f э<0,0022 L (L — пролет крана) кран можно эксплуатировать без всяких ограничений. При прогибе 0.0022L < f< 0,0035L должен быть предусмотрен контроль за развитием остаточного прогиба, а именно проведение нивелировки не реже одного раза в четыре месяца. Остаточный прогиб f = 0,0035L является предельно допустимым. При больших значениях прогиба происходит самопроизвольное скатывание тележки.

На основе анализа и обобщения данных из фиксируемых в цеховой эксплуатационной документации результатов грузовых испытаний однотипных мостовых металлургических кранов, работающих в тяжелом режиме, получена закономерность изменения остаточного прогиба моста крана. На рисунке представлены опытные данные нарастания прогиба балок кранов, работающих в тяжелом режиме в течение 24 лет эксплуатации. Поле корреляции полученных точек опытных значений прогиба fэ аппроксимировано теоретическим уравнением регрессии на основе использования метода наименьших квадратов

Проверка проводится по условию

f э = 0,72 - 0,075Т

106

Остаточный прогиб^э

Полученная закономерность позволяет прогнозировать остаточный ресурс грузоподъемных кранов по одному из самых важных определяющих критериев.

А

I A "tv-* * г> La 4 * 4 Ть * А

1 1 ' 4 А л ~ Л О 4 А А . А А А А

<it t * А А А

, * А к к

А _

О 5 Ю 15 20 25

т, ГОД

Рис. 1. Закономерность изменения остаточного прогиба мостовых металлургических кранов

Литература

1. Методические указания по определению остаточного ресурса потенциально опасных объектов, поднадзорных Госгортехнадзору России. РД 09-102-95.

107