О некоторых причинах разрушения металлоконструкций грузоподъемных машин

О некоторых причинах разрушения металлоконструкций грузоподъемных машин Зосимов Е.А.1, Кирилов А.Ф.2, Назаров С.В.3, Савкин И.Ю.4

1Зосимов Евгений Александрович /Zosimov Evgenij Aleksandrovich -начальник отдела, Волжско-Окскоеуправление Ростехнадзора; 2Кирилов Александр Федорович /Kirilov Aleksandr Fedorovich - кандидат технических наук, доцент, заместитель директора ООО «НЦТД»; 3Назаров Сергей Васильевич /Nazarov Sergej Vasil'evich - эксперт; 4 Савкин Игорь Юрьевич /Savkin Igor' Jur'evich - эксперт,

ООО «НЦТД», г. Нижний Новгород

Аннотация: рассмотрены причины разрушения металлоконструкций грузоподъемных машин, связанные с несовершенством конструкции или отступлением от проекта при их изготовлении, произошедшие на территории, поднадзорной Управлению по технологическому и экологическому надзору Ростехнадзора по Нижегородской области.

Ключевые слова: причины разрушения металлоконструкций, грузоподъемные машины, причины аварий, ГПМ.

При эксплуатации грузоподъемных машин (ГПМ) до настоящего времени имеются случаи разрушения их металлоконструкции.

Причинами разрушения металлоконструкций ГПМ являются совокупность различных факторов (нарушение правил эксплуатации, пониженное значение механических свойств металла, несовершенство конструкции и др.).

Для специалистов-прочнистов в данном случае представляет интерес рассмотрение причин аварий, связанных с несовершенством конструкции или отступлениями от проекта при изготовлении ГПМ.

Так в апреле месяце 2004 г. произошло разрушение верхнего пояса стрелы башенного крана КБМ-401П (см. рис. 1,2).

Рис. 1 Рис. 2

При определении причин разрушения стрелы на основании исследований было установлено:

- химический состав верхнего пояса стрелы и раскосов соответствует маркам сталей, указанных в паспорте крана;

- механические свойства металла верхнего пояса стрелы (по пределу текучести) несколько ниже (на 8%) нормативного его значения, указанного в технических условиях;

- проведенный расчет верхнего пояса стрелы без учета конструктивного исполнения узла крепления второй оттяжки к стреле по допускаемым напряжениям подтверждает наличие необходимого запаса прочности при нормативном сопротивлении стали 09Г2С.

Одной из причин аварии явилось несовершенство узла крепления оттяжки к стреле (см. рис. 3).

ш

Рис. 3.

В исполненной конструкции не обеспечивалась передача усилий непосредственно на узел стрелы, а равнодействующая усилия в оттяжке не пересекалась с контуром сварных швов, соединяющих фасонку с верхним поясом стрелы. Кроме того, предел текучести материала стрелы оказался несколько ниже проектного значения. Трещина развилась в месте окончания сварного шва (см. рис. 4).

Данные несовершенства были признаны головными организациями по краностроению и в конструкторскою документацию внесены соответствующие изменения.

Несколько позднее произошло падение башенного крана КП-300. Было установлено, что падение поворотной части крана произошло из-за разрушения верхнего листа рамы портала в месте опирания фундамента опорно-поворотного устройства.

Разрыв верхнего листа портала вызван неточностью установки фундамента опорно-поворотного устройства относительно опорных элементов рамы портала, что привело к преждевременному усталостному разрушению металла. При восстановлении крана выполнили усиление данного узла и приняли меры по регулярному определению его технического состояния.

В это же время при эксплуатации однобалочного мостового крана появились многочисленные трещины в концевых и главной балках (рис. 5).

Рис. 4

Рис. 5

При анализе установлено, что появлению этих трещин в основном способствовало несовершенство конструкции крана, которое также учтено при проектировании.

На двух козловых кранах, изготовленных в 1995 году фирмой «Kranbau Eberswalde GmbH», Германия, через два года их эксплуатации появились трещины в узлах соединения стоек жесткой опоры со стяжкой. Причиной этого явились высокие напряжения, сопоставимые с пределом текучести материала. Их появление вызвано систематическим рассогласованием перемещения жесткой и гибкой опор крана.

На башенном кране МВ-1645 при ремонте заменили четыре шпильки М52*1,5 соединения промежуточной опоры опорно-поворотного устройства с рамой портала. Чтобы определить отечественный аналог стали для изготовления шпилек и гаек, были проведены металлографические исследования оригинала стали чешского производства. Анализ результатов показал, что материал шпильки соответствует стали Ст38ХМЮА ГОСТ 4543-71 «Сталь легированная, конструкционная. Марки и технические требования». Однако при эксплуатации произошло разрушение резьбы шпилек по всей высоте гаек. В результате металлографического исследования установлено, что при термической обработке шпилек не были соблюдены требования по защите

резьбы от обезуглероживания, что способствовало образованию, обезуглероженного слоя, значительно превышающего допустимые ГОСТ 1759.4 значения. Согласно указанному ГОСТу максимальная глубина полного обезуглероженного слоя не должна превышать 0,015 мм.

Приведенные факты разрушения металлоконструкции грузоподъемных машин произошли к счастью без человеческих жертв. Но наличие этих аварий свидетельствует о необходимости проведения всестороннего технического диагностирования ГПМ при их эксплуатации и особенно машин, отработавших нормативный срок службы, с учетом конструкторско-технологических особенностей каждой конкретной грузоподъемной машины.

Литература

1. Миронов А.А. Модель определения эффективного коэффициента концентрации напряжений дефектов сварных швов / А.А. Миронов // Труды Нижегород. гос. техн. ун-та им. Р.Е. Алексеева. - 2012 - № 1 (94).

- С. 169-176.

2. Миронов А.А. Статистический подход к оценке требуемого объема контроля сварных соединений крупногабаритных металлоконструкций / А.А. Миронов, В.М. Волков // Приволжский научный журнал. -2013. - № 1. - С. 12-16.

3. Махутов Н.А. Анализ рисков отказов при функционировании потенциально опасных объектов / Н.А. Махутов, М.М. Гаденин, А.О. Чернявский, М.М. Шатов // Проблемы анализа риска. - 2012. - Т. 9. - № 3.

- С. 8 - 21.

4. Волченко В.Н. Оценка и контроль качества сварных соединений с применением статистических методов /

В.Н. Волченко. - М.: Издательство стандартов, 1974. - 160 с.

5. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций / В. В. Болотин. - М.: Машиностроение, 1984.

- 312 с.

6. Волков В.М. Объединенная модель образования и роста усталостных трещин в концентраторах напряжений

/ В.М. Волков, А.А. Миронов // Проблемы прочности и пластичности: Межвуз. сб. - Н. Новгород: Изд-во Нижегород. гос. ун-та, 2005. - Вып. 67. - С. 20-25.