В данной статье изложены результаты совершенствования методики оценки остаточного ресурса несущих конструкций мостовых кранов. В расчетную модель введен учет влияния динамических параметров процесса нагружения, а также изменение действительных геометрических характеристик пролета крана.
Ключевые слова: грузоподъемные краны, ресурс работы, деформации, нагружение, методика.
Согласно данных Ростехнадзора РФ более половины мостовых кранов из общей доли находящихся в эксплуатации на сегодняшний день выработали свой нормативный срок службы, который регламентирован документами [1]. Очевидно, что замена всех подъемно-транспортных устройств в один момент невозможна, следовательно, достаточно остро стоит вопрос об оценке действительной величины остаточного ресурса несущих конструкций мостовых кранов с тем, чтобы эффективно спланировать мероприятия по техническому перевооружению предприятий.
Наиболее часто в практике экспертизы подъемно-транспортных устройств для оценки остаточного ресурса несущих конструкций используется методика, разработанная ВНИИПТМАШ [2]. Данная методика базируется на оценке напряженно-деформированного состояния металлических конструкций кранов. Алгоритм оценки остаточного ресурса имеет следующий вид:
1. Производится предварительная оценка состояния металлических конструкций крана:
- Выполняется толщинометрия;
- Производится проверка сварных швов;
- Осуществляется геометрическая съемка главных балок.
2. Определяются параметры режима работы крана (интенсивность и характер выполняемых работ);
3. Выполняются прочностные расчеты несущих конструкций [2];
4. Осуществляется расчет устойчивости стенок балки коробчатого сечения для кранов групп А6-А8 [1]. При расчетах на усталость, учет прогиба главной балки производится посредством корректирующих коэффициентов [1].
В качестве одного из критериев оценки величины остаточного ресурса по методике [2] используется значение стрелы прогиба главной балки: при достижении определенной величины прогиба, которая установлена нормативным документом [2], рассматривается вопрос о дальнейшей эксплуатации подъемно-транспортного устройства.
После анализа методики [2], были выявлены следующие недостатки:
- не учитывается динамический характер нагружения несущих конструкций в процессе эксплуатации, хотя очевидно, что процессы подъема и опускания грузов являются динамическими;
- величина сопротивления элементов ездовой балки в процессе эксплуатации мостовых кранов снижается ввиду утонения ее стенок;
- на адекватность оценки параметров деформации оказывает влияние величина строительного прогиба.
Таким образом, в начальный момент эксплуатации поперечное сечение ездовой балки имеет высоту Н и некоторую ширину В. При эксплуатации мостового крана, учитывая воздействие механического износа, коррозию и другие факторы, наблюдается постепенное снижение данных параметров, что в свою очередь приводит к уменьшению прочности несущих конструкций. В разработанной методике степень влияния данного фактора предлагается учитывать посредством коэффициентов утонения стенок:
где В, Н — первоначальные значения размеров поперечного сечения, В1, Н1 — текущие значения размеров.
Тогда, с учетом влияния постепенного утонения стенок ездовой балки зависимости для определения моментов инерции и сопротивления примут вид:
Возникновение динамических нагрузок объясняется тем, что в ходе работы мостового крана возникают условия, когда скорость движения крана и/или груза меняется по модулю или направлению. Причем, максимальные нагрузки возникают, когда наблюдается неустановившееся движение механизмов, иными словами при торможении и пуске. В таких режимах возникают силы инерции, которые приложены к грузу в вертикальном направлении. Чаще всего учет данных факторов производится в виде динамических добавок к статическим усилиям. Максимальные динамические нагрузки возникают в момент отрыва груза от основания и при остановке его при опускании. Причем во втором случае в кранах с контакторной системой управления разброс нагрузок получается значительно больше из-за неточностей регулировки тормозов, задержки их срабатывания, переменности коэффициентов трения между шкивом и обкладкой и т. д. В зависимости от типа конструкции и места приложения нагрузки от веса груза при работе механизма подъема могут возникать как вертикальные, так и горизонтальные колебания конструкции. Влияние динамического характера нагрузок предлагается оценивать соответствующим коэффициентом [3]:
где Fmax — максимальная сила с учетом динамики нагружения;
G — вес груза.
Под воздействием статических весовых нагрузок несущие конструкции мостовых кранов деформируются, что может нарушить нормальную эксплуатацию устройства. Например, несущие конструкции крана под воздействием весов тележки и пролетного строения вместо исходной конфигурации 1 принимают форму 2 (рис. 1). В результате чего реборды колес упираются в головку рельса, и наблюдается их интенсивный износ, механизм передвижения тележки при движении в сторону ноги будет работать с перегрузкой, а при движении в обратную сторону растет тормозной путь.
Рис. 1. Схема строительного подъема кранов
Для компенсации упругих и остаточных перемещений, которые возникают от статических весовых нагрузок, несущие конструкции изготавливают с некоторыми специально определенными отклонениями от номинальной конфигурации. В примере на рис. 1 конструкцию изготавливают по схеме 3 (с обратным выгибом). Эти отклонения, как вертикальные для ездовых балок, так и горизонтальные для опор, называют строительным подъемом.
Величина строительного подъема для кранов мостового типа в основном определяется условиями движения тележки и требованием по компенсации остаточного прогиба, который, например, в мостовых кранах развивается со скоростью 
за 10 лет [3]. Согласно рекомендациям [1], строительный подъем в пролете кранов мостового типа следует выполнять при L>17 м. Стрела выгиба строительного подъема должна составлять 
.
Рис. 2. Интерфейс программы расчета остаточного ресурса мостового крана
С учетом вышеизложенных изменений, была разработана методика определения остаточного ресурса, реализованная в виде программного комплекса [4–7]. Пример интерфейса программы «Определение остаточного ресурса мостового крана» приведен на рис. 2:
За пятилетний период, специалистами ООО «РЕМЭКС» при помощи разработанного программного обеспечения был определен остаточный ресурс более чем у 50 мостовых кранов, работающих в различных цехах машиностроительного производства (литейных, кузнечных, механосборочных, термических и т. д.) Результаты расчетов были одобрены специалистами Ростехнадзора Р. Ф. На основании результатов расчетов остаточного ресурса были выданы рекомендации, касающиеся вопросов дальнейшей эксплуатации данного грузоподъемного оборудования. Для части подъемно-транспортных устройств были выданы рекомендации по изменению режима эксплуатации, либо по прекращению дальнейшего использования и последующему списанию.
Литература:
1. РД 10–112–5-97. Методические указания по обследованию грузоподъемных машин с истекшим сроком службы. — Введен 01.01.98. М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 2000. — 5 с.
2. СТО 24.09–5821–01–93. Краны грузоподъемные промышленного назначения. Нормы и методы расчета стальных конструкций. — Введен 12.11.97. М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 2004. — 90 с.
3. Соколов С. А. Металлические конструкции подъемно-транспортных машин: Учебное пособие. — Спб.: Политехника, 2005. — 423 с.
4. «Определение остаточного ресурса мостовых кранов с балкой коробчатого сечения»: свидетельство об отраслевой регистрации разработки № 15270 / Е. М. Овсянников, В. Е. Овсянников. — № 50200800783; заявл. 11.04.2008; опубл. 11.04.2008; Инновации в науке и образовании № 4(39). 10 с.
5. «Определение остаточного ресурса мостовых кранов с балкой решетчатого сечения»: свидетельство об отраслевой регистрации разработки № 15271 / Е. М. Овсянников, В. Е. Овсянников. — № 50200800784; заявл. 11.04.2008; опубл. 11.04.2008; Инновации в науке и образовании № 4(39). 10 с.
6. «Расчет геодезии конструкций мостовых кранов»: свидетельство об отраслевой регистрации разработки № 15272 / Е. М. Овсянников, В. Е. Овсянников. — № 50200800785; заявл. 11.04.2008; опубл. 11.04.2008; Инновации в науке и образовании № 4(39). 10 с.
7. «Прогнозирование повреждаемости и долговечности верхней зоны стенки сварных балок путей интенсивной нагруженности»: свидетельство об отраслевой регистрации разработки № 15273 / Е. М. Овсянников, В. Е. Овсянников. — № 50200800784; заявл. 11.04.2008; опубл. 11.04.2008; Инновации в науке и образовании № 4(39). 10 с.
