Библиографическое описание:

Сниткин В. М., Фролов И. П., Овсянников Е. М., Овсянников В. Е. Совершенствование прочностных расчетов несущих конструкций мостовых кранов // Молодой ученый. — 2015. — №17. — С. 263-266.

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.jpg

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 .

Безымянный

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.

Основные термины (генерируются автоматически): остаточного ресурса, мостовых кранов, остаточного ресурса несущих, конструкций мостовых кранов, несущих конструкций, оценки остаточного ресурса, «Определение остаточного ресурса, несущих конструкций мостовых, ресурса несущих конструкций, остаточного ресурса мостовых, величины остаточного ресурса, ресурса мостовых кранов, Инновации в науке и образовании, мостовых кранов с балкой, остаточного ресурса мостового, отраслевой регистрации разработки, кранов мостового типа, прогиба главной балки, мостового крана, эксплуатации мостовых кранов.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle