Введение к работе
Актуальность темы. Основной проблемой при проведении диагностирования потенциально опасных машин и агрегатов горнодобывающей, химической, нефтегазовой, атомной, подъёмно-транспортной и других потенциально опасных отраслей промышленности является отсутствие единой системы для однозначного определения технического состояния их металлоконструкций, а также обособленность этих методик. Причиной этого является разобщённость исследований процессов диагностирования этих машин в разных отраслях промышленности и транспорта. Разработанные научные методики зачастую не достигают практического применения. Для создания эффективной системы диагностирования таких машин необходимо разработать метод диагностирования состояния их несущих металлоконструкций.
На работоспособность упомянутых машин и агрегатов оказывают влияние многие факторы, в результате воздействия которых в элементах машин возникают неисправности механизмов, деталей, металлоконструкций и других систем и узлов. Зачастую на остаточный ресурс этих машин основное влияние оказывает состояние несущих металлоконструкций. Целесообразно процессы возникновения повреждений, диагностирования и определения остаточного ресурса потенциально опасных машин рассмотреть на примере металлоконструкций грузоподъёмных машин, т.к. их срок службы определяется сроком службы её несущей металлоконструкции. Кроме того, грузоподъёмные машины эксплуатируются во всех отраслях промышленности, в сельско-хозяйственном производстве, на транспорте, в гражданском и промышленном строительстве, практически во всех сферах деятельности человека.
Опыт эксплуатации грузоподъёмных машин в различных отраслях хозяйства показывает, что назрела острая необходимость в повышении эффективности технической диагностики несущих металлоконструкций этих машин. Особую остроту эта проблема приобрела в связи с необходимостью диагностировать машины, отработавшие нормативный срок, количество которых достигает в настоящее время по разным источникам от 80 до 90%.
Цель работы. Повышение эффективности методов технической диагностики грузоподъёмных машин, как объектов повышенной опасности, для обеспечения надёжной и безопасной их эксплуатации, и определения остаточного ресурса.
В соответствии с этой целью работы в основные задачи исследования входят:
исследование взаимосвязи напряжённо-деформированного состояния металлоконструкции с изменением рельефа поверхности;
выбор диагностических параметров для определения степени работоспособности металлоконструкции грузоподъёмных машин;
построение математических моделей по определению остаточного ресурса узла металлоконструкции на основе выбранных параметров;
анализ эффективности полученных моделей и выбор оптимальной;
разработка программного обеспечения для оценки остаточного ресурса, системы регистрации результатов диагностирования, хранения и поиска необходимой информации о диагностируемых объектах.
Методы исследования. Расчётные методы определения накопленной повреждаемости циклически нагружаемых материалов, регрессионный анализ, метод наименьших квадратов, элементы математической статистики, программирование на ПЭВМ в среде Delphi на языке Object Pascal, формирование банка данных в формате Paradox, использование шаблонов формата HTML.
Основные положения, выносимые автором на защиту:
Метод диагностирования состояния металлоконструкций машин, основанный на анализе и количественной оценке изменения среднеквадратического отклонения высот микронеровностей, размеров зоны упругопластической деформации и отличающийся введённым параметром - произведением дисперсий зеркальной и диффузной составляющей сигнала поверхности контрольных площадок под действием циклического нагружения.
Модели накопления усталостных повреждений в зависимости от размеров зоны упругопластической деформации и построенные впервые от среднеквадратического отклонения высот микронеровностей, корреляционного интервала микрорельефа, произведения дисперсий зеркальной и диффузной составляющей сигнала.
Полученная впервые регрессионная модель оценки остаточного ресурса диагностируемого образца.
Научная новизна. Впервые установлена связь между циклически накопленной повреждаемостью материала и изменением комплекса свойств рельефа поверхности (среднеквадратического отклонения высот микронеровностей, размера зоны упругопластического деформирования, произведения дисперсий зеркальной и диффузной составляющей сигнала), на основании которой построена математическая модель этой зависимости, разработано программное обеспечение расчёта остаточного ресурса на основе полученной математической модели.
Достоверность. Достоверность математических моделей подтверждена проверкой их адекватности. Достоверность автоматизированной системы регистрации, хранения и поиска информации установлена проверкой в реальных условиях диагностирования грузоподъёмных машин в ООО «Кранмонтаж». Достоверность теоретических и экспериментальных исследований связи накопленной повреждаемости материала с изменения свойств его поверхности сравнением с результатами исследований проведённых другими авторами.
Практическая ценность работы. Результаты диссертационной работы позволяют диагностировать состояние металлоконструкций грузоподъёмных машин, обеспечивая их надёжную и безопасную эксплуатацию. Полученные математические модели определения остаточного ресурса в совокупности с программой «Автоматизированная система регистрации результатов диагностирования грузоподъёмных машин, хранения и поиска необходимой информации» нашли применение в практике диагностирования ООО «Кранмонтаж» (г. Калуга). Они могут найти широкое применение в региональных инженерных центрах, обследующих грузоподъёмные машины, а также в региональных управлениях Ростехнадзора.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры «Детали машин и подъёмно-транспортное оборудование» Калужского филиала Московского государственного университета им. Н.Э. Баумана (2002 г.); на шестой московской межвузовской студенческой научно-технической конференции «Подъёмно-транспортные, строительные и дорожные машины», Москва, МГАВТ (2002 г.); на четвёртой международной молодёжной научно-практической конференции «Человек и космос», Днепропетровск, НЦАОМУ (2002 г.); на седьмой московской межвузовской научно-технической конференции студентов и молодых учёных «Подъёмно-транспортные, строительные, путевые машины и робототехнические комплексы», Москва, МИИТ (2003 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 5 в изданиях, рекомендованных ВАК, зарегистрирована одна программа для ЭВМ (Роспатент) № 2003612306.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх разделов, основных результатов и выводов, списка использованных источников, включающего 84 наименования, и приложения. Работа содержит 138 страниц машинописного текста, включающего 24 рисунка, 21 таблицу и приложение на 18 страницах.
Автор выражает глубокую благодарность к.т.н., доценту Сероштану В.И. за ценные консультации, данные им в процессе работы над диссертацией.
