Введение к работе
Актуальность темы. Грузоподъемные машины являются узловым звеном в цепи транспортных технологий современных промышленных предприятий, влияющим на эффективность и безопасность функционирования большинства технологических процессов во всех отраслях экономики. По данным Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору на территории Российской Федерации находятся в эксплуатации 245 тысяч регистрируемых грузоподъемных кранов. Одной из основных проблем эксплуатации ГПМ является их техническая диагностика, в частности, состояния металлических конструкций. Серьезные финансовые и временные затраты, обусловленные необходимостью проведения экспертизы промышленной безопасности, не обеспечивают достаточного уровня безаварийной работы в периоды эксплуатации. Как показывает практика, эксплуатация ГПМ связана со значительным числом случаев производственного травматизма со смертельным исходом и аварий, обусловленных техническими причинами. Смертельный травматизм при эксплуатации грузоподъемных машин является самым высоким по сравнению с другими отраслями и производствами, подконтрольными Ростехнадзору России.
Непрерывное развитие средств обеспечения безопасности работы ГПМ привело к появлению современных систем безопасности ОНК160 и ОГМ240, имеющих широкий спектр возможностей, из которых регистрация параметров работы крана представляет наибольший интерес. Наличие достоверной информации об условиях эксплуатации дает возможность более качественно осуществлять техническую диагностику состояния ГПМ и своевременно выполнять мероприятия по восстановлению технического состояния. Для проведения технической диагностики в свою очередь необходима методика которая позволит эффективно использовать имеющуюся информацию. Анализ работ посвященных технической диагностике состояния металлических конструкций ГПМ позволил выявить противоречие между уровнем требований безопасности и тем объемом знаний, которые необходимы для обеспечения заданных условий, а так же показал недостаточность глубины исследования вопроса применения больших объемов оперативных, эксплуатационных данных, регистрируемых современными системами приборов безопасности.
Область работоспособных состояний металлических конструкций ГПМ должна определяться в n-мерном фазовом пространстве множеством комбинаций значений параметров работы ГПМ во времени и определяющих усталостное повреждение металла в локальных областях металлической конструкции, называемых горячими точками (ГТ).
Разработка эффективных методик решения очерченных выше проблем, позволит повысить безопасность эксплуатации ГПМ, сократить расходы связанные с необходимостью проведения экспертизы промышленной безопасности, повысить культуру эксплуатации в связи с усилением контроля и расширить сферу применения существующих систем приборов безопасности без их изменения.
Рабочей гипотезой является предположение о том, что любой точке фазового пространства параметров работы ГПМ может быть установлено в соответствие напряженное состояние ее металлических конструкций, оцениваемое посредством нейросетевой модели.
Целью работы является повышение безопасности эксплуатации ГПМ путем разработки эффективной методики технической диагностики состояния металлических конструкций.
Основные задачи:
1. Выполнить анализ методов и средств технической диагностики состояния металлических конструкций ГПМ.
2. Выбрать прототипы ГПМ и провести анализ напряженного состояния их металлических конструкций, проанализировать заключения экспертиз промышленной безопасности.
3. Разработать нейросетевую модель зависимостей величин напряжений в ГТ металлических конструкций от параметров работы ГПМ и соответствующее программное обеспечение.
4. Разработать методику технической диагностики состояния металлических конструкций ГПМ на основе нейросетевой модели напряженного состояния.
5. Произвести экспериментальную проверку результатов исследований на различных типах ГПМ и определить их экономическую эффективность.
Методы исследования: нейросетевое моделирование; цифровая обработка сигналов; компьютерная обработка изображений; конечно-элементное моделирование.
Объектом исследования является процесс деградации технического состояния металлических конструкций ГПМ в результате усталости материала.
Предметом исследования являются функциональные зависимости между усталостным состоянием металлических конструкций ГПМ и фазовым пространством параметров их работы.
Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подверждается применением современных апробированных методов исследований; использованием сертифицированных программных продуктов; применением измерительных приборов высокого класса точности, прошедших поверку в соответствующих организациях; использованием статистических методов обработки результатов и экспериментальной верификацией теоретических расчетов.
Научная новизна диссертационной работы заключается:
1. В получении характеристик нейросетевых моделей, позволяющих моделировать напряженное состояние ГТ металлических конструкций ГПМ.
2. В предложенном методе повышения эффективности обработки данных, регистрируемых системами приборов безопасности отечественного производства, с целью совершенствования технической диагностики металлических конструкций ГПМ.
Реализация результатов:
1. Результаты научно-исследовательской работы (программное обеспечение для технической диагностики металлоконструкций башенного крана QTZ100) приняты к внедрению на предприятии ООО «УНЦ ТЭС» г. Чита (имеется акт внедрения).
2. Результаты научно-исследовательской работы внедрены в учебный процесс Забайкальского государственного университета при подготовке студентов по специальности «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» в виде программного обеспечения для технической диагностики металлических конструкций башенного крана QTZ100 (имеется акт внедрения).
На защиту выносятся следующие научные положения:
-
Усталостное повреждение металла в локальных областях металлической конструкции ГПМ, называемых горячими точками, может быть определено n - мерным фазовым пространством множеств комбинаций значений параметров работы крана во времени, что, в свою очередь, определяет область работоспособных состояний металлических конструкций ГПМ.
-
Эффективность и качество технической диагностики металлических конструкций ГПМ повышается при комплексном анализе всей информации, регистрируемой системами приборов безопасности отечественного производства.
-
Использование нейросетевых моделей позволяет быстро и с достаточной для практических целей точностью рассчитывать напряжения в ГТ металлических конструкций ГПМ.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на Уральском Конгрессе подъемно-транспортного оборудования (г. Екатеринбург, 2010 г.), на 4-й и 5-й международных научно-практических конференциях «Информационные технологии, системы и приборы в АПК» (г. Новосибирск, 2009, 2012 гг.), на научно-практических конференциях Читинского государственного университета (г. Чита, 2009 – 2011 г.), на семинарах Шеньчженьского института инновационных технологий (Shenzhen, China, 2011).
Диссертационная работа заслушана и одобрена на заседании кафедры строительных и дорожных машин факультета технологии транспорта, связи Забайкальского государственного университета.
Практическая ценность.
1. Выявлены места концентрации напряжений в металлических конструкциях башенного (QTZ100) и мостового (КМ20) кранов.
2. Разработаны конечно-элементные модели металлических конструкций башенного (QTZ100) и мостового (КМ20) кранов.
3. Разработана методика технической диагностики металлических конструкций ГПМ, использующая систему приборов безопасности ОНК160.
4. Разработано программное обеспечение для технической диагностики металлических конструкций башенного крана QTZ100.
5. Годовой экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы (в расчете на одну машину) – 23000 руб.
Публикации. Основные научные и практические результаты работы изложены в 8 статьях (включая 4 публикации в изданиях, рекомендуемых ВАК России), получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 4 глав, общих выводов, приложения и списка литературы. Содержит 130 страниц машинописного текста, 63 рисунка и 4 таблицы. Список литературы включает 91 наименование. В приложении представлены акты о внедрении результатов работы, общий вид и характеристики исследуемых ГПМ.
